本文關(guān)鍵詞：基于資源動態(tài)配置的密集型無線局域網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究

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【摘要】：使用無線局域網(wǎng)(wireless local area network,WLAN)可以更為便捷地連接網(wǎng)絡(luò),在越來越多的公司辦公室、校園和商業(yè)區(qū)都大規(guī)模地部署了無線接入點(access point,AP)。一般來說,布設(shè)WLAN的主要目的是為了滿足網(wǎng)內(nèi)用戶對高帶寬、移動性和可靠性的要求。然而,一些關(guān)于WLAN的研究發(fā)現(xiàn),這些網(wǎng)絡(luò)極少工作在設(shè)計的峰值狀態(tài),在大部分時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的大部分資源都是空閑的(也可說是冗余的),這顯然是一種能源的浪費。針對這種現(xiàn)象,本文提倡在WLAN中應(yīng)用節(jié)能技術(shù),其中一種可行的方式是通過動態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源實現(xiàn)節(jié)能。本文針對WLAN中空閑設(shè)備造成的能源浪費,提出多個應(yīng)用于WLAN節(jié)能的算法,并結(jié)合相應(yīng)的控制機(jī)制提出了基于資源動態(tài)配置的密集型WLAN節(jié)能技術(shù)。首先,針對密集型WLAN中大量空閑AP所產(chǎn)生的不必要的能源消耗,提出了基于傳播分析和優(yōu)化過程的綠色聚類算法。該方法是在密集型WLAN中實現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵算法。在傳統(tǒng)的未應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的WLAN中,為了保證WLAN所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,需要開啟網(wǎng)內(nèi)所有的AP;新算法可以在關(guān)閉大部分AP后保持網(wǎng)絡(luò)的基本覆蓋。綠色聚類算法由兩個并行的分支組成,其中一個分支由較為簡單且快捷的算法組成;而另一個分支則采用更為精確的方法對綠色聚類問題進(jìn)行求解。為了實現(xiàn)新算法本文改進(jìn)了優(yōu)化算法并引入了一種室內(nèi)傳播模型。本文對新算法進(jìn)行了理論分析和仿真驗證,結(jié)果顯示當(dāng)網(wǎng)內(nèi)用戶數(shù)量較少或流量較小時,在保證網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋的前提下可以節(jié)約67%到90%的能源。其次,為了在建立WLAN之初即引入節(jié)能思想并達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的目的,提出基于綠色聚類思想的接入點部署規(guī)劃算法。為了獲得更好的節(jié)能效果,可以將節(jié)能作為設(shè)計WLAN的一個目標(biāo),使其成為WLAN的一種特性。本文將部署AP的問題改寫成一個多目標(biāo)優(yōu)化問題:達(dá)到使用更少的AP覆蓋更大面積的目的。為了對AP的覆蓋情況進(jìn)行更為準(zhǔn)確的分析,提出一種基于射線追蹤算法、時域有限差分技術(shù)和粗糙集理論的室內(nèi)傳播分析方法;為了對等效的多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解,提出一種具備動態(tài)種群規(guī)模的粒子群優(yōu)化算法。本文對新部署算法進(jìn)行理論分析和仿真驗證,結(jié)果顯示新算法可以為AP的布設(shè)提供指導(dǎo),與綠色聚類算法相比實現(xiàn)了進(jìn)一步的節(jié)能。再次,針對在密集型WLAN中引入節(jié)能技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗造成的影響,提出基于吞吐量分析和終端電池生存期的臨時接入選擇算法。應(yīng)用于WLAN的節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能的主要途徑是:在網(wǎng)絡(luò)處于低負(fù)載或零負(fù)載條件下,用戶需要的容量僅由負(fù)責(zé)覆蓋的設(shè)備即可提供時,關(guān)閉冗余AP。一旦網(wǎng)內(nèi)用戶數(shù)量增多且流量加大,需要開啟AP。而重新開啟的AP需要進(jìn)行初始化,不能為用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。針對這一現(xiàn)象,新接入選擇算法聯(lián)合吞吐量分析和終端用戶電池生存期,對不同情境中的接入問題進(jìn)行了處理。本文對算法進(jìn)行了理論分析,并在Network Simulator version 3(NS-3)軟件平臺下進(jìn)行了仿真驗證,仿真結(jié)果驗證了算法在滿足臨時接入特有的時效性要求的同時,通過為用戶提供更優(yōu)的備選AP改善了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量特性,并降低了系統(tǒng)的丟包率。最后,本文結(jié)合上述三種算法,提出一種基于資源動態(tài)配置的應(yīng)用于密集型WLAN節(jié)能的技術(shù),在歸納分析現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上,對新節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了仿真驗證。仿真實驗的結(jié)果顯示:在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋和Qo S的前提下,相比于現(xiàn)有算法,本文提出的節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)了最小的網(wǎng)絡(luò)功耗。與未應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的情境相比,節(jié)能80%左右;與現(xiàn)有的算法相比,可以提高20%到30%的節(jié)能效果。
【關(guān)鍵詞】：資源動態(tài)配置 無線局域網(wǎng)節(jié)能 綠色聚類 AP部署 臨時接入選擇
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN925.93
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-39
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義14-15
• 1.1.1 課題來源14
• 1.1.2 研究的目的和意義14-15
• 1.2 無線接入網(wǎng)節(jié)能技術(shù)的相關(guān)背景知識15-27
• 1.2.1 無線接入網(wǎng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用背景15-18
• 1.2.2 蜂窩網(wǎng)和WLAN的能耗模型18-23
• 1.2.3 節(jié)能技術(shù)的分類法23-27
• 1.3 無線接入網(wǎng)節(jié)能技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析27-37
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀27-35
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀35-36
• 1.3.3 節(jié)能技術(shù)的對比及分析36-37
• 1.4 學(xué)位論文的主要研究內(nèi)容37-39
• 第2章 基于傳播分析和優(yōu)化過程的綠色聚類算法39-68
• 2.1 引言39
• 2.2 基于資源動態(tài)配置的密集型WLAN節(jié)能技術(shù)39-42
• 2.3 AP覆蓋范圍的估算42-46
• 2.3.1 簡單模型43
• 2.3.2 復(fù)雜模型43-46
• 2.4 基于傳播分析和優(yōu)化過程的綠色聚類算法46-53
• 2.4.1 基于K均值算法的快速綠色聚類實現(xiàn)過程46-47
• 2.4.2 基于進(jìn)化算法的精確綠色聚類實現(xiàn)過程47-52
• 2.4.3 基于傳播分析和優(yōu)化過程的綠色聚類算法52-53
• 2.5 綠色聚類算法的仿真及分析53-66
• 2.5.1 理想模型中的仿真及分析53-56
• 2.5.2 實際模型中的仿真及分析56-62
• 2.5.3 對比仿真實驗及分析62-66
• 2.6 本章小結(jié)66-68
• 第3章 基于綠色聚類思想的接入點部署規(guī)劃算法68-87
• 3.1 引言68-69
• 3.2 AP部署算法中的室內(nèi)傳播分析模型69-74
• 3.2.1 引入粗糙集理論的室內(nèi)傳播分析方法69-72
• 3.2.2 基于粗糙集理論的室內(nèi)傳播模型的評估72-74
• 3.3 DPS-MOPSO算法與AP部署規(guī)劃算法的實現(xiàn)74-81
• 3.3.1 經(jīng)典PSO算法75
• 3.3.2 DPS-PSO算法75-79
• 3.3.3 DPS-MOPSO算法79-80
• 3.3.4 基于綠色聚類思想的AP部署規(guī)劃算法80-81
• 3.4 AP部署算法的仿真及分析81-85
• 3.4.1 理想模型下的仿真及分析82
• 3.4.2 實際模型下的仿真及分析82-84
• 3.4.3 關(guān)于接入點部署的相關(guān)工作及分析84-85
• 3.5 本章小結(jié)85-87
• 第4章 基于吞吐量分析和電池生存期的臨時接入選擇算法87-113
• 4.1 引言87-88
• 4.2 算法背景及引入的模型和假設(shè)88-92
• 4.2.1 算法背景及相關(guān)研究88-89
• 4.2.2 臨時接入選擇算法的模型及相關(guān)假設(shè)89-92
• 4.3 基于吞吐量分析的臨時接入選擇92-101
• 4.3.1 算法描述92-98
• 4.3.2 算法的仿真及分析98-101
• 4.4 基于終端電池生存期分析的臨時選擇接入101-105
• 4.4.1 基于吞吐量分析的臨時接入造成的額外能耗的分析101-103
• 4.4.2 基于生存期指標(biāo)的臨時接入選擇103-105
• 4.5 臨時接入選擇算法的實現(xiàn)105-106
• 4.6 臨時接入選擇算法的仿真及分析106-112
• 4.6.1 臨時接入算法決策與包長間的關(guān)系106-108
• 4.6.2 臨時接入算法與用戶使用習(xí)慣的仿真關(guān)系108
• 4.6.3 臨時接入算法決策與服務(wù)間的關(guān)系108-110
• 4.6.4 關(guān)于吞吐量和時效性的對比仿真和分析110-112
• 4.7 本章小結(jié)112-113
• 第5章 密集型WLAN節(jié)能技術(shù)的效果分析113-138
• 5.1 引言113
• 5.2 本文提出的節(jié)能技術(shù)的實現(xiàn)及驗證113-125
• 5.2.1 用戶需求量分析114-116
• 5.2.2 拓?fù)涔芾砗陀脩艄芾?/span>116-117
• 5.2.3 節(jié)能技術(shù)的仿真驗證117-125
• 5.3 節(jié)能技術(shù)的對比驗證實驗125-132
• 5.3.1 WLAN節(jié)能典型算法描述126-127
• 5.3.2 節(jié)能效果的對比仿真實驗和分析127-132
• 5.4 節(jié)能技術(shù)的實際實現(xiàn)和未來發(fā)展132-137
• 5.4.1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對節(jié)能技術(shù)的支持133-134
• 5.4.2 對于節(jié)能技術(shù)的商業(yè)支持134-135
• 5.4.3 節(jié)能技術(shù)在現(xiàn)實環(huán)境中的部署135
• 5.4.4 現(xiàn)有設(shè)備的集成135-136
• 5.4.5 未來設(shè)備亟待解決的問題136-137
• 5.5 本章小結(jié)137-138
• 結(jié)論138-140
• 參考文獻(xiàn)140-155
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的論文及其它成果155-157
• 致謝157-158
• 個人簡歷158

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本文編號：752312