無線mesh網絡關鍵技術分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 SSCH是一個基于時隙的分布式單接口多信道協(xié)議，工作在鏈路層，負責協(xié)調各結點的信道切換，不需要專門的控制信道，實現(xiàn)[6]。SSCH協(xié)議主要包括以下步驟：1)生成結點信道跳變圖案（Channel Hopping Schedule），調度分組到相應的信道。2)每個時隙的開始，將當前的信道跳變圖案廣播給鄰居結點。3)有數據要傳輸時，發(fā)送結點改變自己的信道跳變圖，以匹配發(fā)送結點的跳變圖。在SSCH中，時間軸被劃分成時隙，連續(xù)多個時隙組成一幀，所有幀的第i個時隙形成第i個虛擬信道。每個虛擬信道用二元組（channel ,seed）表示，用符號記為,表示當前的信道號，表示信道跳變因子，信道跳變的規(guī)則為：其中N等于可用信道數。邏輯分割（logical partition）是指在通信范圍內的兩個結點不存在信道重疊的時隙而不能夠通信。SSCH引入奇偶時隙（parity slot）來解決可能出現(xiàn)的邏輯分離，在奇偶時隙，結點使用信道，奇偶時隙出現(xiàn)在每次循環(huán)的結尾，一次循環(huán)定義為當每一個虛擬信道都遍歷了所有可用信道[6]。，3個可用信道時，兩個結點可能的信道跳變圖案。SSCH的以下數學性質保證25意兩個結點總存在某個時隙使用相同信道的情況：，那么這兩個結點總是同步的。2. 兩個結點有相同的，但不同，那么這兩個結點僅在奇偶時隙使用相同的信道。3. 兩個結點使用不同的，要求可用信道數N是質數，由質數理論可知，每次循環(huán)，總有一個時隙會使用相同的信道。相鄰兩個結點可以在相同信道時隙通信或交換狀態(tài)信息，保證了網絡的連通性。如果只在一個時隙里發(fā)送廣播分組，那么，此時處于其它信道上的結點不能接收到該分組，為了支持廣播，SSCH將廣播分組在連續(xù)的幾個時隙里重復發(fā)送，保證大部分結點都能收到廣播分組。SSCH協(xié)議的另一個重要特性是同步跳變，當結點A準備向結點B發(fā)送大量數據時，結點A將某個虛擬信道的信道跳變圖案匹配到結點B的相應虛擬信道的信道跳變圖案上，也即，結點A和B在某個虛擬信道上使用相同的信道跳變圖案，這樣，結點A和B就能一直在該虛擬信道上進行通信。同步跳變可能會使得網絡中的結點都收斂到相同的跳變圖案上，加劇了分組沖突，SSCH采用了去同步機制，如果在某個虛擬信道上，使用相同跳變圖案的結點數大于某個特定值，則為該虛擬信道隨機生成一個新的跳變圖案。SSCH協(xié)議的另一個重要特性是同步跳變，當結點A準備向結點B發(fā)送大量數據時，結點A將某個虛擬信道的信道跳變圖案匹配到結點B的相應虛擬信道的信道跳變圖案上，也即，結點A和B在某個虛擬信道上使用相同的信道跳變圖案，這樣，結點A和B就能一直在該虛擬信道上進行通信。同步跳變可能會使得網絡中的結點都收斂到相同的跳變圖案上，加劇了分組沖突，SSCH采用了去同步機制，如果在某個虛擬信道上，使用相同跳變圖案的結點數大于某個特定值，則為該虛擬信道隨機生成一個新的跳變圖案[6]。圖 SSCH信道跳變圖 多信道無線Mesh網絡中的信道分配多信道MAC協(xié)議設計是無線Mesh網絡中的關鍵技術之一．如何更準確、更快的傳輸路由信息，更好地保證網絡的連通性，是衡量MAC協(xié)議優(yōu)劣的重要指標。因此，在設計MAC協(xié)議的同時，需要綜合考慮各個方面的因素，也只有這樣才能夠設計出適合用戶應用的多信道MAC協(xié)議。在多信道無線Mesh網絡中，由于網絡中存在多個可用信道，如何進行合理的資源分配，讓資源得到最佳的利用可以統(tǒng)一抽象為信道分配問題，該問題也是MAC協(xié)議設計的重點和難點所在。一個無線．Mesh網絡模型可以用一個無向圖D=(N,L)來表示，其中,圖的頂點N表示無線網絡的節(jié)點集合，亦即無線射頻單位；圖的邊集上表示網絡鏈路的集合。信道分配問題，最簡單的方法就是給每個節(jié)點的網絡接口卡分配相同的信道集合，例如接口卡1分配1號信道，接口卡2分配2號信道，以此類推。這種分配方式可能能夠獲得吞吐率的提升，但是在實際情況中，每個節(jié)點配置的網絡接口卡數目是受限的，這種方式不能很好的利用網絡中的可用信道，造成信道的浪費。 組劃分信道分配方案我們可以將信道分配分成如下兩個階段進行：鄰居節(jié)點和網絡接口卡的綁定，信道和網絡接口卡的綁定。在給鄰居節(jié)點分配網絡接口卡時，將每個節(jié)點的所有鄰居節(jié)點進行組劃分，然后每個組進行網絡接口卡的統(tǒng)一指定；每個組分配的網絡接口卡則選擇節(jié)點沖突鄰域內使用次數最少的信道進行指定。很顯然，這種分配方式如果需要獲得統(tǒng)一的信道分配方案，需要指明鄰域的組劃分方法，因為組劃分方法的不同會直接導致分配方案的不同。但對于一般的網絡，在實際應用中我們可以直接采用隨機技術進行組劃分，這樣也會有比較好的效果。 分布式信道分配方案沖突圖(conflict graph)的概念是很直觀的。它是一個無向圖G=(V，E).其中，圖的頂點集V表示網絡中鏈路的集合；圖的邊集E表示兩個鏈路是否相互干擾，如果互相干擾，那么兩個頂點之間有邊相連。鏈路之間是否相互干擾主要通過前面所述的協(xié)議模型進行判定，例如鏈路兩頭的任何一個節(jié)點如果在其他鏈路節(jié)點集合的干擾范圍內，這兩條鏈路就是相互干擾的，那么這兩個鏈路在沖突圖中就會有邊相連，表示它們若同時進行通信會互相沖突。 鏈路沖突圖上圖很好的闡述了沖突圖的概念。在上圖左所描述的網絡拓撲圖中，假設節(jié)點的傳輸半徑和干擾半徑相同，那么節(jié)點1和節(jié)點2進行數據傳輸，則節(jié)點2和節(jié)點3，節(jié)點2和節(jié)點6，節(jié)點3和節(jié)點4之間如果進行數據傳輸都會受到干擾。所以在上圖右邊的沖突圖中，節(jié)點1和節(jié)點2之間的鏈路和、之間都有邊直接相連。 在鏈路沖突圖中，處于極大團中的點表示全都互相沖突的鏈路。如果網絡中只有單個信道，那么在極大團中只能有一條鏈路進行數據傳輸。所以在沖突圖中，每個極大團可以看作是一個獨立的信道資源競爭區(qū)域。在不同極大團內的鏈路可以同時進行數據傳輸而不互相干擾。在假設發(fā)送半徑和干擾半徑相同的情況下，上一節(jié)中的網絡拓撲圖形成的鏈路沖突圖有三個極大團，分別為，和。在每個極大團中，所有的鏈路都是相互干擾的。即在極大團中的鏈路和、不能同時進行數據傳輸，否則將會發(fā)生沖突。但處在不同極大團之間的鏈路是可以同時傳輸不發(fā)生干擾的，例如極大團中的鏈、和極大團中的鏈路、就可以同時進行無沖突的數據傳輸。還有一種情況就是類似如和這種鏈路它們雖然也同時處于不同的極大團和中，但它們也同時都在團和中，所以它們之間進行數據傳輸是會互相沖突的。由于在鏈路沖突圖中，處于各個不同極大團之間的鏈路可以同時無干擾的傳輸數據，我們可以把鏈路沖突圖中的每個極大團看作一個獨立的單元進行信道分配。而在每個極大團中，用以負載為度量標準的貪心算法來進行信道分配。極大團的分布式構造方法采用極大團作為信道分配的獨立單位，首先就需要求出鏈路沖突圖中的所有最大團，然后在每個團中獨立的進行信道分配。但是現(xiàn)在已有的求極大團的算法都是集中式的，不能夠直接在我們的信道分配方案中應用。如果我們合理利用沖突圖的性質，即只有彼此相鄰的兩條無線鏈路在沖突圖中才有邊相連，就能夠簡化極大團的構造。我們可以利用鏈路沖突圖性質的分布式極大團構造方法。在該方法中，網絡拓撲圖被分為多個互相不重疊的子圖，而依據每個子圖類的局部拓撲信息就可以完成極大團的構造。3. 無線Mesh路由協(xié)議WMN的很多技術特點和優(yōu)勢來自于其Mesh網狀連接和尋路，路由協(xié)議的設計是一個關鍵，其路由機制的好壞