【大学课件】信息通信专业 Wireless Mesh Networks.ppt
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1、Wireless Mesh Networks,Wireless Mesh Networks的概念,无线网状网(Wi-Mesh Network,WMN)是一种新的无线接入方案,它是无线局域网(WLAN)的扩展和延伸。典型的WMN包括两类节点:mesh 路由器和mesh 客户端。其中mesh路由器的移动性很小,它们组成了WMN的主干网络,为mesh 客户端和普通客户端提供接入服务。mesh客户端可以是静止的也可以是移动的,能够自己组成网络也可以与mesh路由器一起组成网络。,根据节点功能的不同,可将无线Mesh网络分为三种典型结构:,骨干网(Infrastructure/Backbone WMNs
2、)客户网(Client WMNs)混合网(Hybrid WMNs)。,WMN骨干网示意图,WMN客户网示意图,WMN混合网示意图,WMN的特点,节点以无线方式互连,通过具有网关功能的节点接入Internet支持Ad Hoc网络,具有自组织、自配置、自修复功能 移动性:不同类型的网络节点具有不同的移动性(MR一般具有很小的移动性,而MC则可为固定节点或移动节点)能量约束:不同类型的节点具有不同的能量约束(MR通常不以电池为动力,所以不需要考虑能量约束,而MC则需要运行一种能量使用效率较高的路由协议)与现有无线网络兼容并能协调工作,WMN的应用,宽带家庭网络社区网络、企业内部网络 城域网运输系统、
3、建筑物自动控制医疗系统、安全监督系统突发事件中构建临时网络,WMN和ad hoc的比较,在WMN中,所有的数据最后都要通过网关进入Internet,而Ad hoc中数据流可以在任意节点之间传输 Ad hoc网络由移动节点组成,一般不包含静止的节点或设备,而mesh网络的主干节点是静止的 Ad hoc网络拓扑结构处于不定状态,变化大,而mesh网络的拓扑结构只在出现链路干扰、节点加入或退出时才发生变化 设计目的不同,Ad hoc网络是为了实现用户节点之间的交互通信,而mesh网络更侧重于用户节点的接入功能,WMN的路由问题,WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态,它继承了Ad Hoc网络的特
4、点,具有自配置、自组织与自管理等特性,所以部分传统的Ad Hoc网络路由协议在WMN中仍然可用,但需要在WMN路由协议设计中考虑其特殊性,WMN路由应考虑的因素,路由判据 负载均衡 路由容错网络容量 QoS保证,我们组对WMN的几方面的调研,(一)路由(二)与ad hoc有关的mac层技术(三)联合信道的分配和路由(四)基于IEEE 802.11的多信道无线Mesh网(WMN)的结构和算法(五)干扰检测和服务质量路由,WMN路由研究现状,多射频链路质量源路由协议MR-LQSR 一种可以感知信道状况的路由协议(由Gautam Kulkarni等人 提出)一种多信道路由协议MCRP ROMER(R
5、esilient Opportunistic Mesh Routing for Wireless Mesh Networks),(一)多射频链路质量源路由协议MR-LQSR 的介绍,MR-LQSR(Multi-Radio Link-Quality Source Routing)是微软公司研发的多信道WMN 路由协议,采用一种新的路由性能判据,称为加权累计传输时间WCETT。WCETT 综合考虑了带宽等链路性能参数以及最小跳数等因素。因此该协议能在吞吐量与延时之间获得一种平衡。,期望传输次数ETX,ETX(Expected Transmission Count)考虑了无线链路丢包对于寻路的影响用
6、来发现具有较大吞吐量的通道。对于丢包率较高的链路,成功发送数据包所需重发次数较多,因此具有较大的ETX。在发现具有较大吞吐量的路径方面,ETX优于最小跳数判据,但是,它也许会选择带宽较小但丢包率低的链路。,如果用s(k)表示报文在尝试k次后成功传输的可能性(也就是说前k-1次是不成功的,第k次是成功的),则有:,那么成功发送数据包需要经过重传次数的期望值为:,一条路径的metric值就是该路径上所有链路的ETX值的和。路由协议选择具有最小metric值的路径,考虑到链路速率的不同,Draves11提出了ETT(Expected Transmission Time),作为对ETX的改进。链路l的
7、ETT值是这样定义的:在链路l上成功传输一个数据包所要经历的MAC层持续时间的期望值。一条路径的权值就是该路径上所有链路的ETT值的和 链路l的ETT值同ETX的关系为:,其中:,表示链路l的传输速率,s表示数据包大小。这个定义没有引入等待无线信道花费的时间,只是反映了实际使用信道的时间。,通过把bl引入到路径的权值表达式当中,ETT能够获得链路容量对路径性能的影响。,如果我们把记为 链路i的期望传输时间,对于一个n跳的路径,它的WCETT为:,然而,我们希望WCETT能够考虑到信道差异的影响。简单地把各跳的ETT值加起来不能满足这个特性,因为上面的公式不能反映出在不同信道上的各跳的差异。为了
8、反应出这一因素,我们需要上面公式中添加额外的项。,我们假设同一路径上使用相同信道的两跳链路总是会相互干扰对方。这个假设对于短路径通常是真实的,但对于很长的路径干扰较小。考虑一个n跳的路径,假设系统总共有k个信道,定义为:Xj表示在信道j上传输时间的和。路径上总的吞吐量受瓶颈信道的限制,即最大的Xj。如果只考虑这一个因素的话,可以把WCETT简单地定义为:,(1),(2),我们可以把公式(1)和公式(2)所描述的特性结合起来,取它们的加权平均:其中,是一个可调参数,且01。有两种方法可以解释公式(3)所定义的WCETT的表达式 第一,我们可以把它看作是整体利益与自私行为之间的一种权衡。第二,我们
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