定向天線下無(wú)線Mesh骨干網(wǎng)的部署研究.pdf

1、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network,WMN)是通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的多跳網(wǎng)絡(luò),它結(jié)合了多信道、多網(wǎng)卡、多速率等技術(shù),可以有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能,較傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有著較大優(yōu)勢(shì)。WMN骨干網(wǎng)的部署優(yōu)化是WMN研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一,直接影響整個(gè)WMN的性能。當(dāng)前,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)大都基于全向天線,雖然信號(hào)的覆蓋范圍廣,但也存在空間干擾大,空間復(fù)用率低的缺點(diǎn),制約著WMN的性能。為了提高WMN性能,部分研究者提出了采用定

2、向天線取代全向天線,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,較好地解決了信號(hào)干擾問(wèn)題,提高了空間復(fù)用率。但是目前定向天線技術(shù)還存在很多問(wèn)題,如:定向天線部署成本較全向天線高,定向波束間存在相互干擾等,使得采用定向天線技術(shù)的WMN部署研究存在較大的困難。
　　本文主要是針對(duì) WMN骨干網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)部署問(wèn)題,對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)部署算法和拓?fù)鋬?yōu)化部署算法進(jìn)行了深入研究,分析了現(xiàn)有 WMN部署算法存在的優(yōu)缺點(diǎn),然后結(jié)合定向天線技術(shù)的傳輸特點(diǎn)以及Delaunay三角的

3、圖形優(yōu)勢(shì)對(duì) WMN骨干網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)部署以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,提出一種新的部署方案。本文主要研究工作如下:
　　(1)提出一種基于定向天線技術(shù)和Delaunay圖形的WMN骨干網(wǎng)網(wǎng)關(guān)部署優(yōu)化算法,給出算法的形式化定義,分析了算法的時(shí)間復(fù)雜度該算法基于Delaunay圖形構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)Delaunay圖形的特點(diǎn),通過(guò)尋找網(wǎng)絡(luò)的中心點(diǎn)選出候選網(wǎng)關(guān)集,在候選網(wǎng)關(guān)集中選擇到其他節(jié)點(diǎn)跳數(shù)最小的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果對(duì)比分析,

4、提出的算法得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化了骨干網(wǎng)中的網(wǎng)關(guān)部署位置,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)數(shù)量較少、網(wǎng)關(guān)到其他節(jié)點(diǎn)總路徑較短的優(yōu)化目標(biāo)。
　　(2)根據(jù)骨干網(wǎng)網(wǎng)關(guān)部署優(yōu)化算法,設(shè)計(jì)了基于Delaunay圖形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化算法(TOTD)。該算法在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下,通過(guò)減少傳輸距離過(guò)長(zhǎng)、能耗較高的無(wú)線鏈路,提高傳輸成功率,降低能耗;通過(guò)限定網(wǎng)絡(luò)中路由節(jié)點(diǎn)配置的定向天線數(shù)量上限,有效地降低了網(wǎng)絡(luò)中定向天線數(shù)量,減少部署費(fèi)用。算法的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化

5、后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)路由節(jié)點(diǎn)至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸距離較小,較好地解決了定向天線間的干擾問(wèn)題,改善了網(wǎng)絡(luò)性能。
　　(3)在TOTD算法基礎(chǔ)上,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸距離與節(jié)點(diǎn)度之間的關(guān)系,提出了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)度不受限制的優(yōu)化策略(TOTD-GDU算法),對(duì)網(wǎng)關(guān)的節(jié)點(diǎn)度數(shù)不設(shè)置上限限制,其他條件與TOTD算法相同。該算法能在網(wǎng)絡(luò)部署成本小幅度的增加甚至不增加的情況下,進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)傳輸距離,降低傳輸時(shí)延。NS2模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,TOTD-GDU算法在