多跳無線Mesh網路中基於定向天線的低時延廣播研究

《多跳無線Mesh網路中基於定向天線的低時延廣播研究》是依託武漢大學，由劉芹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多跳無線Mesh網路中基於定向天線的低時延廣播研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉芹
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

利用定向天線解決傳統無線網路廣播中存在的速度瓶頸問題是目前的研究熱點之一。定向天線可以將能量集中在某個特定方向，增強輻射區域內節點的信號接收強度，從而增大傳輸速率，減小數據傳輸時延。使用單波束天線能量高度集中，可以提高傳輸速率，但因信號範圍受限而需要多次傳輸才能覆蓋所有節點；多個波束同時傳輸能擴大信號覆蓋範圍，但每個波束上分配的傳送功率減少，傳輸速率下降，因此廣播時延增大，應在速率和信號覆蓋範圍之間獲得良好的均衡。本課題研究多速率無線mesh網路中基於多波束天線的低時延廣播問題，分析定向天線對無線mesh網路容量的影響，研究在無干擾的單跳網路和有干擾的多跳網路中單個數據包的最小時延廣播，在此基礎上探討運用定向天線實現低時延廣播流傳輸。本課題既具有較高的科學研究價值，又能夠為日益增長的寬頻實時多媒體業務提供有效的工程方法。

結題摘要

我們研究了在無線mesh網路中聯合使用功率控制和傳輸調度最小化廣播時延。給定多個mesh路由器和一棵根節點為網關的廣播樹，任務是為每箇中繼節點調節功率，並且計算最優的調度，使得從根節點廣播的數據包所經歷的最大時延最小。考慮多速率傳輸，這是一個複雜的問題。一方面，如果提高傳輸功率，節點可用更高的速率傳輸數據包，從而減小時延。另一方面，較大的傳輸功率導致更大的干擾半徑，影響並行傳輸；研究多速率無線mesh網路中使用定向天線的最小化時延廣播。給定多個裝配了定向天線的無線路由器和一個網關節點，網關同時也是廣播源，目標是通過確定中繼節點、並為中繼節點設定天線的波束數量和波束方向以最小化所有路由器從網關接收到廣播數據包的時延；研究了基於競爭的無線感測器網路的實時數據聚集，該網路使用在IEEE 802.15.4和IEEE 802.11標準中定義的CSMA/CA協定。問題是給定一棵數據聚集樹和時延約束，在滿足時延約束條件下最大化所有感測器節點的平均傳輸成功率。在CSMA/CA協定中，傳輸成功率與期望傳輸時延對節點所受干擾非常敏感，它們隨著干擾程度的增大急劇增長，並且在大規模的感測器網路中，節點干擾也較大。提出將CSMA/CA和TDMA調度相結合的方法。將同一個父節點下的子節點分成若干組，每一組節點調度到不同的時間幀傳輸。在同一組內，節點之間還是採用CSMA/CA協定競爭信道；還進一步研究了將路由和調度相結合提高節點的成功傳輸率。研究的問題是，給定一個匯聚節點，一組感測器節點和時延約束，目標是在滿足時延約束的條件下最大化每個節點的傳輸成功率；在自組織車載網路中，路邊單元被套用於許多領域，以提高智慧型交通系統的性能。研究了有預算的時延受限系統中的RSU放置問題。給定預算和時延約束，考慮的問題是如何發現最佳的候選點放置c-RSU或w-RSU，以實現最大的覆蓋範圍，因此從c-RSU發出的信息可以在時延範圍內被快速分發到儘可能多的車輛；隨著套用對計算能力需求的不斷提高，越來越多的數據中心消耗大量的電力資源，因此數據中心的節能是一個刻不容緩的問題。提出在虛擬數據中心中進行多維度的資源分配，以減少能量消耗，並滿足QoS需求。