多接口无线Mesh网络信道分配机制研究

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无线Mesh网络是一种多跳自组织的无线网络,可以被用于“最后一公里”宽带无线接入。相比当前已得到广泛应用的Wi-Fi网络,无线Mesh网络的覆盖范围大、架设成本低、健壮性强,已经成为目前宽带无线通信的研究热点。由于链路之间的干扰,无线Mesh网络的容量随节点数增多和平均跳数增大会急剧下降。采用多接口技术可以为网络中的节点或链路分配不同信道,有效降低网络干扰,提升网络容量。本文以提高网络容量为目标,研究多接口无线Mesh网络中的信道分配问题。本文根据网络中各链路的干扰关系、各链路的流量以及各链路的速率来计算网络干扰度,以此度量网络容量。以最小化网络干扰度为目标,构建了全网信息可知时的集中式信道分配优化模型,该模型适用于各链路具有不同数据率的情形。通过优化模型可以求解出最优的信道分配。计算结果表明,即便单个节点上的接口数目小于可用信道数,也可以有效地降低网络干扰。为降低复杂度,本文设计了一种启发式的信道分配算法,可获得接近最优的信道分配。无线Mesh网络是分布式的,获取全局网络信息需要非常大的开销,而且基于全局网络信息的信道分配计算复杂度高。为了降低开销和计算复杂度,本文研究了基于局部网络信息的路由和信道分配联合优化。针对实际Mesh网络的数据流特点,提出一种路由和信道分配联合优化的分布式算法,包括:一种综合考虑路径剩余容量和路径占用网络资源的路由度量、一种有效的链路剩余容量计算方法以及一种综合考虑每条下行链路的流量和干扰来为DOWN-NIC分配信道的方法。仿真结果表明,采用该算法可以有效提升网络吞吐量、降低平均端到端时延。目前大多数无线Mesh网络都基于IEEE 802.11b/g标准,该标准规定的11个可用信道,只有3个信道相互正交。针对正交信道数目少的情况,本文从理论上分析不同间隔的信道间的干扰范围,证明了只要信道间隔足够大,部分相交信道也可使用于多接口无线Mesh网络。提出了启发式的部分相交信道分配算法,仿真结果表明,采用部分相交信道分配可以在正交信道分配的基础上进一步降低网络干扰度,提升网络容量。
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