无线mesh网络的带宽分配及算法研究.doc

无线mesh网络的带宽分配及算法研究 1无线mesh网络的带宽需求分析 1.1mesh网络的体系结构 无线mesh网络是一种动态自组织和自配置网络，网络中的所有节点自动建立一个Ad-hoc网络并维护网络的连通性。这样的特性导致了相对于传统无线网络，无线mesh网络的带宽分配和调节机制有其自身的特点: ①无线mesh网络中的带宽问题与多跳通信相关; ②算法应该是分布式的，节点间需要相互协作，实现多对多的通信; ③需要采用网络自组织的方式在邻居节点和距离为多跳的节点间进行更好的一协作; ④移动性较低，但是仍然影响到带宽分配和调节。 图1无线mesh网络的体系结构 典型的无线mesh网络包含了两种类型的节点：mesh路由器和mesh终端。两种节点在发射功率、覆盖范围、接入技术、无线接口、实现功能和软硬件平台等方面都存在差异，为了提高网络整体资源利用率和公平性，在考虑无线mesh网络的相关问题时，尤其是带宽问题的时候，必须对不同的节点区分对待。 1.2mesh路由器的带宽需求 mesh路由器除了具有传统无线路由器所具有的网关/网桥功能外，还包括额外的路由功能以支持mesh网。通过多跳通信，mesh路由器可以以相对较低的发射功率实现相同的覆盖范围。为了进一步提高mesh网的灵活性，mesh路由器通常具有以相同或不同无线接入技术实现的多个无线接口。mesh路由器在中主要有以下作用: ①无线mesh网络是多跳的无线网络，需要通过mesh路由器提供基础设备/骨干网; ②mesh路由器具有较小的移动性，主要实现路由和自配置功能，可以有效减少网络客户端和其他端节点的负担; ③mesh路由器集成了不同类型的网络，包括有线和无线网络，从而促进多种类型的网络接入共存于无线mesh网络。 能源更高性能更优的mesh路由器(有些称为网关)在无线mesh网络的体系结构中组成了mesh路由器层，这个层可以提供更高的吞吐量和更可靠的数据传输。mesh路由器(网关)与骨干网相连，同时它们之间直接相连。mesh客户端通过mesh路由器(网关)访问网络，mesh路由器(网关)成为终端用户访问骨干网的桥梁。因此，在mesh路由器(网关)层，带宽分配机制的主要关注点不是移动性管理或最小化能源利用，而是改进网络的吞吐量或单个传输的性能，使更多的终端用户接入网络并为他们提供更好QoS的服务，同时保证各用户之间的公平性。 另一方面，从通信流的角度考虑，在无线mesh网络中mesh客户端的流量要经由mesh路由器(网关)来转发，mesh路由器(网关)应满足其覆盖范围内所有mesh客户端流量需求，防止成为网络中的瓶颈。因此，有必要在mesh路由器(网关)处进行强制速率控制，使源端能够将它们的流量调节到网关容量范围内，为不同源端确定合适的速率，增大网络吞吐量的同时平衡网络中的流量，确保公平性。 1.3mesh客户端的带宽需求 mesh客户端也可以作为mesh网的路由器来工作，但它们的硬件和软件平台要比mesh路由器简单的多。mesh客户端中并不存在网关或网桥的功能，而只需要单一的无线接口。传统的具有无线接口卡的节点都可以作为客户端直接通过mesh路由器接入到无线mesh网络，没有无线接口卡的客户端也可以通过以太网连接到mesh路由器并接入无线mesh网络。 因此，在mesh客户端层，带宽分配机制的主要关注点是使自身获得更好的性能，如争取公平性，减少网络传输延迟，获得更高的带宽保证等等。 2无线mesh网络带宽分配算法 无线网络的带宽资源主要指信道、帧和时隙等，其数量有限，且存在信道状况不稳定、信道增益随时间和位置变化等特点。为了在达到高数据吞吐量的同时保证用户的公平性，带宽资源分配起着非常重要的作用。目前无线mesh网络中带宽分配方案主要有两种:基于IEEE802.11技术的分布式带宽分配方案及其改进和基于IEEE802.16技术的三次握手带宽分配方案。 2.2.1传统的调度算法 传统中带宽分配由MAC层负责IEEE802.11的MAC层协议定义了两种方式:基本的分布式协作模式DFC和可选的点协作模式PFC。在DCF中，当一个节点检测到物理信道空闲时间超过分布式协作模式帧间隔(DIFS)之后，节点进人退避状态，每个节点维护一个退避计时器，当退避计时器为0时，节点发出请求发送(RTS) 信号，从而请求并获得带宽;而PCF是IEEE802.ll可选的工作方式，具有比分布式协作模式更高的优先级。传统的IEEE802.ll协议使各种业务在同一优先级下竞争。 图2传统MAC层控制机制 传统的MAC控制机制利用帧中持续时间字段的保留信息实现检测协议，即CSMA/CA协议。当工作站的无力或逻辑检测机制确定戒指处于空闲状态，即可传送数据帧，当检测到介质处于繁忙状态时