多介面多跳階無線網路之切頻機制與繞徑問題研究

Abstract

在具備多重正交(不重疊)通道的現行無線網路環境下，如何有效地利用通道的多樣性來達到在正交通道上同時進行傳輸是一個很重要的效能議題。大體而言，在多通道的無線網路環境中，節點對無線電介面上所有可利用的通道做切換雖然會產生通道切換的延遲時間和可能造成節點間彼此不連結的網路環境，卻能比被綁定在固定頻道的無線電介面產生更好的通道多樣性。此外，由於無線電介面會進行通道切換，因而在多點跳躍的環境下所面臨的挑戰在於探索路徑時，節點之間缺少一個在共同通道的交會時間，以及節點彼此轉傳封包的困難。 在此篇論文中，我們提出了一個可確保網路連結性的多重無線電介面通道跳躍架構(multi-radio channel-hopping scheme，此篇論文簡稱為CHS )。在CHS中，每個節點所配置的任一無線電介面皆會執行通道跳躍並且擁有最佳的通道多樣性。在普遍以IEEE 802.11為基礎的無線網路中，我們證明利用CHS可以在節點少於三張無線電介面的情況下達到良好的通道重疊性。為了在CHS通道跳躍的特性下達成有效率的多跳躍傳輸，我們也設計了相應的通道多樣性路由協議(channel-diverse routing，此篇論文簡稱為CDR)。在CDR中，我們將節點間通道交會所需的時間結合通道傳輸速率這兩項因素所形成的預期傳輸時間為参數。最後模擬的結果證實了在IEEE 802.11a 的無線網路環境中，我們所提出的CDR可以配合CHS在系統效能上比其它的方法出色。

In modern wireless networks with multiple orthogonal (non-overlapping) channels available, one essential performance topic is how to effectively exploit channel diversity to enable parallel communications. Generally, having a radio interface hop through all available channels produces better spectrum diversity than binding it permanently to one channel, at the cost of channel switching delays and potentially compromised network connectivity. Moreover, multi-hop communications become challenging due to the lack of a common rendezvous for discovering routes and the difficulty of relaying packets from hop to hop. In this thesis, we propose a multi-radio channel-hopping scheme (CHS) that preserves network connectivity. We prove that less than three radios are required by CHS in order to achieve good channel overlapping in widespread IEEE 802.11-based wireless systems. Corresponding channel-diverse routing (CDR) protocol is devised to realize efficient multi-hop communications. Simulation results demonstrate that the proposed CDR outperforms other strategies in an IEEE 802.11a multi-hop networking environment.