基于链接健康度综合判据的无线mesh网路由协议

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1、《计算机学报》2010，33（12）：2300-2311基于综合判据的无线Mesh网路由协议作者简介：沈呈（1982—），男，博士生，研究方向为移动通信与无线网络技术。联系方式：Email:snimmiey@yahoo.com.cn，基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(90604003)、国家自然科学基金项目(60603067)、高等学校博士学科专项科研基金资助课题(20090092120029)。沈呈1,2，陆一飞1,2，夏勤1,2（1．东南大学计算机网络和信息集成教育部重点实验室，江苏南京210096；2．东南大学计算机

2、科学与工程学院，江苏南京210096）摘要：为用户提供高质量，高性能的通信链路是无线Mesh网路由协议所面临的重要挑战，而当前从AdHoc网络沿袭下来的路由协议并不能够满足无线Mesh网的性能要求。本文以OLSR协议为原型，结合跨层优化理论，为基础设施架构的无线Mesh网提出了一种新颖的、基于综合判据的路由协议。该协议通过跨层操作机制综合考虑无线链接的长度及通信效率对链接性能的影响，从而达到优化路由选择的效果。仿真结果表明，所提出的路由协议能够有效地提高网络中分组的递交率，降低端到端的延时，并且能够在一定程度上达到负载均衡的路由效果

3、。关键词：无线Mesh网；路由协议；跨层设计；先验式路由1．引言无线Mesh网（WirelessMeshNetwork，简称WMN）是一种新型的分布式宽带无线网络架构，能够实现家庭宽带个域网、楼宇自动化网络、社区组网、交通医疗系统网络、校园组网、企业组网以及城域组网等多层次、大范围的无线应用。当前，国内外的许多研究机构和相关厂商都对无线Mesh网技术进行了广泛的研究，相关的标准也在积极制定中[1]。通常来说，无线Mesh网有三种拓扑架构，分别为基础设施/骨干WMN架构、客户端WMN架构和混合WMN架构。其中，最常见的，也是应用最多的

4、，是基础设施/骨干WMN架构，它被广泛地应用在无线城域网的建设中，本文中所有的论述都是针对这种架构进行的。图1显示了基础设施/骨干WMN架构的无线Mesh网的组成。从图中可以看出，这种架构被分为三层，最低一层为终端用户层，各种终端用户设备，如手机、笔记本电脑、PDA等通过各种标准接入技术接入到无线Mesh网；中间一层为无线Mesh层，由无线接入点（MeshAccessPoint，MAP）和超网关节点（SuperGateway，SGW）组成，这些节点相互连接形成一个自组织、自配置的无线骨干网。终端用户可以通过该层接入到核心网络，也可以

5、通过该层进行彼此间的通信。为了达到这个目标，需要为该层设计一个高效可靠的路由协议，这也正是本文所关注的问题；最上面一层是核心网络层，主要提供各种网络互联服务[2]。17《计算机学报》2010，33（12）：2300-2311图1基础设施/骨干WMN网络架构如前面所述，基础设施/骨干WMN架构的无线Mesh网大多被运用在社区组网、城域组网等交互性强、普适性高、性能敏感的应用场合。而且随着互联网的发展，网络服务呈现多元化趋势，特别是具有实时性要求的多媒体业务，如语音、视频等近几年得到了迅猛的发展。这样复杂的应用场景和多样的业务需求也就给

6、无线Mesh网，特别是其中无线Mesh层的路由协议设计提出了更为苛刻的性能要求[3]。近年来的研究表明，传统的网络分层设计方法，对于无线Mesh网这样的无线网络来说，并不是有效的设计方法。这主要是由于无线信道的开放性和信道参数的时变性使得分层设计方法无法保证网络资源的利用率和用户业务的QoS需求。而且传统的路由协议基于“最小跳数”的选路机制，存在许多不足之处，例如无法有效地控制拥塞现象、公平性很差、不能实现负载均衡等等。因此，利用跨层设计的思想来实现新的路由协议，改进上述不足之处，从而进一步提高无线Mesh网的性能，是本文的主要出发

7、点。本文结合跨层优化理论，提出了一种适用于无线Mesh环境的综合判据，并以此为基础，为无线Mesh网的无线Mesh层设计了基于综合判据的自适应路由协议IMAR（IntegratedMetricsbasedAdaptiveRouting）。论文的后续部分安排如下：第2部分讨论了相关的研究工作；第3部分给出了综合判据的定义，并且详细介绍了IMAR协议的实现；第4部分对协议进行了仿真实验及结果分析；最后部分对全文的研究工作进行了总结。1．相关工作2.1网络层路由协议当前，无线Mesh网作为一种新兴的网络技术，其路由协议的研究和设计尚未形成

8、统一的标准，大多数现有的无线Mesh网路由协议都是从AdHoc网络的路由协议发展而来的。因此，和AdHoc类似，目前无线Mesh网的路由协议根据路由的生成时间可以分为先验式和反应式两大类，根据分组的转发机制又可以分为逐跳（hop-by