多信道多接口智能路由協(xié)議研究

劉焱青

烽火通信科技股份有限公司 湖北武漢 430205

1 路由協(xié)議性能研究

目前，WMNMAC層中使用的IEEE802.11協(xié)議基于單信道模型，并且隨著流量增加，網(wǎng)絡內的爭用沖突也增加，延遲增加并且網(wǎng)絡吞吐量降低。多通道傳輸可以提高網(wǎng)絡的整體性能。例如，任志（任志等人，2006）提出了一種基于拓撲維護的自適應多通道路由協(xié)議MOLSR。它將拓撲維護條件感知和自適應算法引入OLSR，改善了端到端延遲和整體網(wǎng)絡吞吐量[1]。

為了WMN特性，已經(jīng)提出了許多匹配的路由算法。這些算法分為各種類別，例如地理，分層，多路徑，功率感知和混合路由。每個類別都有自己的特點，優(yōu)點和缺點。因此，選擇MRMCWMN路由算法的任務復雜，需要多信道路由協(xié)議的工作原理，路由度量、多信道支持方法的擴展，路由算法指標的分析和評估。

2 多信道路由協(xié)議相關研究

多信道技術是路由器協(xié)議組成網(wǎng)絡中管進行研究項目，很多研究工作人員都設計了多信道網(wǎng)絡技術協(xié)議。在相關的研究成果中顯示，把路由器中的信息放置在控制包裹中或者表中，能為路由器提供不同選擇和搜索通道。因此節(jié)點的k個相鄰節(jié)點如果流中有n個數(shù)據(jù)，則分配n×（k+1）個正交信道。CA-AODV協(xié)議已經(jīng)擴展，通過引入額外的ChannelTaken消息，在節(jié)點通干擾的范圍中，向每個不同的節(jié)點引入不同的信道。這兩個協(xié)議在建立路由時完成信道分配，這很容易實現(xiàn)[2]。但是，沒有實時參考MAC層的信道狀態(tài)，并且沒有優(yōu)化信道分配。組合分布式信道分配和路由協(xié)議的協(xié)議J-CAR在建立路由時也根據(jù)需要分配信道。在該協(xié)議中，節(jié)點具有多個收發(fā)器，并且通過（S-list）和（R-list）協(xié)商信道。協(xié)議的實現(xiàn)是復雜的，MAC層的信道狀態(tài)不是實時引用的，并且信道分配并不完美。

3 多信道跨層路由機制設計

3.1 鏈路生存時間估計機制

在很多軍事演習應用過程中，節(jié)點通信能借助GPS相關技術將他們定位。如果每一個階段通信都在相應的傳輸區(qū)域范圍內，同時兩個不同的節(jié)點都能互相通信。假設它們在同一個計算區(qū)間內通信速度和通信方向不變，將R作為通信區(qū)域。采取AODV協(xié)議中的報文傳輸過來的生存時間，網(wǎng)絡中的節(jié)點周期性地發(fā)送Hello報文，Hello報文提供當前時間節(jié)點的位置信息。分組中攜帶的位置信息估計發(fā)送節(jié)點的速度和運動方向，從而估計發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間的生存時間。

3.2 具有環(huán)境感知功能的多信道分配機制

為了便于研究，我們暫且不考慮多個網(wǎng)絡接口切換的情況和多信道變化的情況，也就是每個節(jié)點都有多個通信接口和網(wǎng)絡的情況。由于可用信道的數(shù)量是N，所以節(jié)點上的接口數(shù)量等于信道數(shù)量N，并且每個接口對應于一個沒有切換的信道。在信道i中，對應于該節(jié)點的接口i可以處于發(fā)送，接收或監(jiān)聽狀態(tài)。為了進一步研究網(wǎng)絡中信道質量的不同，首先假設不同的信道同時具有不同的信噪比。以此來界限信道質量[3]。

3.3 基于距離相關的信道分配機制

多通道和單通道的主要優(yōu)點是可以同時通信的數(shù)據(jù)流的數(shù)量增加。為了實現(xiàn)這一目標，有必要最大化用于同時通信的收發(fā)器節(jié)點對的數(shù)量。基于距離的信道分配機制的基本思想是，通過正確接收，距離相對較近的節(jié)點可以使用具有高頻率的信道和可以進一步傳輸更遠距離的信道對。在上述情況下，兩個節(jié)點對可以同時通信，從而改變并完善并行數(shù)據(jù)對的發(fā)送方式，進一步提高網(wǎng)路的傳輸性能。從節(jié)點A向B傳輸數(shù)據(jù)時，首先要從A向B發(fā)送信道請求數(shù)據(jù)包，節(jié)點B傳輸相應的空列表和傳送帶寬。節(jié)點A的相鄰節(jié)點不響應節(jié)點B以外的節(jié)點A的信道請求包。

3.4 多信道多接口路由協(xié)議

在計算標準的過程中，首先對跳數(shù)和生存時間的倒數(shù)進行歸一化，然后進行加權和求和。α表示路由權重，并且在α=1的情況下，退化為具有最小跳數(shù)的路由協(xié)議。在該標準中，利用節(jié)點之間的鏈路的壽命估計，采用跨層設計思想來在路由消息中的節(jié)點之間承載鏈路壽命，以便在傳輸過程期間進行傳輸和更新。目標節(jié)點獲得最小鏈路生存期，這是路徑的瓶頸[4]。目的節(jié)點考慮鏈路穩(wěn)定性和跳數(shù)選擇最佳路由，單播返回路由響應消息，并完成已接收到路由響應消息的路由建立過程。并且根據(jù)信道環(huán)境識別的多信道分配機制，發(fā)送數(shù)據(jù)分組，即保留能夠發(fā)送遠距離的節(jié)點用于與遠程節(jié)點對的通信并行發(fā)送。

4 結語

以上研究結果顯示，在鏈路穩(wěn)定狀態(tài)下路由機制并沒有被充分的使用，然而在靜態(tài)場景中DDMR也有實用性。使用基于距離的多信道分配方案可以實現(xiàn)更高的信道利用率。在RAMON信道分配方案中，路由請求被廣播到所有信道，節(jié)點隨機選擇信道，不考慮信道分配，并且在基于距離的信道分配方案中，基于距離的信道分配是并行通信信道的數(shù)量。它可以有效地改進。提高網(wǎng)絡吞吐量在移動方案中，DDMR數(shù)據(jù)包到達率是AODV，以考慮路由時的鏈路時間選擇更穩(wěn)定的路由，并使用基于距離的鏈路選擇算法來改善網(wǎng)絡超過100%。考慮到QoS性能和考慮到節(jié)點負載，能量和剩余帶寬等因素的路由標準，可以擴展分組到達率，在未來工作中優(yōu)化多信道路由協(xié)議它可以進行優(yōu)化。