中文摘要：

改善无线Mesh网吞吐量是当前无线Mesh网研究中的关键问题。随着无线电技术的发展，无线接口已逐渐具备频率捷变的特性，即无线接口能在短时间内动态地配置通信信道的中心频率与频带宽度。可变信道宽度与多中心频率的组合，为优化频谱利用，提高无线网络吞吐量提供了更多机会。但是，现有绝大多数频谱分配研究均假设各无线信道的中心频率和频带宽度是固定的。目前仅有的几个考虑频宽可变的频谱分配算法也还处于起步阶段。依靠现有的频谱分配算法，难以有效利用无线接口频率捷变所带来的性能优势。广泛用于设计固定频宽信道分配算法的图着色模型，在中心频率和频带宽度同时可变的情况下，已无法表征通信信道的二维特征。为此，本课题将面向频率捷变的无线Mesh网络，研究频宽可变的频谱分配问题，综合使用凸优化理论、非线性优化理论、图着色理论、图分解理论等数学工具，提出基于可变频宽的动态频谱分配算法，以提高无线Mesh网络的整体吞吐量。

结论摘要：

本课题在全面分析无线Mesh网中现有信道和频谱分配算法与协议优缺点的基础上，对频率捷变无线Mesh网频谱分配算法进行了系统性研究，取得了以下创新性研究成果（1）频带宽度和时槽长度可变的集中式时频分配算法利用频带宽度与时槽长度连续可变的特点，提出了一种频带宽度和时槽长度均可变的集中式时频分配（VASITOL）算法。为了分别处理无线链路间的接口冲突和信号干扰这两种竞争所对应的强弱不同的约束条件，VASITOL算法把吞吐量优化问题分解为避免接口冲突的TDMA链路调度和消除信号干扰的FDMA频谱分配两个子问题，使得借助网络图中的边着色模型用尽可能少的时槽实现所有链路的调度后，能够通过把干扰图中的点着色模型与网络流的线性规划形式化相结合来联合优化各时槽长度及每个时槽内无线链路的频带宽度与中心频率，从而获得了更优的分配方案。（2）基于细粒度干扰约束的分布式频谱分配算法以干扰对为对象，细粒度地模型化了无线Mesh网中的干扰约束，提出了免干扰频谱分配的充要条件。基于精确的形式化表示，把频谱分配问题恰当地划分为两个子问题，从而提出了一个基于干扰对的两阶段分布式频谱分配（IPDSA）算法。这个算法中包括一个基于协商的频率分层机制和一个基于对偶分解的频谱分配算法。前者可启发式地确定每个干扰对内两链路中心频率之间的关系，其中设计出一个平滑化的时间窗函数以减少各链路在确定中心频率关系过程中所存在的竞争。后者以最优化理论框架为基础，能保证各链路所分得的中心频率和频带宽度收敛于全局最优解。（3）混合无线Mesh网中优化分布式吞吐量的自适应频谱分配算法研究适用于这种混合无线Mesh网的频谱分配算法，以提高其在分布式调度下各链路的总吞吐量。为了使所设计的频谱分配算法兼容传统的IEEE 802.11无线接口，首先在深入研究保证GMS算法在次干扰约束下实现最大吞吐量的子网结构之后，提出了一个基于网络划分的信道分配（NP-CA）算法。该算法包括一个网络划分算法，可保证分配到不同信道的子网在次干扰约束下使用简单的分布式GMS算法即可实现最大的吞吐量，以及一个子网拓扑平衡算法，可进一步扩展网络容量。而后利用部分无线链路中心频率与频带宽度连续可变的优势，提出了一个基于信道分配的分布式自适应频谱调整（SASA）算法，可根据无线链路的流量负载动态重分配其所接入的频带。