（计算机系统结构专业论文）异构无线mesh网络媒体接入控制策略的研究.pdf

摘要 摘要 无线网络的出现使用户脱离了有线网络的束缚，享受更加便捷的网络服务。 传统的无线局域网覆盖范围非常小，部署成本颇高。为克服如上缺点，基于i e e e 8 0 2 1 l 的无线m e s h 网络的概念于近年提出，并已应用在医院、矿井、公共安 全等领域。随着各种通信技术的发展及硬件成本的降低，各种无线通信技术应 运而生，如i e e e8 0 2 1 6 ( w i 眦) 、i e e e8 0 2 1 5 3 ( u w b ) 、3 g 等。基于 8 0 2 1 1 的同构无线m e s h 网络逐渐发展为具有高融合性、高鲁棒性、高带宽的 异构无线m e s h 网络。一个地域由若干种无线接入网络覆盖，它们之间采用m e s h 的结构相互连接起来，组成一个异构的无线m e s h 网络。当无线终端接入设备 具有多个射频，且每个射频支持不同的网络接入技术时，移动用户便可以选择 当时最适合使用的接入技术连接到异构无线网络。 在异构无线m e s h 网络环境下，配置多种射频的无线终端在网络中工作， 此时，设备可选择多个射频同时接入多个网络，如何使同时工作的射频相互协 作，提升设备与网络性能，获得更好q o s 支持等，是一个热门研究点；另外， 通过提升异构无线m e s h 网络中各同构子网的传输性能、公平性、网络效率将 最终提高整体异构无线m e s h 网络的性能；最后，如何进一步融合各同构子网 对路由度量的同一化提出了新的挑战，传统的路由度量无法适用于异构无线 m e s h 网络环境。 本文围绕着异构无线m e s h 网络的网络与射频协作问题、各同构子网性能 优化、普适路由度量架构进行了深入的研究。通过对w i f i 及w i m a x 媒体访问 控制协议的分析，提出了w i f i 与w i m a x 的紧耦合射频协作方案；研究并设计 了w i m a x 、u w bm e s h 子网调度算法及移动w i f im e s h 网络公平性传输算法， 从而提升了整体异构无线m e s h 网络的性能：分析了路由度量应考虑的网络参 数，提出并实现了异构无线m e s h 网络的路由度量架构。总之，从单跳数据传 输，到多跳路由构建，为异构无线m e s h 网络设计了一系列全新解决方案。 首先，针对异构无线m e s h 网络中的射频协作问题，本文理论证实了 w i m a x 射频与w i f i 射频同时工作的可行性，分析了w i f id c f 工作机制的低 效性，及w i m a xm e s h 的带宽请求机制，提出了一种w i f i 与w i m a x 射频的 紧耦合协作方案。该方案在w i m a xm a c 与w i f im a c 实体间设置w f w ( w i f o rw i f i ) 模块，通过改进的d s c h 消息，令w i m a x 射频实现w i f i 射频的带宽请求授予确认过程，避免了w i f i 控制信令( r t s c t s 及a c k ) 交互的开销。通过该方案，w i f im e s h 网络工作效率可达理论最大值1 0 0 ，网 摘要 络吞吐率可达理论最大值( 如1 m b p s ) ；w i m a xm e s h 网络性能无损。 其次，通过研究w i m a xm e s h 子网的数据时槽的分配与调度方式、应用的 服务级别区分，设计了一种基于q o s 保障的吞吐率效率最优的分布式数据子帧 调度算法；通过研究可变比特率流的特点，针对u w bm e s h 网络的时槽分配方 式，提出了一种u w bm e s h 子网基于q o s 的动态时槽分配与调整算法；通过理 论分析移动w i f im e s h 网络中数据流在竞争信道时存在严重的不公平现象，提 出了一种数据包大小自适应调节算法来提高移动m e s h 网络中通信对端信道竞 争的公平性，进而保证每条数据流相对较高的平均吞吐率。通过对各异构子网 传输性能、公平性、网络效率的提高最终提升整体异构无线m e s h 网络的性能。 最后，为验证各同构子网的性能，且将异构无线m e s h 网络进一步融合， 异构无线m e s h 网络的路由度量需考虑的两类网络参数：节点质量与链路质量。 另外，该路由度量应能够描述不同m e s h 子网节点的异质性。针对如上特点设 计了应用于异构无线m e s h 网络的路由度量架构，且实现了基于该架构的一种 路由度量。该度量可应用于各种子网，使得各予网的网络容量得以提升，从而 提升了整个异构无线网络的网络容量。 关键词：异构无线m e s h 网络射频协作调度算法公平性吞吐率网络 效率服务质量保障 a b s t r a c t o u rl i f eh a sb e e nc h a n g e db yt h ed e v e l o p i n gt e c h n o l o g y o fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n n o w ，w ec a ne n j o yv e r yc o n v e n i e n tn e t w o r k s e r v i c e s t h ec o v e r a g e r a n g eo fc o n v e n t i o n a lw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ( w l a n ) i sv e r ys m a l l ，s oi t i s e x p e n s i v et ob u i l dm u l t i p l ew l a n s t oc o v e ral a r g ea r e a i no r d e rt oo v e r c o m et h e d i s a d v a n t a g e sa b o v e ，an e wk i n do fw i r e l e s sn e t w o r k ，w i r e l e s sm e s hn e t w o r ki s d e p l o y e dr e c e n t l y ，a n dh a sb e e nw i d e l yu s e di nm e d i c a lc a r es y s t e m ，o i la n d c o a l i n d u s t r y ，p u b l i cs a f e t ya n ds oo n n o w ，s e v e r a lk i n d so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e sa p p e a ra l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n d t h er e d u c i n go f c o s to fh a r d w a r e s u c ha si e e e8 0 2 1 6 ( w i m 久x ) ，i e e e8 0 2 1 5 3 c t j w b ) ，3 ga n ds o o n g r a d u a l l v 。t h ec o n v e n t i o n a lw i r e l e s sm e s hn e t w o r k ( w m n ) b a s e do ni e e e 8 0 2 11h a st u r n e di n t oan e wf o r m ：h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sm e s hn e t w o r k ，w h i c hi s m o r ec o m p a t i b l e ，r o b u s ta n dw i t hh i g hp e r f o r m a n c e i ns u c han e t w o r k ，a na r e a w o u l db ec o v e r e db ys e v e r a lk i n d so fd i f f e r e n tw i r e l e s sn e t w o r k s 、；v l l e nt e r m i n a l s h a v eb e e ne q u i p p e dw i t hm u l t i p l er a d i o s ，e a c ho fw h i c ha d o p t sd i f f e r e n tw i r e l e s s t e c h n o l o g y ，c l i e n t sc a nc h o o s et h eb e s tr a d i ot oa c c e s st h en e t w o r kt oe n j o y n e t w o r k s e r v i c e i nt h eh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sm e s hn e t w o r k ，r a d i o so fo n et e r m i n a lc a na c c e s s n e t w o r ks i m u l t a n e o u s l yw h e nt h e yd on o ti n t e r f e r ew i t he a c ho t h e r h o wt om a k e t h ec o e x i s t e n tr a d i o sc o o p e r a t ew i t h e a c ho t h e r ，t op r o m o t et h ep e r f o r m a n c eo f d e v i c ea n dn e t w o r k , i sap o p u l a rr e s e a r c ha r e a a n o t h e rr e s e a r c hf i e l di sh o w t o i m p l r o v et h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e ，f a i r n e s s ，n e t w o r ke f f i c i e n c yo f e a c hs u b n e t ， t of i n a l l yp r o m o t et h ec a p a b i l i t yo ft h ew h o l eh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sm e s hn e t w o r k f u r t h e m o r e t h et r a d i t i o n a lr o u t i n gm e t r i ci sn o ts u i t a b l ef o rh e t e r o g e n e o u sw m n ， s oi ti sac h a l l e n g et op r o p o s eau n i f i e dr o u t i n gm e t r i cf o re a c hs u b n e tt oa c c e l e r a t e m e r g i n go fh e t e r o g e n e o u sw m n a i m i n ga tp r o m o t i n gt h ep e r f o r m a e eo ft h ew h o l eh e t e r o g e n e o u sw m n ，w e f o c u so nt h ef o l l o w i n gt h r e ei s s u e s ：n e t w o r ka n dr a d i oc o o p e r a t i o n ，p e r f o r m a n c e o p t i m i z a t i o no fs u b n e t s ，u n i f i e dr o u t i n gm e t r i c w ep r o p o s eat i g h tc o o p e r a t i o n s c h e m ef o rw i f ia n dw i m a xr a d i o s ，b ym o d i f y 访gt h em a cl a y e rp r o t o c o l so f w i f ia n dw i m a x w ei n v e s t i g a t es c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o rw i m a x a n du w b m e s hs u b n e t a sw e l la sf a i r n e s st r a n s m i s s i o na l g o r i t h mf o rm o b i l ew i f im e s h m a b s t r a c t s u b n e t ，t oi m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c es e p a r a t e l y b ya n a l y z i n g n e t w o r k p a r a m e t e r sw h i c hs h o u l db et a k e ni n t oa c c o u n tb yr o u t i n gm e t r i c ，w ep r o p o s ea n d i m p l e m e n taf r a m e w o r ko fr o u t i n gm e t r i cf o rh e t e r o g e n e o u sw m n i naw o r d ，w e d e s i g nan o v e ls o l u t i o nf o rh e t e r o g e n e o u sw m n f r o ms i n g l eh o pt r a n s m i s s i o nt o m u l t i h o pr o u t i n g f i r s to fa 1 1 i no r d e rt or e a l i z et h ec o o p e r a t i o no fr a d i oa n dn e t w o r k ，w e i n v e s t i g a t et h ea v a i l a b i l i t yo f c o e x i s t e n c eo fw i f ia n dw i m a xr a d i o s ，a n da n a l y z e t h er e a s o no fl o we f f i c i e n c yo fw i f id c fs c h e m e ，t h e nb a s e do nt h eb a n d w i d t h r e q u e s t i n gs c h e m eo fw i m a xm e s h ，w ep r o p o s eat i g h tc o o p e r a t i o ns c h e m eo f w i m a xa n dw i f ir a d i o s 、肝w ( w i m a xf o rw i f i ) m o d u l ei sp l a n t e db e t w e e nt h e e n t i t i t e so fw i m a xm a ca n dw i f im a cl a y e r b ym o d i f i e dd s c hm e s s a g e ， w i m a xr a d i o h e l p sw i f ia c c o m p l i s h i n g b a n d w i d t h r e q u e s t - g r a n t - c o n f i r m p r o c e d u r e ，t oa v o i dt h eo v e r h c a do fi n t e r a c t i o nb e t w e e nw i f ic o n t r o lm e s s a g e s ( r t s c t sa n da c k ) b yt h i ss c h e m e ，t h ee f f i c i e n c ya n dt h r o u g h p u to fw i f im e s h c a nr e a c ht h em a x i m u mv a l u eo ft h e o r y ，10 0 a n d1m b p s ，a n dw i t h o u ta f f e c t i n gt h e p e r f o r m a n c eo fw i m a x m e s h s e c o n d l y ，b yi n v e s t i g a t es e r v i c ed i f f e r e n t i a t i o na n dt h em a n n e ro fa l l o c a t i o n a n ds c h e d u l i n go fd a t as l o t si nw i m a xm e s hn e t w o r k ，w ed e s i g naq o sb a s e d t h r o u g h p u t e f f i c i e n c yo p t i m i z a t i o nd i s t r i b u t e dd a t as u b f r a m es c h e d u l i n ga l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fv b r f l o wa n dt h em a n n e ro fd a t as l o ta l l o c a t i o n i nu w bm e s hn e t w o r k ，w ep r o p o s ead y n a m i ca l l o c a t i n ga n da d j u s t i n gs c h e m e ， w h i c ha l s oc o n s i d e r sq o sg u a r a n t e e b yt h e o r e t i c a l l ya n a l y z i n gt h eu n f a i r n e s s p h e n o m e n o nw h e nf l o w sc o n t e n d i n gf o rw i r e l e s sm e d i ai n m o b i l ew i f im e s h n e t w o r k ，w ep r o p o s ead y n a m i cp a c k e ts i z ea d j u s t i n gs c h e m et op r o m o t et h ef a i r n e s s i nm o b i l em e s hn e t w o r k ，a n da l s om a i n t a i nah i g hl e v e lt h r o u g h p u to f e a c hd a t af l o w t h ep e r f o r m a n c eo ft h ew h o l eh e t e r o g e n e o u sw m ni sf i n a l l yi m p r o v e dt h r o u g ht h e p r o m o t i o no fe a c hs u b n e t st r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e ，f a i r n e s s a n dn e t w o r k e f f i c i e n c y f i n a l l y ，i no r d e rt o f a c i l i t a t et h em e r g i n go fe a c hs u b n e t , t h er o u t i n gm e t r i co f h e t e r o g e n e o u sw i v i nn e e d st o c o n s i d e rt w op a r a m e t e r s ：n o d eq u a l i t ya n dl i n k q u a l i t y f u r t h e r m o r e ，i ti sa l s or e q u i r e dt h a tt h er o u t i n gm e t r i c c a nd e p i c tt h e h e t e r o g e n e i t yo fn o d e si ne a c hs u b n e t s a c c o r d i n gt ot h ea b o v er e q u i r e m e n t ，w e p r o p o s eaf r a m e w o r ko fr o u t i n gm e t r i cf o rh e t e r o g e n e o u sw m n ，a n dr e a l i z ea p r o t o t y p e ：b l e t x i t sp r o v e dt h a tb l e t xi ss u i t a b l ef o re a c hs u b n e t ，a n dw i t h i v a b s t r a c t g o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u s w i r e l e s sm e s hn e t w o r k , r a d i o c o o p e r a t i o n ， s c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，f a i r n e s s ，t h r o u g h p u t ，n e t w o r ke f f i c i e n c y ， q u a l i t yo fs e v i c e v 图表目录 圈1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图1 6 图1 7 图1 8 图1 9 图1 1 0 图1 1 l 图1 1 2 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图4 1 图4 2 图表目录 无线局域网结构示意图2 a dh o e 网络结构示意图2 无线m e s h 网络结构示意图。3 异构无线m e s h 网络结构示意图4 8 0 2 1 lm e s h 网络结构图5 r t s c t s 工作过程6 d c f 机制回退过程7 w i m a xm e s h 网络结构图7 w 订脚( m e s h 帧结构8 u w bm e s h 网络结构图9 u w bm e s h 网络帧结构示意图9 论文组织结构图2 2 w i m a xm e s h 的帧格式。2 7 w i m a xm e s h 分布式调度机制的三步握手过程2 7 d c f 工作机制示意图2 8 w i m a xm a c 为w i f im a c 做带宽请求的时间序列3 2 w i m a xd s c h 三步握手的m a c 层实现。3 4 w i f i 与w i m a x 射频紧耦合协作方案系统设计3 5 单跳场景下非协作方案与协作方案的性能对比图3 9 随机场景下非协作方案与协作方案的性能对比图3 9 车载网络示意图4 2 移动m e s h 网络中的信道竞争示意图4 3 双向路上道路两侧的数据流竞争示意4 3 竞争窗口取值4 5 p a c k e t 从5 0 0 到1 0 0 以5 b y t e s 渐变的节选效果图4 7 r t s c t s 帧格式4 9 s r t s s c t s 帧格式图4 9 以信号冲突的方式探知相遇后的工作过程5 0 根据收到其它节点的信号探知相遇后的工作过程5 1 w i m a xm e s h 中三步握手机制模型5 4 w i m a xm e s h 数据子帧调度模型5 4 x i 图表目录 图4 3 数据子帧调度中的不公平性5 5 图4 4 分布式调度算法引发低吞吐率的情况5 6 图4 5 当网络繁忙时，提高服务质量的算法5 8 图4 6 调度表示意图6 0 图4 7 超级帧示意图，6 1 图4 ，8q o s - t e o s 机制的工作过程6 2 图4 9r s s 的模拟实验结果6 6 图4 1 0r p l 的模拟实验结果6 6 图4 ，11 t h r o u g h p u t 的模拟实验结果6 7 图4 1 2 e f f i c i e n c y 的模拟实验结果6 7 图5 1u w b 的超级帧结构7 1 图5 2i e e e8 0 2 1 5 3 的帧头部格式7 3 图5 3 修改后的i e e e8 0 2 1 5 3 的帧头部格式7 3 圈5 4 针对动态c t a 调整算法的超级帧格式7 3 图5 5c 1 a 分配的一个实例7 5 图5 6 一个v b r 流的低效时槽利用的例子7 6 图5 7 i e e e8 0 2 1 5 3 帧控制域格式7 6 图5 8q t s r a 算法与随机算法的性能比较7 7 图5 9f d t s a 与算法l 、2 的实验结果比较。7 8 图6 1e t t 度量的不足8 2 图6 2t b t 的含义( g a p 可以是d i f s 或e i f s ) 。8 3 图6 3a o d v ：无线m e s h 网络的一种路由协议8 4 图6 4 路由度量性能对比8 6 图7 1 链路与其目的端点的映射8 9 图7 2w i m a xm e s h 网络的模拟实验结果9 1 圈7 。3 8 0 2 。1 1m e s h 躅络的模拟实验结果粥 表2 ，lw i m a xm e s hm d s c h 控制信令格式3 0 表2 2w i f im a c 与w 粼m a c 问的信息共享3 5 表3 i 模拟场景的参数设置4 3 表3 ，2 关于矿与p a c k e t 的统计结果4 8 表4 1 模拟实验的参数设置6 5 表5 1 实验参数的相关设置7 7 表6 1 实验参数的相关设置8 5 表7 1w i m a xm e s h 网络的参数配置9 2 x 图表目录 表7 28 0 2 1 lm e s h 网络的参数配置9 3 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除已特，l o d l ：l 以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名： 秘 签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 | 仍公开口保密l 年) 作者签名：趁。翩签名：垄丝 签字日期：逊。皱纠 签字日期： , o 0 峰烈 第l 章绪论 第1 章绪论 近年，无线网络正以前所未有的发展速度融入我们的日常生活，最初的有 线局域网发展为无线局域网，有线电话发展为无线电话与手机，设备间经由数 据线传输文件发展为经由蓝牙技术传输，有线电视发展为无线电视、车载电视， 我们的生活经历着翻天覆地的变化。随着无线通讯技术的发展，无线网络己不 再局限于以8 0 2 1 l 无线局域网技术为代表的网络形式，其逐渐发展为多个无线 设备类聚，彼此互联通信的一种多跳网络形式，称为无线m e s h 网络。这种网 络形式的出现进一步降低了无线网络的布设成本，且扩大了无线网络的覆盖范 围，促进了无线网络的普及与推广。 随着制造成本的下降及各种通信技术的成熟，多种射频设备随之出现，如 w i m a x 、u w b 、8 0 2 1l g n 、3 g 等，用户设备常集成其中多种射频，如苹果公 司推出的i p h o n e 手机集成了w i f i 、g s m 和3 g 射频，用户可分别或同时接入 多个网络享受服务。覆盖网络也随之多样化，同一区域常有多种网络信号覆盖。 以往单一的无线m e s h 网络逐步发展为一种融合多种无线传输技术的异构无线 m e s h 网络。该种网络形式的出现旨在为用户提供更加便利且可靠的网络服务， 使得用户在任意位置均可享受无线服务。异构无线m e s h 网络并不是各种网络 的无机叠加，而是一种有机融合，这种融合将促进用户享受高效、高质且统一 的服务。从网络协议层次来看，各同构m e s h 子网所不同的是媒体接入控制层 及物理层，物理层属于各传输技术独有的特性，因此为提高异构无线m e s h 网 络的网络性能、用户体验及网络融合性，本论文将针对异构无线m e s h 网络及 其各m e s h 子网的媒体接入控制策略进行相关研究与分析。 异构无线m e s h 网络己逐渐融入我们的日常生活，我们正在享受其带来的 便捷与便利，其必将成为未来无线网络发展的趋势与形式，将广泛应用于包括 军事、生活、医疗等各个领域。接下来，我们将对异构无线m e s h 网络的概念 及体系结构、国内外的研究项目及研究现状等进行概述，提出我们的研究问题 的目的与意义，并介绍本文的研究内容与组织结构。 1 1 论文研究背景 1 1 1同构无线m e s h 网络的概念与体系结构 在介绍异构无线m e s h 网络之前，首先介绍同构无线m e s h 网络的相关概念 第1 章绪论 与体系结构。最初以8 0 2l l 技术为支持的无线网络主要包括两种形式：无线局 域网及a dh o e 网络。无线局域网主要面向用户接入，为用户提供无线网络服务。 其网络结构如图11 所示，该网络由一个无线接八点及多个用户组成，用户直 接与无线接八点通信进行数据传输接八点通过有线连接至因特网。由于受传 输距离、传输功率、障碍物等影响，这种网络形式常用于办公室、家庭、会议 室或较为开阔的场地等网络接八。由于覆盖范围相对较小，为覆盖一定而积的 区域，常需要多个无线接入点，且每个接入点均需连接至有线网络，其造价相 对昂贵，且需要较多的有线基础设施支持。 i l * t e r n e t 圈12a d h o c 网络结构示意图 限于无线局域网覆盖范围小且措建成本高，且a dh o e 无法提供网络服务 第1 章绪论 一种新的网络形式：无线m e s h 网络( j u ne ta l ，2 0 0 3 ；a k y i t d i ze ta l ，2 0 0 5 ；c h e r t da l ， 2 0 0 6 ；l i e s e na l ，2 0 0 6 ) 随之出现其网络结构与a dh o c 网络较为相似，但功能 上主要面向用户接入，为用户提供文件共享、音视频文件下载等相关网络服务， 将a dh o c 的军事化转为民用化其网络结构如蹦i3 所示。无线m e s h 网络主 要由三部分实体构成：m e s h 网关、无线路由器和用户。无线路由器组成无线网 络主干，无线路由器问通过通过无线信号相互通信。一些无线路由器连接至因 特网，称为m e s h 网关。用户连接至附近的某个无线路由器，当向因特网发送 数据时，其数据传输通过多跳路由到达m e s h 网关，最后进入因特网：反之因 特网数据首先路由至m e s h 网络经过多跳无线传输到达用户。无线m e s h 网络 的优点在于：l 、多跳传输特性扩大了其无线信号覆盖范围；2 、措建方便基 础设施支持相对较少；3 、主干路由器位置相对固定，因此可采用优化的路由及 m a c 层算法提升网络性能：4 、用户可作为路由节点为其他用户进彳亍数据中继 传输，且添加无线路由器极为方便，网络扩展性强。当某无线m e s h 网络中所 有节点采用相同的传输技术时，我们称其为同构无线m e s h 网络如8 0 2 1 lm e s h 网络、w i m a x m e s h 刚络或l i w b m e s h 网络等。目前无线m e s h 网络己广泛应 用于医疗、公共安全、用户网络接入等领域。 ，焱 图i3 无线m 劬网络结构示意图 2 异构无线m e s h 网络的概念与体系结构 随着各种无线传输技术的发展及硬件制作成本的降低生话中出现了多种 无线传输射频设备，如w i f i 、w i m a x 、u w b 、蓝牙、g s m 、w c d m a 、t d - s c d m a 等。目前很多用户设备亦集成了如上射频中的多种射频，例如新近推出的上网 匆 匆毒 匆 第1 章绪论 本集成了w i f i 、蓝牙、w i m a x 回卡：某些智能手机集成了g s m 和蓝牙射频， 如多普选7 l o + 手机；苹果公司出品的i p h o n c3 g s 集成了g s m 、w c d m a 和 w i f i 射频。多种传输技术的出现及多模射频设备的普及使得目前网络形式多神 多样，同一地理区域常由多种无线同络覆盏，用户可选择某个或多个阿结接a 以获得网络服务。 以往由单个同构无线m e s h 网络覆盖的区域已由多种同构无线m e s h 网络共 同覆盖，各同构无线m e s h 网络的主干路由器常可其享同一物理设备，即在同 一个无线路由器上集成多个无线射频，各种无线m e s h 网络已有机的融台在一 起，不是单纯物理信号的叠加，我们称由多种同构无线m e s h 网络有机融合组 成的网络为异构无线m e s h 阿络( d a p e n ge t a t ，2 0 0 7 ；h o s s a i n ，2 0 0 8 ；h a i p i n ge t a l ， 2 0 0 8 ；n g u y c ne ta l ，2 0 0 8 ) ，其结构如图14 所示。 异构无线m e s h 网络由四部分实体组成；边界网荚、网间网关、无线路由 器及无线用户。无线路由器构成异构无线m e s h 网络的网络主干；有些无线路 由器整合多种射频，这种路由器用于有机连接两种或多种同构m e s h 网络，是 网间网关；有些无线路由器连接至因特网，是边界两关；用户连接至附近的某 个无线路由器获得无线网络服务，其信息传输可能经过一个或多个同构无线 m e s h 子网到达边界网络进入因特网，反之由因特嘲经过一个或多个同构m e s h 子网到达用户。异构无线m e s h 网络有如下优点：i 、用户选择多样化，可选择 多种网络获得服务，提高用户的服务满意度；2 、多种同构子嘲同时存在提高 第1 章绪论 了异构网络的鲁棒性与可靠性；3 、子网问的有机结合提高了网络的总体性能与 网络容量；4 、网络覆盖范围获得进一步扩大；5 、多种同构网络相结合可为地 区网络覆盖提供多样化的部署方案。基于上述优点，异构无线m e s h 网络已成 为未来无线网络发展的必然趋势。 3 典型同构m e s h 子网介绍 ，一矿望。，一_ 赠矿、。， 。璀蕊慧。 ：怠一蕊一进4 晟初8 0 2l lm e s h 采用i e e e8 0 2 1 l ( i e e es t d8 0 2 1 1 1 m ，1 9 9 9 ) 标准作为其 媒体接入控制协议，后期出现了修订协议i e e e8 0 21 1s ( i e e e8 0 2l l s ，2 0 0 6 ) ， 本文主要针对8 0 2l l 协议。8 0 2i l 标准为媒体接八控制层制定了两种工作机制； 点协调机制p 晒t p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 与分布式协调机制d c f ( d i s t r i b u t e d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 。p c f 是搭建无线局域网时采用的主要工作 机制，搭建8 0 2l lm e s h 网络常采用d c f 工作机制。d c f 机制中，节点通过信 第1 章绪论 道竞争的方式获取无线媒体资源，采用的主要协议为c s m a c a ，为减少数据 传输冲突及隐藏节点、暴露节点( f u l l m e re ta 1 ，1 9 9 7 ；s e k i d oe ta 1 ，2 0 0 5 ；g o s s a i n e ta 1 ，2 0 0 6 ) 问题，引入r t s c t s 机制。网络中邻居节点通信前采用该机制进 行传输协商，其工作过程如图1 6 所示。源节点侦听到网络空闲一个d i f s 时间 间隔后，发送r t s 控制信令，通过该控制信令通知目的节点及邻居节点，其欲 发送数据及预期占用的网络时间；目的节点收到r t s 正确解码后，返回c t s 控制信令，该信令通知源节点及所有邻居：源节点可以从下一时刻开始传输数 据且更正源节点将占用的网络时间；而后源节点发送数据直到传输结束；目的 节点返回确认a c k ，表示此次传输成功。通过上述过程网络中的节点对可实现 无冲突的数据传输过程。 糖p b同 一 s i f s i k s i f s l 一 a a u o r t c t $ d i f s | 锚n 鼬的n 蝴峥叩i i n a v f r t s ) n a vl c t s ) r d e f e r a o c e nb a c k o f f a f t e rd e f e r 图1 6r t s c t s 工作过程 若r t s 传输发生