多跳无线Mesh网络中基于定向天线的低时延广播研究

利用定向天线解决传统无线网络广播中存在的速度瓶颈问题是目前的研究热点之一。定向天线可以将能量集中在某个特定方向，增强辐射区域内节点的信号接收强度，从而增大传输速率，减小数据传输时延。使用单波束天线能量高度集中，可以提高传输速率，但因信号范围受限而需要多次传输才能覆盖所有节点；多个波束同时传输能扩大信号覆盖范围，但每个波束上分配的发送功率减少，传输速率下降，因此广播时延增大，应在速率和信号覆盖范围之间获得良好的均衡。本课题研究多速率无线mesh网络中基于多波束天线的低时延广播问题，分析定向天线对无线mesh网络容量的影响，研究在无干扰的单跳网络和有干扰的多跳网络中单个数据包的最小时延广播，在此基础上探讨运用定向天线实现低时延广播流传输。本课题既具有较高的科学研究价值，又能够为日益增长的宽带实时多媒体业务提供有效的工程方法。

我们研究了在无线mesh网络中联合使用功率控制和传输调度最小化广播时延。给定多个mesh路由器和一棵根节点为网关的广播树，任务是为每个中继节点调节功率，并且计算最优的调度，使得从根节点广播的数据包所经历的最大时延最小。考虑多速率传输，这是一个复杂的问题。一方面，如果提高传输功率，节点可用更高的速率传输数据包，从而减小时延。另一方面，较大的传输功率导致更大的干扰半径，影响并行传输；研究多速率无线mesh网络中使用定向天线的最小化时延广播。给定多个装配了定向天线的无线路由器和一个网关节点，网关同时也是广播源，目标是通过确定中继节点、并为中继节点设置天线的波束数量和波束方向以最小化所有路由器从网关接收到广播数据包的时延；研究了基于竞争的无线传感器网络的实时数据聚集，该网络使用在IEEE 802.15.4和IEEE 802.11标准中定义的CSMA/CA协议。问题是给定一棵数据聚集树和时延约束，在满足时延约束条件下最大化所有传感器节点的平均传输成功率。在CSMA/CA协议中，传输成功率与期望传输时延对节点所受干扰非常敏感，它们随着干扰程度的增大急剧增长，并且在大规模的传感器网络中，节点干扰也较大。提出将CSMA/CA和TDMA调度相结合的方法。将同一个父节点下的子节点分成若干组，每一组节点调度到不同的时间帧传输。在同一组内，节点之间还是采用CSMA/CA协议竞争信道；还进一步研究了将路由和调度相结合提高节点的成功传输率。研究的问题是，给定一个汇聚节点，一组传感器节点和时延约束，目标是在满足时延约束的条件下最大化每个节点的传输成功率；在自组织车载网络中，路边单元被应用于许多领域，以提高智能交通系统的性能。研究了有预算的时延受限系统中的RSU放置问题。给定预算和时延约束，考虑的问题是如何发现最佳的候选点放置c-RSU或w-RSU，以实现最大的覆盖范围，因此从c-RSU发出的信息可以在时延范围内被快速分发到尽可能多的车辆；随着应用对计算能力需求的不断提高，越来越多的数据中心消耗大量的电力资源，因此数据中心的节能是一个刻不容缓的问题。提出在虚拟数据中心中进行多维度的资源分配，以减少能量消耗，并满足QoS需求。