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无线网状网(Wireless Mesh Networks,WMNs)是一种动态自组织、自配置和自愈的多跳无线网络,具有快速部署、易维护、成本低、可靠性好和可扩展性好等特点。它能提供方便和经济的英特网接入服务,广泛应用于家庭、社区和企业网络,楼宇自动化和无线城市等,有望成为未来无线网络的重要发展方向。但是无线网状网中复杂的网络流分布和多跳带来的严重同信道干扰使得WMNs的传输吞吐量下降。机会路由利用无线媒介广播性质和不同节点接收数据包相互独立特性,每一跳使用多个候选节点转发数据包,比传统路由更能对抗不可靠的无线链路,能明显提升无线网状网端到端的吞吐量。但是目前的机会路由没有考虑网络流的分布,很少能利用多射频多信道资源来降低同信道干扰,对无线网状网吞吐量性能提升有限。因此本论文围绕这两大问题,展开深入研究,主要工作及创新点如下:(1)无线网状网中存在多个并发业务流,现有机会路由未考虑多个并发业务流的位置分布特性,使得部分候选节点空闲或过载,导致网络吞吐量无法充分发挥。针对这一问题,提出了完全分布式多流机会路由算法(Opportunistic Routing for Multi-flow,ORMf)。将多并发流中的机会路由抽象成一个凸优化问题,基于对偶和子梯度方法设计分布式算法。算法通过迭代的方式进行流速率分配,并在速率分配过程中完成机会路由候选节点的选择。实验结果表明,与基于期望传输次数(Expected Transmission Count,ETX)和期望任意次数(Expected Anycast Transmission Count,EAX)指标的机会路由方式相比,ORMf更能提升网络汇聚吞吐量和降低延时,平均提高吞吐量33.4%和27.9%,平均降低延时141.4%和83.1%。(2)在节点配置多个射频的场景下,为了论证多射频信道机会路由传输优势,提出了一种适合机会路由使用的简单机会路由信道分配策略(Simple Channel Assignment for Opportunistic Routing,SCAOR),并进行分布式实现。该策略采用公共信道分配方式和基于流的信道选择算法。算法通过收集当前邻居的信道干扰状况,为每条新加入的流选择使路径干扰最小的信道,以达到信道资源负载均衡的目的。策略对机会路由在多射频多信道网络下的可行性进行了验证。仿真实验结果表明,与单射频单信道下WMNs中的机会路由相比,采用SCAOR的机会路由在网格和树型拓扑下吞吐量分别提高87.11%和100.3%,且用更少的射频资源来获得相当甚至略高于传统路由的吞吐量性能。(3)在多射频多信道场景下,现有单信道机会路由指标没有充分利用信道资源来减少干扰,传统路由的多信道路由指标包含了信道信息但没有利用多用户分集,不适合机会路由。针对这一问题,设计了多信道期望任意传输时间(Multi-channel Expected Anypath Transmission Time,MEATT)机会路由指标,兼顾多信道特性和多用户分集特性,并在指标基础上提出信道感知机会路由算法(Channel Awared Opportunistic Routing,CAOR)。实验结果表明,与单信道机会路由指标(EATT)和多信道路由指标(MIC)的机会路由相比,MEATT/CAOR更能提升网络吞吐量,降低延时。吞吐量平均分别提升1.14和1.53倍,延时分别降低17%和40%。(4)为了更有效利用信道资源,减少干扰,我们进一步研究信道分配,提出基于候选节点集的信道分配方法。现在没有针对机会路由有效的信道分配方法,直接使用已有的信道分配会使得候选节点数减少,导致机会路由性能下降。该方法基于机会路由一对多的独特传输方式,把发送节点和候选节点捆绑为一个整体——候选节点集(Candidate Forwarder Set,CFS),然后计算候选节点集之间的干扰,最后在相关约束下对候选节点集进行信道分配。实验结果表明,与随机信道分配、公共信道分配和传统信道分配相比,基于候选节点集的信道分配更适合机会路由,能获得更高的网络吞吐量。吞吐量平均比随机信道分配高出25.2%,比公共信道分配高出10%,比传统信道分配高出 19%。(5)机会路由选择和信道分配是相互依赖相互影响的,现有机会路由要不在已知信道分配下进行路由候选节点的选择,要不就是已知路由选择进行信道的分配,它们都忽略了机会路由和信道分配的相互依赖性,影响了网络吞吐量进一步提升。为了更加充分地利用多用户分集和多射频多信道资源,我们将联合机会路由选择和信道分配建模为混合整形规划问题,并设计启发式迭代算法(Joint Opportunistic Routing and Channel Assignment,JORCA)进行近似求解。算法初始时,平均分配链路容量,然后迭代调用机会路由选择和信道分配两个部分,调整路由选择和信道分配结果,使链路的负载不超过链路的容量。结果表明,与已知路由再进行公共和传统信道分配的方式相比,JORCA更能提升网络汇聚吞吐量和降低延时,平均提高吞吐量44%和15.5%,降低延时127%和 21.3%。综上所述,本文充分利用多射频多信道资源,研究相应的机会路由技术,来提升无线网状网的网络性能,以满足无线用户在无线网状网络中获得高带宽的网络服务需求。