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1 Wireless Mesh Networks Issues at each layer 指导老师：舒炎泰教授 学生：刘春贵 2006 Tianjin University Computer Department Overview of Research Topics Physical Layer MAC Layer Network Layer Transport Layer Application Layer Tianjin University Computer Department 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 Tianjin University Computer Department 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 (除除OFDMOFDM和和UWBUWB之外之外)；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；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；FrequencyFrequency-agile agile 技术仍处于早期阶段技术仍处于早期阶段,在被商业接受之前还需在被商业接受之前还需 要大量的研究努力；要大量的研究努力；虽然已经建议的虽然已经建议的Adaptive/smartAdaptive/smart天线等的多天线系统天线等的多天线系统,以及以及MIMOMIMO系系 统能增加容量和减轻由于衰退、通道干扰引起的损害，但对统能增加容量和减轻由于衰退、通道干扰引起的损害，但对WMNsWMNs 而言，开发这种技术是一个更具挑战的问题；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，尤其为了更好的利用物理层提供的先进技术，尤其MACMAC层协议需要和层协议需要和 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访问或控制它们。这就使得硬件的设计更具挑战性,同时同时,也触发低也触发低 成本软件成本软件radioradio技术的创新。技术的创新。PHY-Open Research Issues Tianjin University Computer Department 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)Tianjin University Computer Department M,N,K,LM,N,K,L的值不同会产生各种多天线系统；的值不同会产生各种多天线系统；接收方有多个天线接受，发送方是单个通道接收方有多个天线接受，发送方是单个通道(K=1,M=1(K=1,M=1以及或以及或 L1L1或或N1)N1)的设计已经被建议，接受方能够收到至少一个好信的设计已经被建议，接受方能够收到至少一个好信 号的概率是很高的。号的概率是很高的。PHY-MIMS Tianjin University Computer Department 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 Tianjin University Computer Department Transmission Power Control Too low Too high Just right GW GW GW Tianjin University Computer Department Transmission Power Control(cont)Optimization Criteria Network capacity Delay Error rates Power consumption The ideal solution will depend on Network topology Traffic load Tianjin University Computer Department Overview of Research Topics Physical Layer MAC Layer Network Layer Transport Layer Application Layer Tianjin University Computer Department Scalable MAC 为使为使MACMAC协议真正扩展协议真正扩展,必须建议新的分布式和协作方案以保证网络的必须建议新的分布式和协作方案以保证网络的 性能性能(如吞吐率、甚至像延迟和延迟抖动的如吞吐率、甚至像延迟和延迟抖动的QoSQoS参数参数)不会由于网络的增不会由于网络的增 大而降低。多通道大而降低。多通道MACMAC协议比单通道协议比单通道MACMAC协议能实现更高的吞吐率是明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显的。但开发一个可扩展的多通道MACMAC协议是一个更有挑战性的任务。协议是一个更有挑战性的任务。MAC/Physical Cross-Layer Design 当使用像当使用像MIMOMIMO以及有感知的以及有感知的radiosradios等先进技术的时候，需要建议新的等先进技术的时候，需要建议新的 MACMAC协议协议,尤其尤其multimulti-channel MACchannel MAC协议。协议。Network Integration in the MAC Layer 在在MACMAC层必须开发先进的网桥功能，使得不同的无线层必须开发先进的网桥功能，使得不同的无线radiosradios技术技术,诸如诸如 802.11,802.16,802.15,802.11,802.16,802.15,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，最终要解决再配置/软件软件radiosradios以及相关的以及相关的radioradio资源管理技术资源管理技术。MAC-Open Research Issues Tianjin University Computer Department Modifying Existing MAC Protocols 例如例如,在一个在一个802.11 mesh802.11 mesh网中网中,MACMAC层协议可以通过调整层协议可以通过调整CSMA/CACSMA/CA的参的参 数得到改善数得到改善(如如CWCW的大小的大小,修改修改backoffbackoff程序程序)。但该方法仅能实现低的。但该方法仅能实现低的 端到端的吞吐率端到端的吞吐率,因为它不能大量的减少邻居节点间竞争的概率。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 基于有向天线的基于有向天线的MACsMACs。如果能保证天线波束很好，就可以消除暴露如果能保证天线波束很好，就可以消除暴露 节点。但由于有向传输节点。但由于有向传输,就会产生更多的隐蔽节点就会产生更多的隐蔽节点。该方案也面临其该方案也面临其 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;具有功率控制的具有功率控制的MACsMACs。能够减少暴露节点，尤其在密集的网络，使用能够减少暴露节点，尤其在密集的网络，使用 低的传输功率，因而改善低的传输功率，因而改善WMNsWMNs的频谱空间的重用。然而，由于传输功的频谱空间的重用。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 可能变的更遭可能变的更遭。Tianjin University Computer Department Proposing Innovative MAC Protocols 在多跳网络中，由于可怜的可扩展性，像在多跳网络中，由于可怜的可扩展性，像CSMA/CA CSMA/CA 的随机接入协议的随机接入协议 不是一种有效的解决方法。因而不是一种有效的解决方法。因而,再访基于再访基于TDMATDMA或或CDMACDMA的的MACMAC协议的协议的 设计是必要的。目前设计是必要的。目前,几乎还没有几乎还没有TDMATDMA或或CDMACDMA的的MACMAC协议对协议对WMNsWMNs可用。可用。Design Approaches of a Single-channel MAC protocol 考虑开发具有考虑开发具有TDMATDMA或或CDMACDMA的分布和协作的的分布和协作的MACMAC协议的复杂性和成本协议的复杂性和成本；是具有现有是具有现有MACMAC协议的协议的TDMA(TDMA(或或CDMA)MACCDMA)MAC的兼容性。如在的兼容性。如在802.16802.16中中,原来的原来的MACMAC协议是一个集中的协议是一个集中的TDMATDMA方案方案,但对于但对于802.16 mesh802.16 mesh，一个一个 分布式的分布式的TDMA MACTDMA MAC仍然是空缺。在仍然是空缺。在802.11WMNs802.11WMNs中中,如何设计一个覆盖如何设计一个覆盖 CSMA/CACSMA/CA的分布式的的分布式的TDMA MACTDMA MAC协议是一个有趣但具有挑战的问题。协议是一个有趣但具有挑战的问题。Tianjin University Computer Department Design Approaches of a Multi-channel MAC protocol Multi-Channel Single-Transceiver MAC 如果考虑成本和复杂性如果考虑成本和复杂性,在一个在一个radioradio有一个有一个transce