多接口多信道无线Mesh网络中多播路由算法研究

来源 :辽宁大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lszh2009
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无线Mesh网络(Wireless Mesh Network,WMN)克服了传统无线局域网传输距离有限和传输效率低等缺点,是一种以多跳的方式传输数据分组的新型无线网络,具有自动组网能力以及可靠性高、灵活性强等优势。但是,由于同信道干扰的存在,无线Mesh网络的容量受到了很大限制,这一问题尤其在多播流量中更为严重。多接口多信道技术是有效消除干扰,提高无线电资源利用率的一个重要手段,这种网络也被称为多接口多信道无线Mesh网络(Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Network,MRMC-WMN)。在无线Mesh网络中使用定向天线也可以有效减少干扰,但是由于定向天线的波束只覆盖了网络中的部分节点,从而导致了传输次数增加,网络性能有所下降。此外,路由环路也是影响MRMC-WMN网络性能的一个重要因素。当路由环路发生后,数据分组会在构成环路的一组路由器中进行循环路由与转发,这将占用大量可用带宽,增加分组丢失和分组重传,造成严重的网络资源浪费。再者,分组在环路中无限地转发还会致使各路由器处理器过载,减慢网络流量传输,导致路由表不更新或更新不及时,最终降低路由效率和网络性能。本文针对以上存在的问题,在定向天线存在的情况下,对MRMC-WMN网络中的多播路由选择、波束信道分配以及路由环路问题展开研究。论文主要贡献及创新点如下:1、提出了干扰感知波束信道选择多播路由算法。本文综合运用定向天线技术、无线广播优势(Wireless Broadcast Advantage,WBA)和定向节点同信道干扰判据(Directional Node Co-Channel Interference metric,DNCI),提出了干扰感知波束信道选择多播路由算法(Interference-aware Beam-channel Selection Multicast Routing algorithm,IBSMR)。该算法充分利用WBA的优势,将网络的传输次数最小化,并利用DNCI判据进行波束信道选择,减少了流内和流间的同信道干扰,最终构建出具有最小干扰的定向多播树,很好的解决了MRMC-WMN网络中多播树的构建问题以及波束信道的选择问题。最后通过仿真实验验证,在定向天线存在的情况下,与WCTB(Wireless Closest Terminal Branching)和MIMCR(Minimum Interference Minimum Cost Routing)这两种多播路由算法相比,IBSMR算法能够使MRMC-WMN网络在最小化传输次数和减小干扰方面获得更好的性能。2、提出了路由环路避免算法。路由环路的出现将会给MRMC-WMN网络带来严重的影响,因此,为了有效消除IBSMR算法中潜在的路由环路,避免路由震荡和网络性能下降,本文提出了路由环路避免算法(Routing Loop Aviodance Algorithm,RLAA)。对于每一个多播接收节点,该算法首先运行Dijstra算法构建一棵以该接收节点为根的有向生成树,然后从原网络图中逐步选择转发链路添加到生成树中,最终构建出到该多播接收节点的无环路转发图。通过有效消除路由环路,不仅能缓解网络带宽占用和网络资源浪费问题,还可以减少大量重复且不必要的分组转发,加快路由协议的收敛速度,使各路由器的路由表能够得到及时更新,从而提高路由效率,实现较高的网络吞吐量。仿真实验结果表明,将RLAA算法与IBSMR算法相结合,能够使MRMC-WMN网络在平均吞吐量、平均端到端时延和平均丢包率三个方面获得明显的性能提升。
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