【摘要】：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks,WMN)由于其部署安裝簡單、穩(wěn)定性好、帶寬高等特點成為解決“最后一公里”的關(guān)鍵技術(shù),受到廣泛的關(guān)注。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究中,優(yōu)化信道分配與路由來提升網(wǎng)絡(luò)性能是重要的研究內(nèi)容。在現(xiàn)有研究中,單純的信道分配或路由的優(yōu)化沒有考慮信道與路由相互之間的影響,不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。信道分配與路由聯(lián)合優(yōu)化可以提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率,對提升網(wǎng)絡(luò)性能有重要意義。目前很多聯(lián)合優(yōu)化算法首先構(gòu)建聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)模型,并將優(yōu)化模型表示為線性規(guī)劃問題。線性規(guī)劃問題是NP難問題,當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時一般采用啟發(fā)式算法對其求解,但是現(xiàn)有的啟發(fā)式算法存在未考慮信道與路由之間的影響以及復(fù)雜度高等問題。本文針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中傳輸鏈路負載不均衡的問題,考慮無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)資源限制條件,將信道分配、路由以及網(wǎng)絡(luò)接口分配聯(lián)合優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型表示為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題,提出一種可以快速收斂的啟發(fā)式算法ILSG算法(Iterated Local Search with Greedy algorithm)求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題。ILSG算法首先使用貪婪算法生成一個可用的網(wǎng)絡(luò)初始信道分配方案。該貪婪算法在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型約束條件下,考慮網(wǎng)絡(luò)連通性以及負載均衡,生成初始信道分配結(jié)果并將分配方案表示為一個可用的決策變量的初始值。然后將初始值代入局部迭代搜索法(ILS)求解規(guī)劃問題,根據(jù)所得解確定網(wǎng)絡(luò)資源分配方案。仿真結(jié)果表明,ILSG算法可以以更快的收斂速度得到優(yōu)化模型的分配方案,在保證網(wǎng)絡(luò)公平性的基礎(chǔ)上提升了網(wǎng)絡(luò)性能。跳數(shù)是路由的最基本度量之一,減小網(wǎng)絡(luò)中的平均跳數(shù)可以降低網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。目前,對聯(lián)合優(yōu)化模型的規(guī)劃問題求解使用的啟發(fā)式算法在求解完成后,確定網(wǎng)絡(luò)資源分配方案時,沒有考慮網(wǎng)絡(luò)中平均跳數(shù)。針對這一問題本文提出ILSG-H(Iterated Local Search with Greedy Algorithm-Hop Counts)算法,在ILSG算法對規(guī)劃問題迭代求解完成后,對得到的決策變量的初始解,計算初始解對應(yīng)的節(jié)點以及傳輸流,得到當前節(jié)點到對應(yīng)的目的節(jié)點的最小跳數(shù),將初始解與對應(yīng)最小跳數(shù)的倒數(shù)的加權(quán)和作為確定網(wǎng)絡(luò)信道與路由分配方案的參數(shù),獲得最終的信道與路由的優(yōu)化分配方案。仿真結(jié)果表明,ILSG-H算法可以合理利用網(wǎng)絡(luò)資源,提升網(wǎng)絡(luò)性能。本文使用Matlab與NS-3對算法性能進行仿真比較,在Matlab上進行算法的仿真,對算法的性能進行仿真比較并獲得網(wǎng)絡(luò)資源分配方案;在NS-3仿真平臺上構(gòu)建多接口多信道的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)平臺進行網(wǎng)絡(luò)性能比較。仿真結(jié)果表明所提算法相比ILS算法可以以更小的計算量獲得WMN網(wǎng)絡(luò)中信道與路由聯(lián)合分配方案,合理利用網(wǎng)絡(luò)資源,提高網(wǎng)絡(luò)中的平均吞吐量,降低平均端到端時延和平均丟包率。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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