无线mesh网中网卡配置、带宽分配和调度相关问题研究.pdf

摘要 摘要 最近儿年，作为宽带无线接入非常重要技术之一的无线Mesh网络(WMN— WirelessMeshNet、∞rks)正倍受科学家和．T程师的关注，它可以大大增加无线 系统的覆盖范围，同时可以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性，是无线 宽带接入的一个理想解决方案。 使用WMN作为无线接入的骨干网激发了大量的无线带宽需求。但是，在 并发传输之间的无线干涉使得网络系统的容量急剧下降。为了减轻无线干涉的 影响，增加jf：发传输的带宽，两项新的天线技术被引入到无线mesh网络中：多 Channel 信道多网卡技术(MCMI．MultipleMultipleInterface)和多进多出天 In pLlt 线技术(MIM0．MultipleMultiple0utput)。MCMI技术在训‘能产牛干 涉的链路上使用多条互不重叠的通讯信道来最大化ji：发传输，提高系统的吞吐 量。例如，IEEE802．1lb／g和802．11a标准可以分别使用3个或12个互不干涉的 信道。同时，111于MIMO天线技术有着空间复用和干扰抑制的特性，因而在无 线传输中使用MIMO技术是另一个可以减少干涉提高系统容量的方法。 在这篇博士论文中，我们针对这两种技术，分别研究它们在九线mesh网络 中的网卡(天线)配置，带宽分配和调度的相关问题： ·由于增加了并发传输，避免了信道干扰，多信道多网卡的无线mesh网 络有很大的潜力来提升网络容量，增加节点传输的公平性。但是，很 多WMN的信道调度算法都提前假设了每个无线路由器中都平均配置相同 数目的网卡。在第三章中，对于网卡配置和带宽分配问题，我们研究在保 证节点应用基本需求的情况下，同时减少网络的构建成本并增加节点的吞 吐量。我们提出每个节点甲均网卡配置方案不是必须的，也不是高效的， 因为节点之间的干扰以及通讯负载的分布都是影响带宽并发使用的重要因 素。在优化网络性能中，最大的挑战就是怎样能够定量的分析网卡配置， 带宽分配和调度之间的内在关系。更迸一步，我们对这些配置和调度的问 题定义了新的问题空间。把复杂的多参数问题进行了分解和形式化成为定 义良好的单阶段或多阶段分步解决的jr问题。在使用线性规划方法给出最 优解的同时，我们分析了网络传输和十涉的数学模型，提出了更高效的启 发式算法。使得在网络结构不停发生变化，需要实时重新计算系统性能 时，这些高效算法能提供在线的决断。通过大量的系统仿真，我们验证了 这些算法能逼近线性规划得出的最优解。相对于平均的网卡配置方案而 言，我们用更小的网络构建成本实现了系统性能的提升。 摘要 ·相对于传统的天线技术，由于有着空间复用和干扰抑制的特性，MIMO天 线在提高网络容量上有很强的优势。为了更好的利用MIMO技术在并发传 输上的特点，研究人员提出了大量网络跨层性能优化的算法以及MAC层 的设计来增加无线mesh网络或是adhoc网络的吞吐量。但是，这些研究 都假设节点的天线阵列是给定的或是每个节点都使用同样的天线阵列 (K×K，K为常数)。在第四章中，我们的研究表明在这些无线路由节 点中，如果为每个天线阵列都配置同样多的天线单元对于提升系统性能来 说，i：不是必须的。因为对于不同的路由节点，对天线单元的需求是不一 样的；尤其是那些有着巨大的汇聚通讯流量的路由转发节点，更多的天 线单元不仅能增加并发传输，也可以用来提高对周围无线干扰的抑制作 用。基于这个观点，我们定义了天线单元配置，带宽分配和调度的联合 问题，来定量的分析跨层优化方案对系统容量的提升。我们提出了一个 Element 代价相关天线单元配置技术(CAEA．Cost—Aware Assignment) 束保证最优带宽分