無線Mesh網絡適應擁塞控制路由的研究

摘 要：無線Mesh網絡是無線網絡接入技術，是一種無線多跳網絡拓撲網絡。HWMP是IEEE802.11s無線Mesh網默許的路由協議，但協議本身存在著一點不充足。在本次研究中針對HWMP協議中缺乏負載控制的不充足，對路由協議了改進，防止了局部負載失衡而造成的網絡擁塞現象。

關鍵詞：無線Mesh，路由協議，網絡擁塞控制

隨著各種無線通信技術的蓬勃發展，無線Mesh網絡在用戶群中產生了重大的影響，受到了人們的熱烈追捧。無線Mesh網絡即無線網狀網，亦稱無線多跳網，通過與其他寬帶無線接入技術如802.11、802.16以及3G移動通信等技術相結合，大大增加無線系統的覆蓋面，同時又能提高無線寬帶容量和通信的可靠性，所以無線Mesh網絡成為社區、企業內部以及城域網絡的理想選擇。

一、 Mesh網絡的介紹

1.無線Mesh網絡技術簡介

無線Mesh網絡一般由Mesh路由器和Mesh終端兩種網絡節點組成。Mesh路由器在具備傳統的無線路由器的網關/中繼功能的基礎上，又增加了支持Mesh網絡互連的路由功能。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建立的，同時也支持不同的無線接入技術，它能夠通過無線多跳通信用比傳統無線路由低很多的發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網絡的特點：

（1）多類型網絡的接入

無線Mesh網絡既允許無線終端接入骨干網，同時又支持與其相對等的無線終端設備的網絡通信。一方面它可以與其他無線網絡相結合，另一方面又通過為無線終端設備的用戶提供無線接入服務。

（2）無線多跳網絡

無線Mesh技術的開發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，這就需要多跳網絡的應用，多跳網絡的無線鏈路距離更短、節點干擾較少和頻率的重復利用率高使得Mesh網絡在獲得更高的系統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

因為具有結構靈活、易于部署和網狀連接多點對多點通信等特點，無線Wesh網絡可以根據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點，自動完成配置升級，在出現節點或者鏈路故障時也可以通過自動的調整排除故障。

無線Mesh網絡可以運用Mesh路由器的網關功能，將現有的多種無線網絡技術進行整合。多種無線網絡連接在一起就形成了“無線互聯網”。

（4）專門化的路由和配置功能

在無線Mesh網絡中，即使Mesh終端本身具有路由轉發功能，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議

LB-HWMP，IEEE802.11s中提出一種混合式無線Mesh網絡路由協議（HybridW irelessMesh Protoco，l HWMP） 將MA-NET路由協議中的按需式路由和先應式路由的思想接合起來，該協議既具備按需式路由的靈活性又具備先應式路由的迅速性，適應無線Mesh網絡這種基干網結構和Ad hoc自組織網結構接合的網絡拓撲結構。在HWMP基礎上提出了一種新的多途徑路由協議。WMRP，它接合散布式和集中式路由，將數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，經過對HWMP以及現存改進協議在負載平衡方面的剖析，該協議的主要改進思想是：運用節點負載約束機制和節點信息扼制機制，經過預設負載約束權值函數對路由發覺和路由保護過程施行改進，路由挑選時同時思索問題節點負載和跳數兩個因素，對重擔載節點跳數加以惡罰。同時，在重擔載時扼制半中腰節點接收和轉發數值包，緩解信道的運用率。

三、 負載行數的設計

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

load_metrici=f（hopcounti，α，loadi）

首先，依據路由協議本身的獨特的地方，節點本身跳數為一跳，即經過本次節點路由路數加1，參加線性約束因數α后，節點約束權值和節點負載成正比，對于節點負載loadi樹立以下節點負載板型：

load_metrici=1+loadi×α

其次，權值函數計算出load_metrici代替節點原有的hopcounti值，即可計算出節點nodei的約束權值，每個節點轉發數值包時，需求將自身節點負載約束權值load_metrici累加到了目的節點后則構成了整條途徑的約束權值。

loadMetricpath=∑i=desti=srcload_metrici

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

四 、無線M esh節點負載的勘測機制

現階段計算節點可用帶寬有兩類典型機制，一類是測量MAC層信道利用率，另一類是勘測網絡層單位時間的吞吐量。因為Mesh基干網中路由器移動性很低，網絡流量大，不易計算節點吞吐量，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的相關參數，來計算節點負載：

1） MAC層信道品質指數（ChannelQuality Index， CQI）是無線信道的通信品質的勘測標準。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，固然可以在經過鏈路品質反映節點的負載體積，但卻不充分若節點A的負載輕，不過與重載的節點CQI細小則其它節點會覺得A一樣是重載節點.因為這個不可以單獨運用CQI作為節點負載判據。

2） MAC緩存區占用率，無線網絡負載平衡可以運用MAC層緩和沖突區中的數值包個數對節點負載施行描寫，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。如果有節點A兩個鄰舍節點B和C，假如A的緩存區是空的，而B和C的辦公量非常大，一直占用信道，由于A、B、C三個節點并肩運用信道，其它節點就覺得A也是負載過重的。

3）鄰舍節點的個數，因為Mesh節點共享無線信道，在一定程度上鄰舍節點的數目能反映出信道的空程度，如果覺得鄰舍節點多的節點信道占用率就高。信道比較空，建立路由的時刻就應當防止此節點顯露出來在主路由中，但只用鄰居節點的個數一樣不可以正確地反映節點負載，若節點A有許多鄰舍節點，這些個節點的負載都是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：

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[2] 尹安;汪秉文;胡曉婭;湯強;;無線傳感器網絡負載均衡路由協議[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，主要研究領域為計算機網絡。