无线网格网络的信道分配和路由算法的研究

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无线网络为人们提供便利、快捷的通信方式。无线局域网的热点覆盖、蜂窝网的空间资源复用以及最近WiMax加入3G标准等,都为无线网络的发展提供了机遇和空间。作为下一代因特网技术——无线网格网络,能够用于扩展无线网络的覆盖范围、提高网络的性能。该网络由无线路由器和无线客户端组成,路由器构成网络的主干,为其他路由器和客户提供接入,并通过具有网关功能的路由器与不同性质的网络相连。网络中的每个节点,路由器或客户端都能够收发数据包以及为其他节点转发数据包。  无线网格网络的应用领域十分广泛,对它的研究有很多的成果。信道分配和路由是影响网络的质量和性能的重要因素。论文研究目的在于通过研究无线网格网络的信道分配和路由算法,针对网络多射频、多跳的结构特点,对网络进行优化,使网络获得更好的性能如带宽利用率、吞吐量、时延、丢包率等。  通过分析、研究主干网模式下典型算法发现:由于网络结构、业务模式等不同,使用针对adhoc网络的信道分配和路由算法并不能从根本上解决网络中存在的问题;而现有的无线网格网络的信道分配和路由算法正处于研究阶段,它们或多或少地在某方面存在缺陷。论文详细介绍算法的基本思想以及它们的优缺点:  (1)将信道分配问题转化为图的顶点、边着色问题求解。本论文研究以网络连通度和系统干扰作为网络的优化目标。在干扰模型下,通过拓扑结构控制保证通信网络的连通性,使用一定的策略如贪心搜索、禁忌搜索等信道分配算法,得到最小的系统干扰。在优化过的网络图中进行路由;  (2)将信道分配和路由转化为一个规划问题。以传输时间、吞吐量等为网络的优化目标,使用最短路径、最大流等思想对网络传输进行优化。通常此方法作为主干网上信道分配和路由的主要方法。  通过对现有算法的分析研究,论文提出了针对无线网格网络的信道分配和路由算法,基本思想如下:  (1)用区组设计和分层路由的思想,对分布的节点进行区域的划分和信道分配,在网络拓扑结构2-连通的前提下使节点平均地使用信道,从而将干扰平均到每一个信道;  (2)基于拓扑控制的思想,对网络中节点通信使用的功率进行调节,简化通信网络的拓扑结构并保持网络的2-连通性.对已简化网络进行信道分配,最小化系统干扰;  (3)对于一定的传输模式,通过将信道分配和路由结合,用规划的方法进行求解.通过对各个通信区域内的节点流量的限制获得网络负载的均衡。根据连接上的流量需求进行信道分配,增大流量瓶颈连接的传输能力,从而缩短传输时间,提高吞吐量。  将以上提出的算法应用在通信网络模拟中,得到较为明显的性能优化,为后续的研究工作提供参考。
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