无线Mesh网络信道分配与路由联合算法研究

发布时间：2019-11-06 02:12

【摘要】：无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks,WMN)由于其部署安装简单、稳定性好、带宽高等特点成为解决“最后一公里”的关键技术,受到广泛的关注。在无线Mesh网络的相关研究中,优化信道分配与路由来提升网络性能是重要的研究内容。在现有研究中,单纯的信道分配或路由的优化没有考虑信道与路由相互之间的影响,不能充分利用网络资源。信道分配与路由联合优化可以提高网络资源利用率,对提升网络性能有重要意义。目前很多联合优化算法首先构建联合优化网络模型,并将优化模型表示为线性规划问题。线性规划问题是NP难问题,当网络规模较大时一般采用启发式算法对其求解,但是现有的启发式算法存在未考虑信道与路由之间的影响以及复杂度高等问题。本文针对无线Mesh网络中传输链路负载不均衡的问题,考虑无线Mesh网络中网络资源限制条件,将信道分配、路由以及网络接口分配联合优化的网络优化模型表示为混合整数线性规划问题,提出一种可以快速收敛的启发式算法ILSG算法(Iterated Local Search with Greedy algorithm)求解混合整数线性规划问题。ILSG算法首先使用贪婪算法生成一个可用的网络初始信道分配方案。该贪婪算法在网络优化模型约束条件下,考虑网络连通性以及负载均衡,生成初始信道分配结果并将分配方案表示为一个可用的决策变量的初始值。然后将初始值代入局部迭代搜索法(ILS)求解规划问题,根据所得解确定网络资源分配方案。仿真结果表明,ILSG算法可以以更快的收敛速度得到优化模型的分配方案,在保证网络公平性的基础上提升了网络性能。跳数是路由的最基本度量之一,减小网络中的平均跳数可以降低网络的资源利用率。目前,对联合优化模型的规划问题求解使用的启发式算法在求解完成后,确定网络资源分配方案时,没有考虑网络中平均跳数。针对这一问题本文提出ILSG-H(Iterated Local Search with Greedy Algorithm-Hop Counts)算法,在ILSG算法对规划问题迭代求解完成后,对得到的决策变量的初始解,计算初始解对应的节点以及传输流,得到当前节点到对应的目的节点的最小跳数,将初始解与对应最小跳数的倒数的加权和作为确定网络信道与路由分配方案的参数,获得最终的信道与路由的优化分配方案。仿真结果表明,ILSG-H算法可以合理利用网络资源,提升网络性能。本文使用Matlab与NS-3对算法性能进行仿真比较,在Matlab上进行算法的仿真,对算法的性能进行仿真比较并获得网络资源分配方案;在NS-3仿真平台上构建多接口多信道的无线Mesh网络平台进行网络性能比较。仿真结果表明所提算法相比ILS算法可以以更小的计算量获得WMN网络中信道与路由联合分配方案,合理利用网络资源,提高网络中的平均吞吐量,降低平均端到端时延和平均丢包率。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.5

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本文编号：2556471