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基于“温度”的无线Mesh网络负载均衡路由协议研究 　　摘要：为了解决无线Mesh网络路由开销过大和负载不均的问题，分析了无线Mesh网络的网络架构和业务特点，并提出了一种基于“温度”的无线Mesh网络负载均衡路由机制。在建立路由时为每个节点设置一个温度数值，并依据该数值确定数据的路由方向，进而选择负载较轻的备选路由节点，以确定最终的路径，从而有效控制网络中的路由开销，在保障网络负载均衡的同时提高了无线Mesh网络的整体路由效率。 　　关键词：无线Mesh网络 温度值 负载均衡 路由机制 　　1 无线Mesh网络概述 　　无线Mesh网络（WMN，Wireless Mesh Network）是一种新型的宽带无线网络架构，它不同于传统的无线网络，可以看成是无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）和Ad Hoc网络的融合[1]。无线Mesh网络节点之间以完全对等的无线连接方式构成网状网络，这大大提高了网络部署的延展性。 　　WMN的网络架构如图1所示，包括网状网端口节点（MPP，Mesh Point with a Portal）、网状网节点（MP，Mesh Point）、网状网接入节点（MAP，Mesh Access Point）和用户终端节点（STA，Station）。其中，MAP实现STA接入Mesh网络的功能；MPP实现Mesh网络与外部网络的互通功能。 　　WMN与传统无线网络最大的区别是：WMN网络中的节点相互作为其邻居节点的路由器，通过节点转发，可实现网络内部节点之间和内部节点与外部网络之间的通信。WMN网络中的节点既可以作为数据转发实体，又可以作为连接到其他有线网络的桥接器。 　　对于用户终端节点来说，WMN的骨干部分主要是为用户提供稳定的无线接入功能，所以通常WMN的骨干Mesh节点是固定不动的，网络架构以及数据路由方式与Ad Hoc网络还是有所不同[2]。另外，用户接入Mesh网络主要的目的是通过网关节点接入Internet，故可以预计网络的主要业务存在于各节点与网关节点之间[3]。由于WMN网络的这些特点，因此如何为WMN中的业务选择一条最佳的传输路由，将直接影响WMN的数据传输效率[4]。 　　2 研究现状 　　由于WMN继承了Ad Hoc的许多特性，因而适用于移动自组网的路由协议常被引入使用[5-7]。目前，主流的Ad Hoc路由协议是自组网按需距离矢量路由（AODV，Ad hoc On-demand Distance Vector Routing）协议，它是数据驱动的距离矢量协议。其特点是按需维护路由信息，该方法最大程度地减少了维护的路由信息数量，但由于在没有路由时需要执行路由学习查找过程，增大了数据的传输时延以及网络中寻路信息的数量。尤其是对于频繁上下线的用户来说，路由信息将频繁改变，这大大增加了网络的路由开销，严重影响了网络的整体性能。 　　此外，虽然无线Mesh网络与Ad Hoc网络的拓扑结构类似，但路由技术还是有本质区别[8]。文献[9]首先给出一种分层的部署场景模型及相关假设，并在此基础上利用混合整数线性规划（MILP，Mixed Integer Linear Programming）方法对测量报告（MR，Measurement Report）部署问题进行形式化描述；然后提出一种基于网络流的MR部署贪心算法NF Greedy，该算法以迭代的方式从MR候选位置集中选择权重最大的节点进行相应的节点部署，通过一系列仿真实验将NF Greedy算法与现有算法进行对比，实验结果表明该算法与基于MILP的算法相比，虽然所部署的MR数量略多，但是能够适用于较大规模的WMN。文献[10]提出了一种针对无线Mesh网络的具有公平性拥塞控制策略，与IEEE 802.11e EDCA相比，在有效缓解网络拥塞的同时，可以保证高优先级业务与低优先级业务之间的公平性，使整个系统吞吐量提高了6.3%，防止了“饿死现象”的发生，并通过仿真证明了该算法的有效性。 　　由于Ad Hoc网络路由技术的主要目标是为了适应网络快速变化的拓扑结构，且设备的业务也受能量限制，因此重点关注路由的节能问题。而无线Mesh网络拓扑相对稳定，大容量、高传输可靠性和低时延是路由设计的首要目标。 　　3 基于“温度”的WMN负载均衡路由 　　机制 　　上述文献通过不同方面对WMN的路由协议进行研究，以优化网络性能。本文针对WMN的网络架构和业务特点，提出了一种基于“温度”值的无线网状网负载均衡路由管理方法，可以有效减少网络中的路由开销，保障网络路由的负载均衡，提高路由的建立效率。本文的主要思想来源于空调的制冷效果，空调制冷的特点如下： 　　（1）距离空调越近温度就越低；反之，越远的温度