無線網(wǎng)狀網(wǎng)

前言

　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Wireless Mesh Network，WMN）是一種非常有前景的技術(shù)，在未來無線移動網(wǎng)絡中將發(fā)揮越來越重要的作用。WMN具有動態(tài)自組織、自配置、自愈等特點，能夠快速部署，易于維護、成本低、可靠性和可擴展性好，還能增強網(wǎng)絡容量、連通性能和恢復性能。由于具有這些優(yōu)點，國際標準化組織正在積極地進行網(wǎng)狀網(wǎng)模式的標準化工作，如IEEE 802.11、IEEE 802.15、IEEE 802.16和IEEE 802.20。作為ad hoc網(wǎng)絡的擴展，WMN成為基于基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡的重要補充模式之一。研究和部署WMN的經(jīng)驗可為未來網(wǎng)絡的演進提供技術(shù)支持和指導?！　　稛o線網(wǎng)狀網(wǎng)：架構(gòu)、協(xié)議與標準》是一本全面的技術(shù)指南，包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)的概念介紹、基本技術(shù)、最新發(fā)展和開放問題，主要側(cè)重無線網(wǎng)狀網(wǎng)的概念、有效協(xié)議、系統(tǒng)集成、性能分析技術(shù)、仿真、實驗和發(fā)展趨勢。本書研究了多種關(guān)鍵技術(shù)，不同的應用場景和使用的標準，如容量、覆蓋、可擴展性、可靠性和認知性。本書參考了大量的文獻，包括路由、安全、頻譜管理、媒體接入、跨層優(yōu)化、負載均衡、多媒體通信、MIMO、智能天線等方面的內(nèi)容，并配有大量圖表進行說明。本書還介紹了能有效提高無線網(wǎng)狀網(wǎng)性能的特殊技術(shù)的細節(jié)。　　全書分為3部分。　　第一部分：架構(gòu)　　第二部分：協(xié)議　　第三部分：標準化與相關(guān)技術(shù)

內(nèi)容概要

　　近年來，無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，隨著標準化工作的推進，越來越多的無線網(wǎng)狀網(wǎng)產(chǎn)品出現(xiàn)并投入商用。本書從架構(gòu)、協(xié)議、標準3個方面介紹了無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)，闡述了無線網(wǎng)狀網(wǎng)的開放性問題，研究了多種應用場景中的關(guān)鍵問題，此外還介紹了新出現(xiàn)的標準。本書從無線網(wǎng)狀網(wǎng)的基本概念、協(xié)議、系統(tǒng)集成、性能分析技術(shù)、仿真、實驗和未來發(fā)展方向等方面進行討論，前后對照說明了路由、安全、頻譜管理、MAC、跨層優(yōu)化、負載均衡、多媒體通信、MIMO和智能天線等具體問題?！　”緯m合作為計算機、通信及電子工程專業(yè)的本科生、研究生及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員的參考書。

作者簡介

　　張彥（Yan Zhang），新加坡南洋理工大學電子工程學院博士。2004年8月至2006年5月，在新加坡國立信息與通信技術(shù)研究所（National Institute of Information and Communications Technology，NICT）從事研究工作。從2006年8月開始，參與挪威Simula Research Laboratory（http：//www．simula．no/）的研究。　　張（Zhang）博士是網(wǎng)絡安全國際期刊的編輯，目前也是《無線網(wǎng)絡和移動通信》的編輯（Auerbach出版社，CRC出版，Taylor&Francis小組）。他還參與了以下書籍的的編寫：《無線網(wǎng)絡和移動通信中的資源、移動性和安全管理》、《無線網(wǎng)狀網(wǎng)：架構(gòu)、協(xié)議與標準》、《無線PAN、LAN-I MAN中的毫米波技術(shù)》、《分布式天線系統(tǒng)：未來無線通信的開放架構(gòu)》、《無線網(wǎng)狀網(wǎng)的安全》、《無線城域網(wǎng)WiMAX及其演進》、《無線QoS：技術(shù)，標準與應用》、《寬帶移動多媒體：技術(shù)與應用》、《物體互聯(lián)：從RFID到下一代普遍網(wǎng)絡系統(tǒng)》、《無線安全研究手冊》。　　作者還擔任國際會議IEEE PCAC07副主席；國際會議ITNG 2007副主席，方向為無線和移動網(wǎng)絡中移動性和資源管理；協(xié)辦PDCS 2006，負責其中無線網(wǎng)狀網(wǎng)方向的研究；參加多個國際會議，擔任技術(shù)程序組成員，包括IEEE AINA 2007，IEEE CCNC 2007，WASA06．IEEE GLOBECOM’2006，IEEE WoNGeN’06，IEEE IWCMC 2006，IEEE IWCMC 2005，ITST 2006和ITST 2005。研究方向包括無線網(wǎng)絡和移動計算中的資源、移動性、能源和安全管理。作者是IEEE和IEEE ComSoc會員?！　—mail：yanzhang@ieee．org　　羅濟軍（Jijun Luo），1999年在中國山東大學獲工學碩士學位，2000年在德國慕尼黑科技大學獲理學碩士學位。2000年加入Siemens，并在德國亞琛工業(yè)大學攻讀工學博士學位。迄今已經(jīng)發(fā)表了100多篇科技論文，合著了3本書，擁有多項專利。其技術(shù)成果包括無線系統(tǒng)設(shè)計、無線協(xié)議、系統(tǒng)架構(gòu)、無線資源管理、信號處理、編碼和調(diào)制技術(shù)等方面的創(chuàng)新。該作者在國際學術(shù)和研究活動中表現(xiàn)活躍，擔任IEEE Transactions on Vehicular TechIlology，IEEE Communications Magazine，IEEE Wireless Communications Magazine，EURASIP Joumals．Frequenz等學報雜志的審稿人，還被推舉為IEEE和歐洲研究組織舉辦的高等技術(shù)會議的分會主席和審稿人。目前領(lǐng)導歐洲研究項目，在國際工業(yè)標準化組織中表現(xiàn)活躍。主要研究方向為傳輸技術(shù)、無線資源管理、軟件無線電重配置和無線系統(tǒng)設(shè)計，是IEEE會員?！　『炅郑℉onglinHu），2004年1月在中國科技大學獲通信與信息系統(tǒng)博士學位。2004年7月至2006年1月，在德國慕尼黑Future Radio，Siemens AG Communications工作。從2006年1月起，就職于上海無線通信研究中心（也稱無線通信國際合作研究中心），其間還在中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所擔任副教授。胡宏林博士的主要工作是國際標準化與其他合作活動，是IEEE、IEEE ComSoc和IEEE TCPC會員。此外，還擔任IEEE Wireless Com 2005，IEEE ICC 2006，IEEE 1WCMC 2006，IEEE ICC 2007，IEEE/ACM Q2SWinet 2006等國際會議的技術(shù)程序委員會成員。從2006年6月開始，擔任John Wiley＆Sons無線通信和移動計算欄目的編輯。

書籍目錄

第一部分　架構(gòu)第1章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)：問題與解決方案1.1　概述1.2　無線ad hoc網(wǎng)絡與無線網(wǎng)狀網(wǎng)的比較1.3　無線網(wǎng)狀網(wǎng)的難題1.3.1　吞吐量1.3.2　吞吐量公平1.3.3　可靠性和健壯性1.3.4　資源管理1.4　無線網(wǎng)狀網(wǎng)的設(shè)計要點1.4.1　網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1.4.2　網(wǎng)絡協(xié)議設(shè)計要點1.5　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)設(shè)計要點1.5.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1.5.2　媒體訪問控制設(shè)計要點1.5.3　路由協(xié)議設(shè)計要點1.5.4　路由判據(jù)設(shè)計要點1.5.5　拓撲控制設(shè)計要點1.6　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)鏈路層解決方案1.7　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)媒體訪問控制協(xié)議1.7.1　多信道CSMA MAC1.7.2　交錯載波偵聽多址接入1.7.3　基于TDMA的兩狀態(tài)媒體訪問控制方案1.8　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議1.8.1　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)的新路由判據(jù)1.8.2　多射頻鏈路質(zhì)量源路由1.8.3　負載感知干擾均衡路由協(xié)議1.9　多射頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲控制方案1.9.1　拓撲控制協(xié)議的目標1.9.2　骨干拓撲合成算法1.10　開放性問題1.11　總結(jié)參考文獻第2章　多射頻多信道網(wǎng)狀網(wǎng)2.1　概述2.1.1　802.11網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)2.1.2　提升容量2.1.3　舉例2.2　射頻使用策略2.3　信道分配和路由2.3.1　信道分配的基礎(chǔ)2.3.2　公式和算法2.3.3　局限性2.3.4　路由判據(jù)2.3.5　綜合方法2.4　開放性問題參考文獻第3章　IEEE 802.11無線網(wǎng)狀網(wǎng)3.1　引言3.2　性能問題及原因3.2.1　容量受限3.2.2　數(shù)據(jù)流不公平性3.3　高性能路由協(xié)議3.3.1　鏈路質(zhì)量感知路由3.3.2　干擾感知路由3.3.3　多徑路由3.3.4　差異感知路由3.3.5　機會路由3.4　多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)3.4.1　基于拓撲的信道分配3.4.2　流量感知的信道分配3.4.3　動態(tài)信道分配3.4.4　信道間干擾3.5　數(shù)據(jù)流公平性3.5.1　公平性參考模型3.5.2　隱式的基于速率的擁塞控制3.5.3　顯式的基于速率的擁塞控制3.5.4　入口數(shù)據(jù)流節(jié)流3.5.5　鄰居區(qū)域RED3.5.6　覆蓋MAC層方法3.6　其他問題3.6.1　服務質(zhì)量3.6.2　拓撲規(guī)劃3.6.3　增強拓撲發(fā)現(xiàn)3.6.4　長距離無線網(wǎng)狀網(wǎng)3.7　開放性問題3.7.1　最大最小流分配3.7.2　干擾感知多徑路由協(xié)議3.7.3　基于方向性天線的網(wǎng)狀網(wǎng)3.7.4　安全路由協(xié)議3.7.5　故障診斷3.8　總結(jié)參考文獻第二部分　協(xié)議第4章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的路由4.1　概述4.2　無線網(wǎng)狀網(wǎng)的特性4.3　路由協(xié)議的一般概念4.3.1　路由協(xié)議的分類4.3.2　二層路由4.3.3　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中路由的需求4.3.4　適合于負載均衡和容錯的多路徑路由4.3.5　QoS路由4.4　路由判據(jù)4.5　路由協(xié)議4.5.1　ad hoc按需距離矢量路由協(xié)議4.5.2　動態(tài)源路由協(xié)議4.5.3　最優(yōu)鏈路狀態(tài)路由協(xié)議4.5.4　跨層路由方法4.5.5　帶寬感知路由4.5.6　多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議4.5.7　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中其他基于拓撲的路由協(xié)議4.5.8　基于位置的路由協(xié)議4.6　適合802.11s WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)的路由4.6.1　空中傳播時間路由判據(jù)4.6.2　混合無線網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議4.6.3　射頻感知最優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由4.6.4　可擴展性4.7　路由和信道分配聯(lián)合4.7.1　負載感知路由和信道分配聯(lián)合4.7.2　基于LP的路由和信道分配聯(lián)合4.8　前景展望和開放性問題參考文獻第5章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)媒體訪問控制5.1　設(shè)計目標與面臨的難題5.2　傳統(tǒng)無線MAC協(xié)議5.2.1　Aloha與時隙Aloha5.2.2　CSMA與CSMA/CA5.2.3　IEEE 802.11 DCF協(xié)議5.2.4　IEEE 802.11e MAC協(xié)議5.3　WMN的高級MAC協(xié)議5.3.1　配置定向天線的網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點的協(xié)議5.3.2　多信道MAC協(xié)議5.3.3　同步網(wǎng)狀網(wǎng)的無競爭MAC協(xié)議5.4　802.11工作組提出的高級MAC特征5.4.1　網(wǎng)狀網(wǎng)內(nèi)擁塞控制5.4.2　公共信道結(jié)構(gòu)5.4.3　網(wǎng)狀網(wǎng)確定性的接入5.5　折中和約束5.6　總結(jié)和前景展望參考文獻第6章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)的安全6.1　安全技術(shù)概述6.2　網(wǎng)狀網(wǎng)應用場景6.3　網(wǎng)狀網(wǎng)安全議題6.4　具體的提議6.5　總結(jié)和開放性問題致謝參考文獻第7章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)的擴展性7.1　概述7.2　相關(guān)工作7.3　可擴展的密集城市區(qū)域無線網(wǎng)狀網(wǎng)7.4　可擴展的基于環(huán)的廣域無線網(wǎng)狀網(wǎng)7.5　跨層吞吐量分析7.6　基于環(huán)的網(wǎng)狀網(wǎng)單元中的最佳覆蓋和容量7.7　開放性問題7.8　總結(jié)致謝參考文獻第8章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的負載均衡8.1　概述8.2　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的網(wǎng)關(guān)負載均衡8.3　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的中央負載8.4　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的其他負載均衡解決方案8.5　開放性問題8.6　總結(jié)致謝參考文獻第9章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的跨層優(yōu)化9.1　概述9.2　結(jié)構(gòu)性考慮——全IP無線網(wǎng)絡9.3　跨層優(yōu)化9.4　鏈路調(diào)度優(yōu)化算法9.5　聯(lián)合功率控制和多速率分配9.6　帶舍入的LP近似9.7　隨機舍入分析9.8　使用非獨立隨機舍入提升性能9.9　使用連續(xù)優(yōu)化來解決整數(shù)時隙分配問題9.10　數(shù)值分析9.11　開放性問題9.12　總結(jié)致謝參考文獻第10章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的多媒體通信10.1　概述10.2　多媒體的特性和服務質(zhì)量的要求10.3　協(xié)議和開放性問題10.4　新的多媒體應用10.5　總結(jié)參考文獻第11章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的多天線技術(shù)11.1　概述11.2　多天線技術(shù)概述11.3　無線網(wǎng)狀網(wǎng)概述11.4　無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的多天線技術(shù)11.5　總結(jié)和討論參考文獻第三部分　標準化與相關(guān)技術(shù)第12章　IEEE 802.11s無線局域網(wǎng)狀網(wǎng)的標準化12.1　概述12.2　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)入門12.3　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)的基本服務12.3.1　WLAN幀格式12.3.2　回程信道選擇12.4　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)媒體訪問控制12.5　網(wǎng)狀網(wǎng)的節(jié)能12.6　網(wǎng)狀網(wǎng)的網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)12.7　網(wǎng)狀網(wǎng)路由和中繼12.8　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)的協(xié)作12.9　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)的安全12.10　WLAN網(wǎng)狀網(wǎng)的服務質(zhì)量12.11　管理和配置12.12　IEEE 802.11s和實用網(wǎng)狀網(wǎng)12.13　總結(jié)參考文獻第13章　IEEE 802.16 WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)互連13.1　概述13.2　物理層和MAC層概述13.3　IEEE 802.16 WiMAX的點到多點模式13.4　IEEE 802.16 WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)模式13.5　WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)模式的QoS機制13.6　WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)互連的吞吐量和時延13.7　當前研究情況和開放性問題13.8　總結(jié)參考文獻第14章　認知無線電和動態(tài)頻譜管理14.1　概述14.2　認知無線電概念14.3　CR的機會主義分布式頻譜分配14.4　經(jīng)濟和技術(shù)動機的結(jié)合14.5　總結(jié)致謝參考文獻第15章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)案例研究：火災應急管理和市場分析15.1　概述15.2　提議的WMN簡介15.3　需求15.4　市場分析15.5　平臺設(shè)計和實現(xiàn)15.6　驗證15.7　總結(jié)15.8　開放性問題致謝參考文獻第16章　公共安全和災難救助應用中的無線網(wǎng)狀網(wǎng)16.1　概述16.2　無線網(wǎng)狀網(wǎng)16.3　公共安全和災難恢復通信16.4　用于PSDR通信的WMN16.5　重要研究工作16.6　總結(jié)致謝參考文獻縮略語

章節(jié)摘錄

　　第1章　無線網(wǎng)狀網(wǎng)：問題與解決方案　　1.1　概述　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Wireless Mesh Network，WMN）與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)（Wireless LAN，WIAN）一樣，是一種網(wǎng)絡的組織形式，但與有控制中心的網(wǎng)絡系統(tǒng)又有所區(qū)別。20世紀60年代末到20世紀70年代初，有線網(wǎng)絡得到了長足的發(fā)展，有線網(wǎng)絡中的因特網(wǎng)取得了巨大的成功并得到了廣泛的應用。類似地，無線網(wǎng)狀網(wǎng)有望成為未來無線網(wǎng)絡的重要發(fā)展方向。無線網(wǎng)狀網(wǎng)最大的優(yōu)勢在于它天生的網(wǎng)絡容錯能力、易于架設(shè)，以及很高的帶寬。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡中，基站（BS）出現(xiàn)故障會導致覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有通信中斷，而無線網(wǎng)狀網(wǎng)與此不同，它能提供很高的網(wǎng)絡容錯能力，即使在很多節(jié)點不可用的情況下，網(wǎng)絡仍然能夠進行通信。WMN從確切的定義上說是部分或全部具有網(wǎng)狀拓撲的網(wǎng)絡，但是實際使用中的WMN中還有靜態(tài)的無線中繼節(jié)點，這些節(jié)點部分具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的特性，這種分布式的網(wǎng)絡設(shè)施為移動客戶節(jié)點提供接入服務。由于部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的存在，WMN使用多跳中繼，這一點類似于無線ad hoc網(wǎng)絡。WMN和ad hoc有很多相似之處，但為ad hoc網(wǎng)絡設(shè)計的協(xié)議和架構(gòu)并不適用于WMN。此外，兩種網(wǎng)絡的最佳設(shè)計標準也不一樣。這些設(shè)計上的區(qū)別主要源于兩種網(wǎng)絡應用部署的目標及資源受限的情況不同。例如，ad hoc網(wǎng)絡適用于高移動性的多跳環(huán)境；而WMN適用于靜止或有限移動性的環(huán)境。所以ad hoc網(wǎng)絡中的協(xié)議在wMN中性能可能會變得很差。此外，WMN中的資源比ad hoc要豐富。例如，在WMN的某些應用中，網(wǎng)絡具有特定的拓撲結(jié)構(gòu)，協(xié)議和算法可以利用這些特點來獲得很好的性能。此外，低效的協(xié)議、頻分復用帶來的外部干擾及有限的頻譜資源會降低單載波WMN的容量。WMN中的應用對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求日益提高，使得對WMN的容量要求也越來越高，多射頻WMN（Multi Radio—WMN，MR-WMN）可以很好地擴充容量，成為研究熱點。因此多射頻是目前WMN的一個重要的發(fā)展方向。雖然多射頻’WMN比單射頻WMN能提供更大的容量，但同時也有更多的問題需要解決。本章針對單射頻WMN和多射頻WMN中的問題，討論已有的多射頻WMN的解決方案。本章首先將WMN與ad hoc網(wǎng)絡相比較，然后討論多射頻WMN。本章主要討論多射頻WMN問題，此外還介紹了多射頻WMN的架構(gòu)、鏈路層協(xié)議、媒體訪問控制（MAC）層協(xié)議、網(wǎng)絡層協(xié)議和拓撲控制等內(nèi)容。

編輯推薦

　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)是一項非常有前途的技術(shù)，在未來的無線移動網(wǎng)絡中將發(fā)揮越來越重要的作用。無線網(wǎng)狀網(wǎng)具有動態(tài)自組織，自配置，自愈的特點，便于快速部署，易于維護，成本低，可擴展性強．服務可靠。這項技術(shù)正成為基于基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡的重要的補充?！　　稛o線網(wǎng)狀網(wǎng)：架構(gòu)、協(xié)議與標準》是第一本介紹性的技術(shù)指南，適合于工程師，大專院校學生．研究者和設(shè)計人員閱讀。本書闡述了無線網(wǎng)狀網(wǎng)的當前和開放的問題，研究了關(guān)鍵問題和多種應用場景，此外還研究了新出現(xiàn)的標準，如為了提高容量，可擴展性、可靠性、感知能力的標準。本書著眼于概念．有效的協(xié)議．系統(tǒng)集成，性能分析技術(shù)，仿真，實驗和未來發(fā)展方向。本書包括說明性的圖表，前后對照說明了路由．安全．頻譜管理，MAC，跨層優(yōu)化，負載均衡．多媒體通信，MIMO和智能天線等。本書也深入研究了無線網(wǎng)狀網(wǎng)中有效提升性能的特有技術(shù)。　　《無線網(wǎng)狀網(wǎng)：架構(gòu)、協(xié)議與標準》深入闡述了設(shè)計無線網(wǎng)狀網(wǎng)的問題和挑戰(zhàn)。　　本書特色：　　——詳細闡述了當今無線網(wǎng)狀網(wǎng)的新技術(shù)　　——區(qū)分了基本概念．研究主題和未來方向　　——用圖表來闡述，便于理解和掌握無線網(wǎng)狀網(wǎng)　　——前后文對照，覆蓋協(xié)議棧的不同層次　　——詳細闡述了能有效提高無線網(wǎng)狀網(wǎng)性能的技術(shù)

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