无线网状网 架构、协议与标准PDF电子书下载

第1章 无线网状网：问题与解决方案 3

1.1概述 3

1.2无线ad hoc网络与无线网状网的比较 3

1.3无线网状网的难题 4

1.3.1吞吐量 5

1.3.2吞吐量公平 6

1.3.3可靠性和健壮性 7

1.3.4资源管理 7

1.4无线网状网的设计要点 8

1.4.1网络结构设计要点 8

1.4.2网络协议设计要点 9

1.5多射频无线网状网设计要点 10

1.5.1结构设计要点 11

1.5.2媒体访问控制设计要点 11

1.5.3路由协议设计要点 12

1.5.4路由判据设计要点 12

1.5.5拓扑控制设计要点 13

1.6多射频无线网状网链路层解决方案 13

1.7多射频无线网状网媒体访问控制协议 16

1.7.1多信道CSMA MAC 16

1.7.2交错载波侦听多址接入 17

1.7.3基于TDMA的两状态媒体访问控制方案 18

1.8多射频无线网状网路由协议 19

1.8.1多射频无线网状网的新路由判据 20

1.8.2多射频链路质量源路由 21

1.8.3负载感知干扰均衡路由协议 23

1.9多射频无线网状网拓扑控制方案 24

1.9.1拓扑控制协议的目标 24

1.9.2骨干拓扑合成算法 24

1.10开放性问题 26

1.11总结 26

参考文献 27

第2章 多射频多信道网状网 29

2.1概述 29

2.1.1802.11网状网架构 30

2.1.2提升容量 30

2.1.3举例 33

2.2射频使用策略 35

2.3信道分配和路由 37

2.3.1信道分配的基础 38

2.3.2公式和算法 40

2.3.3局限性 41

2.3.4路由判据 42

2.3.5综合方法 43

2.4开放性问题 44

参考文献 45

第3章 IEEE 802.11无线网状网 47

3.1引言 47

3.2性能问题及原因 48

3.2.1容量受限 48

3.2.2数据流不公平性 50

3.3高性能路由协议 52

3.3.1链路质量感知路由 52

3.3.2干扰感知路由 53

3.3.3多径路由 53

3.3.4差异感知路由 54

3.3.5机会路由 54

3.4多信道无线网状网 55

3.4.1基于拓扑的信道分配 55

3.4.2流量感知的信道分配 56

3.4.3动态信道分配 56

3.4.4信道间干扰 57

3.5数据流公平性 58

3.5.1公平性参考模型 58

3.5.2隐式的基于速率的拥塞控制 59

3.5.3显式的基于速率的拥塞控制 59

3.5.4入口数据流节流 59

3.5.5邻居区域RED 60

3.5.6覆盖MAC层方法 60

3.6其他问题 60

3.6.1服务质量 60

3.6.2拓扑规划 61

3.6.3增强拓扑发现 61

3.6.4长距离无线网状网 62

3.7开放性问题 62

3.7.1最大最小流分配 62

3.7.2干扰感知多径路由协议 63

3.7.3基于方向性天线的网状网 63

3.7.4安全路由协议 63

3.7.5故障诊断 63

3.8总结 63

参考文献 64

第4章 无线网状网中的路由 71

4.1概述 71

4.2无线网状网的特性 72

4.3路由协议的一般概念 72

4.3.1路由协议的分类 72

4.3.2二层路由 73

4.3.3无线网状网中路由的需求 74

4.3.4适合于负载均衡和容错的多路径路由 74

4.3.5QoS路由 74

4.4路由判据 75

4.5路由协议 76

4.5.1ad hoc按需距离矢量路由协议 76

4.5.2动态源路由协议 78

4.5.3最优链路状态路由协议 78

4.5.4跨层路由方法 80

4.5.5带宽感知路由 80

4.5.6多射频链路质量源路由协议 81

4.5.7无线网状网中其他基于拓扑的路由协议 81

4.5.8基于位置的路由协议 82

4.6适合802.11s WLAN网状网的路由 83

4.6.1空中传播时间路由判据 83

4.6.2混合无线网状网协议 84

4.6.3射频感知最优化链路状态路由 85

4.6.4可扩展性 86

4.7路由和信道分配联合 86

4.7.1负载感知路由和信道分配联合 87

4.7.2基于LP的路由和信道分配联合 88

4.8前景展望和开放性问题 90

参考文献 90

第5章 无线网状网媒体访问控制 92

5.1设计目标与面临的难题 93

5.2传统无线MAC协议 94

5.2.1Aloha与时隙Aloha 94

5.2.2CSMA与CSMA/CA 95

5.2.3IEEE 802.11 DCF协议 95

5.2.4IEEE 802.11e MAC协议 96

5.3WMN的高级MAC协议 98

5.3.1配置定向天线的网状网节点的协议 98

5.3.2多信道MAC协议 100

5.3.3同步网状网的无竞争MAC协议 104

5.4802.11工作组提出的高级MAC特征 105

5.4.1网状网内拥塞控制 106

5.4.2公共信道结构 107

5.4.3网状网确定性的接入 108

5.5折中和约束 109

5.6总结和前景展望 110

参考文献 110

第6章 无线网状网的安全 114

6.1安全技术概述 114

6.2网状网应用场景 116

6.2.1单独管理域 117

6.2.2网络基础设施的延伸 117

6.2.3网状网联盟 118

6.2.4公用网状网 118

6.3网状网安全议题 118

6.3.1安全挑战 119

6.3.2WMN的潜在攻击 119

6.3.3认证 120

6.3.4安全的MAC层 121

6.3.5安全路由 123

6.3.6密钥管理和通信安全 125

6.3.7入侵检测 127

6.3.8WMN的其他安全技术 127

6.4具体的提议 127

6.4.1系统提议 127

6.4.2认证协议 129

6.5总结和开放性问题 135

致谢 135

参考文献 135

第7章 无线网状网的扩展性 139

7.1概述 139

7.2相关工作 141

7.3可扩展的密集城市区域无线网状网 142

7.3.1网络架构与假设 142

7.3.2最优化的AP部署方案 144

7.3.3密集城市区域无线网状网的数值实例 147

7.4可扩展的基于环的广域无线网状网 149

7.4.1网络架构及假设 149

7.4.2无线冲突域和无线感知域 149

7.5跨层吞吐量分析 151

7.5.1基于环的多跳WMN中的信道活动 151

7.5.2MAC吞吐量 154

7.6基于环的网状网单元中的最佳覆盖和容量 156

7.6.1问题阐述 156

7.6.2超结构混合整数非线性规划最优化方法 156

7.6.3基于环的WMN实例 157

7.7开放性问题 159

7.7.1服务质量 160

7.7.2跨层设计 160

7.7.3协作通信 160

7.8总结 161

致谢 161

参考文献 161

第8章 无线网状网中的负载均衡 164

8.1概述 164

8.2无线网状网中的网关负载均衡 165

8.2.1基于移动边界的负载均衡 166

8.2.2基于分区主机的负载均衡 168

8.2.3基于概率分割的负载均衡 169

8.3无线网状网中的中央负载 170

8.3.1最短路径路由和中央负载 171

8.3.2无线网状网负载均衡中基于环的路由策略 172

8.3.3均匀节点分布下的平均路径长度分析 179

8.4无线网状网中的其他负载均衡解决方案 179

8.4.1ad hoc负载均衡路由 180

8.4.2ad hoc按需距离矢量负载均衡 180

8.5开放性问题 182

8.6总结 182

致谢 183

参考文献 183

第9章 无线网状网中的跨层优化 185

9.1概述 185

9.1.1无线网状网 185

9.1.2章节组织 186

9.2结构性考虑——全IP无线网络 186

9.3跨层优化 187

9.3.1使用跨层信息的优点与需求 187

9.3.2链路调度中的跨层信息合并 188

9.4链路调度优化算法 188

9.4.1背景信息 188

9.4.2问题阐述 189

9.5联合功率控制和多速率分配 190

9.5.1传输功率值离散情形 191

9.5.2复合函数：最大化吞吐量并最小化功率 191

9.6带舍入的LP近似 192

9.6.1确定性舍入 193

9.6.2随机舍入 193

9.7随机舍入分析 195

9.8使用非独立随机舍入提升性能 196

9.9使用连续优化来解决整数时隙分配问题 197

9.10数值分析 197

9.10.1仿真拓扑 197

9.10.2仿真结果 198

9.11开放性问题 200

9.11.1不确定性条件下的调度 200

9.11.2分布式链路调度 201

9.11.3优化分解 201

9.12总结 201

致谢 201

参考文献 202

第10章 无线网状网中的多媒体通信 205

10.1概述 205

10.2多媒体的特性和服务质量的要求 205

10.2.1通信需求 205

10.2.2鲁棒性问题 206

10.2.3感知质量评价 207

10.3协议和开放性问题 207

10.3.1网络容量 208

10.3.2网络时延 209

10.3.3切换 209

10.3.4网络路由 210

10.4新的多媒体应用 212

10.4.1流媒体服务 212

10.4.2交互式语音服务 213

10.4.3车辆间通信 215

10.4.4实时多玩家游戏 217

10.5总结 218

参考文献 218

第11章 无线网状网中的多天线技术 225

11.1概述 225

11.2多天线技术概述 225

11.2.1波束赋形和天线零陷 226

11.2.2分集和空时编码 227

11.2.3空间复用技术 228

11.3无线网状网概述 229

11.3.1无线网状网的特点 229

11.3.2无线网状网中的挑战和解决方案 230

11.4无线网状网中的多天线技术 231

11.4.1增加容量和吞吐量 231

11.4.2提高路由性能 232

11.4.3改善能量效率 233

11.4.4其他性能改善 235

11.5总结和讨论 236

参考文献 236

第12章 IEEE 802.11s无线局域网状网的标准化 243

12.1概述 243

12.2WLAN网状网入门 244

12.2.1WLAN网状网拓扑 244

12.2.2WLAN网状网的标准化 245

12.3WLAN网状网的基本服务 245

12.3.1WLAN帧格式 245

12.3.2回程信道选择 246

12.3.3网状网链路操作 247

12.3.4网状网信标 248

12.4WLAN网状网媒体访问控制 249

12.4.1多信道媒体访问控制 249

12.4.2网状网确定接入 250

12.5网状网的节能 250

12.6网状网的网络发现 251

12.6.1拓扑发现 251

12.6.2邻居发现 251

12.7网状网路由和中继 252

12.7.1WLAN网状路由框架 252

12.7.2路径选择判据 252

12.7.3混合无线网状网协议 253

12.7.4无线感知优化链路状态路由协议 255

12.7.5WLAN网状网中的中继 255

12.8WLAN网状网的协作 256

12.8.1与802 LAN的二层桥接 256

12.8.2与高层的协作 257

12.8.3对多入口的支持 257

12.9WLAN网状网的安全 258

12.9.1安全框架结构 258

12.9.2管理帧的安全 259

12.10WLAN网状网的服务质量 260

12.10.1回程和接入流量分离 260

12.10.2WLAN网状网的拥塞控制 260

12.11管理和配置 261

12.12IEEE 802.11s和实用网状网 261

12.13总结 262

参考文献 262

第13章 IEEE 802.16 WiMAX网状网互连 264

13.1概述 264

13.1.1标准化情况 265

13.1.2点到多点和网状网互连模式 265

13.2物理层和MAC层概述 266

13.2.1OFDM符号 266

13.2.2自适应调制和编码 267

13.2.3MAC层概述 267

13.3IEEE 802.16 WiMAX的点到多点模式 268

13.3.1帧结构 268

13.3.2PMP模式的能量管理 268

13.3.3PMP模式的安全管理 270

13.4IEEE 802.16 WiMAX网状网模式 272

13.4.1帧格式 272

13.4.2入网过程 273

13.4.3控制子帧中MSH-NENT消息的调度 276

13.4.4控制子帧中MSH-NCFG消息的调度 276

13.4.5数据子帧的调度 277

13.4.6网状网模式的安全性管理 278

13.5WiMAX网状网模式的QoS机制 279

13.6WiMAX网状网互连的吞吐量和时延 280

13.6.1WiMAX仿真器 280

13.6.2性能验证 282

13.7当前研究情况和开放性问题 284

13.7.1WiMAX和WiMAX媒体访问控制协议的区别 284

13.7.2理论模型和仿真工具 285

13.7.3服务质量 285

13.7.4干扰假设 286

13.7.5可扩展性 286

13.7.6拓扑控制 286

13.7.7时隙分配算法 287

13.8总结 287

参考文献 287

第14章 认知无线电和动态频谱管理 291

14.1概述 291

14.2认知无线电概念 292

14.2.1定义和特征 292

14.2.2认知无线电体系结构 294

14.2.3认知网络 294

14.2.4频谱共享的变形波形 295

14.2.5干扰温度 296

14.3CR的机会主义分布式频谱分配 297

14.3.1分布式和协作方法的效益 297

14.3.2群体智能 298

14.3.3博弈论 299

14.4经济和技术动机的结合 299

14.4.1技术方面 299

14.4.2经济的问题 300

14.4.3增强无线电拍卖多路接入协议 301

14.4.4拍卖序列和认知意识 301

14.4.5技术-经济环境内的认知终端 301

14.4.6分散多归属系统结构 303

14.4.7系统描述 303

14.4.8投标（出价）策略 304

14.4.9分布式频谱共享 310

14.5总结 311

致谢 311

参考文献 311

第15章 无线网状网案例研究：火灾应急管理和市场分析 316

15.1概述 316

15.2提议的WMN简介 318

15.3需求 318

15.3.1一般性需求 319

15.3.2特殊需求 319

15.4市场分析 320

15.4.1无线电接口数量 323

15.4.2无线电技术 323

15.4.3路由协议 323

15.4.4安全性 324

15.4.5服务质量 324

15.4.6多播 324

15.4.7外形因素和重量 324

15.4.8可调节性 324

15.4.9管理和监测 324

15.4.10设备平台选择 325

15.5平台设计和实现 325

15.5.1硬件平台 325

15.5.2软件 326

15.6验证 329

15.6.1端到端可用吞吐量 329

15.6.2端到端时延 330

15.6.3路由协议对拓扑变化的反应能力 330

15.6.4多播通信 333

15.7总结 334

15.8开放性问题 334

15.8.1拥塞控制 334

15.8.2定位 334

15.8.3维护路由协议连通性的链路层通告 335

15.8.4服务质量 335

15.8.5多播 335

15.8.6无线电接口 335

15.8.7多射频接口 336

致谢 336

参考文献 336

第16章 公共安全和灾难救助应用中的无线网状网 340

16.1概述 340

16.2无线网状网 340

16.2.1WMN的结构 341

16.2.2WMN的特点 342

16.2.3WMN系统和标准 343

16.3公共安全和灾难恢复通信 344

16.3.1PSDR指挥和通信架构 344

16.3.2PSDR通信网络类型 345

16.3.3当前的PSDR通信技术 346

16.3.4功能需求 346

16.3.5性能需求 347

16.4用于PSDR通信的WMN 348

16.4.1功能需求 348

16.4.2性能需求 351

16.5重要研究工作 352

16.5.1物理层 352

16.5.2媒体访问控制层 353

16.5.3网络层 353

16.5.4较高层 354

16.6总结 354

致谢 355

参考文献 355

缩略语 359