流约束条件下干扰受限的混合无线Mesh网络容量界研究

Research on capacity bounds which can provide scientific guidance for the construction and optimization of Mesh networks has received extensive attention from industry. The current research on capacity bounds totally focuses on infrastructure Mesh or client Mesh networks, while the methods are not available to hybrid wireless Mesh networks. To break the limitations of existing methods that the models are too ideal and analysis process is too complicated, this project will go into the capacity bounds of hybrid wireless Mesh networks. The main contents are as follows: combine cell lattice and probability access ring to build the network model, which can restrain the direction of the potential traffic flows of clients effectively and simplify the type of flow and enhance the practicality of theoretical results; propose an area-physical model with interference-limitation, which can estimate the capacity upper bounds simply and accurately; propose the probabilistic transmission rate intensity method, which can avoid the complicated direction analysis of traffic flow and the calculation of ultimate transmission rate, so as to build the capacity lower bound of irregularly connective network; explore the existence of the network asymptotic capacity by judging the scaling law of upper capacity bound and lower capacity bound. Our research results will provide theoretical basis to optimize the deployment and improve the performance of hybrid wireless Mesh networks.

网络容量界研究能够为Mesh网络的构建与优化提供科学指导，受到业界的广泛关注。现有Mesh网络容量界研究均集中在基础设施Mesh或客户端Mesh网络，研究方法不适用于混合无线Mesh网络。本项目对混合无线Mesh网络的容量界展开深入研究，以解决现有研究方法中系统模型假设过于理想、分析过程数学推导难度较大带来的局限性问题。具体研究内容为：采用细胞晶格和概率接入环联合的方法建立网络模型，有效地约束客户端潜在的流量流向、简化流量类型，增强理论成果的实用性；建立干扰受限的区域物理干扰模型，实现简单准确的容量上界估计；提出概率传输速率强度法，避开复杂的流量流向分析和极限传输速率计算，实现无规则网络连通下的容量下界构建；通过判断容量上界和下界的逼近规律，探求网络渐近容量的存在性。本项目的研究成果为混合无线Mesh网络优化部署和性能改进提供理论依据。

网络容量界的研究可以指导无线Mesh网络资源分配、协议算法设计以及网络部署优化，对于提高网络资源利用率、增强网络业务保障能力以及构建可靠健壮的优质网络具有重要的理论意义及应用价值。现有无线Mesh网络容量界研究均集中在基础设施Mesh或客户端Mesh网络，其研究方法不适用于混合无线Mesh网络。本项目针对混合无线Mesh网络的容量界问题，从系统模型建立、容量上界估计、容量下界构建以及渐进容量探求四个方面展开深入研究。在系统模型建立方面，构建了混合无线Mesh网络细胞晶格模型，深入分析了混合无线Mesh网络中的通信类型和流量类型，提出了多种基于干扰感知与负载的关键路由度量模型。在容量上界估计方面，提出区域物理干扰模型和干扰链路模型，基于所提干扰模型和系统模型，深入剖析网络中流量和通信类型间的约束关系，估计混合无线Mesh网络容量上界。在容量下界构建方面，通过设计多种先进的路由选择策略、信道分配算法以及资源联合分配算法来提升网络吞吐量（容量下界），尽可能地缩减容量下界与容量上界之间的差距。在渐进容量探求方面，结合估计的混合无线Mesh网络容量上界与构建的容量下界，探索网络容量上界和下界的逼近规律，推导得出混合无线Mesh网络渐进容量的闭合表达式，并与基础设施无线Mesh网络渐进容量进行了对比分析。本项目科研成果：发表论文28篇，其中SCI收录11篇、EI收录14篇、CPCI-S收录1篇；申请发明专利6项，其中已授权5项。培养博士研究生5人、硕士研究生14人，其中已毕业15人；参加国际学术会议并交流学术论文10人次。研究成果形成了具有我国独立知识产权的无线Mesh网络性能评估和优化方法，为混合无线Mesh网络优化部署和性能改进提供了理论依据。