无线Mesh网络可扩展性相关技术

    (3)多天线技术

　　多天线技术近10年来在移动通信领域得到了迅速发展，同时也在无线Mesh网络中开始了广泛的应用。多天线技术的作用主要在于提高无线Mesh网络的容量、改善网络路由性能、优化网络能量消耗、协助进行节点定位以及提高用户的QoS保障能力等。另外，由于多天线技术的应用可以提高容量以及增加覆盖范围，因此也可以极大地改善无线Mesh网络的可扩展性。

　　对于Mesh基站来说，由于其很可能装备多个天线和多个射频模块，因此可以应用波束成形、空分多址等技术。文献[9]表明，通过在发射端或接收端应用波束成形技术，可以分别取得或 的容量增益，其中α和β分别为发射端和接收端的天线波束宽度。当在发射端和接收端联合采用波束成形技术的时候，则可以得到的容量增益。通过采用波束成形技术，也可以增加Mesh基站的覆盖范围，一方面可以减少路由中的跳数，另一方面也改善了网络的可扩展性。另外，通过空分多址技术，可以将传输信道从空间上分离，从而取得更多的可用信道，提高Mesh基站的接入概率。

　　1.2Mesh移动台可扩展性相关技术

　　Mesh移动台的可扩展性主要指在一个Mesh基站为核心的区域里，如何在保证容量的情况下扩大覆盖范围的问题。涉及的主要技术有：信道分配技术、节点分类和QoS分级技术、协作传输技术等。

　　(1)信道分配技术

　　为了提高多跳网络的性能，未来的无线Mesh网络中的移动台也可以是多模的，如配置IEEE 802.11b/g等等。IEEE 802.11b/g在2.4 GHz到2.4835 GHz上有3个不重叠的信道。这样，Mesh移动台也可以采用不同的空中接口或者运行在不同的信道上，用于与Mesh基站之间的互联互通。一个实用的信道分配方案是在一个以Mesh基站为圆心的覆盖范围内，采取分圈的办法将覆盖范围划分，并且将每个圈之间采用的空中接口错开。当新的Mesh移动台接入网络的时候，可以根据其所在的位置来选用其合适的信道进行传输。对于这种方案，重点是要考虑一个Mesh基站所能服务的圈数以及各个圈之间的合理距离。另外，与Mesh基站中的情况类似，离Mesh基站越近的Mesh移动台，由于其需要中继的数据也越多，通常其应该享有更高的信道使用优先级。而且，这些Mesh移动台在发送数据的时候必须考虑优先转发远端Mesh移动台过来的信息，以保证远端节点和近端节点信息传输时延的公平性。

　　(2)节点分类和QoS分级技术

　　无线Mesh网络必须能够同时在节点稀疏和节点密集两种场景下都能很好地工作。但是，如前所述，当节点密集的时候，传输时延将会变长。为了解决Mesh移动台可扩展性的问题，文献[10]提出了一种动态自适应算法以减少节点之间的冲突。该算法的主题思想是将节点进行分类，对于不同的节点，设置不同的接入优先权系数。这样一来，节点之间的接入冲突就得到了有效控制，从而保证了更为有效的传输，降低了传输时延，节点密集的无线Mesh网络的可扩展性也得到了有效的改善。

　　在文献[11]中，提出了一种QoS分级的方法以改善无线Mesh网络的可扩展性。将IEEE802.16协议中Mesh节点的下一个可接入时段长度和需要等待的时间抽象化，将它们与传输业务的QoS关联起来。即对于不同的QoS业务，设定不同的下一个可接入时段长度以及需要等待的时间。通过QoS分级方法以及设定冲突指示，可以改善密集Mesh网络的可扩展性问题。

　　(3)协作传输技术

　　一般来说，与Mesh基站不同，在Mesh移动台端很难配置多个天线。即使可能配备两个天线，也往往共用一个射频模块，通过发射天线选择来取得有限的空间分集增益。但是，多个Mesh移动台可以采用协作传输技术来取得更大的分集增益[12]。例如，多个Mesh移动台可以通过组成一个虚拟的多天线来进行传输，即采用虚拟MIMO技术。另外，多个Mesh移动台还可以采用合作编码的方式来进行传输，获得一定的分集增益。借助无线Mesh网络的开放式架构，协作传输技术可以提高Mesh移动台的传输速率，而且通过协作传输，提高了Mesh移动台的传输范围，这对于那些离Mesh基站较远的Mesh移动台尤其重要。因此，协作传输改善了Mesh移动台的可扩展性。在协作传输中，合适的用户配对是至关重要的，既要尽可能地提高协作用户的吞吐量，又必须保持各个用户间的公平性[13]。

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