无线mesh网络mac层协议优化问题的研究

无线mesh网络mac层协议优化问题的研究内容摘要：

般在 30 左右甚至更高 Rayanchu Shravan Sen Sayandeep Wu Jianminq et a l 2020 因此以上 提出的典型协议不能很好的适应 于这种丢包率较大的网络为了解决这个问题我们提出了新型的线性网络编码 4 和双重解码的机制 本文的研究内容和目标为通过分析 MAC 层各种典型协议和网络编码协议 在 DCF 退避机制和网络编码解码等方面进行优化改进从而提高编码和解码 效率提高网络吞吐量并能适用于网络丢包率高的网络环境 拟采用的研究方案如下 针对 80211 MAC 层 DCF 的二进制 退避算法存在的问题即不能动态适 应网络环境的变化拟考虑将网络丢包状况引入退避和延迟时间的计算 上来使得数据帧的传输能够根据网络链路状况的变化而动态的调整 避免拥塞的产生和资源的浪费 提出一种新型的编码和解码方案编码包的形成采用随机线性编码策 略充分利用编码包的冗余特性并且采用线性编码和机会转发策略相 结合创造更多的编码机会在解码过程中采用双重解码策略提高解 码成功率首先采用 普通的 overhead 包进行解码解码失败后再采用编 码缓存里面线性独立的两个编码包解码如果仍然解码失败则放弃此编 码包处理下一个编码包 通过对 MAC 层退避算法的优化能够使得数据帧的传输自适应各种网络拓扑 和网络的动态变化采用新型的编码和解码策略既能够适应丢包率较低的环境 也能够适应丢包率较高的网络状况通过提高编码和解码成功率大大提高网络吞 吐量 14 本文结构和安排 本文结构组织如下 第 1 章 绪论首先介绍了本 文研究无线 Mesh 网络优化问题的重要意义 其次通过分析近年来国内外研究现状得出各自优缺点最后提出了本文的研究内 容和实现目标 第 2 章 相关工作研究主要介绍了无线 Mesh 网络的特点和研究现状以 及采用图论的思想对网络编码进行分析的理论模型和 DCF 机制的二进制指数退 避算法的原理和缺陷所在 第 3 章 线性网络编码设计及实现首先介绍了网络编码方式实现方式和典 型协议存在的优缺点然后基于优缺点分析提出了新型线性网络编码应用设计及 实现详细介绍了我们提出 的新型线性网络编码和双重解码机制并详细描述了 中间转发节点的选择策略中采用的新的退避机制 第 4 章 仿真分析通过 NS2 仿真实验比较吞吐量和解码率等性能指标 5 验证我们提出的方法的有效性和可行性 第 5 章 结束语对本文研究内容做出最后总结和展望 6 第 2 章 相关工作研究 21 无线 Mesh 网络 WMN 作 为 一 种 新 型 的 宽 带 无 线 网 络 结 构 无 线 Mesh 网络 WMN 不仅是一种 高容量的网络而且是一种高速率的分布式网络和传统的有线网络与无线网络有 着很大的不同 WMN 具有它自身独特的优点基于它是一种可以解决 最后 一 公 里 网 络 接 入 瓶 颈 问 题 的 方 案 WMN 被 写 入 了 IEEE 80216 Wi 无 线宽带接入网络标准中并且也被纳入到了 IEEE80215 Mesh 和正在制定的 IEEE80211s Mesh 标准之中并且在技术特点方面 WMN 将成为未来无线城 域网 WMAN 核心网的一种极其理想的组网方式极有可能挑战 3G 技术成 为构建 B3G4G 的潜在技术之一也是迄今为止唯一的一种建设商用移动 Ad hoc 网络的可行技术 Fowler T 2020 Whitehead P 2020 Rayner K 2020 Tabata K Kishi Y Konishi S et al 2020 Kishi Y Konishi S Nanba S et al 2020 方 旭明 2020 方旭明何蓉 2020 傲丹方旭明马忠建 2020Akyildiz I F Wang X D Wang W L 2020 Bennington R W deClaris N 1990 概括来看无线 Mesh 网络主要有以下几个特点 Fowler T 2020 Whitehead P 2020 Rayner K 2020 Tabata KKishi Y Konishi S et al 2020 Bennington R W deClaris N 1990 它是一种多跳无线网络并且支持 Ad hoc 网络结构具 有自愈和自组织能力网络的移动性取决于节点的类型网络有多种接入方式 既能支持回程到因特网的接入也能够支持端到端方式的通信与现有无线网络 具有很好的兼容性和互操作性等 针对以上对无线 Mesh 网络特点的分析 WMN 的研究和设计改进需要沿 用一些成功的技术也需要进一步的创新和发展 22 网络编码的数学模型 网络拓扑结构对网络性能起着非常重要的作用传统网络大部分都是转接式 的从交换的类型来看可以分为电路交换和分组交换从连接类型来看又可 分为面向连接的和面向无连接的两大类由于网络拓扑结构是由网络节点和链路 组成的故可以抽象为图论问题进行研究张敬 2020 7 图论基础分 析 图 VC 是由端集 v v v 1 2 E n e 和边集 e e 1 2 m 组成的记为图 C V R E 边集 E 是端集 V 中两个元的关系 R V V E → 每个 e E ∈ 所对应的 v 和 v r i j 称为与 e 有关联的端存在 e 的两个端称为邻接端当 v 对 v 并且 v 对 v 有某种 r r i j j i 等价关系时就称该图 C 为无向图反之则称为有向图当集合 V 和 E 都是 有限集时所构成图被称为有限图否则就称图 C 为无限图实际中所遇到的 基本都是有限图图又分为有权图和无权图 对端和边赋予某些数值得图称为有 权图边或端上所赋的值称为权值 我们采用几何图形来表达图的具体含义首先需要定义几个常用术语我们 用 s 个点来代表端集 V 中的 s 个元素而用 t 条连线表示边集 E 中的 t 个元素 在无向图中边是无方向的连线而在有向图中我们用带箭头的连线表示不可 逆性的端与端之间的关系 在图论中若图 C 的端集 V 和边集 E 分别为图 G 的端集和边集的子集则 称图 C 是 G 的子图图 C 为图 C 的真子图的条件如下 C G 但 C≠ G 端的次数是与某端相关联的边的个数的总和可记为 d v 有向图中内 i d v 可以用射入或进入 v 的边的个数表示外向次数 d v 可以用离开 向次数 i i i 或从 v 射出的边的个数来表示则 vd 的总次数表示为 v d v d v 我们 i i i i i 称内向次数等于零的节点为源端外向次数等于零的节点则称为宿端 边序列是指有限个数条边的串序排列 中的一种排列方式若相邻的两条边含 有公共端则在边序列中如果其中的某一条边可以重复出现在此边序列中则 其一端也能够重复出现我们用图 21 中简单例子进行介绍其中整个图中的 e e e e e e 就是一个边序列链是边序列的特殊表示形式链是不包含重 1 3 5 4 3 6 复边的边序列即链中每一条边能且仅能出现一次通常提及的链指的是开链 e 21e e 中的 e e 是一条 v 到 v 的 即 起 点 和 终 点 不 是 同 一 个 端 的 链 如 图 1 3 5 4 2 1 3 链而且端 v2 在此边序列中总共经过了两次 8 V2。