无线Mesh网络多信道MAC协议及基于MAC属性的路由协议研究

• 作 者: 唐香蕉
• 机 构: 桂林电子科技大学
• 出 处: 桂林电子科技大学
• 发表日期: 2011年01期
• 关键词: 无线Mesh网络 MAC协议 路由 多信道

无线Mesh网络是从商业应用中不断发展起来的一种新型的宽带无线网络,具有高容量、高速率、强健壮、自组织等特点。无线Mesh网络多信道MAC协议研究的核心是对有限的信道资源进行分配和管理;而基于MAC层属性的路由协议研究重点是在节点之间寻找最佳路由,使得网络连接中的吞吐性能达到最佳,从而为用户提供效率最高的端到端吞吐性能。首先,本文在研究无线Mesh网络MAC协议国内外现状的基础上,简单介绍了现有的MAC协议的机制,并对几种典型的多信道MAC协议进行性能分析及比较,总结出多信道MAC协议所要解决的问题。基于对信道分配和路由联合的研究,最后简单地介绍了两种多信道路由协议。在上述研究基础上,本文对混合信道分配策略进行改进,提出一种改进的混合多信道无线Mesh网络的MAC协议—MHMCP协议。该协议通过分类网络接口和信道、维护邻节点信息列表、建立信道管理及切换机制来实现节点间的通信。根据最小信道干扰的原则给网络节点选择合理的固定信道,以保证网络的信道质量。本文采用动态等待时间策略来解决多信道终端隐藏问题,并均衡了数据碰撞发生率和接口利用率两者的关系;此外,根据信道的流量负载来动态地调整数据传输时间,实现动态地分配信道持续时间机制,避免接口频繁切换,尽可能地在信道上发送更多的数据,提高信道利用率。针对MHMCP协议机制中信道切换时延开销和信道干扰问题对网络性能的影响,本文提出一种结合MHMCP的路由协议DSTP。该路由协议改善了网络性能,最大限度地提高了网络的吞吐量。最后,本文分析了信道上的等待时间的选取对网络性能的影响,通过仿真实验选择最佳的等待时间,并对MHMCP协议及其他协议在不同数据传送速率和多数据流并发时的吞吐量和平均分组时延进行了仿真。仿真结果表明,多信道MAC协议获得的网络吞吐量是单信道MAC协议获得的网络吞吐量的两倍还多,其中MHMCP协议可以获得更大的吞吐量及更小的平均分组时延。仿真还表明,当网络流量负载过大时,信道切换引起的时延开销和信道冲突引起的时延开销明显增加,于是使网络性能降低。本文采取了结合MHMCP协议机制的路由协议DSTP来改善网络性能。对DSTP协议与WCETT协议获得的吞吐量进行仿真,比较结果表明,DSTP协议在一定程度上提高了网络性能。