多信道多接口智能路由協(xié)議研究

劉焱青

烽火通信科技股份有限公司 湖北武漢 430205

1 路由協(xié)議性能研究

目前，WMNMAC層中使用的IEEE802.11協(xié)議基于單信道模型，并且隨著流量增加，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的爭(zhēng)用沖突也增加，延遲增加并且網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低。多通道傳輸可以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。例如，任志（任志等人，2006）提出了一種基于拓?fù)渚S護(hù)的自適應(yīng)多通道路由協(xié)議MOLSR。它將拓?fù)渚S護(hù)條件感知和自適應(yīng)算法引入OLSR，改善了端到端延遲和整體網(wǎng)絡(luò)吞吐量[1]。

為了WMN特性，已經(jīng)提出了許多匹配的路由算法。這些算法分為各種類別，例如地理，分層，多路徑，功率感知和混合路由。每個(gè)類別都有自己的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因此，選擇MRMCWMN路由算法的任務(wù)復(fù)雜，需要多信道路由協(xié)議的工作原理，路由度量、多信道支持方法的擴(kuò)展，路由算法指標(biāo)的分析和評(píng)估。

2 多信道路由協(xié)議相關(guān)研究

多信道技術(shù)是路由器協(xié)議組成網(wǎng)絡(luò)中管進(jìn)行研究項(xiàng)目，很多研究工作人員都設(shè)計(jì)了多信道網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議。在相關(guān)的研究成果中顯示，把路由器中的信息放置在控制包裹中或者表中，能為路由器提供不同選擇和搜索通道。因此節(jié)點(diǎn)的k個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)如果流中有n個(gè)數(shù)據(jù)，則分配n×（k+1）個(gè)正交信道。CA-AODV協(xié)議已經(jīng)擴(kuò)展，通過引入額外的ChannelTaken消息，在節(jié)點(diǎn)通干擾的范圍中，向每個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)引入不同的信道。這兩個(gè)協(xié)議在建立路由時(shí)完成信道分配，這很容易實(shí)現(xiàn)[2]。但是，沒有實(shí)時(shí)參考MAC層的信道狀態(tài)，并且沒有優(yōu)化信道分配。組合分布式信道分配和路由協(xié)議的協(xié)議J-CAR在建立路由時(shí)也根據(jù)需要分配信道。在該協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)收發(fā)器，并且通過（S-list）和（R-list）協(xié)商信道。協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是復(fù)雜的，MAC層的信道狀態(tài)不是實(shí)時(shí)引用的，并且信道分配并不完美。

3 多信道跨層路由機(jī)制設(shè)計(jì)

3.1 鏈路生存時(shí)間估計(jì)機(jī)制

在很多軍事演習(xí)應(yīng)用過程中，節(jié)點(diǎn)通信能借助GPS相關(guān)技術(shù)將他們定位。如果每一個(gè)階段通信都在相應(yīng)的傳輸區(qū)域范圍內(nèi)，同時(shí)兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)都能互相通信。假設(shè)它們?cè)谕粋€(gè)計(jì)算區(qū)間內(nèi)通信速度和通信方向不變，將R作為通信區(qū)域。采取AODV協(xié)議中的報(bào)文傳輸過來的生存時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送Hello報(bào)文，Hello報(bào)文提供當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)的位置信息。分組中攜帶的位置信息估計(jì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的速度和運(yùn)動(dòng)方向，從而估計(jì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的生存時(shí)間。

3.2 具有環(huán)境感知功能的多信道分配機(jī)制

為了便于研究，我們暫且不考慮多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口切換的情況和多信道變化的情況，也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有多個(gè)通信接口和網(wǎng)絡(luò)的情況。由于可用信道的數(shù)量是N，所以節(jié)點(diǎn)上的接口數(shù)量等于信道數(shù)量N，并且每個(gè)接口對(duì)應(yīng)于一個(gè)沒有切換的信道。在信道i中，對(duì)應(yīng)于該節(jié)點(diǎn)的接口i可以處于發(fā)送，接收或監(jiān)聽狀態(tài)。為了進(jìn)一步研究網(wǎng)絡(luò)中信道質(zhì)量的不同，首先假設(shè)不同的信道同時(shí)具有不同的信噪比。以此來界限信道質(zhì)量[3]。

3.3 基于距離相關(guān)的信道分配機(jī)制

多通道和單通道的主要優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)通信的數(shù)據(jù)流的數(shù)量增加。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要最大化用于同時(shí)通信的收發(fā)器節(jié)點(diǎn)對(duì)的數(shù)量。基于距離的信道分配機(jī)制的基本思想是，通過正確接收，距離相對(duì)較近的節(jié)點(diǎn)可以使用具有高頻率的信道和可以進(jìn)一步傳輸更遠(yuǎn)距離的信道對(duì)。在上述情況下，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)可以同時(shí)通信，從而改變并完善并行數(shù)據(jù)對(duì)的發(fā)送方式，進(jìn)一步提高網(wǎng)路的傳輸性能。從節(jié)點(diǎn)A向B傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先要從A向B發(fā)送信道請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)B傳輸相應(yīng)的空列表和傳送帶寬。節(jié)點(diǎn)A的相鄰節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)節(jié)點(diǎn)B以外的節(jié)點(diǎn)A的信道請(qǐng)求包。

3.4 多信道多接口路由協(xié)議

在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的過程中，首先對(duì)跳數(shù)和生存時(shí)間的倒數(shù)進(jìn)行歸一化，然后進(jìn)行加權(quán)和求和。α表示路由權(quán)重，并且在α=1的情況下，退化為具有最小跳數(shù)的路由協(xié)議。在該標(biāo)準(zhǔn)中，利用節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的壽命估計(jì)，采用跨層設(shè)計(jì)思想來在路由消息中的節(jié)點(diǎn)之間承載鏈路壽命，以便在傳輸過程期間進(jìn)行傳輸和更新。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲得最小鏈路生存期，這是路徑的瓶頸[4]。目的節(jié)點(diǎn)考慮鏈路穩(wěn)定性和跳數(shù)選擇最佳路由，單播返回路由響應(yīng)消息，并完成已接收到路由響應(yīng)消息的路由建立過程。并且根據(jù)信道環(huán)境識(shí)別的多信道分配機(jī)制，發(fā)送數(shù)據(jù)分組，即保留能夠發(fā)送遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)用于與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)對(duì)的通信并行發(fā)送。

4 結(jié)語

以上研究結(jié)果顯示，在鏈路穩(wěn)定狀態(tài)下路由機(jī)制并沒有被充分的使用，然而在靜態(tài)場(chǎng)景中DDMR也有實(shí)用性。使用基于距離的多信道分配方案可以實(shí)現(xiàn)更高的信道利用率。在RAMON信道分配方案中，路由請(qǐng)求被廣播到所有信道，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇信道，不考慮信道分配，并且在基于距離的信道分配方案中，基于距離的信道分配是并行通信信道的數(shù)量。它可以有效地改進(jìn)。提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量在移動(dòng)方案中，DDMR數(shù)據(jù)包到達(dá)率是AODV，以考慮路由時(shí)的鏈路時(shí)間選擇更穩(wěn)定的路由，并使用基于距離的鏈路選擇算法來改善網(wǎng)絡(luò)超過100%?？紤]到QoS性能和考慮到節(jié)點(diǎn)負(fù)載，能量和剩余帶寬等因素的路由標(biāo)準(zhǔn)，可以擴(kuò)展分組到達(dá)率，在未來工作中優(yōu)化多信道路由協(xié)議它可以進(jìn)行優(yōu)化。