无线网状网：架构、协议与标准

　　近年来，无线网状网技术得到了长足的发展，随着标准化工作的推进，越来越多的无线网状网产品出现并投入商用。本书从架构、协议、标准3个方面介绍了无线网状网技术，阐述了无线网状网的开放性问题，研究了多种应用场景中的关键问题，此外还介绍了新出现的标准。本书从无线网状网的基本概念、协议、系统集成、性能分析技术、仿真、实验和未来发展方向等方面进行讨论，前后对照说明了路由、安全、频谱管理、MAC、跨层优化、负载均衡、多媒体通信、MIMO和智能天线等具体问题。本书适合作为计算机、通信及电子工程专业的本科生、研究生及相关领域的研究人员的参考书。

　　张彦（Yan Zhang），新加坡南洋理工大学电子工程学院博士。2004年8月至2006年5月，在新加坡国立信息与通信技术研究所（National Institute of Information and Communications Technology，NICT）从事研究工作。从2006年8月开始，参与挪威Simula Research Laboratory（http：//www．simula．no/）的研究。张（Zhang）博士是网络安全国际期刊的编辑，目前也是《无线网络和移动通信》的编辑（Auerbach出版社，CRC出版，Taylor&Francis小组）。他还参与了以下书籍的的编写：《无线网络和移动通信中的资源、移动性和安全管理》、《无线网状网：架构、协议与标准》、《无线PAN、LAN~I MAN中的毫米波技术》、《分布式天线系统：未来无线通信的开放架构》、《无线网状网的安全》、《无线城域网WiMAX及其演进》、《无线QoS：技术，标准与应用》、《宽带移动多媒体：技术与应用》、《物体互联：从RFID到下一代普遍网络系统》、《无线安全研究手册》。作者还担任国际会议IEEE PCAC'07副主席；国际会议ITNG 2007副主席，方向为无线和移动网络中移动性和资源管理；协办PDCS 2006，负责其中无线网状网方向的研究；参加多个国际会议，担任技术程序组成员，包括IEEE AINA 2007，IEEE CCNC 2007，WASA'06．IEEE GLOBECOM’2006，IEEE WoNGeN’06，IEEE IWCMC 2006，IEEE IWCMC 2005，ITST 2006和ITST 2005。研究方向包括无线网络和移动计算中的资源、移动性、能源和安全管理。作者是IEEE和IEEE ComSoc会员。E—mail：yanzhang@ieee．org罗济军（Jijun Luo），1999年在中国山东大学获工学硕士学位，2000年在德国慕尼黑科技大学获理学硕士学位。2000年加入Siemens，并在德国亚琛工业大学攻读工学博士学位。迄今已经发表了100多篇科技论文，合著了3本书，拥有多项专利。其技术成果包括无线系统设计、无线协议、系统架构、无线资源管理、信号处理、编码和调制技术等方面的创新。该作者在国际学术和研究活动中表现活跃，担任IEEE Transactions on Vehicular TechIlology，IEEE Communications Magazine，IEEE Wireless Communications Magazine，EURASIP Joumals．Frequenz等学报杂志的审稿人，还被推举为IEEE和欧洲研究组织举办的高等技术会议的分会主席和审稿人。目前领导欧洲研究项目，在国际工业标准化组织中表现活跃。主要研究方向为传输技术、无线资源管理、软件无线电重配置和无线系统设计，是IEEE会员。 E—mail：jesse．luo@ieee．org 胡宏林（HonglinHu），2004年1月在中国科技大学获通信与信息系统博士学位。2004年7月至2006年1月，在德国慕尼黑Future Radio，Siemens AG Communications工作。从2006年1月起，就职于上海无线通信研究中心（也称无线通信国际合作研究中心），其间还在中科院上海微系统与信息技术研究所担任副教授。胡宏林博士的主要工作是国际标准化与其他合作活动，是IEEE、IEEE ComSoc和IEEE TCPC会员。此外，还担任IEEE Wireless Com 2005，IEEE ICC 2006，IEEE 1WCMC 2006，IEEE ICC 2007，IEEE/ACM Q2SWinet 2006等国际会议的技术程序委员会成员。从2006年6月开始，担任John Wiley＆Sons无线通信和移动计算栏目的编辑。E—mail：hlhu@ieee．org

第一部分 架构
第1章 无线网状网：问题与解决方案
1.1 概述
1.2 无线ad hoc网络与无线网状网的比较
1.3 无线网状网的难题
1.3.1 吞吐量
1.3.2 吞吐量公平
1.3.3 可靠性和健壮性
1.3.4 资源管理
1.4 无线网状网的设计要点
1.4.1 网络结构设计要点
1.4.2 网络协议设计要点
1.5 多射频无线网状网设计要点
1.5.1 结构设计要点
1.5.2 媒体访问控制设计要点
1.5.3 路由协议设计要点
1.5.4 路由判据设计要点
1.5.5 拓扑控制设计要点
1.6 多射频无线网状网链路层解决方案
1.7 多射频无线网状网媒体访问控制协议
1.7.1 多信道CSMA MAC
1.7.2 交错载波侦听多址接入
1.7.3 基于TDMA的两状态媒体访问控制方案
1.8 多射频无线网状网路由协议
1.8.1 多射频无线网状网的新路由判据
1.8.2 多射频链路质量源路由
1.8.3 负载感知干扰均衡路由协议
1.9 多射频无线网状网拓扑控制方案
1.9.1 拓扑控制协议的目标
1.9.2 骨干拓扑合成算法
1.10 开放性问题
1.11 总结
参考文献
第2章 多射频多信道网状网
2.1 概述
2.1.1 802.11网状网架构
2.1.2 提升容量
2.1.3 举例
2.2 射频使用策略
2.3 信道分配和路由
2.3.1 信道分配的基础
2.3.2 公式和算法
2.3.3 局限性
2.3.4 路由判据
2.3.5 综合方法
2.4 开放性问题
参考文献
第3章 IEEE 802.11无线网状网
3.1 引言
3.2 性能问题及原因
3.2.1 容量受限
3.2.2 数据流不公平性
3.3 高性能路由协议
3.3.1 链路质量感知路由
3.3.2 干扰感知路由
3.3.3 多径路由
3.3.4 差异感知路由
3.3.5 机会路由
3.4 多信道无线网状网
3.4.1 基于拓扑的信道分配
3.4.2 流量感知的信道分配
3.4.3 动态信道分配
3.4.4 信道间干扰
3.5 数据流公平性
3.5.1 公平性参考模型
3.5.2 隐式的基于速率的拥塞控制
3.5.3 显式的基于速率的拥塞控制
3.5.4 入口数据流节流
3.5.5 邻居区域RED
3.5.6 覆盖MAC层方法
3.6 其他问题
3.6.1 服务质量
3.6.2 拓扑规划
3.6.3 增强拓扑发现
3.6.4 长距离无线网状网
3.7 开放性问题
3.7.1 最大最小流分配
3.7.2 干扰感知多径路由协议
3.7.3 基于方向性天线的网状网
3.7.4 安全路由协议
3.7.5 故障诊断
3.8 总结
参考文献
第二部分 协议
第4章 无线网状网中的路由
4.1 概述
4.2 无线网状网的特性
4.3 路由协议的一般概念
4.3.1 路由协议的分类
4.3.2 二层路由
4.3.3 无线网状网中路由的需求
4.3.4 适合于负载均衡和容错的多路径路由
4.3.5 QoS路由
4.4 路由判据
4.5 路由协议
4.5.1 ad hoc按需距离矢量路由协议
4.5.2 动态源路由协议
4.5.3 最优链路状态路由协议
4.5.4 跨层路由方法
4.5.5 带宽感知路由
4.5.6 多射频链路质量源路由协议
4.5.7 无线网状网中其他基于拓扑的路由协议
4.5.8 基于位置的路由协议
4.6 适合802.11s WLAN网状网的路由
4.6.1 空中传播时间路由判据
4.6.2 混合无线网状网协议
4.6.3 射频感知最优化链路状态路由
4.6.4 可扩展性
4.7 路由和信道分配联合
4.7.1 负载感知路由和信道分配联合
4.7.2 基于LP的路由和信道分配联合
4.8 前景展望和开放性问题
参考文献
第5章 无线网状网媒体访问控制
5.1 设计目标与面临的难题
5.2 传统无线MAC协议
5.2.1 Aloha与时隙Aloha
5.2.2 CSMA与CSMA/CA
5.2.3 IEEE 802.11 DCF协议
5.2.4 IEEE 802.11e MAC协议
5.3 WMN的高级MAC协议
5.3.1 配置定向天线的网状网节点的协议
5.3.2 多信道MAC协议
5.3.3 同步网状网的无竞争MAC协议
5.4 802.11工作组提出的高级MAC特征
5.4.1 网状网内拥塞控制
5.4.2 公共信道结构
5.4.3 网状网确定性的接入
5.5 折中和约束
5.6 总结和前景展望
参考文献
第6章 无线网状网的安全
6.1 安全技术概述
6.2 网状网应用场景
6.3 网状网安全议题
6.4 具体的提议
6.5 总结和开放性问题
致谢
参考文献
第7章 无线网状网的扩展性
7.1 概述
7.2 相关工作
7.3 可扩展的密集城市区域无线网状网
7.4 可扩展的基于环的广域无线网状网
7.5 跨层吞吐量分析
7.6 基于环的网状网单元中的最佳覆盖和容量
7.7 开放性问题
7.8 总结
致谢
参考文献
第8章 无线网状网中的负载均衡
8.1 概述
8.2 无线网状网中的网关负载均衡
8.3 无线网状网中的中央负载
8.4 无线网状网中的其他负载均衡解决方案
8.5 开放性问题
8.6 总结
致谢
参考文献
第9章 无线网状网中的跨层优化
9.1 概述
9.2 结构性考虑——全IP无线网络
9.3 跨层优化
9.4 链路调度优化算法
9.5 联合功率控制和多速率分配
9.6 带舍入的LP近似
9.7 随机舍入分析
9.8 使用非独立随机舍入提升性能
9.9 使用连续优化来解决整数时隙分配问题
9.10 数值分析
9.11 开放性问题
9.12 总结
致谢
参考文献
第10章 无线网状网中的多媒体通信
10.1 概述
10.2 多媒体的特性和服务质量的要求
10.3 协议和开放性问题
10.4 新的多媒体应用
10.5 总结
参考文献
第11章 无线网状网中的多天线技术
11.1 概述
11.2 多天线技术概述
11.3 无线网状网概述
11.4 无线网状网中的多天线技术
11.5 总结和讨论
参考文献
第三部分 标准化与相关技术
第12章 IEEE 802.11s无线局域网状网的标准化
12.1 概述
12.2 WLAN网状网入门
12.3 WLAN网状网的基本服务
12.3.1 WLAN帧格式
12.3.2 回程信道选择
12.4 WLAN网状网媒体访问控制
12.5 网状网的节能
12.6 网状网的网络发现
12.7 网状网路由和中继
12.8 WLAN网状网的协作
12.9 WLAN网状网的安全
12.10 WLAN网状网的服务质量
12.11 管理和配置
12.12 IEEE 802.11s和实用网状网
12.13 总结
参考文献
第13章 IEEE 802.16 WiMAX网状网互连
13.1 概述
13.2 物理层和MAC层概述
13.3 IEEE 802.16 WiMAX的点到多点模式
13.4 IEEE 802.16 WiMAX网状网模式
13.5 WiMAX网状网模式的QoS机制
13.6 WiMAX网状网互连的吞吐量和时延
13.7 当前研究情况和开放性问题
13.8 总结
参考文献
第14章 认知无线电和动态频谱管理
14.1 概述
14.2 认知无线电概念
14.3 CR的机会主义分布式频谱分配
14.4 经济和技术动机的结合
14.5 总结
致谢
参考文献
第15章 无线网状网案例研究：火灾应急管理和市场分析
15.1 概述
15.2 提议的WMN简介
15.3 需求
15.4 市场分析
15.5 平台设计和实现
15.6 验证
15.7 总结
15.8 开放性问题
致谢
参考文献
第16章 公共安全和灾难救助应用中的无线网状网
16.1 概述
16.2 无线网状网
16.3 公共安全和灾难恢复通信
16.4 用于PSDR通信的WMN
16.5 重要研究工作
16.6 总结
致谢
参考文献
缩略语