基于IEEE802.11n的长距离无线mesh网络理论与关键技术研究

基于IEEE802.11的长距离无线mesh网络LDmesh(Long Distance wireless mesh)是一类多跳（multi-hop）无线网络，每跳链路长达几十公里，适用于偏远乡村或人口稀疏地区的无线宽带接入、大区域自然环境保护等，应用前景广阔。研究LDmesh网络中的基础理论和关键技术具有重大科学价值和社会经济意义。本课题拟将IEEE802.11n技术引入LDmesh网络中，采用跨层设计，结合IEEE802.11n的技术特点从不同网络协议层研究LDmesh网络中的关键理论与技术问题。研究LDmesh网络链路干扰模型和传输性能；提出自适应链路速率调整算法；应用图论、优化理论研究适于LDmesh网络的高效MAC协议；应用网络流理论研究并提出MAC层感知的路由协议。在集成模拟(emulation)仿真和真实实验为一体的LDmesh网络实验床上，评价性能，验证理论、协议与算法。

基于IEEE802.11的长距离无线mesh网络适用于偏远乡村或人口稀疏地区的无线宽带接入、大区域自然环境保护等，应用前景广阔。研究LDmesh网络中的基础理论和关键技术具有重大科学价值和社会经济意义。. 802.11n理论速率能达到600Mbps，将其引入LDmesh网络应该能大幅提升网络性能。基于此设想，开展了针对802.11n LDmesh的研究工作：.（1）搭建了基于802.11n的LDmesh网络实验床，包括7条长距离链路，最长达20公里。在实验床上开展了大量的实验研究工作。.（2）开展了对802.11n链路的性能测量。在实验床上进行了大量的测量，并对测量数据进行分析，主要结果有：（a) 802.11n在长距离链路中的吞吐率很低。原因是链路传播延迟很长，其MAC层采用停等的协议，致使链路利用率很低。帧聚合的长度有限进一步降低了链路利用率。现有MAC层速率调整算法在长距离链路中不适用也是导致吞吐率不高的主要因素。（b）RSSI可以用作链路质量的度量；（c）链路出错包占总发送数据包超过50%，且出错率低于10%、出错位置均匀分布。基于此从数据链路层、网络层开展了提高网络性能的算法和协议研究。.（3）提出了链路速率调整算法RainbowRate。RainbowRate 利用长距离链路中所测得的RSSI的PDR的关系筛选候选速率，大大降低了速率选择的范围。和主流速率调整算法相比有效提高了链路的吞吐率。 .（4）提出了链路可靠传输机制。根据测量所得的链路出错包分布的特点，设计了前向纠错机制，能以很小的代价恢复出错数据包，有效减少了数据包的重传，进而提高了链路吞吐率。.（5）提出高效MAC协议。提出了两种不同类型的MAC协议：面向比特流的动态多信道MAC协议TDMC和基于GPS精准同步的MAC协议，有效提高了网络吞吐率。 .（6）提出支持QoS的路由协议。在网络层面上要协议各个节点的业务转发，并支持不同QoS需求的业务。针对长距离链路的特点提出了支持QoS的路由协议以提高网络吞吐率。. 通过实验床实验和仿真相结合的方法对上述所提算法和协议进行了性能评价。结果验证了所提算法和协议的有效性。