無線Mesh網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)擁塞控制路由的研究

摘 要：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，是一種無線多跳網(wǎng)絡(luò)拓撲網(wǎng)絡(luò)。HWMP是IEEE802.11s無線Mesh網(wǎng)默許的路由協(xié)議，但協(xié)議本身存在著一點不充足。在本次研究中針對HWMP協(xié)議中缺乏負載控制的不充足，對路由協(xié)議了改進，防止了局部負載失衡而造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：無線Mesh，路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制

隨著各種無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在用戶群中產(chǎn)生了重大的影響，受到了人們的熱烈追捧。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)即無線網(wǎng)狀網(wǎng)，亦稱無線多跳網(wǎng)，通過與其他寬帶無線接入技術(shù)如802.11、802.16以及3G移動通信等技術(shù)相結(jié)合，大大增加無線系統(tǒng)的覆蓋面，同時又能提高無線寬帶容量和通信的可靠性，所以無線Mesh網(wǎng)絡(luò)成為社區(qū)、企業(yè)內(nèi)部以及城域網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。

一、 Mesh網(wǎng)絡(luò)的介紹

1.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)一般由Mesh路由器和Mesh終端兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。Mesh路由器在具備傳統(tǒng)的無線路由器的網(wǎng)關(guān)/中繼功能的基礎(chǔ)上，又增加了支持Mesh網(wǎng)絡(luò)互連的路由功能。這種路由器通常具有多個無線接入點，這些接入點是運用相同的接入技術(shù)建立的，同時也支持不同的無線接入技術(shù)，它能夠通過無線多跳通信用比傳統(tǒng)無線路由低很多的發(fā)射功率獲得同樣范圍的無線覆蓋，可以是筆記本電腦，掌上電腦，甚至是手機等。

2.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點：

（1）多類型網(wǎng)絡(luò)的接入

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)既允許無線終端接入骨干網(wǎng)，同時又支持與其相對等的無線終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信。一方面它可以與其他無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，另一方面又通過為無線終端設(shè)備的用戶提供無線接入服務(wù)。

（2）無線多跳網(wǎng)絡(luò)

無線Mesh技術(shù)的開發(fā)目標除了在充分拓展信道容量外，還有一個目標是為遠距離的無線鏈路用戶提供非視距連接，這就需要多跳網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，多跳網(wǎng)絡(luò)的無線鏈路距離更短、節(jié)點干擾較少和頻率的重復利用率高使得Mesh網(wǎng)絡(luò)在獲得更高的系統(tǒng)容量的同時又不影響信道的正常容量。

（3）具有自主自愈能力及集成性

因為具有結(jié)構(gòu)靈活、易于部署和網(wǎng)狀連接多點對多點通信等特點，無線Wesh網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶的實際需求進行逐漸容量擴展，自組織自愈能力使其可以自動探索到新的節(jié)點，自動完成配置升級，在出現(xiàn)節(jié)點或者鏈路故障時也可以通過自動的調(diào)整排除故障。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以運用Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)功能，將現(xiàn)有的多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行整合。多種無線網(wǎng)絡(luò)連接在一起就形成了“無線互聯(lián)網(wǎng)”。

（4）專門化的路由和配置功能

在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，即使Mesh終端本身具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，但Mesh路由器還是承載了主要的路由和配置功能，這樣就大大減輕了Mesh終端的壓力。

二 、一種負載平衡混合路由協(xié)議

LB-HWMP，IEEE802.11s中提出一種混合式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議（HybridW irelessMesh Protoco，l HWMP） 將MA-NET路由協(xié)議中的按需式路由和先應(yīng)式路由的思想接合起來，該協(xié)議既具備按需式路由的靈活性又具備先應(yīng)式路由的迅速性，適應(yīng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)這種基干網(wǎng)結(jié)構(gòu)和Ad hoc自組織網(wǎng)結(jié)構(gòu)接合的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。在HWMP基礎(chǔ)上提出了一種新的多途徑路由協(xié)議。WMRP，它接合散布式和集中式路由，將數(shù)值鏈路層的最簡單的面路由辦法拉伸成大致相似于IP路由的多級路由框架，增長了HWMP的執(zhí)行速率。研究中有一種管用的先驗式和反響式接合的路由算法，利用HWMP中先驗式和反響兩種路由方式的長處來補救各自的欠缺，管用減不多時延和吞吐量，經(jīng)過對HWMP以及現(xiàn)存改進協(xié)議在負載平衡方面的剖析，該協(xié)議的主要改進思想是：運用節(jié)點負載約束機制和節(jié)點信息扼制機制，經(jīng)過預設(shè)負載約束權(quán)值函數(shù)對路由發(fā)覺和路由保護過程施行改進，路由挑選時同時思索問題節(jié)點負載和跳數(shù)兩個因素，對重擔載節(jié)點跳數(shù)加以惡罰。同時，在重擔載時扼制半中腰節(jié)點接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)值包，緩解信道的運用率。

三、 負載行數(shù)的設(shè)計

因為HWMP路由發(fā)覺和路由保護過程以AODV協(xié)議為基礎(chǔ)，所以在路由樹立過程中都是以最小跳數(shù)為挑選依據(jù)，這會造成當一點負載過大的節(jié)點還是處于主途徑中，這就造成了部分負載過大，減低網(wǎng)絡(luò)吞吐量。我們運用以下函數(shù)對負載連續(xù)不斷增加的節(jié)點施行一定的方式，防止再次選中重擔載節(jié)點，設(shè)負載約束權(quán)值函數(shù)為f（ ），節(jié)點nodei的現(xiàn)時負載為load，i約束因數(shù)為α，節(jié)點跳數(shù)為hopcounti。用以下公式來表示：

load_metrici=f（hopcounti，α，loadi）

首先，依據(jù)路由協(xié)議本身的獨特的地方，節(jié)點本身跳數(shù)為一跳，即經(jīng)過本次節(jié)點路由路數(shù)加1，參加線性約束因數(shù)α后，節(jié)點約束權(quán)值和節(jié)點負載成正比，對于節(jié)點負載loadi樹立以下節(jié)點負載板型：

load_metrici=1+loadi×α

其次，權(quán)值函數(shù)計算出load_metrici代替節(jié)點原有的hopcounti值，即可計算出節(jié)點nodei的約束權(quán)值，每個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)值包時，需求將自身節(jié)點負載約束權(quán)值load_metrici累加到了目的節(jié)點后則構(gòu)成了整條途徑的約束權(quán)值。

loadMetricpath=∑i=desti=srcload_metrici

最后，在實際施行途徑挑選時，每個節(jié)點會優(yōu)先挑選loadMet-ricpath最小的途徑樹立路由。

四 、無線M esh節(jié)點負載的勘測機制

現(xiàn)階段計算節(jié)點可用帶寬有兩類典型機制，一類是測量MAC層信道利用率，另一類是勘測網(wǎng)絡(luò)層單位時間的吞吐量。因為Mesh基干網(wǎng)中路由器移動性很低，網(wǎng)絡(luò)流量大，不易計算節(jié)點吞吐量，而對于信道利用率沒有確認的計算辦法，因為這個要通不為己甚析影響無線信道相關(guān)的相關(guān)參數(shù)，來計算節(jié)點負載：

1） MAC層信道品質(zhì)指數(shù)（ChannelQuality Index， CQI）是無線信道的通信品質(zhì)的勘測標準。CQI由信道強度指使信息（RSSI）、送出包不正確率（TxPER）、送出包重傳率（TxPRR）表決，固然可以在經(jīng)過鏈路品質(zhì)反映節(jié)點的負載體積，但卻不充分若節(jié)點A的負載輕，不過與重載的節(jié)點CQI細小則其它節(jié)點會覺得A一樣是重載節(jié)點.因為這個不可以單獨運用CQI作為節(jié)點負載判據(jù)。

2） MAC緩存區(qū)占用率，無線網(wǎng)絡(luò)負載平衡可以運用MAC層緩和沖突區(qū)中的數(shù)值包個數(shù)對節(jié)點負載施行描寫，但一樣不可以單獨運用。由于它沒有絕對思索問題無線信道的共享事情狀況。如果有節(jié)點A兩個鄰舍節(jié)點B和C，假如A的緩存區(qū)是空的，而B和C的辦公量非常大，一直占用信道，由于A、B、C三個節(jié)點并肩運用信道，其它節(jié)點就覺得A也是負載過重的。

3）鄰舍節(jié)點的個數(shù)，因為Mesh節(jié)點共享無線信道，在一定程度上鄰舍節(jié)點的數(shù)目能反映出信道的空程度，如果覺得鄰舍節(jié)點多的節(jié)點信道占用率就高。信道比較空，建立路由的時刻就應(yīng)當防止此節(jié)點顯露出來在主路由中，但只用鄰居節(jié)點的個數(shù)一樣不可以正確地反映節(jié)點負載，若節(jié)點A有許多鄰舍節(jié)點，這些個節(jié)點的負載都是0，則覺得A處于輕載狀況，不過假如依照以上的分辨斷定負載體積的辦法。

參考文獻：

[1] 張樹勇;;基于MSSTATE_LRWPAN協(xié)議棧的無線檢測網(wǎng)絡(luò)[J];福建電腦;2010年03期

[2] 尹安;汪秉文;胡曉婭;湯強;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負載均衡路由協(xié)議[J];華中科技大學學報（自然科學版）;2010年01期

作者簡介：

黃麗芬（1978-），女，工學碩士學位，講師、工程師，主要研究領(lǐng)域為計算機網(wǎng)絡(luò)。