无线mesh网络关键技术与应用研究大学论文.docx
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无线mesh网络关键技术与应用研究大学论文
上海海洋大学硕士学位论文
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上海海洋大学硕士学位论文
无线Mesh网络关键技术与应用研究
摘要
在各种无线网络技术竞相发展的同时，作为一种新兴的无线网络技术—无线
Mesh网络（WirelessMeshNetwork,WMN）正逐渐成为人们关注的焦点之一。
WMN即
无线网状网络,也被称为无线多跳网络,是一种多跳无线网状拓扑网络，属于无线
宽带接入网络领域的范畴。
WMN可以和多种无线宽带接入技术如WLAN、WiMAX以及
第三代移动通信等技术相结合,构成一个含有多跳无线链路的无线网状网络。
在传
统的WLAN中，终端用户都是借助一条与AP直接相连的无线链路来访问网络，每
个终端用户若想进行与外界通信的话，应该首先访问接入点AP,我们称这种网络架
构为单跳网络系统。
在WMN中，任何节点既可以是一个AP，也可以是路由器，因
此，在该网络系统中各个节点都可以收发信号，而且每个节点既可以和一个节点
直接通信，也可以和多个其他节点进行通信。
那么这种网络系统架构有很大的好
处是：
假如最近的接入点AP因为流量过大造成交通拥塞，那么数据就能够自动路
由到一个流量较小的邻近节点进行传输。
依此类推，数据流量还可以根据网络的
情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地。
这种
接入方式就是多跳接入。
基于无线Mesh网络这种新型的网络架构，传统的WLAN
一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解，由此可以可见，无
线Mesh网络技术的出现，代表着无线网络技术的又一大跨越，有着极为广阔的应
用前景。
首先本文介绍了无线Mesh网络技术发展历史及其主要应用领域，由于无线
Mesh网络主要应用定位于无线宽带多媒体业务，同时分析了无线Mesh网络自身固
有的缺点。
并在此基础上提出保障QoS技术和无线Mesh网络路由协议必须解决的
问题。
其次本文给出无线Mesh网络QoS保障研究与OSI/RM比较对照模型，并提出
解决无线Mesh网络QoS路由问题的思路，同时给出了无线Mesh网络模型中执行
QoS路由算法的数学函数模型，并根据近几年国内外无线Mesh网络路由协议的研
究现状及无线Mesh网络QoS路由算法的研究热点进行了归纳总结与比较分析，得
出本文在解决该问题上归类和新颖性。
然后本文改进一种启发式算法，该算法是建立在基本蚁群算法的基础上，总
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上海海洋大学硕士学位论文
结了蚁群算法的优缺点，并在此基础上提出了改进蚁群算法，而后根据无线Mesh
网络架构特点，给出基于改进蚁群算法的无线Mesh网络QoS路由算法，通过将基
于网络拓扑路由构造和路由算法改进相结合，有效低降低延迟和丢包率，此外通
过仿真实验研究发现改进后的QoS路由算法在路由费用上的平均值及最优值明显
有所改进。
最后本文就无线Mesh网络在海岸环境监测上应用作了深入分析，21世纪是海
洋的世纪，传统海岸环境监测网络技术存在着建设成本高、体积庞大、系统复杂、
不便于快速配置等缺点，而无线Mesh网络的成本低、易配置、易维护、易扩展以
及健壮性网络拓扑结构非常有利于部署海洋环境监测网络系统，通过分析比较，
本文提出了基于无线Mesh网络的海岸环境监测系统架构。
关键词服务质量（QoS）,无线网状网（WMN）,蚁群算法（ACA）
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上海海洋大学硕士学位论文
ResearchonKeyTechnologiesandApplicationofWireless
MeshNetworks
ABSTRACT
Withthehighdevelopmentofavarietyofwirelessnetworkcommunication
technologyinrecentyears,anewwirelessnetworkingtechnology—wirelessmesh
networksarebecomingthefocusofpeople’sattention.Wirelessmeshnetwork,also
knownasmulti-hopwirelessnetwork,whichisawirelessmulti-hopmeshnetwork
topology,andbelongstobroadbandwirelessaccessareas.WirelessMeshnetworkscan
becombinedwithavarietyofbroadbandwirelessaccesstechnologies,suchas3G
mobilecommunications,802.11,802.16,802.20andsoon,andformswirelessmulti-hop
linkswirelessmeshnetworks.IntraditionalwirelessLAN（WLAN）,eachclientare
connectedviaawirelesslinkwiththeAPtoaccessthenetwork,userswhowantto
communicatewitheachother,theymustfirstvisitafixedaccesspoint（AP）,whichis
calledsingle-hopnetwork.InwirelessMeshnetwork,anywirelessdevicesnodecanbe
bothAPandrouter,eachnodeinthenetworkcansendandreceivesignals,and
communicatedirectlywithoneormoreoftheothernodes.Thegreatestbenefitofthis
structureis:
IfthenearestAPhasheavytrafficcongestion,thenthedatacanbe
automaticallyreroutedtoamoresmallerneighboringnodestobetransmited.Andsoon,
accordingtonetwork,thepacketcanbecontinuedroutingtothenearestnextnodefor
transmission,untilitreachesthefinaldestination.Thisaccessmethodcanbecalledthe
multi-hopaccess.Basedonthisnewnetworkarchitectureofwirelessmeshnetworks,
therehasbeenatraditionalWLANwithlowscalability、lowrobustnessandsoon,
whichcanbesolved.Wirelessmeshnetworktechnologyrepresentsanotheralarge
across,whichhasaverybroadapplicationprospects.
First,thearticledescribesthehistoryofwirelessmeshnetworktechnologyandits
majorapplicationareas,themainapplicationsofwirelessMeshnetworkslocatedinthe
wireless
broadband
multimedia
services,
meanwhile,
analyzed
the
inherent
shortcomingsinwirelessmeshnetwork.Onthatbasis,addressestheprotection
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technologyofwirelessmeshnetworkQoSrouting.
Second,thispaperstudiedQoSguaranteeand
OSI/RMcomparemodelin
wirelessmeshnetwork,andproposesolutionstothewirelessmeshnetworkQoS
routingproblem,andgivesawirelessmeshnetworkmodelofmathematicalfunctions
performingQoSroutingalgorithms.Accordingtorecentdomesticandinternational
findings,arrivesatthisclassificationandnoveltyofresolvingtheissues.
Then,basedonthebasicantcolonyalgorithm,thispapersummarizesthe
advantagesanddisadvantagesandimprovestheheuristicalgorithm.Accordingto
characteristicsofwirelessmeshnetworkarchitecture,givesbasedonimprovedant
colonyalgorithmforwirelessMeshnetworkQoSroutingalgorithm,andcombines
networktopology-basedroutingwithroutingalgorithms,effectivelyreduceslatencyand
lowpacketlossrate.Inaddition,bywayofimprovedroutingalgorithmsimulation
study,comestotheconclusionthattheoptimalvalueandtheaverageissignificantly
improved.
Finally,thepaperanalysesindepthapplicationsofwirelessmeshnetworkinthe
marineenvironmentmonitoring.onthe21stcentury,whichisthecenturyoftheocean,
thetraditionalcoastalenvironmentmonitoringnetworkbuildingtechnology,therearea
lotofshortcomings,suchashighcost,bulkyandcomplexsystems,noteasytoquickly
configureandsoon.ButwirelessMeshnetworksislowcost,easytoconfigure,easyto
maintain,easytoexpandandrobustnetworktopology,whichisveryconducivetothe
deploymentofmarineenvironmentalmonitoringnetwork.Throughanalysisand
comparison,thispaperputsforwardacoastalenvironmentalmonitoringsystem
architecturebasedonthewirelessmeshnetworks.
KEYWORDS
qualityofservice（QoS）,wirelessmeshnetwork（WMN）,antcolony
algorithm（ACA）
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目录
摘要...............................................................................................................................1
ABSTRACT...........................................................................................................................3
第一章引
言...............................................................................................................7
1.1研究背景............................................................................................................7
1.2研究内容............................................................................................................8
1.3本文结构............................................................................................................9
第二章基于无线Mesh网的QoS路由.........................................................................10
2.1无线Mesh网技术原理....................................................................................10
2.2WMN的路由协议...............................................................................................11
2.3WMN-QoS控制技术...........................................................................................13
2.4WMN-QoS数学模型...........................................................................................14
2.5WMN-QoS路由分类...........................................................................................15
2.6本章小结..........................................................................................................17
第三章基于改进蚁群算法的无线Mesh网QoS路由算法.......................................18
3.1蚁群算法机制原理..........................................................................................18
3.2蚁群算法模型特征..........................................................................................19
3.2.1TSP问题描述........................................................................................19
3.2.2蚁群算法数学模型...............................................................................19
3.3蚁群算法的优缺点..........................................................................................21
3.3.1蚁群算法优点.......................................................................................21
3.3.2蚁群算法不足.......................................................................................21
3.4局部最优解判断..............................................................................................22
3.5算法改进思路..................................................................................................23
3.6基于改进蚁群算法的QoS路由算法...............................................................24
3.7本章小结..........................................................................................................25
第四章实验仿真与结果分析.....................................................................................25
4.1仿真实验环境..................................................................................................25
4.2网络拓扑与参数设定......................................................................................25
4.3实验仿真结果及分析......................................................................................26
4.4本章小结...........................................................................................................31
第五章无线Mesh网络在海洋环境监测上典型应用.................................................32
5.1传统海岸环境监测网络技术..........................................................................32
5.2无线Mesh网络与其他三种网络比较............................................................33
5.3基于无线Mesh网络的海岸环境监测系统架构............................................34
5.4本章小结..........................................................................................................36
第六章总结与展望.......................................
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