基于M/M/1模型的无线Mesh网络网关负载研究

作     者：张宏宇 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李陶深

授予年度：2012年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：无线Mesh网络 性能分析 排队优化 排队原理 网关负载 

摘      要：近年来,随着通讯和网络技术的日益发展,商业无线网络已经开始进入我们的生活,各种组织架构的无线网络可以为我们的生活提供便利,在市场上已经出现的各种架构方式当中,无线局域网和蜂窝网络出现较早,应用较为普遍,但是因为覆盖范围有限,在架设网络过程中需要大量的资金投入,增加了网络的建设成本。为了提供方便快捷,廉价高效的无线网络接入和覆盖,无线Mesh网络(也称无线网状网)应运而生,它从一开始便得到广泛的关注,并迅速成为热点。它是一种从军用转为民用的网络,具有组网灵活,安全性高,维护成本低等诸多优点,得到了许多电信运营商的青睐。由于是较新技术,所以在很多方面与原有技术相比存在着较多的不足,如组网以后的带宽分配问题,与之相匹配的路由算法,网关部署等问题都是现阶段亟需解决和制约无线Mesh网络发展的关键问题。 本文通过研究和分析排队论模型中的相关知识点,通过扩展和改进,结合优化算法,并根据无线Mesh网络的自身特点,将其合理应用于无线Mesh网络的理论研究模型当中,结合优化策略,在一定程度上实现了合理的带宽分配,研究和分析工作主要涉及以下几点： (1)研究排队模型的基本概念以及基本模式,在重点分析M/M/1模型在现实中的应用基础上,将M/M/1模型应用于网关调度的模型当中,构建基于排队模型的无线Mesh网络网关队列模型。通过数学方法推导求得系统关键参量和目标分析函数,使目标参量和函数得出了具体的量化指标,同时,模拟服从马尔科夫离散时间分布方案,使网络系统得到合理建立和组织。 (2)为整个网络建立基于Markov离散时间的数据流发送机制,将M/M/1模型中求解参量的结果,进行分析性能,获得较好性能结果,针对个别参量性能不理想的情况,通过最速下降法完善系统排队模型,求解目标函数。在保证非饱和网络状态下的网络正常运转的基础上,降低等待队列长度和时延,并使各个节点之间对网络资源的利用保证一定的公平性。 (3)对提出的模型和最速下降法的应用进行优化分析和验证分析,并进行较为详细的公式推导和数学演算,得到关键项和影响网络资源利用的关键点,对其用数学方法进行优化。最后,在数学实验平台进行逐步验证,得到有效的网络运行数据,并对得到的数值结果进行验证和分析。理论分析和实验结果都充分说明了本文模型的构建是合理的,最速下降法在模型中的应是可行和有效的,优化过程得到了较为理想的结果。 本文的研究成果可应用在商业无线Mesh网络的组网和路由器内部算法设计等方面,具有一定的实用价值和科学意义。