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第1章 无线网状网：问题与解决方案3

1.1概述3

1.2无线ad hoc网络与无线网状网的比较3

1.3无线网状网的难题4

1.3.1吞吐量5

1.3.2吞吐量公平6

1.3.3可靠性和健壮性7

1.3.4资源管理7

1.4无线网状网的设计要点8

1.4.1网络结构设计要点8

1.4.2网络协议设计要点9

1.5多射频无线网状网设计要点10

1.5.1结构设计要点11

1.5.2媒体访问控制设计要点11

1.5.3路由协议设计要点12

1.5.4路由判据设计要点12

1.5.5拓扑控制设计要点13

1.6多射频无线网状网链路层解决方案13

1.7多射频无线网状网媒体访问控制协议16

1.7.1多信道CSMA MAC16

1.7.2交错载波侦听多址接入17

1.7.3基于TDMA的两状态媒体访问控制方案18

1.8多射频无线网状网路由协议19

1.8.1多射频无线网状网的新路由判据20

1.8.2多射频链路质量源路由21

1.8.3负载感知干扰均衡路由协议23

1.9多射频无线网状网拓扑控制方案24

1.9.1拓扑控制协议的目标24

1.9.2骨干拓扑合成算法24

1.10开放性问题26

1.11总结26

参考文献27

第2章 多射频多信道网状网29

2.1概述29

2.1.1802.11网状网架构30

2.1.2提升容量30

2.1.3举例33

2.2射频使用策略35

2.3信道分配和路由37

2.3.1信道分配的基础38

2.3.2公式和算法40

2.3.3局限性41

2.3.4路由判据42

2.3.5综合方法43

2.4开放性问题44

参考文献45

第3章 IEEE 802.11无线网状网47

3.1引言47

3.2性能问题及原因48

3.2.1容量受限48

3.2.2数据流不公平性50

3.3高性能路由协议52

3.3.1链路质量感知路由52

3.3.2干扰感知路由53

3.3.3多径路由53

3.3.4差异感知路由54

3.3.5机会路由54

3.4多信道无线网状网55

3.4.1基于拓扑的信道分配55

3.4.2流量感知的信道分配56

3.4.3动态信道分配56

3.4.4信道间干扰57

3.5数据流公平性58

3.5.1公平性参考模型58

3.5.2隐式的基于速率的拥塞控制59

3.5.3显式的基于速率的拥塞控制59

3.5.4入口数据流节流59

3.5.5邻居区域RED60

3.5.6覆盖MAC层方法60

3.6其他问题60

3.6.1服务质量60

3.6.2拓扑规划61

3.6.3增强拓扑发现61

3.6.4长距离无线网状网62

3.7开放性问题62

3.7.1最大最小流分配62

3.7.2干扰感知多径路由协议63

3.7.3基于方向性天线的网状网63

3.7.4安全路由协议63

3.7.5故障诊断63

3.8总结63

参考文献64

第4章 无线网状网中的路由71

4.1概述71

4.2无线网状网的特性72

4.3路由协议的一般概念72

4.3.1路由协议的分类72

4.3.2二层路由73

4.3.3无线网状网中路由的需求74

4.3.4适合于负载均衡和容错的多路径路由74

4.3.5QoS路由74

4.4路由判据75

4.5路由协议76

4.5.1ad hoc按需距离矢量路由协议76

4.5.2动态源路由协议78

4.5.3最优链路状态路由协议78

4.5.4跨层路由方法80

4.5.5带宽感知路由80

4.5.6多射频链路质量源路由协议81

4.5.7无线网状网中其他基于拓扑的路由协议81

4.5.8基于位置的路由协议82

4.6适合802.11s WLAN网状网的路由83

4.6.1空中传播时间路由判据83

4.6.2混合无线网状网协议84

4.6.3射频感知最优化链路状态路由85

4.6.4可扩展性86

4.7路由和信道分配联合86

4.7.1负载感知路由和信道分配联合87

4.7.2基于LP的路由和信道分配联合88

4.8前景展望和开放性问题90

参考文献90

第5章 无线网状网媒体访问控制92

5.1设计目标与面临的难题93

5.2传统无线MAC协议94

5.2.1Aloha与时隙Aloha94

5.2.2CSMA与CSMA/CA95

5.2.3IEEE 802.11 DCF协议95

5.2.4IEEE 802.11e MAC协议96

5.3WMN的高级MAC协议98

5.3.1配置定向天线的网状网节点的协议98

5.3.2多信道MAC协议100

5.3.3同步网状网的无竞争MAC协议104

5.4802.11工作组提出的高级MAC特征105

5.4.1网状网内拥塞控制106

5.4.2公共信道结构107

5.4.3网状网确定性的接入108

5.5折中和约束109

5.6总结和前景展望110

参考文献110

第6章 无线网状网的安全114

6.1安全技术概述114

6.2网状网应用场景116

6.2.1单独管理域117

6.2.2网络基础设施的延伸117

6.2.3网状网联盟118

6.2.4公用网状网118

6.3网状网安全议题118

6.3.1安全挑战119

6.3.2WMN的潜在攻击119

6.3.3认证120

6.3.4安全的MAC层121

6.3.5安全路由123

6.3.6密钥管理和通信安全125

6.3.7入侵检测127

6.3.8WMN的其他安全技术127

6.4具体的提议127

6.4.1系统提议127

6.4.2认证协议129

6.5总结和开放性问题135

致谢135

参考文献135

第7章 无线网状网的扩展性139

7.1概述139

7.2相关工作141

7.3可扩展的密集城市区域无线网状网142

7.3.1网络架构与假设142

7.3.2最优化的AP部署方案144

7.3.3密集城市区域无线网状网的数值实例147

7.4可扩展的基于环的广域无线网状网149

7.4.1网络架构及假设149

7.4.2无线冲突域和无线感知域149

7.5跨层吞吐量分析151

7.5.1基于环的多跳WMN中的信道活动151

7.5.2MAC吞吐量154

7.6基于环的网状网单元中的最佳覆盖和容量156

7.6.1问题阐述156

7.6.2超结构混合整数非线性规划最优化方法156

7.6.3基于环的WMN实例157

7.7开放性问题159

7.7.1服务质量160

7.7.2跨层设计160

7.7.3协作通信160

7.8总结161

致谢161

参考文献161

第8章 无线网状网中的负载均衡164

8.1概述164

8.2无线网状网中的网关负载均衡165

8.2.1基于移动边界的负载均衡166

8.2.2基于分区主机的负载均衡168

8.2.3基于概率分割的负载均衡169

8.3无线网状网中的中央负载170

8.3.1最短路径路由和中央负载171

8.3.2无线网状网负载均衡中基于环的路由策略172

8.3.3均匀节点分布下的平均路径长度分析179

8.4无线网状网中的其他负载均衡解决方案179

8.4.1ad hoc负载均衡路由180

8.4.2ad hoc按需距离矢量负载均衡180

8.5开放性问题182

8.6总结182

致谢183

参考文献183

第9章 无线网状网中的跨层优化185

9.1概述185

9.1.1无线网状网185

9.1.2章节组织186

9.2结构性考虑——全IP无线网络186

9.3跨层优化187

9.3.1使用跨层信息的优点与需求187

9.3.2链路调度中的跨层信息合并188

9.4链路调度优化算法188

9.4.1背景信息188

9.4.2问题阐述189

9.5联合功率控制和多速率分配190

9.5.1传输功率值离散情形191

9.5.2复合函数：最大化吞吐量并最小化功率191

9.6带舍入的LP近似192

9.6.1确定性舍入193

9.6.2随机舍入193

9.7随机舍入分析195

9.8使用非独立随机舍入提升性能196

9.9使用连续优化来解决整数时隙分配问题197

9.10数值分析197

9.10.1仿真拓扑197

9.10.2仿真结果198

9.11开放性问题200

9.11.1不确定性条件下的调度200

9.11.2分布式链路调度201

9.11.3优化分解201

9.12总结201

致谢201

参考文献202

第10章 无线网状网中的多媒体通信205

10.1概述205

10.2多媒体的特性和服务质量的要求205

10.2.1通信需求205

10.2.2鲁棒性问题206

10.2.3感知质量评价207

10.3协议和开放性问题207

10.3.1网络容量208

10.3.2网络时延209

10.3.3切换209

10.3.4网络路由210

10.4新的多媒体应用212

10.4.1流媒体服务212

10.4.2交互式语音服务213

10.4.3车辆间通信215

10.4.4实时多玩家游戏217

10.5总结218

参考文献218

第11章 无线网状网中的多天线技术225

11.1概述225

11.2多天线技术概述225

11.2.1波束赋形和天线零陷226

11.2.2分集和空时编码227

11.2.3空间复用技术228

11.3无线网状网概述229

11.3.1无线网状网的特点229

11.3.2无线网状网中的挑战和解决方案230

11.4无线网状网中的多天线技术231

11.4.1增加容量和吞吐量231

11.4.2提高路由性能232

11.4.3改善能量效率233

11.4.4其他性能改善235

11.5总结和讨论236

参考文献236

第12章 IEEE 802.11s无线局域网状网的标准化243

12.1概述243

12.2WLAN网状网入门244

12.2.1WLAN网状网拓扑244

12.2.2WLAN网状网的标准化245

12.3WLAN网状网的基本服务245

12.3.1WLAN帧格式245

12.3.2回程信道选择246

12.3.3网状网链路操作247

12.3.4网状网信标248

12.4WLAN网状网媒体访问控制249

12.4.1多信道媒体访问控制249

12.4.2网状网确定接入250

12.5网状网的节能250

12.6网状网的网络发现251

12.6.1拓扑发现251

12.6.2邻居发现251

12.7网状网路由和中继252

12.7.1WLAN网状路由框架252

12.7.2路径选择判据252

12.7.3混合无线网状网协议253

12.7.4无线感知优化链路状态路由协议255

12.7.5WLAN网状网中的中继255

12.8WLAN网状网的协作256

12.8.1与802 LAN的二层桥接256

12.8.2与高层的协作257

12.8.3对多入口的支持257

12.9WLAN网状网的安全258

12.9.1安全框架结构258

12.9.2管理帧的安全259

12.10WLAN网状网的服务质量260

12.10.1回程和接入流量分离260

12.10.2WLAN网状网的拥塞控制260

12.11管理和配置261

12.12IEEE 802.11s和实用网状网261

12.13总结262

参考文献262

第13章 IEEE 802.16 WiMAX网状网互连264

13.1概述264

13.1.1标准化情况265

13.1.2点到多点和网状网互连模式265

13.2物理层和MAC层概述266

13.2.1OFDM符号266

13.2.2自适应调制和编码267

13.2.3MAC层概述267

13.3IEEE 802.16 WiMAX的点到多点模式268

13.3.1帧结构268

13.3.2PMP模式的能量管理268

13.3.3PMP模式的安全管理270

13.4IEEE 802.16 WiMAX网状网模式272

13.4.1帧格式272

13.4.2入网过程273

13.4.3控制子帧中MSH-NENT消息的调度276

13.4.4控制子帧中MSH-NCFG消息的调度276

13.4.5数据子帧的调度277

13.4.6网状网模式的安全性管理278

13.5WiMAX网状网模式的QoS机制279

13.6WiMAX网状网互连的吞吐量和时延280

13.6.1WiMAX仿真器280

13.6.2性能验证282

13.7当前研究情况和开放性问题284

13.7.1WiMAX和WiMAX媒体访问控制协议的区别284

13.7.2理论模型和仿真工具285

13.7.3服务质量285

13.7.4干扰假设286

13.7.5可扩展性286

13.7.6拓扑控制286

13.7.7时隙分配算法287

13.8总结287

参考文献287

第14章 认知无线电和动态频谱管理291

14.1概述291

14.2认知无线电概念292

14.2.1定义和特征292

14.2.2认知无线电体系结构294

14.2.3认知网络294

14.2.4频谱共享的变形波形295

14.2.5干扰温度296

14.3CR的机会主义分布式频谱分配297

14.3.1分布式和协作方法的效益297

14.3.2群体智能298

14.3.3博弈论299

14.4经济和技术动机的结合299

14.4.1技术方面299

14.4.2经济的问题300

14.4.3增强无线电拍卖多路接入协议301

14.4.4拍卖序列和认知意识301

14.4.5技术-经济环境内的认知终端301

14.4.6分散多归属系统结构303

14.4.7系统描述303

14.4.8投标（出价）策略304

14.4.9分布式频谱共享310

14.5总结311

致谢311

参考文献311

第15章 无线网状网案例研究：火灾应急管理和市场分析316

15.1概述316

15.2提议的WMN简介318

15.3需求318

15.3.1一般性需求319

15.3.2特殊需求319

15.4市场分析320

15.4.1无线电接口数量323

15.4.2无线电技术323

15.4.3路由协议323

15.4.4安全性324

15.4.5服务质量324

15.4.6多播324

15.4.7外形因素和重量324

15.4.8可调节性324

15.4.9管理和监测324

15.4.10设备平台选择325

15.5平台设计和实现325

15.5.1硬件平台325

15.5.2软件326

15.6验证329

15.6.1端到端可用吞吐量329

15.6.2端到端时延330

15.6.3路由协议对拓扑变化的反应能力330

15.6.4多播通信333

15.7总结334

15.8开放性问题334

15.8.1拥塞控制334

15.8.2定位334

15.8.3维护路由协议连通性的链路层通告335

15.8.4服务质量335

15.8.5多播335

15.8.6无线电接口335

15.8.7多射频接口336

致谢336

参考文献336

第16章 公共安全和灾难救助应用中的无线网状网340

16.1概述340

16.2无线网状网340

16.2.1WMN的结构341

16.2.2WMN的特点342

16.2.3WMN系统和标准343

16.3公共安全和灾难恢复通信344

16.3.1PSDR指挥和通信架构344

16.3.2PSDR通信网络类型345

16.3.3当前的PSDR通信技术346

16.3.4功能需求346

16.3.5性能需求347

16.4用于PSDR通信的WMN348

16.4.1功能需求348

16.4.2性能需求351

16.5重要研究工作352

16.5.1物理层352

16.5.2媒体访问控制层353

16.5.3网络层353

16.5.4较高层354

16.6总结354

致谢355

参考文献355

缩略语359