论文研究-无线Mesh网络中基于信道流量干扰感知的路由协议.pdf

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为了更精确地捕捉流量干扰、提高网络容量与实时性,针对多接口无线Mesh网络,提出了一种新的基于信道流量干扰的路由准则,该准则不仅能更精确地捕获两跳内的负载干扰,而且还集成了传输时延、丢包率和传输速率等因素。基于新准则,还提出了一种新的无线Mesh网络路由协议,该协议使用新准则选择路由。仿真结果表明,新协议相比AODV协议和AODV-WCETT协议,在平均吞吐量、端到端时延及数据包传送率等方面具有更好的性能。
2256 计算机应用研究 if ch( a,)=ch(a)ich(a3) e)接收路由回复和发送数据包。当源节点收到回复包, Lre(us) if ch(a,)*ch(a,)=ch(a,) 根据包中的信总,CIA准则的值将被更新。与c)类似,源节 (13)点通过将回复包携带的路径与路由表中的路径进行比较,选择 if ch( a2)=ch(a,) 一条CIIA代价最小的路径发送数据包。 )≠ch(a3) 其中:ch(a2)表示节点a2传输数据时采用的信道。 4仿真结果 2.3估计传输时延(FT) 为了评价CIAR协议的性能,本文使用NS2仿真工具将 为了捕获一条路径上的丢包率和传输时延,ETD被集成CTAR协议与AODV协议和 AODV- WCETT协议(即使用wC 到CTA准则屮,定义如下 ET准则改进的AODV协议)进行性能比较。仿真的拓扑采 TD ETC(P) (14)用位于1000m2内的25个静态M-h节点组成,每个节点具有 其中:T(p)是一个数据包沿着路径p传输的时延。由于Meh 相同数量的射频接口和相同的信道分配策略。实验采用CBR 节点的静态特性,TD(p)可以通过一个请求包从源节点到目标流量产生器。数据包大小设置为512Bye,且按照某个固定速 节点的传输时延来估算。源节点在发送该请求包时打上时间率进行发射,可调因子a和B均设置为1。 戳,当目标节点收到该包时只需计算当前时间与时间戳的差值 首先研究在接口数可变情况下的路由协议性能,所有接口 对应的信道彼此正交。路由协议的性能通过吞吐量、平均端到 作为传输时延。PL(p)是丢包率,它可以通过式(15)进行端时延和丢包率来评价。传输范围设置为100m;四条CBR数 计算 P(P)=1-Ⅱ(1-PF:)×(1-PR) (15) 据流同步传输 图4给出了各种路由协议中平均吞吐量与接口数之间的 其中PF1和PR分别表示链路l的前向丢包率和反向丢包率。关系。与AODN协议和 AOdV-WCETt协议相比,CTAR协议 因此,ETD是一个考虑了丢包率的端到端时延估算。 在不同的接口数情况下均具有更高的平均乔吐量。由于CTA 2.4信道流量干扰感知路由准则(CTA) 准则捕捉了两跳范围内的流内下抗和流间下扰,CTAR协议能 为了捕捉更多的Mesh网络的特征参数,CA准则组合里好地利用节点的多接口、多信道能力夫降低十扰,而AODV CLI、CSLC和ETD三部分判据形成一个新的路由权重函数,定WCBT办议只是粗略地考虑了流内干扰,AODV协议则未考 义如下: 虑任何干扰产生的影响。 CTIA(P)=a×FTD(P)+β×CII()-CC(P) (16) 为了规划三部分判据的幅度差异,两个可调正数因子a馨1心 L 和β被引入到CTA准则中分别作为ETD和CLI的权衡。若 αx>B且α>1,端到端时延对CIA的贡執将大于流内干扰和 流干扰;若β>α且β>1,则CTA淮准则更关注于均衡流量负 载和提高链路速率从而降低沇间干扰;岩α<1且β<1,则沇 内干扰将比另外两部分更为重要。 图5给出了数据包传送率与接口数的关系。CIAR协议 在数据包传送率方面也超越了另外两种协议。因为CA准 3 CTIAR路由协议 则能将干扰流量分布到更多的网络节点当屮,从而降低因高竞 在AODV协议的基础上,本文提出了一种新的路由协争区域产生的数据包碰撞而引起的丢包率。此外,CT4A准则 议—CTAR协议。AODV协议使用跳数作为路由准则,而 还直接考虑了每条链路的正向丢包率和反向丢包率 CTIAR协议使用CmA作为路由准则。与AODV协议相比, 图6给了平均端到端时延的性能。CTAR协议在平均端 CIAR协议还在以下五个方面进行了改进: 到端时延方而也优于另外两种协议。因为AODV协议和 a)邻节点发现。每个活动节点周期性地广播一个两跳的MODV-WCT协议均未能均衡幣个网络中节点的流量负载,从 HELLO信息(即HEL包的生存期设置为两跳)。该信息用而容易产生导致数据包进行较长缓冲时延的高竞争区域;相反 于检測链路屮断和发现两跳内的干扰节点。此外,该信息还用CTAR协议很好地解决了上述问题,并在该协议中直接考虑了 于统计每条链路的丢包率和节点间交换各自的L7(在式(11) 路径的传输时延,因此易于获得更小干扰和更短时延的路由。 中定义)信息。 本文进一步硏究了在不同干扰流量的情况下各个路由协 b)发送和转发路由请求。源节点给一个路由请求包盖上 议的性能。本文观察了一条具有一个同步干扰流的多跳CBR 时间戳后进行广播。每个中间节点在转发路由请求包前加入 数据流的吞吐量,被观察的数据流和干扰流具有相同的发射速 它们的编号、信道号、T、邻节点的T和当前链路的丢包率等 率,且该发射速率作为一个可变的输入参数去逐渐地加大提供 信息。 给恻终的负载流量。传输范围设置为200m;每个节点具有 c)接收路由请求和发送路由回复。当路由请求到达目标个接口,且其配置的信道彼此正交。 节点时,根据路由请求包所携带的信息可计算出CTA准则的 LM agti 值。其巾,传输时延可用当前时间与请求包上的时间戳的差值 来进行估算。根据CIIA淮则,选择一条具有最小代价的反向 路由。一个携带CII准则所有成员值的路由回复包将沿着 选定的反向路由发送给源节点。 提目 d)转发路由回复。路由回复的每个转发节点更新CTA 淮则中与链路状态相关的成员值,如丢包率和LT信息、。 (下转第2260页) 2260 计算机应用研究 第28卷 的生命周期 3005-3014 [2] YOUNIS 0, FAHMY S. Heed: a hybrid, energy-efficient, distribu Led clustering apprvach for Ad-hoe sensor network [J].IEEE Trans on Mobile Computing. 2004, 3(4): 660-669 4 3」刘述钢,刘宏立,詹杰,等,无线传感网络中能耗均衡的混合通 信算法研究[J.通信学报,2009,30(1):12-17 [4]林恺,赵海,尹震宇,等.一种基于能量预测的无线传感器网络 网霏 分簇算法[J].电子学报,2008,36(4):824-828 剩问闻曹 图MI能恩划L的亡节 [5」胡諍,沈迮丰,宋铁成,等.新的无线传感器网络分簇算法[J] 胞耗均时 点附诞雯化脖对比 通信学报,2008,29(7):20-26 5结束语 [6 GUO Peng, JIANG Tao, ZHANG Kui, et al. Clustering algorithm in initialization of multi-hop wireless sensor networks. IEEE Trans 针对无线传感器网络中每轮能耗和簇内节点负载不均衡 on Wireless Communication, 2009, 8(12): 5713-5717 问题,提出了一种能量有效的多层分簇算法。由BS在首轮簇[7]王伟东,朱清新,元线传感器网络中一种层次分簇算法及协作性 头选举过程中按最优簇头数对整个网络依层次平均划分簇分 分析[J].软伫学报,2006,17(5):1157-1167 [8 SMARAGDAKIS G, MATTA I, BESTAVROS A. SEP: a stable elec- 区,并随机选举一个节点作为簇区域的簇头,接着每层虚拟分 iun protocol for clustered helerogeneous wireless sensor leL works 区中簇头通过判断簇内节点剩余能量大小来决定下轮的簇头。 [C]//PIve of the 2nd Internalional Workshop un Sensor and AcLu 由于节点均匀分布,各簇类区域需要传输的数据量也大致相 Network Protocols and Applications, 2004 251-261 同从而能保证每轮的负载平衡,进一步地提高能量的使用效[9]卿刺,朱清新,王明文,异构传感器网络的分布式能量有放成簇算 率。分层分簇可以将节点间的通信局限在一定范围内,避免了 法[冂].软件学报,2006,17(3):481-489 远距离传输的高能耗,同时,各簇头的选举都是自组织的方式[10]Ys,HEOJ,CHoY,at. PEACH: wer-efficient and adaptive 进行,不需要B的参与,避免了与BS通信的高能耗。实验表 clusteringhierarchyprotocolforwirelesssensornetworks[j].com 明 EEMILC比 LEACH的生命周期延长了约11.3%。 puter Communications. 2007, 30(14): 2842-2854 参考文献 [11]沈波,张世永,钟亦平。无线传感器网路分簇路由协议[J.坎 [1 HEINZELMAN W R. CHANDRAKASAN A, BALAKRISHNAN H 件学报,2006,17(7):1588-1600 Ellergy-ellicienl conn unication prulucul for wireless microsensor nel- 112 ABBASI AA, YOUNIS M. A survey on clustering algorithms for orks C//Proc of the 33 rd Annual Hawaii International Conference wireless sensor networks [J. Computer Communications, 2007 an System Sciences. Washington DC: IEEE Computer Saciety, 2000 15):2826-2841 (上接第2256页) 的多接口、多信道能力去均衡负载、避免椪撞,从而选择一条具 图7显示了在发射速率增长时各个路由协议的平均春吐有最小下扰、时延和丢包率的路由。 量。发射速率越大,在被观察的多跳路径中产生的流内干扰就参考文献 越大,由「扰数据流引起的流间下扰也越大。图7表明,在干 [1 De COUTO D J, AGUAYO D, BICKET J, et aL. A high-throughput 扰增大的情况下,CⅢAR协议的平均吞吐量优于另外两种协 path metric for multi-hop wireless routing [C]//Pmc of the 9th AnnI 议,这体现了CTA准则在捕获干扰和均衡负载方面的优越 al Intemational Conference on Mohile Computing and Networking. New 性能。 York:ACM,2003:134-146. 170 [2 DRAVES R, PADHYE J, ZILL B. Routing in multi-radio, multi-hop wireless mesh networks [C]//Proc of the 10th Annual International Conference on Mobile Com puting and Networking. New York: ACM 2004·114-128 [3 YANG Ya-ling, WANG Jun, KRAVETS R. Interference-aware load balancing for multihop wireless networks, UIUCDCS-R-2005-2526 重制 [RJ. Urbana: University of Illinois at Urbana-Champaign, 2005 平均作肚发速率 [4 LIANG Ma, DENKO MK. A routing metric for load-balancing in wire less mesh networks[C// Proc of the 21 st International Conference on 5结束语 Advanced Information Networking and Applications Workshops. Wash ington DC: IEEE Computer Society, 2007: 409-414 基于多接口WMN,本文提出了一种新的干扰一时延感知 [5 SUBRAMANIAN A P. BUDDHIKOT MM MILLER S C Interference 路由准则,该准则集成了流内干扰、流间干扰、传输时延、丢包 aware routing in multi-radio wireless Mesh networks[ Cl// Proc of 率和传输速率。同时,本文还提出了一种新的CTAR协议,该 IEFE Warkshop on Wireless Mesh Networks. 2006: 55-63 协议采用CTA准则选择一条具有最小干扰和传输时延的路径[6」 SHILA D M, ANJALI T. Load-aware traffic engineering for Mesh net 去转发数据包。仿真结果表明 CTIAR协议能够充分利用节点 works[ J]. Computer Communications, 2008 31(7): 1460-1469

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