無線Mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

摘要：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)是一種特殊的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，具有分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其傳輸骨干網(wǎng)具有多跳、拓?fù)浞�(wěn)定、無供電約束、業(yè)務(wù)流量相對匯聚等特性。提高WMN頻譜空間復(fù)用度是增加網(wǎng)絡(luò)容量有效的方法，而其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有效控制無線鏈路間的干擾范圍�；�于多信道的組網(wǎng)技術(shù)是WMN關(guān)鍵技術(shù)之一，其核心是信道的分配，通過合理的信道分配以獲得最大信道利用率。WMN中路由度量的選取需要考慮多跳無線鏈路間的相互干擾，而通過采用負(fù)載均衡路由技術(shù)可以均衡網(wǎng)絡(luò)資源的使用，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量和節(jié)點(diǎn)的吞吐率。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)是一種多跳、自組織的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，一般由Mesh路由器和Mesh客戶節(jié)點(diǎn)組成。其典型結(jié)構(gòu)是一種分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：Mesh路由器互聯(lián)構(gòu)成多跳無線骨干網(wǎng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的中繼；骨干網(wǎng)一般通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而Mesh客戶節(jié)點(diǎn)通過Mesh路由器接入到WMN。通過WMN最終實(shí)現(xiàn)Mesh客戶節(jié)點(diǎn)間、客戶節(jié)點(diǎn)與Internet等其他網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通。

與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)不同，WMN是一種多跳的，具有自形成、自愈和自組織能力的無線網(wǎng)絡(luò)。雖然WMN具有上述無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特性，但是WMN與無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)之間仍然存在許多重大差別。首先，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)的，所以其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)變化特性；而在WMN中，負(fù)責(zé)中繼的Mesh路由器一般是靜止的，所以骨干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定。由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性使得設(shè)備供電受限，在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)中必須考慮功耗因素，而WMN的中繼節(jié)點(diǎn)保持靜止，便于實(shí)現(xiàn)外部供電，所以功耗的限制相對減弱。另外，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的對等網(wǎng)絡(luò)通信，而WMN 著眼于為各種業(yè)務(wù)需求的客戶節(jié)點(diǎn)提供無線寬帶接入功能。

對于任何一種無線網(wǎng)絡(luò)來講，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量都是組網(wǎng)協(xié)議首要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。與一般的多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)相同，WMN中無線鏈路間也存在較強(qiáng)的相互影響，這使得“提高WMN網(wǎng)絡(luò)傳輸容量”的設(shè)計(jì)目標(biāo)更具挑戰(zhàn)性。目前WMN組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)的基本思路是：充分挖掘WMN自身特點(diǎn)，采用跨層聯(lián)合設(shè)計(jì)，提高網(wǎng)絡(luò)容量，同時(shí)提供一定的QoS保障。本文圍繞“提高WMN網(wǎng)絡(luò)容量”這一核心問題，從提高頻譜空間復(fù)用度、多信道技術(shù)以及路由優(yōu)化等方面分析并總結(jié)當(dāng)前WMN組網(wǎng)協(xié)議中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

1 提高WMN的空間復(fù)用度

WMN是一種多跳無線網(wǎng)絡(luò)，由于無線信道的廣播特性，網(wǎng)絡(luò)中任意一條鏈路都和地理位置與其相鄰的無線鏈路間存在相互干擾，制約了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。另一方面，由于無線信道的衰減特性，多跳網(wǎng)絡(luò)具有潛在的空間復(fù)用特性。設(shè)法提高網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用度，就能增加并行傳輸?shù)逆溌窋?shù)目，從而提升網(wǎng)絡(luò)容量。

具有高空間復(fù)用度的組網(wǎng)協(xié)議的WMN基本設(shè)計(jì)思想是：有效控制無線鏈路間的干擾范圍。本文重點(diǎn)介紹采用高級(jí)物理層技術(shù)如定向天線、多輸入多輸出(MIMO)等的WMN和結(jié)合物理層功率控制的媒體接入控制(MAC)協(xié)議。

1.1 基于定向天線技術(shù)的WMN

與傳統(tǒng)的全向天線不同，定向天線(智能天線)可以將能量集中于某一方向傳輸，使天線在該方向上具有最強(qiáng)的增益，而其他方向上增益較小。而正是由于定向天線的傳播具有這種波束方向性，可以提高WMN的空間復(fù)用度。但是，在提高空間復(fù)用度的同時(shí)，定向天線也給共享信道的訪問引入了新的問題：定向隱藏終端問題、“耳聾”問題以及接收節(jié)點(diǎn)定位問題。

定向隱藏終端問題是指：物理上相鄰的節(jié)點(diǎn)，由于傳輸方向的不匹配彼此互不可見，形成隱藏終端。例如在圖1中，相鄰節(jié)點(diǎn)A、B分別向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送，由于A、B在發(fā)送之前都無法通過載波偵聽發(fā)現(xiàn)對方正在發(fā)送，即節(jié)點(diǎn)A、B是一對隱藏節(jié)點(diǎn)，所以傳輸會(huì)在節(jié)點(diǎn)C處發(fā)生碰撞。顯然這種隱藏終端問題在全向天線網(wǎng)絡(luò)中是不會(huì)發(fā)生的。“耳聾”問題是指：發(fā)送節(jié)點(diǎn)不能與某個(gè)節(jié)點(diǎn)建立無線通信，原因是該節(jié)點(diǎn)正在另一個(gè)方向上偵聽或者接收。接收節(jié)點(diǎn)定位問題是指：在通信前，發(fā)送節(jié)點(diǎn)必須首先確定接收節(jié)點(diǎn)的位置，才能確定發(fā)射波束的方向，所以節(jié)點(diǎn)必須對鄰居節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行跟蹤和定位。

為了有效解決定向天線引入的新問題，基于定向天線的MAC研究大多采用跨層設(shè)計(jì)機(jī)制，通過MAC子層與物理層的協(xié)同工作，可以提高WMN容量。

D-MAC協(xié)議是基于IEEE802.11 分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)的定向天線MAC協(xié)議。該協(xié)議通過定向發(fā)送請求發(fā)送(RTS)、數(shù)據(jù)(DATA)、確認(rèn)(ACK)幀，達(dá)到減少暴露終端數(shù)目以及提高空間復(fù)用度，而允許發(fā)送(CTS)幀仍然采用全向傳輸，從而減少潛在的隱藏終端；協(xié)議采用全球定位系統(tǒng)(GPS)定位鄰居節(jié)點(diǎn)。

基于帶外音的定向MAC協(xié)議[1]提出采用全向帶外音解決“耳聾”問題。協(xié)議采用定向傳輸RTS、CTS、DATA和ACK，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢后，收、發(fā)節(jié)點(diǎn)都調(diào)整回全向發(fā)送帶外音，提示鄰居節(jié)點(diǎn)可以與其通信。

文獻(xiàn)[2]在IEEE802.11 DCF基礎(chǔ)上提出定向虛擬載波偵聽(DVCS)機(jī)制，協(xié)議通過對控制幀接收功率的測量，估算出信號(hào)的入射角度(AOA)，進(jìn)而控制波束方向，實(shí)現(xiàn)定向傳輸。并且在DVCS機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)方向都設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分配向量(NAV)。

1.2 WMN中的功率控制

在無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，由于移動(dòng)性節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，所以需要通過功率控制來降低節(jié)點(diǎn)的能耗；而與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)不同，WMN中節(jié)點(diǎn)一般不存在供電限制，所以在WMN中，功率控制的目的是：節(jié)點(diǎn)控制共享信道的覆蓋范圍，從而減小鄰近無線鏈路干擾，增加網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用度，提高WMN的網(wǎng)絡(luò)容量。

在WMN中，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境動(dòng)態(tài)控制發(fā)送功率，也可以動(dòng)態(tài)調(diào)整載波偵聽的門限參數(shù)以控制功率，或者是二者協(xié)同控制。功率控制仍需要解決一些技術(shù)問題，例如：如何在保持網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下，提高網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)用度；發(fā)射功率與載波偵聽門限在控制空間復(fù)用度方面存在何種關(guān)系；如何確定節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)化。其中，確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率是一個(gè)難題。減小節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率可以提高信道的空間復(fù)用度，但是可能造成節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸率減小，數(shù)據(jù)流端到端時(shí)延增加。如果增大發(fā)送功率，節(jié)點(diǎn)間通信距離隨之增加，數(shù)據(jù)流端到端時(shí)延可能降低，但這樣又會(huì)使信道的空間復(fù)用度減小，降低網(wǎng)絡(luò)容量；同時(shí)如何在WMN中實(shí)現(xiàn)分布式的功率控制也具有相當(dāng)難度。

早期的功率控制研究大多集中在基于圖模型的拓?fù)淇刂品矫�。在圖模型中，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離在其傳輸范圍之內(nèi)，那么這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就是鄰居節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間就存在一條邊。而傳輸范圍取決于發(fā)射功率，路徑損耗，以及接收靈敏度等因素。在這種模型下，功率控制的目標(biāo)是在保持連通性的前提下，盡量減小節(jié)點(diǎn)的度數(shù)。這一目標(biāo)是建立在一個(gè)基本觀點(diǎn)之上：低節(jié)點(diǎn)度數(shù)，意味著較小鏈路干擾。而最近研究[3-4]認(rèn)為：圖模型并不能完全刻畫無線鏈路間的相互干擾，轉(zhuǎn)而采用基于信干噪比值(SINR)的物理模型研究功率控制。載波偵聽的門限值決定了通信節(jié)點(diǎn)能夠在多大覆蓋范圍內(nèi)不會(huì)因其他傳輸而干擾。文獻(xiàn)[5]提出了一種能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整載波偵聽的門限值提高空間復(fù)用度的功率控制算法。

2 WMN中的多信道技術(shù)

基于多信道的WMN組網(wǎng)技術(shù)是提高WMN容量的最有效的方法，受到研究者的高度重視。

2.1 多信道網(wǎng)絡(luò)模型

多信道MAC模型可以分為以下3種類型，如圖2所示：

單接口(網(wǎng)卡)多信道。只有一個(gè)收發(fā)器可用，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間只有一個(gè)信道是活動(dòng)的。不同的節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間可以工作在不同的信道上，從而提高系統(tǒng)容量。

單接口多收發(fā)器多信道。一個(gè)接口上采用多個(gè)收發(fā)器共用一組信道。多個(gè)物理層實(shí)體通過一個(gè)MAC層來協(xié)調(diào)多信道的功能。

多接口多信道。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)具有獨(dú)立MAC和物理層的接口。這些接口的通信是相互完全獨(dú)立的。因此，需要虛擬一個(gè)子層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)MAC實(shí)體之上協(xié)調(diào)所有信道的通信。

在實(shí)際的研究和應(yīng)用中，單接口多收發(fā)器多信道模型使用的比較少。早期研究的多是單接口(網(wǎng)卡)多信道模型，目前多數(shù)研究的是多接口多信道模型，尤其是接口數(shù)小于可用信道數(shù)的情況。

2.2 多信道分配

信道分配是多信道技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。多接口WMN環(huán)境下的信道分配，主要目的是在保證網(wǎng)絡(luò)連通度的基礎(chǔ)上，獲得最大信道利用率。信道分配主要包括固定信道分配方式、動(dòng)態(tài)信道分配方式和混合信道分配方式。

(1) 固定信道分配方式

固定分配機(jī)制將信道永久地、或者是長時(shí)間(相對接口切換時(shí)間)地分配給某一個(gè)接口，在信道分配后不再考慮拓?fù)浜拓?fù)載的變化。這種方式適合網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、拓?fù)浜拓?fù)載變化小的環(huán)境中。這種機(jī)制又可以細(xì)分為公共信道分配(CCA)模式和差別信道分配(VCA)模式。

CCA模式是最簡單的一種機(jī)制。在CCA模式中，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配相同的一組信道。如圖3(a)所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)接口，使用相同的兩個(gè)信道。由于這種方式過于簡單，并不能高效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。

在VCA模式中，協(xié)議結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中各種對信道分配的影響因素，給不同節(jié)點(diǎn)的接口合理地分配不同的一組信道[6]，如圖3(b)所示。這種分配方式可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分區(qū)或者是拓?fù)渥兓�。文獻(xiàn)[6]為WMN提出了一種集中式信道分配算法，算法根據(jù)負(fù)載由大到小的順序進(jìn)行信道分配，確保每次分配的信道是當(dāng)前具有最小使用量的信道，并保證網(wǎng)絡(luò)連通性，同時(shí)保證每條鏈路的帶寬限制。連通低干擾信道分配(CLICA)[7]是一種流量透明的信道分配方式，這種方式為每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)計(jì)算優(yōu)先級(jí)，根據(jù)連通圖和沖突圖進(jìn)行信道分配。文獻(xiàn)[8]中基于圖染色和圖的最大切割提出了兩種算法，以保證在信道分配中獲得最小的沖突率。文獻(xiàn)[9]中將信道分配和拓?fù)淇刂瓶醋魇莾蓚�(gè)獨(dú)立但相關(guān)的問題，在此基礎(chǔ)上提出了一種非集中式的信道分配策略。

(2) 動(dòng)態(tài)信道分配方式

動(dòng)態(tài)信道分配方式適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化大的情況。該方式仍然允許任何接口被分配到任意的信道上，但是和固定分配方式不同的是，在初始化分配后，動(dòng)態(tài)信道分配方式仍然允許接口從一個(gè)信道切換到另一個(gè)信道。因此，在動(dòng)態(tài)信道分配中，需要有一個(gè)協(xié)調(diào)機(jī)制，以保證需要互相通信的節(jié)點(diǎn)能夠處于一個(gè)共同的信道。

一種典型的協(xié)調(diào)機(jī)制是，所有的節(jié)點(diǎn)周期性的訪問一個(gè)預(yù)先制定的信道，在這個(gè)信道上協(xié)商下一個(gè)周期的信道使用。分時(shí)隙種子化頻道跳變(SSCH)[10]提出了另一種機(jī)制，在該機(jī)制下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)依照一個(gè)偽隨機(jī)序列同步的切換信道，以保證所有的鄰居能夠周期性的擁有相同的信道。采用控制信道方式也是常見的一種協(xié)調(diào)機(jī)制。這種方式下，一個(gè)接口被固定分配到一個(gè)公共信道上，用于信道控制；其他的接口可以在剩余的信道上切換，用于數(shù)據(jù)交換。文獻(xiàn)[11]中提出根據(jù)負(fù)載變化動(dòng)態(tài)分配信道，以提高網(wǎng)絡(luò)總吞吐量，并獲得較好的負(fù)載平衡。算法中以每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為根，建立多棵生成樹拓?fù)洹?/p>

動(dòng)態(tài)信道分配方式的好處在于能夠把接口切換到任何信道，從而提供了在少量的接口上使用多個(gè)信道的潛在能力。動(dòng)態(tài)切換方法的主要問題在于如何決策何時(shí)切換信道，以及將接口切換到哪一個(gè)信道。

(3) 混合分配方式

混合信道分配方式[12]結(jié)合了固定分配和動(dòng)態(tài)分配的特點(diǎn)。在這種方式下，一部分接口使用固定分配方式，其他接口使用動(dòng)態(tài)分配方式。固定接口可以分配一個(gè)專門的控制信道，或者是一個(gè)數(shù)據(jù)/控制混合信道，而其余的接口可以動(dòng)態(tài)地在信道間進(jìn)行切換。

3 WMN中的路由優(yōu)化

在多跳網(wǎng)絡(luò)中，由于相鄰無線鏈路間存在相互干擾，使得中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)過程將會(huì)抑制其鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)送，所以，在WMN中，不同路徑的數(shù)據(jù)流間，同一路徑上相鄰鏈路間都存在某種程度的干擾，制約著WMN的網(wǎng)絡(luò)容量。

另一方面，WMN的骨干網(wǎng)具有拓?fù)湎鄬Ψ�(wěn)定，無功耗約束，多跳中繼，業(yè)務(wù)流量匯聚于網(wǎng)關(guān)等特點(diǎn)，所以可以通過對路由的合理優(yōu)化，減小無線鏈路干擾，提高網(wǎng)絡(luò)容量。

3.1 WMN中路由度量的選取

路由度量是路由選擇的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中所普遍采用的跳數(shù)不能反映出多跳網(wǎng)絡(luò)中的干擾特性，對QoS支持力度很弱。所以WMN應(yīng)該采用支持QoS的路由度量機(jī)制，根據(jù)無線鏈路狀態(tài)以及高層需求等信息，綜合評(píng)估鏈路度量值，并形成最優(yōu)路由，有效增加網(wǎng)絡(luò)可用帶寬和容量。

無線信道通信質(zhì)量依賴于背景噪聲、障礙物、信道衰減以及其他通信產(chǎn)生的干擾等。一般鏈路層協(xié)議在有數(shù)據(jù)幀發(fā)生丟失時(shí)，通常會(huì)進(jìn)行重傳操作。根據(jù)此特點(diǎn)，De Couto等人提出了基于期望傳輸次數(shù)(ETX)的路由度量方法[13]，ETX定義為WMN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的MAC層在一條無線鏈路上成功交付一個(gè)數(shù)據(jù)幀所需傳輸次數(shù)的期望值。基于ETX的路由算法認(rèn)為，降低幀重傳次數(shù)也就是增大了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。所以，這類路由算法選擇最優(yōu)路徑上所有鏈路的ETX的總和應(yīng)為最小。

Koksal等人通過研究指出[14]，由于無線網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的時(shí)變性，ETX不能夠準(zhǔn)確的度量無線信道質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題，Koksal等人在ETX的基礎(chǔ)上提出了修正EXT(mETX)方法作為路由度量參數(shù)[15]，在度量值中引入表示信道的相對較快變化特性的參數(shù)。

在最優(yōu)路徑的選取過程中，還應(yīng)采用跨層協(xié)作機(jī)制，綜合考慮高層與鏈路層對誤比特率的要求，例如傳輸控制協(xié)議(TCP)要求在某條鏈路上誤幀重傳次數(shù)不能超過給定門限值，若超過門限，將引起傳輸層重傳，觸發(fā)TCP慢啟動(dòng)機(jī)制，造成網(wǎng)絡(luò)性能的降低。有效傳輸次數(shù)(ENT)[15]度量方法的引入較好地解決了這個(gè)問題。研究表明，在真實(shí)的WMN網(wǎng)絡(luò)中使用ENT路由方式，相對于ETX方式，平均丟幀率可以降低50%。

3.2 WMN中負(fù)載均衡路由

負(fù)載均衡的主要?jiǎng)訖C(jī)是通過均衡網(wǎng)絡(luò)資源的使用，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量和節(jié)點(diǎn)的吞吐率。在WMN網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)載不均衡主要體現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)中心部分以及瓶頸節(jié)點(diǎn)處。

WMN網(wǎng)絡(luò)中，大量流量將在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)匯聚，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的處理能力將制約整個(gè)WMN網(wǎng)絡(luò)的容量。對于多網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的WMN網(wǎng)絡(luò)，要考慮如何在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間分配流量，避免負(fù)載不均。特別的，當(dāng)各個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)具有不同類型、不同帶寬的外部接入鏈路時(shí)，還需要綜合考慮到這些不同外部接入鏈路的傳輸能力對負(fù)載均衡分配方案的影響。

在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行負(fù)載均衡通常采用的策略有：基于移動(dòng)邊界的負(fù)載均衡(MBLB)、基于節(jié)點(diǎn)分割的負(fù)載均衡(PHLB)、基于概率分條的負(fù)載均衡(PSLB)。在MBLB和PHLB方法中，每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)各自僅利用一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為出網(wǎng)通道；而PSLB方法中，每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)可以分別同時(shí)利用多個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為出網(wǎng)通道，這樣在理論上可以達(dá)到完全負(fù)載均衡。

WMN網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域的節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)相比，容易產(chǎn)生過載現(xiàn)象，原因是大部分采用“最短路徑”的路由算法會(huì)使的中部節(jié)點(diǎn)正好位于大多數(shù)“最短路徑”上。該問題的解決方案是通過路由的方式，將負(fù)載動(dòng)態(tài)分布在較輕負(fù)載的節(jié)點(diǎn)上，避免對中心區(qū)域節(jié)點(diǎn)的過載。解決方案大都采用基于環(huán)狀路由的負(fù)載均衡方法[16]，其基本思想是：將整個(gè)WMN網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為多個(gè)同心環(huán)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都位于一個(gè)環(huán)中。從環(huán)i中的源節(jié)點(diǎn)到環(huán)j中的目的節(jié)點(diǎn)的流量盡可能的不傳遞到環(huán)i和環(huán)j外的節(jié)點(diǎn)上去。

現(xiàn)有的基于環(huán)的負(fù)載均衡算法有：外環(huán)優(yōu)先路由法(PORS)、內(nèi)環(huán)優(yōu)先路由法(PIRS)、目的環(huán)優(yōu)先路由法(PDRS)、源環(huán)優(yōu)先路由法(PSRS)。其中PORS和PIRS分別將主要流量集中在外環(huán)或內(nèi)環(huán)中，而PSRS和PDRS是前兩種方法的綜合，將流量分配在內(nèi)外環(huán)中，進(jìn)一步均勻了負(fù)載。從圖4中可以看出，相對于傳統(tǒng)的最短路徑算法，以上4種方法可以分散流量，有效減輕中心區(qū)域節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。

除了以上分析的負(fù)載均衡方法外，還有一些問題亟待研究，例如：負(fù)載均衡優(yōu)劣的度量、流量分配的穩(wěn)定性、流量的分割和負(fù)載均衡對路由的影響以及由于流量分割產(chǎn)生的亂序現(xiàn)象對TCP性能的影響、節(jié)點(diǎn)如何跨層感知負(fù)載情況并形成基于跨層協(xié)作的負(fù)載均衡算法等。

4 結(jié)束語

WMN是一種特殊的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，具有分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其傳輸骨干網(wǎng)具有多跳、拓?fù)浞�(wěn)定、無供電約束等特性。同時(shí)作為寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)，WMN通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與其他類型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，業(yè)務(wù)流量相對匯聚。如何針對WMN的特點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的通信性能仍然是目前研究的熱點(diǎn)問題，而增加WMN的網(wǎng)絡(luò)容量是其中關(guān)鍵而又基礎(chǔ)的問題。除此之外，尚有一些關(guān)鍵技術(shù)問題有待進(jìn)一步解決，如WMN的QoS保障、分布式網(wǎng)絡(luò)管理、控制機(jī)制、WMN安全機(jī)制等問題。盡管如此，我們相信WMN必將成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)中的主流技術(shù)之一。

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