2022年医学专题—指导老师舒炎泰教授(1).ppt

1,Wireless Mesh NetworksIssues at each layer,指导老师：舒炎泰教授(jioshu)学生：刘春贵,2006,第一页，共三十八页。,Overview of Research Topics,Physical LayerMAC LayerNetwork LayerTransport LayerApplication Layer,第二页，共三十八页。,Physical Layer(PHY)Wish list,PerformanceBandwidthRobust modulationSensitivityShort preamble Fast switch between channelsFast switch from Tx/Rx and back,ExtrasMobility(potentially high-speed)Link adaptationVariable transmission powerMultiple channels Link quality feedback,第三页，共三十八页。,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(ynq)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,第四页，共三十八页。,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 ofFading(very important for mobile applications)Interference(more of a factor than in any other wireless system),第五页，共三十八页。,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(zhsho)一个好信 号的概率是很高的。,PHY-MIMS,第六页，共三十八页。,PHY-Smart Antennas Advantages,Low power transmissionsBattery not a big concern in many applicationsEnables better spatial reuse and,hence,increased network capacity,Better SNRBetter data ratesBetter delaysBetter error rates,Advantages,Disadvantages,Specialized hardwareSpecialized MAC(difficult to design)Difficult to track mobile data users,第七页，共三十八页。,Transmission Power Control,Too low,Too high,Just right,第八页，共三十八页。,Transmission Power Control(cont),Optimization CriteriaNetwork capacityDelayError ratesPower consumptionThe ideal solution will depend onNetwork topologyTraffic load,第九页，共三十八页。,Overview of Research Topics,Physical LayerMAC LayerNetwork LayerTransport LayerApplication Layer,第十页，共三十八页。,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(shyng)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,第十一页，共三十八页。,Modifying Existing MAC Protocols 例如,在一个802.11 mesh网中,MAC层协议(xiy)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(mj)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。,第十二页，共三十八页。,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(fngf)。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(y)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。,第十三页，共三十八页。,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(zhxi)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。,第十四页，共三十八页。,Overview of Research Topics,Physical LayerMAC LayerNetwork LayerTransport LayerApplication Layer,第十五页，共三十八页。,Scalability 分层路由协议由于其管理的复杂性和困难(kn nn)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,第十六页，共三十八页。,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(y tio)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,第十七页，共三十八页。,Routing Protocols with Various Performance Metrics 已有文献研究路由协议性能机制的影响(yngxing)，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 能机制已经实现。与使用minimum hop-count方法相比。对于静止 节点,ETX 性能更好；对于运动节点，最小跳数方法更好。“Comparisons of Routing Metrics for Static Multi-Hop Wireless Networks,”证明LQSR在节点移动时仍不够好。（Sigcom）Multi-Radio Routing“Routing