Der Durchsatz, die Robustheit, und die Skalierbarkeit von klassischen drahtlosen multi-hop Netzen ist in der Praxis beschränkt. Das grundlegende Problem ist, dass solche Netze fortschrittliche Verfahren auf der Bitübertragungsschicht nicht unterstützen. Diese Verfahren erfordern in der Regel (a) räumliche Diversität mit Hilfe mehrerer Antennen, (b) aktualisierte Kanalinformation am Sender, und (c) eine zentrale Instanz zur Koordinierung der Netzwerkknoten. Im Rahmen dieser Arbeit wird Korridor-basiertes Routing vorgeschlagen um diese Limitierungen in drahtlosen multi-hop Netzen zu beheben. Dieser Ansatz weitet klassische multi-hop Pfade auf, um mehrere Knoten in jedem Hop zu erfassen, und somit räumliche Diversität zu erreichen. Dadurch kooperiert bei jedem Hop eine Gruppe von Sendern auf der Bitübertragungsschicht, um Daten an eine Gruppe von Empfängern weiterzuleiten. Zwei aufeinanderfolgende Knotengruppen formen eine Korridoretappe. Da alle Knoten, die an der Weiterleitung von Daten in einem Hop teilnehmen, zur selben vollvermaschten Etappe gehören, ist die Rückmeldung von Kanalinformation nur über einen Hop notwendig. Zusätzlich ist Korridor-basiertes Routing skalierbar, da jede Etappe unabhängig betrieben wird, und somit keine netzwerkweite zentrale Koordinierungsinstanz benötigt wird. Durch die Etablierung von Ende-zu-Ende Korridoren entstehen im Vergleich zur Etablierung von klassischen Pfaden in drahtlosen multi-hop Netzen, wie erwartet, zusätzliche Kosten in Form von Kontrollnachrichten. Wenn der daraus entstehende Korridor jedoch Durchsatzgewinne ermöglicht, gleichen sich die Etablierungskosten nach einer gewissen Anzahl an Paketübertragungen aus.

Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Techniken auf der Bitübertragungsschicht für die obengenannte Systemarchitektur erforscht. Es handelt sich dabei um Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) und Interference Alignment (IA). In Etappen, die OFDMA einsetzen, wird jeder Subkanal einem Link der Etappe zugeordnet, der für diesen Subkanal eine gute Kanalqualität aufweist. Somit kann OFDMA in Szenarien, in denen klassische Weiterleitungsmechanismen auf der Bitübertragungsschicht nicht betriebsfähig sind, Daten robust übertragen. Zudem kann ein höherer Durchsatz als bei solchen klassischen Ansätzen erzielt werden. Um die Etappenübertragungszeit zu minimieren, wird ein Allokationsverfahren vorgeschlagen, das sowohl die Kanalinformation als auch die Menge an Daten, die jeder Sender in einer Etappe übertragen möchte, berücksichtigt. Ferner werden die praktischen Herausforderungen, die der Betrieb einer Etappe auf Basis von OFDMA stellt, behandelt, und eine Implementierung auf Software Defined Radios realisiert. Der durchschnittliche Durchsatzgewinn liegt bei 30% im Vergleich zu klassischen drahtlosen multi-hop Netzen. OFDMA wird in Theorie, Simulation, und Praxis analysiert. Die Ergebnisse in allen drei Domänen stimmen überein.

Weiterhin wird IA in der Frequenz als Bitübertragungsschicht für Korridoretappen untersucht. Praktische Experimente zeigen, dass IA oft nur einen geringen Durchsatz aufgrund von einer Verstärkung des Rauschens im Zuge des Dekodierungsprozesses erreicht. Es wird festgestellt, dass der Verstärkungsfaktor nur von den Kanalkoeffizienten der Subkanäle abhängt, die für IA verwendet werden. Auf Basis dieser Erkenntnis wird ein Mechanismus vorgeschlagen, der bestimmt, welche Senderknoten mit welchen Empfängerknoten innerhalb einer Etappe über welche Subkanäle Daten austauschen sollten, um den Verstärkungsfaktor zu minimieren. Da die Anzahl an möglichen Kombinationen sehr umfangreich ist, werden Heuristiken entworfen, die den Suchraum erheblich reduzieren. Auf diesem Mechanismus aufbauend wird das erste praktikable übertragungssystem entwickelt, dass IA in der Frequenz nutzt. Die Messergebnisse zeigen, dass die obengenannte Verstärkung des Rauschens effizient vermieden, und somit ein robuster Betrieb erzielt werden kann. Es wird auch deutlich, dass IA nur für Korridoretappen mit bestimmten Kanalzuständen und Datenaufkommen an den Sendern geeignet ist. Im Vergleich zu klassischen multi-hop Netzen beträgt in solchen Fällen der durchschnittliche Durchsatzgewinn 25% und der maximale Durchsatzgewinn 150%.

Abschließend wird ein Entscheidungsmechanismus entwickelt, der für eine bestimmte Etappe die Technik auf der Bitübertragungsschicht auswählt, die den höchsten Durchsatz erreicht. Es werden Korridore mit bis zu fünf Etappen untersucht; diese erzielen einen durchschnittlichen Durchsatzgewinn von 20%. Insgesamt erweist sich, dass die Fähigkeit von Korridoren die beste Technik auf der Bitübertragungsschicht auszuwählen, um sich so an die Gegebenheiten der einzelnen Etappen anpassen zu können, entscheidend ist, um einen effizienten und robusten Betrieb zu ermöglichen.