无线Mesh网络路由度量研究与改进

发布时间：2018-11-20 08:32

【摘要】：随着移动互联网的高速发展以及智能手机、平板电脑等无线终端的快速普及,无线Mesh网络作为一种宽带无线接入网络,越来越受到人们的关注。无线Mesh网络具备高带宽、自动组网、多跳、高鲁棒性、自愈性等特征,是解决“最后一公里”无线覆盖的关键技术。路由度量是评判链路质量优劣的依据,与无线Mesh网络的性能密切相关。因而路由度量是一个重点研究课题。本文首先分析了设计路由度量时应具备的特性以及需考虑的因素。路由度量应具备稳定性、最优性和保序性,并综合考虑路径长度、丢包率、带宽、负载、干扰、信道多样性等因素对网络性能的影响。分析空时链路度量(Airtime Link Metric,ALM)的原理发现其并未考虑干扰和负载对网络性能的影响。针对ALM存在的缺点,本文提出了基于ALM的改进路由度量——增强空时链路度量(Enhanced Airtime Link Metric,EALM),EALM相比ALM额外考虑了干扰及负载。由于数据包端到端时延不仅由传输时延组成,还与数据包在缓存队列中的排队时延有关,所以EALM将数据包排队时延考虑进去以间接考虑节点负载。ALM使用链路总带宽计算传输时延并不准确,因为总带宽高但几乎被占满的链路并不比总带宽低且未被占用的链路的时延性能好。所以,EALM采用剩余可用带宽计算传输时延。EALM首先采用物理干扰模型估计节点的干扰程度比,然后再根据干扰程度比计算出链路的剩余可用带宽。本文使用NS3对EALM、跳数及ALM进行网络仿真,结果表明EALM在端到端时延、投递率、吞吐量方面的性能都要优于跳数及ALM。仿真结果充分说明了EALM在考虑了干扰及负载后能有效避开那些干扰强、负载重的路径,从而提升网络性能。研究发现,使用多接口多信道可有效提升无线Mesh网络的容量。因此,本文在EALM的基础上设计了多接口多信道路由度量——加权累积增强空时链路度量(Weighted Cumulative EALM,WCEALM)。WCEALM由两部分加权相加组成,第一部分为路径中各条链路的EALM值之和,表征了使用该条路径进行数据传输时消耗的信道资源总数;第二部分与干扰和信道切换度量(Metric of Interference and Channel-switching,MIC)类似,是路径中各节点的信道切换开销(Channel Switch Cost,CSC)之和,反映了路径中流内干扰。MIC在计算节点CSC时只考虑连续两跳的信道分配情况,而节点的干扰范围通常大于两跳距离,所以MIC对于流内干扰的估算并不准确。因此,在WCEALM中估计节点CSC时综合考虑了连续三跳的信道分配情况,能更加准确地估算出路径中的流内干扰。WCEALM本身直接使用时并不具有保序性,但本文通过使用虚拟网络分解技术解决了由CSC引入的非保序性问题。使用NS3对WCEALM及WCETT进行网络仿真,结果表明WCEALM的端到端时延、投递率及吞吐量性能要优于WCETT,这说明了WCEALM在考虑了干扰及负载且使用CSC估算路径流内干扰相比WCETT能更加准确的选择出那些干扰小、负载轻、信道多样性好的路径。
[Abstract]:With the rapid development of mobile Internet and the rapid popularization of wireless terminals such as smart phone and tablet computer, wireless mesh network is more and more concerned as a kind of broadband wireless access network. The wireless mesh network has the characteristics of high bandwidth, automatic networking, multi-hop, high robustness, self-healing and so on. It is the key technology to solve the 鈥淟ast kilometer鈥，

本文编号：2344411