无线网状网络中基于预测的快速切换和移动管理研究

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无线网状网络(Wireless Mesh Network,WMN)作为Internet“最后一英里”的接入方案,能够提供一种灵活且低成本的多跳通信。随着近年来智能手持设备的快速发展,各类基于无线网络的应用程序也变得流行和普及。在这些应用中,许多对无线网络的服务质量提出了新的要求,例如VoIP、IPTV,这些应用要求无线网络能够提供更加畅通和快速的通信,而许多基于无线网络的下载传输应用又要求无线网络能够提供更加稳定且可靠的服务,这些都要求无线网状网络需要不断提升其服务质量,能够满足更加多样的数据包服务需求。当移动节点,如各类手持智能设备,在无线网状网络中漫游时,会发生移动节点与网络中各个MR(Mesh Router)节点之间的断连和重新关联过程,这个过程被定义为移动节点的“切换”过程。这个过程可能导致通信延迟和数据包的丢失。基于这种情况,在无线网状网络的研究中,多种针对切换的算法和研究策略被提出,这其中分为针对MAC(Media Access Control)层的快速切换以及针对网络层的移动管理。但是这些方法中,依然存在许多问题,如不能有效利用拓扑关系和历史数据来降低MAC层的延迟,难以做到更有效地降低MAC层和网络层之间的切换延迟,因此针对无线网状网络中移动节点的切换研究依然具有十分重要的意义。  本文的主要工作分为以下几个部分:  第一部分针对MAC层而言,通过对移动节点移动方向的预测,并引入无线网状网络中各个MR节点之间的邻居切换图关系,提出了一种基于移动移动节点的方向预测和邻居图的切换算法(Direction Prediction and Neighbor Graph basedHand-off,DPNGH),其目的是通过准确预测移动节点下一个潜在切换到的MR节点,降低MAC层切换过程中的信道主动扫描延迟。由于邻居图能够根据历史信息对未来的移动进行预测,DPNGH算法充分利用方向预测和邻居图的结合计算,能够对潜在的关联节点进行排序,通过减少备选扫描信道的个数来降低信道主动扫描的延迟。  第二部分针对网络层而言,所研究的是域内(intra-domain)场景下的移动管理问题。由于在网络层旧MR节点会缓存原本需要发送给移动节点的数据包,因此提出通过结合MAC层的计算结果,利用基于数据包预存取策略的网络层移动管理策略(Advanced Data Access Management,ADAM)来选择合适的预存取节点,从而达到降低缓存数据包在新旧MR之间转发延迟的目的。由于不同类型的数据包对切换延迟和丢包的需求不同,因此ADAM策略要根据不同类型的数据包来进行不同的存取节点的选取策略,同时探讨由此导致的网络资源消耗和网络性能之间的平衡关系。  第三部分对DPNGH和ADAM策略的模拟实验。通过对DPNGH算法在多种典型拓扑环境下的实验,得出DPNGH算法的优势和特征,并对其性能进行了综合的分析;同时根据选取的拓扑环境将DPNGH算法的信道扫描延迟与其他典型算法进行对比分析,得出DPNGH算法能够有效降低信道扫描的延迟。通过对ADAM策略的实验模拟分析,得出预存取节点选取中网络资源消耗(节点选取个数)和策略性能(切换延迟时间)之间的关系,并分析二者在选择上的平衡关系,因此对实际应用产生重要的指导意义。
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