Channel Assignment and Performance Evaluation of directional Multi-Channel Wireless Mesh Networks

IEEE 802.11在不同技術中提供非重疊頻道攻平行傳輸使用，但大部份的無線網路仍採用單頻道進行傳輸，本論文針對單一頻道無線網路傳輸可能發生的訊號干擾、hidden terminal problem、exposed terminal problem做深入研究與探討，在不需要修改底層網路協定(MAC and PHY layer)以及架構的前提下，藉由修改系統程式以支援節點使用多張網卡同時傳輸，提升網路整體傳輸效能(Overall network goodput)，同時設計一套頻道指派演算法(Channel assignment algorithm)指派無線網路link所使用之傳輸頻道，藉由與其他頻道指派法比較展示頻道指派之重要性。同時針對無線格狀網路(wireless grid network)設計有別於使用指向型天線(directional antenna)的方向性傳輸機制(directional transmission)減低節點競爭無線link傳輸媒介可能發生的封包碰撞。 經過ns2模擬實驗驗證，我們提出的頻道指派演算法可大幅度提升傳統單一頻道的網路傳輸效能，並且提昇長路徑封包的傳遞成功率，在無線網路使用者不需要任何修改的情形下，採用我們所提出的架構以及方法可以提升無線網路使用者之網路使用經驗。IEEE provides non-overlapping channels for multiple transmissions to transmit at the same time. But most IEEE 802.11-based networks today use only a single channel. As a result, these networks can’t exploit the peak performance because of packet collision and interference. In this thesis, we study the interference problems including hidden terminal problem and exposed terminal problem in wireless mesh networks. We proposed a new architecture of directional multi-channel wireless mesh networks and TwoHop channel assignment algorithm. Compared to the single-channel network, we only revise the systematic procedure to support the multi-channel transmission with multiple network interface cards to transmit at the same time. Using our channel assignment algorithm to assign channels on links can lower the interference problems in wireless LANs and improve the network overall received goodput. We verify the performance improvement of the proposed algorithm through ns2. From the result, our approaches indeed improve the network performance and the success rate of the long route packets.謝 詞...................一 論文摘要...................二 THESIS ABSTRACT............三 目 錄...................四 表 次……………………….六 圖 次...................七 第一章 序論 1 第一節 研究背景 1 第二節 簡介 4 1.2.1 The IEEE 802.11 Ad-hoc Network and Wireless Mesh Network 4 1.2.2 IEEE 802.11 four-way Handshake Procedure 7 第三節 研究動機 10 第四節 研究目標 15 第五節 論文架構 17 第二章 文獻探討 18 第一節 多頻道傳輸MAC 18 2.1.1 Multi-Channel MAC簡介 18 2.1.2 Multi-Channel MAC文獻探討 18 第二節 多張網卡傳輸及頻道指派 24 2.2.1多張網卡傳輸及頻道指派簡介 24 2.2.2 多張網卡傳輸及頻道指派文獻探討 25 第三節 指向型天線WMN 30 2.3.1指向型天線WMN簡介 30 2.3.1指向型天線WMN文獻探討 31 第三章 方向性傳輸多頻道無線網狀網路之頻道指派 36 第一節 問題定義 36 第二節 系統架構與方法描述 38 第三節 頻道指派演算法 42 3.3.1 著色問題與頻道指派 42 3.3.2 TwoHop 頻道指派演算法 44 第四章 模擬實驗與分析 52 第一節 實驗目的 52 第二節 實驗環境與設定 53 第三節 實驗結果 57 4.3.1 Overall Network Goodput Performance 57 4.3.2 Link Throughput Performance 61 4.3.3 Goodput Performance of Receiving Node 71 4.3.4 Goodput Performance of Sending Nodes 77 4.3.5 Heterogeneous Traffic Source 79 4.3.6 Number of Channels 80 4.3.7 7x7 Wireless Mesh Network效能評估 81 4.3.8 Link Failure效能評估 85 第五章 結論 87 參考文獻 8