基于多网卡多信道MESH网的路由协议研究

摘 要 无线MESH网不同于传统的无线多跳网络，路由器是固定的，移动性不是主要问题。因此迫切需要一种新的准则适应这种网络。WMN使用多网卡和多信道以提高网络容量。WCETT是为多网卡多信道无线MESH网络设计的准则, 但是必需的带宽计算很复杂。本文提出了一种新的路由准则SMETT，以避免复杂的带宽计算，并且设计一种名为传输感染因子 (TIF) 的传输干扰模型使 ETT更接近真正的传输。
关键词 无线MESH网络；多信道；多网卡；路由准则

1 简介
无线MESH网络(WMN)在近几年里已经成为研究的热点。由于它的一些特殊的应用已经引起了商业的注意和巨大的兴趣。虽然WMN是由Ad Hoc 网络发展而来，但它是一种全新的拓扑，Ad Hoc的路由已经不再适用于WMN。绝大部分传统的Ad Hoc路由准则是选择从源节点到目的节点的最小跳数。如果WMN也使用最小跳数准则，则容易在路由中包括较长的无线链路，导致较低的吞吐量，从而影响其达到最佳性能。因此路由准则可以根据无线链路的质量来选择较好的路径。MESH路由问题的关键就在于改进网络容量和提高个别传输的性能上。我们通过在每个节点上安装多个网卡来改进 WMN容量的方法。这样可以使节点能够同时地传输和接收数据。同时每个节点有多个网卡，也能提供一个实现多信道的策略。目前已有很多方法可以进行分布式的频道分配。
本文提出一种新的路由准则，称为SMETT(Sum of Motivated Expected Transmission Time)，是为多网卡多信道环境而设计的。与WCETT不同的是它不考虑无线链路的带宽。因为无线网路的带宽不容易计算，该如何避免带宽的计算是一个主要议题。而且在本文中，当我们计算 ETT(预期的传输时间) 的时候，也考虑到链路的干扰。在无线网路中，如果他们在彼此的干扰范围里，无线链路上的传输可能互相干扰。提供一种传输感染因子 (TIF)用于我们的准则 SMETT。
2 问题的形成
2.1 系统体系结构
如图1所示，在无线MESH网络 (WMN) 体系结构中，每个节点有多个网卡和多条信道。这里不考虑如何分配频道。假设体系结构的每个路由节点都是相对固定的，在给定区域的每个点至少被一个接入点 (AP) 覆盖。为了覆盖一个大的区域，需要很多的AP。通常情况下，把每个AP连接到以太网上，再依次连接到Internet是不现实的。因此只有一些AP连进有线基础设施，作为网关工作。移动终端用户直接从AP或从多跳AP访问互联网。

2.2 传输干扰: IEEE 802.11 DCF
在有线网络中，因为各节点是独立的，所以链路上的任何传输都不会干扰其他链路上的传输。然而，在无线网路中，如果他们在彼此的干扰范围内，一个无线链路上的传输就有可能干扰其他的链路。
IEEE 802.11 DCF子程序利用一个简单的载波侦听多路访问(CSMA) 算法。当一个分组想要传输时，它通过传输分组占用介质。如果侦听到介质是空闲的，那么分组将会被传输。否则，在当前冲突窗口大小内任意选择的退避计算器工作，并且让退避计算器开始倒计时，直到媒体空闲。当它感觉媒体忙碌时，节点中止计算器的倒计时窗口。这称为二进制指数退避。
当一个节点传输一个分组时，它需要为可能的重传将发送的分组存在缓冲器中。当分组被确认收到时，缓冲器中的分组才被移去。如果有任何传输失败，缓冲器会为重传保护丢失的分组。因此缓冲器不空的时候将会增加。由于如果一个分组仍然存在缓冲器中，节点会试着占用媒体，所以这会影响在它的干扰范围内的节点的传输。
2.3 预期传输时间 (ETT)
在提出预期传输时间 (ETT)前，我们首先简短地描述 ETX 准则。ETX 度量准则用于测量传输的预期数量，包括重传（需要在链路上发送一个单播分组）。ETX 的推导开始于前向和反向的分组损失概率的测量，分别用 pf 和 pr 表示，然后计算预期传输数量。
我们从计算分组传输不成功概率开始。因为802.11 协议需要的是传输成功，所以分组必须成功地被应答。让 p 表示从 x 到 y 的分组传输不成功的概率：

802.11 MAC将会重传一个传输不成功的分组。让 S（K）表示分组从 x 到 y 经 k 次尝试后成功发送的概率。

最后，从 x 到 y 成功地传送一个分组的必需的预期传输数量用ETX表示：

ETX 准则用于路由选择。它将选择最低的积累 ETX的路径。但是ETX 准则不一定能为WMN选择较高吞吐量的路径。例如，它可能选择 802.11b 链路，但不选损失概率比较低的802.11a链路。在文章中，作者给出了一个信道差异性优先选择，提供了一种新的准则，称为预期传输时间 (ETT)。它定义为“带宽修正 ETX”。让 S 表示分组的大小(例如 1024个字节)，B 表示链路的带宽 (原始数据率)。那么 ETT 表示为：