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无线Mesh网络(Wireless Mesh Network,WMN)是一种将传统Ad-hoc网络与WLAN相结合的新型多跳无线网络。WMN不仅具有自组织、自愈合及多跳特点,还拥有低成本、扩展性强、易于维护和架设等优点,能够在增加传统无线网络覆盖范围的同时提高无线网络的容量及整体稳定性。路由协议是WMN的关键技术之一,是多跳传输的保证。传统的Ad-hoc网络路由协议不能够充分地利用WMN的特性来提高网络性能,所以有必要针对性地研究适用于WMN的路由协议。论文研究了主流的WMN路由协议,特别对IEEE802.11s推荐的混合无线网状网协议(Hybrid Wireless Mesh Protocol,HWMP)进行了优化设计,降低了HWMP的丢包率、抑制了PREQ广播风暴、解决了PREQ死锁环问题。优化后的HWMP在工程网络中通过了长期不问断的测试和验证。论文的主要工作及创新点如下:
1.研究了三种主流的WMN路由协议:OLSR、B.A.T.M.A.N.和HWMP,深入分析了他们的特点、工作原理、工作流程、关键技术和优缺点。
2.分析了HWMP的路由切换行为,并针对路由切换过程中的丢包问题提出了改进方案。设计了基于接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的Mesh对等关系管理协议,通过改变HWMP的路由切换时机降低了丢包率。实验结果表明在节点低速移动的不受控无线环境中,改进方案将原协议的丢包率从3%～6%降至1%以下。
3.分析了IEEE802.11s树状网络中的PREQ(Path Request)广播风暴问题,并基于减小PREQ的TTL(Time To Live)值以限制其广播范围的思路提出了两种PREQ广播风暴抑制方案。实验结果表明,与IEEH802.11s相比,本文提出的两种方案都能有效地抑制PREQ广播风暴,提高子节点之间通信时树状网络的性能表现。
4.分析了HWMP的PREQ死锁环问题,并通过对“序列号有效”域的操作改变路由更新的处理流程解决了该问题。实验结果表明,解决方案是有效的,并且不会影响HWMP的正常工作。
5.设计并实现了一个工程网络,利用该网络对OLSR、B.A.T.M.A.N.、HWMP和本文优化方案进行了性能测试。本文优化方案在工程网络中通过了长时间的测试验证。