無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由度量研究與改進(jìn).pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展以及智能手機(jī)、平板電腦等無(wú)線終端的快速普及，無(wú)線 Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種寬帶無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)具備高帶寬、自動(dòng)組網(wǎng)、多跳、高魯棒性、自愈性等特征，是解決“最后一公里”無(wú)線覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)。路由度量是評(píng)判鏈路質(zhì)量?jī)?yōu)劣的依據(jù)，與無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能密切相關(guān)。因而路由度量是一個(gè)重點(diǎn)研究課題。
　　本文首先分析了設(shè)計(jì)路由度量時(shí)應(yīng)具備的特性以及需考慮的因素。路由度量應(yīng)具備穩(wěn)定性、最優(yōu)性

2、和保序性，并綜合考慮路徑長(zhǎng)度、丟包率、帶寬、負(fù)載、干擾、信道多樣性等因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。分析空時(shí)鏈路度量（Airtime Link Metric，ALM）的原理發(fā)現(xiàn)其并未考慮干擾和負(fù)載對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。針對(duì)ALM存在的缺點(diǎn)，本文提出了基于 ALM的改進(jìn)路由度量——增強(qiáng)空時(shí)鏈路度量（Enhanced Airtime Link Metric，EALM），EALM相比ALM額外考慮了干擾及負(fù)載。由于數(shù)據(jù)包端到端時(shí)延不僅由傳輸時(shí)延組成，還與數(shù)

3、據(jù)包在緩存隊(duì)列中的排隊(duì)時(shí)延有關(guān)，所以EALM將數(shù)據(jù)包排隊(duì)時(shí)延考慮進(jìn)去以間接考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)載。ALM使用鏈路總帶寬計(jì)算傳輸時(shí)延并不準(zhǔn)確，因?yàn)榭値捀叩珟缀醣徽紳M的鏈路并不比總帶寬低且未被占用的鏈路的時(shí)延性能好。所以，EALM采用剩余可用帶寬計(jì)算傳輸時(shí)延。EALM首先采用物理干擾模型估計(jì)節(jié)點(diǎn)的干擾程度比，然后再根據(jù)干擾程度比計(jì)算出鏈路的剩余可用帶寬。本文使用 NS3對(duì)EALM、跳數(shù)及 ALM進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真，結(jié)果表明EALM在端到端時(shí)延、投遞率、吞

4、吐量方面的性能都要優(yōu)于跳數(shù)及ALM。仿真結(jié)果充分說(shuō)明了EALM在考慮了干擾及負(fù)載后能有效避開(kāi)那些干擾強(qiáng)、負(fù)載重的路徑，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能。
　　研究發(fā)現(xiàn)，使用多接口多信道可有效提升無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，本文在EALM的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了多接口多信道路由度量——加權(quán)累積增強(qiáng)空時(shí)鏈路度量（Weighted Cumulative EALM，WCEALM）。WCEALM由兩部分加權(quán)相加組成，第一部分為路徑中各條鏈路的EALM值之和，表征了

5、使用該條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)消耗的信道資源總數(shù)；第二部分與干擾和信道切換度量（Metric of Interference and Channel-switching，MIC）類似，是路徑中各節(jié)點(diǎn)的信道切換開(kāi)銷（Channel Switch Cost，CSC）之和，反映了路徑中流內(nèi)干擾。MIC在計(jì)算節(jié)點(diǎn)CSC時(shí)只考慮連續(xù)兩跳的信道分配情況，而節(jié)點(diǎn)的干擾范圍通常大于兩跳距離，所以MIC對(duì)于流內(nèi)干擾的估算并不準(zhǔn)確。因此，在WCEALM中估計(jì)節(jié)

6、點(diǎn)CSC時(shí)綜合考慮了連續(xù)三跳的信道分配情況，能更加準(zhǔn)確地估算出路徑中的流內(nèi)干擾。WCEALM本身直接使用時(shí)并不具有保序性，但本文通過(guò)使用虛擬網(wǎng)絡(luò)分解技術(shù)解決了由 CSC引入的非保序性問(wèn)題。使用NS3對(duì)WCEALM及WCETT進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真，結(jié)果表明 WCEALM的端到端時(shí)延、投遞率及吞吐量性能要優(yōu)于 WCETT，這說(shuō)明了WCEALM在考慮了干擾及負(fù)載且使用CSC估算路徑流內(nèi)干擾相比WCETT能更加準(zhǔn)確的選擇出那些干擾小、負(fù)載輕、信道多樣性