WLAN Mesh网络信道分配与负载均衡方法研究

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目前无线局域网(WLAN)的应用已经相当广泛,但是它的覆盖范围却非常有限。WLAN Mesh网络是一种新的组网形式,具有自组织性和自愈的特点,是一种多跳的无线网络结构,也是一种高容量、高速率的分布式网络。它不依赖固定设施,组网方便、快捷,不受时间和空间的限制。在WLAN的接入点上添加无线Mesh路由功能,可以通过Mesh节点对数据进行多跳转发,最终传输到目的节点,这样能够在一定程度上解决WLAN的覆盖范围问题。如何提升WLAN Mesh网络的吞吐量始终是研究的目标。因此,信道分配问题和流量负载均衡技术是一直以来研究的热点。本文围绕这一方面,开展了以下工作:首先对国内外相关领域的研究成果进行了深入的分析,针对目前已有的相关问题,提出自己的解决方案。论文的主要研究内容分为以下三个部分:1.单收发器网络中的信道分配算法在多信道环境下,单收发器方式的一个关键性问题是信道如何分配。节点在哪些可用的信道上进行传输,在什么时间点能进行传输,都是需要思考的问题。在多信道环境下,单收发器节点可能工作在不同的信道上,那么这些不同工作信道上,节点之间控制消息的传递是制约网络性能的一个重要因素。考虑到单收发器多信道模式自身的一些特性,设计相应的网络模型来量化网络中的干扰,提出了一个干扰度量,并使用分布式的信道分配算法,使WLAN Mesh网络的总体干扰度最小化,可以大大减少每一条链路来自邻居链路的干扰,提升了网络吞吐量。模拟实验结果表明所提出的算法能够较有效地应对不同网络环境,提高网络整体性能。2.多收发器网络的路由协议针对多收发器多信道环境,本文提出了WLAN Mesh网络中一个多信道环境下路由解决方案,其中包括混合式的路由协议和分布式的信道分配算法。其中,路由协议采用HWMP所提出的混合路由技术,将基于树的路由与传统的AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector)路由相结合,并在路由中采用了负载平衡的策略。同时,还提出了一种新的路由判据CETTI,该判据量化了路径在通信时所受到的干扰,并综合考虑了跳数、时延等诸多因素。而信道分配算法则是采用了一种分布式的贪心算法,将信道的负载作为选择信道的标准,从而提高了信道的利用率。模拟结果表明,该算法在一定程度上提高了网络的性能。3.基于邻居负载均衡感知算法本文提出的路由算法LBRoute_discovery思想主要是围绕在路由发现过程中寻找负载较轻的邻居节点来建立路由,从而确保在后期的数据包转发过程中对负载实行动态的分配。算法从源节点、中间节点和目的节点三个角度去考虑路由的选择过程,很显然,该算法采用的是一个分布式的解决思想。源节点通过查询本地路由表来建立到目的节点的路由,如果本地路由表存在到目的节点的路径信息,则直接发送数据包。否则,向周围邻居节点广播RREQ包;中间节点根据局部拓扑信息,获知当前周围邻居的负载情况,将路由请求包RREQ转发给相对应的负载最轻的邻居节点,减少了由于负载过重所造成的通信干扰;目的节点通过对比收到的多个RREQ的上一跳邻居节点负载情况,确定负载最轻的路由L,并沿着L的反向路径向源节点发送路由回复RREP包,及时通告源节点关于最优路由L的信息,以便为后续数据包的转发提供路径信息。
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