本站小編為你精心準備了基于多網卡多信道MESH網路由協議參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要無線MESH網不同于傳統的無線多跳網絡，路由器是固定的，移動性不是主要問題。因此迫切需要一種新的準則適應這種網絡。WMN使用多網卡和多信道以提高網絡容量。WCETT是為多網卡多信道無線mesh網絡設計的準則,但是必需的帶寬計算很復雜。本文提出了一種新的路由準則SMETT，以避免復雜的帶寬計算，并且設計一種名為傳輸感染因子(TIF)的傳輸干擾模型使ETT更接近真正的傳輸。

關鍵詞無線MESH網絡；多信道；多網卡；路由準則

1簡介

無線MESH網絡(WMN)在近幾年里已經成為研究的熱點。由于它的一些特殊的應用已經引起了商業的注意和巨大的興趣。雖然WMN是由AdHoc網絡發展而來，但它是一種全新的拓撲，AdHoc的路由已經不再適用于WMN。絕大部分傳統的AdHoc路由準則是選擇從源節點到目的節點的最小跳數。如果WMN也使用最小跳數準則，則容易在路由中包括較長的無線鏈路，導致較低的吞吐量，從而影響其達到最佳性能。因此路由準則可以根據無線鏈路的質量來選擇較好的路徑。MESH路由問題的關鍵就在于改進網絡容量和提高個別傳輸的性能上。我們通過在每個節點上安裝多個網卡來改進WMN容量的方法。這樣可以使節點能夠同時地傳輸和接收數據。同時每個節點有多個網卡，也能提供一個實現多信道的策略。目前已有很多方法可以進行分布式的頻道分配。

本文提出一種新的路由準則，稱為SMETT(SumofMotivatedExpectedTransmissionTime)，是為多網卡多信道環境而設計的。與WCETT不同的是它不考慮無線鏈路的帶寬。因為無線網路的帶寬不容易計算，該如何避免帶寬的計算是一個主要議題。而且在本文中，當我們計算ETT(預期的傳輸時間)的時候，也考慮到鏈路的干擾。在無線網路中，如果他們在彼此的干擾范圍里，無線鏈路上的傳輸可能互相干擾。提供一種傳輸感染因子(TIF)用于我們的準則SMETT。

2問題的形成

2.1系統體系結構

如圖1所示，在無線MESH網絡(WMN)體系結構中，每個節點有多個網卡和多條信道。這里不考慮如何分配頻道。假設體系結構的每個路由節點都是相對固定的，在給定區域的每個點至少被一個接入點(AP)覆蓋。為了覆蓋一個大的區域，需要很多的AP。通常情況下，把每個AP連接到以太網上，再依次連接到Internet是不現實的。因此只有一些AP連進有線基礎設施，作為網關工作。移動終端用戶直接從AP或從多跳AP訪問互聯網。

圖1WMN的體系結構

2.2傳輸干擾:IEEE802.11DCF

在有線網絡中，因為各節點是獨立的，所以鏈路上的任何傳輸都不會干擾其他鏈路上的傳輸。然而，在無線網路中，如果他們在彼此的干擾范圍內，一個無線鏈路上的傳輸就有可能干擾其他的鏈路。

IEEE802.11DCF子程序利用一個簡單的載波偵聽多路訪問(CSMA)算法。當一個分組想要傳輸時，它通過傳輸分組占用介質。如果偵聽到介質是空閑的，那么分組將會被傳輸。否則，在當前沖突窗口大小內任意選擇的退避計算器工作，并且讓退避計算器開始倒計時，直到媒體空閑。當它感覺媒體忙碌時，節點中止計算器的倒計時窗口。這稱為二進制指數退避。

當一個節點傳輸一個分組時，它需要為可能的重傳將發送的分組存在緩沖器中。當分組被確認收到時，緩沖器中的分組才被移去。如果有任何傳輸失敗，緩沖器會為重傳保護丟失的分組。因此緩沖器不空的時候將會增加。由于如果一個分組仍然存在緩沖器中，節點會試著占用媒體，所以這會影響在它的干擾范圍內的節點的傳輸。

2.3預期傳輸時間(ETT)

在提出預期傳輸時間(ETT)前，我們首先簡短地描述ETX準則。ETX度量準則用于測量傳輸的預期數量，包括重傳（需要在鏈路上發送一個單播分組）。ETX的推導開始于前向和反向的分組損失概率的測量，分別用pf和pr表示，然后計算預期傳輸數量。

我們從計算分組傳輸不成功概率開始。因為802.11協議需要的是傳輸成功，所以分組必須成功地被應答。讓p表示從x到y的分組傳輸不成功的概率：

（1）

802.11MAC將會重傳一個傳輸不成功的分組。讓S（K）表示分組從x到y經k次嘗試后成功發送的概率。

（2）

最后，從x到y成功地傳送一個分組的必需的預期傳輸數量用ETX表示：

（3）

ETX準則用于路由選擇。它將選擇最低的積累ETX的路徑。但是ETX準則不一定能為WMN選擇較高吞吐量的路徑。例如，它可能選擇802.11b鏈路，但不選損失概率比較低的802.11a鏈路。在文章[3]中，作者給出了一個信道差異性優先選擇，提供了一種新的準則，稱為預期傳輸時間(ETT)。它定義為“帶寬修正ETX”。讓S表示分組的大小(例如1024個字節)，B表示鏈路的帶寬(原始數據率)。那么ETT表示為：

（4）

根據方程(3)和(4)來計算ETT，需要知道向前和反向損失率(pf和pr)以及每個鏈路的帶寬。有兩種方法可以獲得每個鏈路的帶寬。一種方法是每個802.11網卡給定值的固定帶寬，但是固定速率不可能適合實際傳輸。另一個方法是讓網卡自動地為每個分組選擇帶寬，這也是不現實的。

3SMETT:激勵預期傳輸時間總數

3.1傳輸感染因子(TIF)

在前面，我們解釋了802.11DCF如何工作，說明了節點的緩沖器能影響鏈路上的傳輸。如果緩沖器是空的,只要它接受，節點能發送分組。那么它不影響其他傳輸。然而，如果節點緩沖器長時間不空，就不會傳輸剛剛收到的分組。因此節點緩沖器不空的時間會影響鏈路上其它的傳輸。我們定義一個鏈路傳輸感染因子(TIF)如下。

TIF不但解釋了一個鏈路上最初的傳輸負載，而且解釋了因丟失分組重傳而增加的負載。例如，傳輸時間是方程（4）ETT的2倍，如果鏈路的損失率是0，即ETX=1，那么TIF=0.5，因為節點的緩沖器一半時間不空，節點的傳輸是忙碌的。然而，如果鏈路的損失率是0.5，緩沖器由于重傳不會是空的。那么，TIF=1。

由于ETT表示鏈路的損失概率，因此TIF與它有關。現在我們假設鏈路K-1和鏈路K是連續的鏈路，他們的ETT分別是ETXK-1和ETXK。當ETXK/ETXK-1小于1.0時，鏈路K會比鏈路K-1有較多的空閑時間，那么TIFK可表示為TIFK-1*EK/EK-1。當大于1.0時，意味著節點K緩沖器是充滿的，一些分組可能被丟棄。因此，TIFK可以表示為：(5)

3.2激勵預期傳輸時間METT

激勵預期傳輸時間考慮了傳輸干擾。它是一種“干擾調整的ETT”。首先，我們假設路徑的源節點是處于無干擾理想狀態。因此，首先我們設定TIF初值為TIF1=1。然后，讓ETXk表示鏈路k預期的傳輸次數，S是分組的大小(例如1024字節)，而Dk是鏈路k發送數據速率。因此，鏈路的干擾調整k定義為：

(6)

因為干擾，如果緩沖器不空，所有的分組將會競爭占用媒體。如TIF定義，如果真正的傳輸時間是方程(4)的2倍，那么TIF=0.5。因此TIF與METT是反比，且最初的ETT被定義為(4)，鏈路的激勵ETT（METT）必須分開TIFk。因為TIF能表示真正的傳輸，所以使用B(鏈路的帶寬)是不必要的。我們改為使用Dk(鏈路的發送速率)。

根據方程(3)、(5)和(6)計算METT，我們需要了解正向和反向的損失概率(pf和pr)、傳輸率、每個鏈路的傳輸感染因子(TIF)。pf和pr的值可通過用廣播分組技術來估計，每個節點定期地(每秒一次)送出廣播探測分組。廣播分組不由802.11MAC轉發。節點跟蹤從每個相鄰節點在滑動時間窗口期間(十秒)收到的探測分組數，包括他們自己的探測信息。節點能從相鄰節點在時間窗口內收到的探測分組數直接計算pr，還可以使用從相鄰節點收到的最后一個探測分組有關他們自己的信息來計算pf。然后計算ETX。我們也能使用方程(5)計算TIF。

3.3路徑準則(SMETT)

通過計算，我們得到所有鏈路的METT。這部分提出如何計算在源節點上所有的METT。我們的路徑準則稱為SMETT(激勵ETT的總和)。它是路徑的預期傳輸時間。因此我們能設定SMETT是路徑上所有單跳的METT的總和。

 (7)

同時，SMETT需要考慮信道差異性的影響。只是增加METT不能保證這個特性，因為我們不能區別在不同的頻道上的單跳。為了反映這一點，我們的準則定義了附加項Xi。

(8)

Xj是信道j上單跳的傳輸時間總和，總吞吐量受瓶頸頻道支配，瓶頸頻道有最大的Xj。另外，我們引入一個可調參數用來計算SMETT。

(9)

4結論

本文提出了一種新的多網卡多信道無線MESH網絡的路由準則。這個路由準則避免了計算網絡帶寬，而且考慮可能是整個傳輸的瓶頸的干擾。它更適合真實的世界。

路由仿真顯示這個新的路由準則工作得很好:與單跳計數準則和WCETT準則相比較。平均吞吐量比單跳計數準則改進了20%以上，比WCETT改進了10%以上。整個丟失概率也已經減少。

參考文獻

[1]RichardDraves,JitendraPadhye,BrianZill，“RoutinginMulti-Radio,Multi-HopWirelessMeshNetworks”,MicrosoftResearch,September2005

[2]AshishRaniwala，KartikGopalan，andTzi-ckerChiueh，“CentralizedChannelAssignmentandRoutingAlgorithmsforMulti-ChannelWirelessMeshNetwork”，MobileComputingandCommunicationsReview，vol.8，no.2，pp.50-65，April2004

[3]AshishRaniwalaandTzi-ckerChiueh，“ArchitectureandAlgorithmsforanIEEE802.11-BasedMulti-ChannelWirelessMeshNetwork”，inInfocom2005

[4]JitendraPadhye，RichardDraves，BrianZill，“Routinginmulti-radio，multi-hopwirelessmeshnetworks”，ProceedingsofACMMobiComConference，September2004