指导老师舒炎泰教授课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Tianjin University,Computer,Department,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,Wireless Mesh NetworksIssues at each layer,指导老师：舒炎泰教授,学生：刘春贵,2006,1,Overview of Research Topics,Physical Layer,MAC Layer,Network Layer,Transport Layer,Application Layer,Physical Layer(PHY)Wish list,Performance,Bandwidth,Robust modulation,Sensitivity,Short preamble,Fast switch between channels,Fast switch from Tx/Rx and back,Extras,Mobility(potentially high-speed),Link adaptation,Variable transmission power,Multiple channels,Link quality feedback,在一个大的范围内实现高的传输率，需要新的宽带传输方案,(,除,OFDM,和,UWB,之外)；,研究多天线系统，但复杂性和成本太高还不能被商业广泛接受；,Frequency-agile,技术仍处于早期阶段,在被商业接受之前还需,要大量的研究努力；,虽然已经建议的,Adaptive/smart,天线等的多天线系统,以及,MIMO,系,统能增加容量和减轻由于衰退、通道干扰引起的损害，但对,WMNs,而言，开发这种技术是一个更具挑战的问题；,为了更好的利用物理层提供的先进技术，尤其,MAC,层协议需要和,物理层交互的工作。因此，设计物理层的一些组件时，应使高层能,访问或控制它们。这就使得硬件的设计更具挑战性,同时,也触发低,成本软件,radio,技术的创新。,PHY-,Open Research Issues,PHY-Modulation,Existing modulations work well(OFDM,DSSS,etc.).,UWB may be an interesting alternative for short distances(WPANs),Spread spectrum solutions are preferred as they tend to have better reliability in the face of,Fading(very important for mobile applications),Interference(more of a factor than in any other wireless system),M,N,K,L,的值不同会产生各种多天线系统；,接收方有多个天线接受，发送方是单个通道,(K=1,M=1,以及或,L1,或,N1),的设计已经被建议，接受方能够收到至少一个好信,号的概率是很高的。,PHY-,MIMS,PHY-Smart Antennas Advantages,Low power transmissions,Battery not a big concern in many applications,Enables better,spatial reuse,and,hence,increased network capacity,Better SNR,Better data rates,Better delays,Better error rates,Advantages,Disadvantages,Specialized hardware,Specialized MAC(difficult to design),Difficult to track mobile,data,users,Transmission Power Control,Too low,Too high,Just right,GW,GW,GW,Transmission Power Control(cont),Optimization Criteria,Network capacity,Delay,Error rates,Power consumption,The ideal solution will depend on,Network topology,Traffic load,Overview of Research Topics,Physical Layer,MAC Layer,Network Layer,Transport Layer,Application Layer,Scalable MAC,为使,MAC,协议真正扩展,必须建议新的分布式和协作方案以保证网络的,性能,(,如吞吐率、甚至像延迟和延迟抖动的,QoS,参数,),不会由于网络的增,大而降低。多通道,MAC,协议比单通道,MAC,协议能实现更高的吞吐率是明,显的。但开发一个可扩展的多通道,MAC,协议是一个更有挑战性的任务。,MAC/Physical Cross-Layer Design,当使用像,MIMO,以及有感知的,radios,等先进技术的时候，需要建议新的,MAC,协议,尤其,multi-channel MAC,协议。,Network Integration in the MAC Layer,在,MAC,层必须开发先进的网桥功能，使得不同的无线,radios,技术,诸如,802.11,802.16,802.15,等能够在一起无缝的工作。对于这些网桥功能,，最终要解决再配置/软件,radios,以及相关的,radio,资源管理技术,。,MAC-,Open Research Issues,Modifying Existing MAC Protocols,例如,在一个,802.11 mesh,网中,MAC,层协议可以通过调整,CSMA/CA,的参,数得到改善(如,CW,的大小,修改,backoff,程序)。但该方法仅能实现低的,端到端的吞吐率,因为它不能大量的减少邻居节点间竞争的概率。,Cross-Layer Design,Design,Approaches of a Single-channel MAC protocol,基于有向天线的,MACs。,如果能保证天线波束很好，就可以消除暴露,节点。但由于有向传输,就会产生更多的隐蔽节点,。,该方案也面临其,它诸如成本、系统复杂性以及有向天线的实用性等的困难;,具有功率控制的,MACs。,能够减少暴露节点，尤其在密集的网络，使用,低的传输功率，因而改善,WMNs,的频谱空间的重用。然而，由于传输功,率低导致减少探测潜在的干扰节点的可能性，从而使隐蔽节点的问题,可能变的更遭,。,Proposing Innovative MAC Protocols,在多跳网络中，由于可怜的可扩展性，像,CSMA/CA,的随机接入协议,不是一种有效的解决方法。因而,再访基于,TDMA,或,CDMA,的,MAC,协议的,设计是必要的。目前,几乎还没有,TDMA,或,CDMA,的,MAC,协议对,WMNs,可用。,Design,Approaches of a Single-channel MAC protocol,考虑开发具有,TDMA,或,CDMA,的分布和协作的,MAC,协议的复杂性和成本,；,是具有现有,MAC,协议的,TDMA(,或,CDMA)MAC,的兼容性。如在,802.16,中,原来的,MAC,协议是一个集中的,TDMA,方案,但对于,802.16 mesh，,一个,分布式的,TDMA MAC,仍然是空缺。在,802.11WMNs,中,如何设计一个覆盖,CSMA/CA,的分布式的,TDMA MAC,协议是一个有趣但具有挑战的问题。,Design,Approaches of a Multi-channel MAC protocol,Multi-Channel Single-Transceiver MAC,如果考虑成本和复杂性,在一个,radio,有一个,transceiver,是首选的,硬件平台。因只有一个,transceiver,可用,所以在每个节点在某一,时间只有一个通道是活动的。但不同节点可能同时在不同通道起作,用。为了协调这种情形下节点间的传输,像多通道,MAC,协议是需要的。,Multi-Channel Multi-Transceiver MAC.,一个,radio,包括多个平行的,RF,前端芯片和基带处理模块以支持几个,同时的通道。在物理层上部需要一个,MAC,层模块协调多通道的功能,。至今还没有建议多通道多收发器的,MAC,协议。,Multi-Radio MAC,节点有多个,radios,且具有自己的,MAC,和物理层。在这些,radios,中通信,完全独立。因而,在,MAC,上部需要一个虚拟的协议,像多,radio,一致协议,在所有通道协调通信。事实上，在这种情况,一个,radio,可能有多个通,道。但为了设计和应用的简单性,在每个,radio,通常应用单个通道。,Overview of Research Topics,Physical Layer,MAC Layer,Network Layer,Transport Layer,Application Layer,Scalability,分层路由协议由于其管理的复杂性和困难可能只有部分解决了这个,问题。地理路由依赖于,GPS,的存在或类似定位的技术,增加了,WMNs,成,本和复杂性。,因而需要开发新的可扩展路由协议。,Better Performance Metrics,需要开发新的性能机制。集成多性能机制在一个路由协议是需要,的，这样能实现最优的整体性能。,Routing/MAC Cross-Layer Design,路由协议需要和,MAC,层相互作用以改善其性能。二者间的相互关系,是如此靠近以至仅仅交换其参数是不够的。,合并二者的某些功能是,一种所希望的方法。,Efficient Mesh Routing,由于,WMNs,具有基础设施,因此需要开发一个比,ad hoc,网络协议更,简单和更有效的路由协议,Network Layer-,Open Research Issues,Multiple Performance Metrics,许多现有的路由协议使用最小跳数作为选择路径的性能机制。,在许多情况已经证明是效率低的。,Scalability,在一个很大的无线网络中建立或维护一条路径可能化很长时,间。因而，在,WMNs,中有一个扩展的路由协议是关键。,Robustness,为了避免服务崩溃,WMNs,对于链路失效或拥塞必须是健壮的。,路由协议也需要执行负载均衡。,Efficient Routing with Mesh Infrastructure,在,mesh,网中,由于移动性小以及功率消耗不受限制,期望路由协议,比,ad hoc,网络更简单。对,mesh clients,的路由协议应该比由,mesh,routers,提供基础设施的网络更简单,。,然而现有协议还没有都考虑。,Routing Optimized Features,Routing Protocols with Various Performance Metrics,已有文献研究路由协议性能机制的影响，如,LQSR,根据链路质量机制,选择路径。如,ETX、per-hop RTT and per-hop packet pair,三个性,能机制已经