超高速無線區域網路新型路由協定研究與開發
随着無線網絡業務不斷增長，無線區域網路（WLAN）作為未來第五代移動通信系統（5G）技術融合體系中的重要部分，将在5G時代承載越來越多的網絡壓力。
IEEE802.11系列協定作為WLAN沿用的标準，不斷為新的場景及需求進行演進。
如IEEE802.11ax關注使用者密集化場景，IEEE802.11ay工作在60GHz毫米波頻段，采用波束賦形對抗幹擾。
超高速無線區域網路正是一種結合了IEEE802.11協定持續發展的新需求與新場景的新型WLAN。
它引入了波束切換天線與路由技術，以區域性的高速傳輸和保障密集使用者群的服務品質（QoS）為目标。
通過一定的路由協定形成無線自組織多條網絡，實作區域内節點間終端裝置直連的特性，具有可支援密集化使用者群體、窄波束傳播等特點。
在異構化的5G網絡中，超高速無線區域網路可與蜂窩網絡協同工作，融入5G網絡架構以承載部分流量壓力。
在使用者越來越密集的場景下，網絡中的路由協定将是影響網絡傳輸品質的核心問題。
是以，本文以IEEE802.11系列協定的需求為目标，以超高速無線區域網路為模型，對其路由協定進行研究與開發。
本文首先對超高速無線區域網路及其路由技術進行概述，對路由協定中路由選擇的度量問題進行研究。
針對超高速無線區域網路中對高傳輸速率和保證使用者QoS的需求，本文将鍊路可用帶寬作為重要名額，研究了可用帶寬估計算法。
結合IEEE802.11ay的波束賦形思想，本文引入波束切換天線，提出了一種結合波束切換天線的可用帶寬估計算法，充分發揮可用帶寬在路由選擇中的優勢。
實驗表明，本文提出的可用帶寬估計算法較為準确，可對帶寬變化進行跟蹤，并在不同波束方向上具有不同結果，以供路由協定依據此為标準，結合波束切換天線進行路由選擇。
進一步地，本文對路由度量問題遞進，認為可用帶寬名額作為單一的考量并不夠全面。此外，在網絡中一旦節點多次被選中成為繁忙狀态，将面臨鍊路擁塞問題。
針對此問題，本文受到帕雷托分布思想的啟發，提出了一種曆史資訊機制，以衡量節點的傳輸能力與繁忙程度。
基于可用帶寬與曆史資訊，本文采用層次分析法（AHP），考慮多參數影響并分别建構歸一化分布函數，建構出一個能夠較為全面反映網絡狀況的鍊路品質因子。
在此基礎上，本文以機會路由中的“競争”思想為基礎，設計了具有“競争”形式的下一跳轉發機制。
結合軟硬體，本文搭建了實驗平台，并進行實驗驗證。實驗表明，本文所研究的路由協定可在惡劣環境中進行多跳傳輸，完成區域性多跳組網，并能夠一定程度上提升使用者的傳輸速率。
本文主要研究的内容是超高速無線區域網路中路由協定，論文的主要工作如下。
分析可用帶寬估計問題，結合波束切換天線的特點，同時發揮其優勢，提出了一種結合波束切換天線的可用帶寬估計算法。
将傳統算法中的時延問題進行轉化，結合了IEEE802.11的速率選擇算法，以輪詢方式建構出不同波束方向上的可用帶寬。
實驗驗證了不同波束上的可用帶寬的不同性能，并可以作為路由度量的重要名額。
考慮了以可用帶寬為主要因素的影響下，以保證5G場景下使用者之間高速率的資料傳輸為目的，該路由協定可以選擇出帶寬資源最高的鍊路。
同時受到帕雷托分布的啟發，提出加入節點曆史資訊的機制，能夠反映節點的曆史繁忙狀态，避免擁塞。
将這些名額與傳統名額結合，建構出每個名額的分布函數，并防止名額的量級不一緻導緻其結果偏頗。
對每一個分布函數進行了歸一化處理，通過AHP層次分析法融合多參數建構鍊路品質因子，并借鑒機會路由的競争思想，提出改進的路由逐跳轉發機制。
建立了下一跳候選節點清單，将部分鄰居節點選入下一跳候選清單，再通過對鍊路品質因子排序擷取最優下一跳，同時保證了在最優下一跳失效時，能夠很快更新候選清單，将新的最優下一跳替換。
協定同時保證了節點盡量選擇帶寬資源較高的節點作為下一跳，同時又避免其過于繁忙。
搭建硬體實驗平台，對OpenWRT的核心源碼進行剪裁、修改，編譯系統基礎固件，并将開發的路由協定代碼作為核心子產品嵌入源碼進行移植。
通過路由配置，搭建超高速無線區域網路，并設計實驗，驗證路由協定功能。
