异构无线mesh网络路由技术研究

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随着无线通信技术和物联网技术的发展,无线mesh网络逐渐呈现异构化趋势。相比于同构无线mesh网络,异构无线mesh网络将各种网络架构、传输速率、传输距离和频谱资源存在差异的网络融合为一个整体,可以有效的提升网络覆盖面积和服务质量(Quality of Service,QoS),因此近年来备受学术界和工业界的关注。由于架构和链路的异构性特点,异构无线mesh网络更加适合解决多种类型业务的QoS需求问题。虽然在同构无线mesh网络中已经有了许多比较成熟的路由技术,但是这些路由技术在路由发现过程中并没有考虑到网络架构和链路的异构性。因此本文针对异构无线mesh网络下的路由技术展开了如下研究:针对异构无线mesh网络路由发现过程中多接口同时广播而引起的广播风暴问题,本文设计了一种基于选择性广播机制的带宽保障路由协议 BRPS(Bandwidth guaranteed Routing Protocol based on Selective broadcast mechanism)。考虑到网络在组网架构、频谱资源、带宽和传输距离等方面的异构性,BRPS首先提出了接口转发能力、链路剩余带宽、路径剩余带宽等度量。然后在路由发现过程中,基于接口转发能力度量提出了选择性广播策略。最后以最大路径剩余带宽为优化目标,以开销和时延为约束,提出了最优路径选择算法。通过NS3仿真,并与现有技术方案相比,随着数据包发送速率的变大,BRPS的吞吐量最高大约可提升30%;随着数据流个数的增加,BRPS在端到端平均时延和吞吐量等性能上均有优势。针对异构无线mesh网络中各类终端业务需求的多样化特性,本文实现了一种面向业务需求多样化的QoS保障路由协议QRPDSR(QoS guaranteed Routing Protocol with Diverse Service Requirements)。在QRPDSR中,在考虑网络架构异构性的基础上,重点对路径的端到端时延、时延抖动和节点的缓存占用率进行了详细的评估。考虑到不同程度大小的节点缓存占用率、链路时延或者链路时延抖动对整条路径的影响不同,因此在评估过程中引入了模糊逻辑算法,该算法的核心思想是将节点缓存占用率、链路时延和链路时延抖动按照大小程度分别划分模糊集合,给每个集合划分不同的权值,在确定每个集合隶属度函数的基础上,将度量值的隶属度值进行加权平均得到新的度量值。在以上度量的基础上,通过在路由请求包中加入QoS字段,按照业务需求有针对性的发现源-目节点之间的最优路径。通过NS3仿真,并与已有技术对比可以发现,针对时延抖动要求不高的业务,QRPDSR在吞吐量和端到端延迟性能上有一定优势;针对吞吐量要求不高的业务,QRPDSR在时延和时延抖动性能上有一定提升。最后,论文对全文进行了总结,并对下一步研究工作提出了展望。
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