无线Mesh网络中网络编码感知路由研究

发布时间：2017-06-09 18:05

  本文关键词：无线Mesh网络中网络编码感知路由研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks,WMN)是一种应用范围广、网络容量大、接入速度高、同时部署成本低的多跳网络,是解决网络最后一公里瓶颈问题的一种新方式。WMN能够提供高效的带宽和灵活的组网方式以满足人们日益增长的网络接入需求。WMN以其突出的优势受到工业和学术界的高度重视。由于WMN的无线媒介特性,使其会受到随机的无线干扰、严重的信道衰落等影响。这些影响会引起网络严重的丢包现象,端到端时延增加,网络吞吐量下降,网络性能降低。随着信息论的引入,网络编码作为一种有效提升网络吞吐量的数据处理方式引起了学者们广泛的研究兴趣。由于网络编码能够降低数据包的传输次数,已被证明能够达到网络容量上限。网络编码感知的路由能够主动探测编码机会,但是现存的编码感知路由往往仅考虑编码机会的增加,它忽略了编码区域数据流汇聚的问题,这将导致网络性能下降。因此研究综合考虑干扰、负载均衡的编码感知路由具有重要的意义。本文首先对网络编码及其路由协议的研究现状进行了介绍;随后对WMN非编码路由和基于编码的路由进行了分类;最后针对当前网络编码感知路由易造成数据流汇聚、产生热点区域的问题展开深入研究。本文的主要工作如下:(1)针对当前网络编码感知路由的上述问题,设计了一种综合考虑编码增益、负载、干扰等因素的编码感知(Interference avoiding Load balance and Coding Aware,ILCA)路由度量,并设计了基于该度量的路由协议ILCAR。ILCAR依据该度量计算路径代价,从而选择最优路由路径。ILCAR能够主动寻找编码机会,同时将编码带来的增益与网络负载和干扰的影响进行折衷。ILCAR综合考虑无线Mesh网络中节点的编码增益、邻居范围内各干扰链路对当前通信链路的竞争程度、节点缓存中的数据包个数、链路的当前传输速率等因素,克服了当前编码感知路由引起的流量汇聚,负载不均问题。(2)由于链路吞吐量取决于当前的流量负载,所以度量中的丢包率指标会随着时间的推移有很大波动。考虑无线Mesh网络高动态范围的接收信号强度,本文在ILCA路由度量结合编码增益及负载均衡的基础上,为了捕捉快速变化的链路状态,改善现存的路由度量,设计了一种考虑接收功率的编码感知(Power Interference avoiding Load balance and Coding Aware,PILCA)路由度量,并设计了基于该度量的路由协议PILCAR。PILCAR采用接收信号电平改进ILCAR,得到的链路代价在捕捉编码机会的同时能够反映任意时刻的链路状态,从而提升网络性能。本文将设计的两种网络编码感知路由分别在NS3仿真软件中进行了仿真实现,在无线节点模型中引入网络编码层。仿真结果表明,本文所提算法相比经典的COPE和DCAR协议能够有效提升网络吞吐量,并降低平均端到端时延及丢包率。
【关键词】：无线Mesh网络 网络编码 路由度量 编码感知 NS3仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文主要工作及章节安排13-16
• 1.3.1 论文的主要工作及创新点13-14
• 1.3.2 论文的结构安排14-16
• 第2章 无线Mesh网络编码感知路由基础16-26
• 2.1 无线Mesh网络非编码路由协议16-20
• 2.2 无线Mesh网络基于网络编码的路由协议20-25
• 2.2.1 基本思想20-22
• 2.2.2 被动型网络编码的路由协议22-23
• 2.2.3 主动型编码感知的路由协议23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 干扰避免与负载均衡的WMN编码感知路由设计26-38
• 3.1 引言26-27
• 3.2 ILCAR路由协议的设计及实现27-31
• 3.2.1 网络编码条件27-28
• 3.2.2 ILCA路由度量的计算28-30
• 3.2.3 ILCAR路由协议的实现30-31
• 3.3 仿真结果及分析31-36
• 3.3.1 仿真场景及参数设置31-32
• 3.3.2 仿真结果及分析32-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 基于接收功率的WMN编码感知路由设计38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 PILCAR路由协议的设计及实现38-42
• 4.2.1 传播模型38-39
• 4.2.2 PILCA路由度量的计算39-40
• 4.2.3 PILCAR路由协议的实现40-42
• 4.3 仿真结果及分析42-45
• 4.3.1 仿真场景及参数设置42
• 4.3.2 仿真结果及分析42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 总结与展望46-48
• 5.1 论文总结46
• 5.2 未来工作展望46-48
• 参考文献48-52
• 附录 算法伪代码52-54
• 作者简介及科研成果54-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 Yan Gu;Han Han;Xujie Li;Jie Guo;;Network Coding-Aware Routing Protocol in Wireless Mesh Networks[J];Tsinghua Science and Technology;2015年01期

2 石文孝;许银龙;王继红;尚硕;王春悦;;无线Mesh网络干扰与区域负载感知路由度量[J];北京邮电大学学报;2014年05期

3 王继红;石文孝;李玉信;金凤;王春悦;;无线Mesh网络部分重叠信道分配综述[J];通信学报;2014年05期

4 ;On-demand coding-aware routing in wireless Mesh networks[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2010年05期

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本文编号：436226