無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由度量研究與改進.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展以及智能手機、平板電腦等無線終端的快速普及，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)，越來越受到人們的關(guān)注。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具備高帶寬、自動組網(wǎng)、多跳、高魯棒性、自愈性等特征，是解決“最后一公里”無線覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)。路由度量是評判鏈路質(zhì)量優(yōu)劣的依據(jù)，與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能密切相關(guān)。因而路由度量是一個重點研究課題。
　　本文首先分析了設(shè)計路由度量時應(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，并綜合考慮路徑長度、丟包率、帶寬、負載、干擾、信道多樣性等因素對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。分析空時鏈路度量（Airtime Link Metric，ALM）的原理發(fā)現(xiàn)其并未考慮干擾和負載對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。針對ALM存在的缺點，本文提出了基于 ALM的改進路由度量——增強空時鏈路度量（Enhanced Airtime Link Metric，EALM），EALM相比ALM額外考慮了干擾及負載。由于數(shù)據(jù)包端到端時延不僅由傳輸時延組成，還與數(shù)

3、據(jù)包在緩存隊列中的排隊時延有關(guān)，所以EALM將數(shù)據(jù)包排隊時延考慮進去以間接考慮節(jié)點負載。ALM使用鏈路總帶寬計算傳輸時延并不準確，因為總帶寬高但幾乎被占滿的鏈路并不比總帶寬低且未被占用的鏈路的時延性能好。所以，EALM采用剩余可用帶寬計算傳輸時延。EALM首先采用物理干擾模型估計節(jié)點的干擾程度比，然后再根據(jù)干擾程度比計算出鏈路的剩余可用帶寬。本文使用 NS3對EALM、跳數(shù)及 ALM進行網(wǎng)絡(luò)仿真，結(jié)果表明EALM在端到端時延、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)果充分說明了EALM在考慮了干擾及負載后能有效避開那些干擾強、負載重的路徑，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線Mesh網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，本文在EALM的基礎(chǔ)上設(shè)計了多接口多信道路由度量——加權(quán)累積增強空時鏈路度量（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、使用該條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸時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)點的信道切換開銷（Channel Switch Cost，CSC）之和，反映了路徑中流內(nèi)干擾。MIC在計算節(jié)點CSC時只考慮連續(xù)兩跳的信道分配情況，而節(jié)點的干擾范圍通常大于兩跳距離，所以MIC對于流內(nèi)干擾的估算并不準確。因此，在WCEALM中估計節(jié)

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