無(wú)線(xiàn)多接口多信道m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的多徑路由模型

無(wú)線(xiàn)多接口多信道m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的多徑路由模型

無(wú)線(xiàn)耳網(wǎng)絡(luò)是一種新型的無(wú)線(xiàn)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。它結(jié)合了無(wú)線(xiàn)lan和adhoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。它具有自網(wǎng)絡(luò)、自修復(fù)、多段訪(fǎng)問(wèn)、節(jié)點(diǎn)自我管理等智能優(yōu)勢(shì)，以及移動(dòng)帶寬和無(wú)線(xiàn)地下通道的特點(diǎn)。這已經(jīng)成為連接廣播電視臺(tái)的有效手段。然而,典型的多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是基于一個(gè)被所有節(jié)點(diǎn)公用的單一信道來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的連通性,使網(wǎng)絡(luò)資源無(wú)法被充分利用。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展,擁有多天線(xiàn)接口的移動(dòng)設(shè)備將會(huì)在不久的將來(lái)產(chǎn)生這一觀點(diǎn)已被廣泛接受。多信道技術(shù)能顯著地避免在同一信道的傳輸競(jìng)爭(zhēng)和沖突。尤其是對(duì)于一些支持多天線(xiàn)接口多信道(MultipleInterfaceMultipleChannel,MIMC)的移動(dòng)設(shè)備,它們能夠通過(guò)不同的接口和信道同時(shí)傳輸數(shù)據(jù),使網(wǎng)絡(luò)資源利用率達(dá)到最大化?，F(xiàn)有的支持MIMC移動(dòng)設(shè)備的路由協(xié)議只能依靠單一的路徑傳輸數(shù)據(jù)。已被提出的一些多路徑路由協(xié)議,如AOMDV,AODV-DM只能適應(yīng)單一信道的情況,且第二路徑只起到冗余的作用。鑒于MIMC移動(dòng)設(shè)備在硬件上的優(yōu)勢(shì),讓多天線(xiàn)接口同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)成為可能,更適應(yīng)于數(shù)據(jù)流量負(fù)載過(guò)大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。本文針對(duì)MIMC移動(dòng)設(shè)備,對(duì)兩種多徑路由模型進(jìn)行分析比較。對(duì)比其鏈路斷裂的期望與方差。提出一種較為適合Mesh網(wǎng)絡(luò)的多徑路由協(xié)議,提升了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力。利用Ns-2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對(duì)該多徑路由模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明其具有更高的冗余性能,更低的鏈路斷裂幾率,擁有更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。1多信道scsp方案(1)SCSP(單信道單路徑)為單信道單路徑策略,其模型如圖1a所示,其設(shè)計(jì)的路由協(xié)議有很多,例如AODV,DSR等等。在這種情況下,數(shù)據(jù)包沿著一系列的節(jié)點(diǎn)朝著目標(biāo)點(diǎn)傳播。在單鏈上往前移動(dòng)的連續(xù)數(shù)據(jù)包可能會(huì)相互干擾,因此引起MAC層的線(xiàn)路爭(zhēng)奪。理論上端對(duì)端的吞吐量可達(dá)到有效MAC層數(shù)據(jù)傳輸率的不超過(guò)1/3,因?yàn)樵谌我鈺r(shí)刻,在任意三個(gè)連續(xù)節(jié)點(diǎn)中只有一個(gè)能在同一信道中進(jìn)行傳輸?？偠灾?SCSP方案有很多的局限性。(2)SCMP(單信道多路徑)為了縮短端對(duì)端時(shí)延并提高投遞率(PDR),很多研究者提出了針對(duì)單信道的多路徑解決方案,其模型如圖1b所示,在這種SCMP方案中,數(shù)據(jù)包被分裂并由兩條互不相交的路徑通往目標(biāo)點(diǎn)。而且,多路徑路由協(xié)議比起單路徑路由協(xié)議能更好的減少路由尋找頻率。(3)MCSP(多信道單路徑)無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的多輸入多輸出(MIMO)能比上述的單輸入單輸出(SISO)提供更卓越的性能,如圖1c所示。因此,近年來(lái)幾個(gè)基于MCSP策略的路由協(xié)議已經(jīng)被提出了。(4)MCMP(多信道多路徑)由于這個(gè)策略同時(shí)運(yùn)用了多路徑和MIMC技術(shù),使得它比其他三種策略更具優(yōu)勢(shì),如圖1d所示。在這種MCMP策略中,吞吐量能達(dá)到MCSP策略的兩倍,并且端對(duì)端時(shí)延也能維持在一個(gè)很低的狀況。據(jù)我們所知,只有兩種路由協(xié)議支持這種MCMP策略,并且它們僅被計(jì)劃用于無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)(WMNs)。在它們之間,多信道和多路徑的聯(lián)合控制使多信道鏈路層與多路徑路由相結(jié)合,從而進(jìn)行時(shí)分,運(yùn)用一個(gè)基于接收方的信道分配信道調(diào)度傳輸沿著雙重路徑在時(shí)隙間協(xié)調(diào)信道利用。2兩種多徑路徑的模型2.1概率密度函數(shù)根據(jù)多徑路由的冗余特點(diǎn),針對(duì)兩種多徑路由模型進(jìn)行比較分析。圖2為模型A,在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析前,首先給出如下定義:LX假設(shè)X模型A中,假設(shè)源節(jié)點(diǎn)n假設(shè)N個(gè)以參數(shù)為λ所以,的概率密度函數(shù)可以表示式(2)所示。又因?yàn)镹C如式(4)所示,這是一個(gè)十分有趣的結(jié)論。T的概率密度函數(shù)fT(t)可以表示為N個(gè)不同指數(shù)分布的密度函數(shù)的線(xiàn)性組合,而且十分對(duì)稱(chēng),下面可以運(yùn)用指數(shù)分布的期望和二階矩求出T的期望和方差。2.2多徑模型b的理論分析模型B如圖3所示,設(shè)定義隨機(jī)變量Z分別將兩部分的dt趨近于零,于是的概率密度函數(shù)為:3網(wǎng)絡(luò)負(fù)載仿真我們選取多晶路由模型B與傳統(tǒng)的路由模型的性能做以比較,基于NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件做了Roman方案的拓展。在AODV協(xié)議的基礎(chǔ)上,根據(jù)該路由模型修改出了我們的路由策略。對(duì)最終的路由協(xié)議與原始的AODV協(xié)議作以比較分析。性能指標(biāo)為端到端延遲,以及鏈路吞吐量。仿真環(huán)境和相關(guān)參數(shù)為:(1)拓?fù)鋮^(qū)域:1000×1000m;(2)仿真時(shí)間:60s;(3)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù):16個(gè);(4)移動(dòng)模型:Randomwaypoint;(5)鏈路遞減模型:Two-ray;(6)節(jié)點(diǎn)傳輸半徑:250m;(7)信道帶寬:2Mbps;(8)CBR數(shù)據(jù)速率:5~200包/s;(9)節(jié)點(diǎn)最大移動(dòng)速率:10m/s。圖4為仿真環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)吞吐量的比較結(jié)果?？梢钥闯鲈诰W(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大的情況下,ModelB路由策略明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的路由模型,數(shù)據(jù)可以通過(guò)多條路徑多個(gè)信道來(lái)分擔(dān)每條路徑的壓力,以充分利用多接口多信道設(shè)備的各個(gè)接口與信道,使網(wǎng)絡(luò)吞吐量有大幅提升。為了對(duì)比分析ModelB與傳統(tǒng)路由協(xié)議AODV在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載情況下數(shù)據(jù)傳送的端到端延遲,設(shè)定信源發(fā)包速率為200包/s以增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載程度。在拓?fù)潆S即變化時(shí)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明多徑路由ModelB與傳統(tǒng)路由協(xié)議相比具有極為低的延遲,為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性提供了保證,更適應(yīng)于Mesh網(wǎng)絡(luò)中一些對(duì)延遲要求很高的服務(wù),如VoIP,實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)取?多徑路由仿真實(shí)驗(yàn)擁有多天線(xiàn)接口多信道是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的整體趨勢(shì),因此設(shè)計(jì)一個(gè)適合MIMC移動(dòng)設(shè)備的路由協(xié)議以及接口分配策略顯得尤為重要?，F(xiàn)有的MIMC路由協(xié)議只能依靠單一的路徑,并且一些多路徑路由協(xié)議只是適應(yīng)單個(gè)信道的情況,在這種情況下多路徑路