無線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡研究綜述

【摘要】無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是無線局域網(wǎng)和移動自組織網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物，作為一種能夠提供高帶寬網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)的全新架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)目前越來越多的得到人們的重視。本文對近年來Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點負(fù)載均衡的研究方向進(jìn)行了歸納總結(jié)，并提出了自己的設(shè)想和方向。

【關(guān)鍵詞】Mesh網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡網(wǎng)關(guān)綜述

一、簡介

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是通過無線鏈路把固定的和移動的節(jié)點連接起來，構(gòu)成的一個多跳的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。

在這種網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點由Mesh路由器和Mesh客戶兩種節(jié)點組成。Mesh路由器可以是靜止的或者具有較小的移動性，構(gòu)成Mesh網(wǎng)絡(luò)的骨干，為Mesh客戶端提供Intemet接入。Mesh客戶端也具有路由器或中繼器的作用，可以為其它Mesh客戶端提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。部分的Mesh路由器集成網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋功能，此類節(jié)點我們稱其為網(wǎng)關(guān)。由于所有的流量都將引自或者引向網(wǎng)關(guān)節(jié)點。因此網(wǎng)關(guān)節(jié)點是整個Mesh網(wǎng)絡(luò)的核心，同時也成為全網(wǎng)的性能瓶頸。網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)生擁塞，會極大的影響Mesh網(wǎng)絡(luò)用戶獲得服務(wù)，同時由于擁塞造成網(wǎng)關(guān)節(jié)點大量丟包，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的吞吐量極大下降。如何有效的負(fù)載網(wǎng)關(guān)節(jié)點之間的流量，盡量避免網(wǎng)關(guān)節(jié)點處發(fā)成擁塞成為近來Mesh網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題。

二、目前主要研究思路

2.1路徑選擇法

此類方法在進(jìn)行路徑選擇的時候，避開擁塞的鏈路和目的節(jié)點（即網(wǎng)關(guān)），以達(dá)到在不同的網(wǎng)關(guān)之間均衡負(fù)載的目的。此類方法多由DSR或者AODV算法改良而來，并根據(jù)自己的需求采用合適的度量方式，比如經(jīng)過節(jié)點的流量總和、各節(jié)點緩沖隊列總長度以及各段鏈路的延遲等對鏈路擁塞程度進(jìn)行判定，選擇擁塞較小、帶寬較高的鏈路進(jìn)行傳輸。跳數(shù)往往是必備的一個度量，因為多跳的鏈路意味著更多網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。文章[1]通過自己定義節(jié)點活動度的概念進(jìn)行度量，文章[2]則通過計算經(jīng)過節(jié)點的緩存隊列長度總和進(jìn)行選擇。文章[3]則通過自下而上的方式，從外圍到中心的方式來建立路由，分配網(wǎng)關(guān)節(jié)點的流量。

此類方法的缺點也是顯而易見的。首先只能通過鏈路狀態(tài)進(jìn)行路由選擇，而無法獲得網(wǎng)關(guān)節(jié)點的狀態(tài)，也就無法真正的避免網(wǎng)關(guān)節(jié)點的擁塞；其次只是在路由初期通過一定的策略避免擁塞，當(dāng)擁塞發(fā)生之后無法進(jìn)行有效的擁塞調(diào)整，同時缺乏全局的分配，必然會造成一些資源的浪費。

2.2流量遷移法

文章[4]和文章[5]提出了流量遷移的方法，此類方式沿用了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只是在網(wǎng)關(guān)節(jié)點檢測到擁塞時，啟動一個擁塞解除的機(jī)制，已達(dá)到分配流量、避免擁塞的目的。此類方法在一開始啟動網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)算法，對Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由器進(jìn)行初次劃分，并把路由器和自己的服務(wù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)送數(shù)據(jù)流，同時在網(wǎng)關(guān)節(jié)點處通過檢測節(jié)點緩存隊列長度或者對丟包率等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的條件之后認(rèn)定擁塞發(fā)生，啟動擁塞接觸機(jī)制，擁塞網(wǎng)關(guān)在自己服務(wù)的路由器中選擇一個進(jìn)行流量遷移。被選定的路由用泛紅的方式發(fā)送網(wǎng)關(guān)請求信息，未擁塞的網(wǎng)關(guān)收到后進(jìn)行回復(fù)，之后路由器將流量遷移到新的網(wǎng)關(guān)。

此類方法的優(yōu)點是算法帶來的額外開銷較少，缺點是對Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的流量缺乏全局的分配。同時，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)整體流量較大的時候，路由器遷移至后有可能再次擁塞，之后發(fā)生抖動的情況。

2.3域劃分法

三、新的研究方向

3.1內(nèi)部流量的研究

內(nèi)部流量可以在外部流量的信道及時隙分配完畢之后，采用DSR協(xié)議進(jìn)行，同時采納多徑的思想，以達(dá)到分配流量，負(fù)載網(wǎng)絡(luò)均衡的目的。對于內(nèi)部距離較遠(yuǎn)或者源、目的節(jié)點均靠近網(wǎng)關(guān)（不同網(wǎng)關(guān)）的情形，可以將Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通信轉(zhuǎn)化為外部流量，即將流量引入網(wǎng)關(guān)，然后通過網(wǎng)關(guān)之間的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，已達(dá)到節(jié)省Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源的目的。

3.2多徑在Mesh網(wǎng)中的應(yīng)用

為了達(dá)到均衡負(fù)載的目的，應(yīng)當(dāng)選取多徑同時傳輸?shù)姆绞?。Mesh網(wǎng)絡(luò)中為了達(dá)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點的負(fù)載均衡應(yīng)用多徑路由主要從以下幾個方面：（1）外部流量的多徑；A，域內(nèi)部MR節(jié)點通往單一網(wǎng)關(guān)節(jié)點的多徑；由于網(wǎng)關(guān)節(jié)點是流量的集中地，所以擁塞極易出現(xiàn)在離網(wǎng)關(guān)最近的鏈路和節(jié)點上，此處多徑路由可以降低網(wǎng)關(guān)附近鏈路或者節(jié)點發(fā)生擁塞的可能性。同時，在擁塞發(fā)生時，可以通過調(diào)整多徑流量分配的方式高效的解決擁塞問題。B，域邊界MR節(jié)點通往多網(wǎng)關(guān)節(jié)點的多徑；此種多徑的應(yīng)用本身就帶有負(fù)載網(wǎng)關(guān)均衡的目的。處于不同網(wǎng)關(guān)中間部分的節(jié)點可以建立到不同網(wǎng)關(guān)的路徑，并在需要時將流量分配到不同的網(wǎng)關(guān)上。如果某一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)生擁塞，可以通過調(diào)整流量分配的方式解決擁塞，避免了路由調(diào)整的開銷。（2）內(nèi)部流量的多徑；內(nèi)部流量的多徑路由能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，在不影響外部流量的情況下盡量保證內(nèi)部流量的暢通。同時，在外部流量優(yōu)先且外部流量變化的情況下，能夠減少內(nèi)部路由發(fā)現(xiàn)的開銷，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。

四、總結(jié)

隨著無線移動通信的高速發(fā)展和Intemet的廣泛應(yīng)用，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)作為一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，得到進(jìn)一步的重視和開發(fā)，會逐漸成為無線移動接入網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，滲透到未來各種無線網(wǎng)絡(luò)中。

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