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无线Mesh网络是近年来无线通信领域兴起的一个新的研究热点。传统星型拓扑的无线网络结构简单，覆盖范围小，链路冗余度差，可靠性低，拓扑扩展不便，无线Mesh网络拥有网状拓扑结构，可以弥补星型网络的这些不足。无线个域网是工作在个人操作环境，需要相互通信的装置构成一个无需任何中央管理装置的无线网络。支持Mesh扩展的无线个域网是当今的一个研究热点。Mesh WPAN需要解决的问题主要在MAC层和网络层。由于无线个域网中的设备通常是移动的、基于电池供电的，存在着严格的能量约束。因此，对于Mesh WPAN来说，好的协议必须能够提供好的能量效率。现有的无线个域网协议需要进行改进以适应无线Mesh组网的要求，另外，一些跨层设计和优化的理论和方法也可以应用于Mesh WPAN协议。
本论文对以上无线网络领域热点问题作出性能分析和优化研究。主要包括以下内容：
首先，论文从无线通信网络发展现状出发，介绍了无线个域网和无线Mesh网络的概念、相关背景及其标准化现状。在此基础上详细阐述了面向低速WPAN应用的IEEE 802.15.4协议以及IEEE 802.15.5协议的低速部分，为后面的研究奠定基础。
然后，论文对低速WPAN网络的Mesh扩展协议的路由发现和建立中Hello帧的Ring Search过程进行了深入的分析和研究。探讨了Hello帧中的参数：maxHops与hello Count对路由开销的影响。在对Hello帧的作用和特性深入分析的基础之上，提出了一种优化的Ring Search方案。改进方案引入了本地Hello和全局Hello的概念，减少了冗余Hellol帧在网络中的泛洪传播。仿真结果显示，在不影响数据转发成功率和平均包转发次数的基础之上，改进的方案降低了Ring Search带来的开销，提高了效率。
接着本文提出了一种估计ECMA．368协议优先级竞争接入期(PCA)网络性能的分析方法。从吞吐率和能耗的角度，对不同的帧负载长度、不同数据传输速率下，站点平均吞吐率和归一化能耗进行理论分析，为ECMA-368协议优先竞争接入期提供了重要的性能预测估计方法。通过理论结果和仿真结果的对比，验证了理论分析模型的正确性和准确性。
再接下来，本论文提出了一种适合与Mesh结构LR-WPAN的改进型MAC协议。在分析现有MAC协议和相关算法在Mesh结构网络应用中存在的问题在此基础上，提出了一种改进的MAC协议---GCAP。仿真结果显示，改进的MAC协议可以有效减少设备的空闲侦听能耗，提高了设备的能耗效率。通过仿真的方法对该优化方案的正确性进行了验证。本论文还结合Mesh WPAN网络的特点对其跨层优化策略进行了探讨，并提出了优化的方案。
最后，总结了全文的工作，并对进一步工作做了展望。