無線mesh網(wǎng)絡的負載均衡路由技術研究

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1、無線Mesh網(wǎng)絡的負載均衡路由技術研究第1章緒論1.1課題的研究背景和意義無線通信和移動互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展給人們的生活帶來了前所未有的體驗。同時，傳統(tǒng)語音業(yè)務能力有限，無法滿足人們的多樣化需求，急需服務種類多樣化的多媒體移動通信服務[1]。為此，諸如無線局域網(wǎng)（esh網(wǎng)絡，此外，TohCK和esh網(wǎng)絡中也可以使用[16,17]。但是，無線AdHoc網(wǎng)絡中的路由協(xié)議主要關注的是路由的可用性，很少考慮到傳輸質(zhì)量的問題。而無線Mesh網(wǎng)絡與無線AdHoc網(wǎng)絡有所不同，N對于高速的寬帶Inter接入需求更為強烈，對無線傳輸鏈路的質(zhì)量的要求也更高。由于鏈路

2、質(zhì)量對無線網(wǎng)絡性能有較大影響，無線Mesh網(wǎng)絡直接使用無線AdHoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議是不恰當?shù)?。應研究更適應無線Mesh網(wǎng)絡的路由度量（RoutingMetric），準確地反映網(wǎng)絡狀態(tài)。對于給定的源節(jié)點和目的節(jié)點，路由協(xié)議可以根據(jù)某種計算標準進行路由選擇，選擇到目的節(jié)點的一條或多條網(wǎng)絡路徑[12]，路由度量就是使用的計算標準。從物理層、鏈路層和網(wǎng)絡層獲得的測量值，可以反映出鏈路質(zhì)量、干擾情況和負載等等信息。對路由度量使用一些數(shù)學方法進行處理，便能使其描述網(wǎng)絡節(jié)點鏈路、干擾和負載方面的情況。路由協(xié)議通過對各個路徑的路由度量進行比較，選擇出其中的最優(yōu)路徑

3、。最初無線Mesh網(wǎng)絡路由度量的研究相對基礎和簡單。DeDSJ等提出的期望傳輸次數(shù)（ExpectedTransmissionCount，ETX）[18]用前向傳輸率和反向傳輸率衡量鏈路質(zhì)量，但ACK包的微小導致ETX的不對稱性。DravesR等提出的期望傳輸時間（ExpectedTransmissionTime，ETT）[19]在ETX的基礎上考慮包大小和傳輸速率，成為N中應用最廣泛的路由度量，也為其他路由度量的提出奠定了基礎。Draves還提出了加權累積期望傳輸時間esh網(wǎng)絡及負載均衡無線Mesh網(wǎng)絡與無線傳感器網(wǎng)絡、無線Ad-Hoc網(wǎng)絡都屬于多

4、跳無線通信網(wǎng)絡范疇。無線Mesh網(wǎng)絡融合了esh網(wǎng)絡在構建下一代無線通信系統(tǒng)方面具有廣闊的應用空間[38,39]。路由度量可以通過衡量網(wǎng)絡中相關節(jié)點的網(wǎng)絡負載信息，在為數(shù)據(jù)流選路時避開了網(wǎng)絡重負載區(qū)域，更有效的降低了擁塞，減少了丟包，在負載均衡的效果上優(yōu)勢明顯。本章主要介紹了N基礎知識和現(xiàn)有的負載均衡路由度量的相關技術，為后文提出新的負載均衡路由度量打下理論基礎。2.1無線Mesh網(wǎng)絡Mesh這個詞原來的意思是指網(wǎng)絡中所有的節(jié)點進行全連接，但在實際中大部分的Mesh網(wǎng)絡的節(jié)點只是部分互連。Mesh結(jié)構在保證網(wǎng)絡連通性與提高網(wǎng)絡覆蓋率方面具有明顯的優(yōu)

5、勢。因此，N作為一種新型的寬帶無線接入技術[7]，正在引起工業(yè)界與學術界的一股研究熱潮。無線Mesh網(wǎng)絡從廣義上來說只是一種網(wǎng)絡結(jié)構，無關節(jié)點和鏈路特性。在實際應用中，工業(yè)界對N的看法不盡相同，主要有以下幾個方面的體現(xiàn)：在目前的各種方案中，移動節(jié)點在N架構中扮演的角色各不相同。在MITRoof和NortelNetesh連接只存在于基礎結(jié)構（接入點與網(wǎng)關所組成的結(jié)構）之間，不包括移動節(jié)點；在MeshNetesh連接。..........2.2負載均衡在N中，網(wǎng)絡流量的突發(fā)性對無線網(wǎng)絡的容量具有重大影響。網(wǎng)絡流量的不均衡容易造成網(wǎng)絡節(jié)點擁塞，導致丟包，

6、降低網(wǎng)絡性能[43]。在本質(zhì)上負載均衡就是利用網(wǎng)絡中可能存在的不同分組傳輸路徑來進行傳輸，通過帶寬資源充足的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)分組,以減輕已有的和可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡擁塞。以此來適應網(wǎng)絡中負載的動態(tài)變化，盡可能提高網(wǎng)絡吞吐量和數(shù)據(jù)包投遞率，為業(yè)務提供更好的QoS保證[44]。針對N負載問題的研究已得到廣泛的關注。N負載不均衡的情況包括網(wǎng)關負載、中央負載及其它瓶頸節(jié)點負載不均衡。網(wǎng)關節(jié)點由于其獨特的功能特性，不僅要承載局域網(wǎng)與Inter的互聯(lián)，同時還要為局域網(wǎng)內(nèi)的用戶提供服務，不可避免會在網(wǎng)關節(jié)點匯聚大量流量，造成網(wǎng)關節(jié)點負載不均衡。中央節(jié)點是指處于網(wǎng)絡拓撲中央的部

7、分節(jié)點，由于使用最小跳數(shù)（HopCount）路由度量，中央節(jié)點相比其他節(jié)點具有更大的概率處于最短路由上，因而成為競爭點[45]，導致其具有較大的概率承載較多的業(yè)務量。本文通過查閱相關文獻，總結(jié)N負載均衡的相關方法如下[46]。N中通常存在兩種業(yè)務：Inter業(yè)務和客戶端業(yè)務。Inter業(yè)務是用戶業(yè)務的目的地址在外部網(wǎng)絡，用戶需要通過網(wǎng)關節(jié)點訪問Inter網(wǎng)絡的一類業(yè)務。客戶端業(yè)務是用戶業(yè)務的目的地址在該內(nèi)部網(wǎng)絡，用戶不需訪問Inter網(wǎng)絡的一類業(yè)務，此時網(wǎng)關仍可為客戶端業(yè)務提供中繼服務。為Inter業(yè)務提供高吞吐量路徑能夠顯著提高N性能，實現(xiàn)網(wǎng)關節(jié)

8、點負載均衡可以有效利用網(wǎng)絡資源以最大化網(wǎng)絡容量。..........第3章干擾感知的負載均衡路由度量.....203.1問