基于IEEE802.11s的無線Mesh網絡路由協(xié)議研究（二）

2.4 HWMP協(xié)議的樹型路由

HWMP 協(xié)議將按需路由與先驗式路由相結合，樹型結構將一個MP(通常是MPP)配置為根節(jié)點，其他的MP均先驗式地維護到根節(jié)點的路徑，生成并維護一個距離矢量樹。HWMP中樹型路由有兩種實現方式：

(1)先驗式樹型路由

通過PREQ 消息與PREP 消息的交互實現，即HWMP注冊標志位RE未注冊，如圖9所示。首先，根節(jié)點廣播PREQ 消息，收到PREQ 消息的MP 進行逐級路由查找并建立路由，從而將根節(jié)點到所有MP的路由建立起來，由此先驗式樹型路由建立成功。在該實現方式中，MP可以先驗用PREQ消息和PREP消息進行路由建立，并先驗式維護到根節(jié)點的路徑。

(2)按需樹型路由

該方式通過RANN消息實現，即HWMP注冊標志位已注冊，如圖9所示。在拓撲形成過程中，首先根節(jié)點廣播RANN消息，RANN消息中包含了到根MP的路由met-ric.在Mesh中的收到RANN消息的每個MP記錄根節(jié)點的信息，同時，向根MP發(fā)送一個單播的PREQ 消息，根MP會發(fā)送一個PREP消息響應接收到的PREQ消息，從而由根節(jié)點建立樹型路由。

無論是先驗式樹型路由還是按需樹型路由，被選為根節(jié)點的MP要周期性地發(fā)送PREQ或RANN以維護和更新樹。一旦MP選擇了到根節(jié)點路徑的父MP,它將周期的向父MP發(fā)送維護PREQ 并接收返回的PREP來維護這條路徑。只要當前父節(jié)點不能提供最優(yōu)路徑，MP將根據在根節(jié)點上配置的策略切換到另一個父節(jié)點。

如果當前父路徑丟失，MP 立刻廣播拓撲PREQ 并沿著這個拓撲發(fā)送PRER,使任何包含這條鏈路按需路由的節(jié)點能夠從路由表中刪除這個表項。如果在一個時間間隔內沒有找到另一個有到根節(jié)點的有效路徑的父MP,向所有子MP發(fā)送PERR.

2.5 ATC度量機制

空中傳播時間鏈路判據(Airtime Link Metric)是IEEE 802.11s設備互操作默認的RA(Radio-aware)路徑度量機制，影響特定鏈路上發(fā)送一幀所消耗的信道資源，含空時度量總和最小的路徑為最優(yōu)路徑。

鏈路的空時損耗ATC(Airtime Cost)Ca 為：

其中，一幀的信道接入開銷Oca、MAC協(xié)議開銷Op、比特數Bt 三者均為常數，其值取決于IEEE 802.11 傳輸技術。傳輸比特率r Mb/s 是在當前的條件下，Mesh 節(jié)點傳輸大小為Bt 的幀，差錯率為efr 時的速率。

2.6 ATCn改進機制

ALM 是一種近似的測量方法，其主要目的是為了降低具體實現和交互的難度。該度量機制考慮的是傳輸速率與信道質量。但是，鏈路質量好壞直接影響著路徑的選擇，其也是路由判據中需要考慮的重要因素。在無線Mesh網絡的ALM判據基礎上，增加鏈路質量作為路由判據，可得到式(2)。

鏈路的空時損耗ATCn(Airtime Cost)Cap 為：

3 HWMP 仿真場景及實驗結果

本文采用NS 仿真軟件構建無線Mesh 網絡的仿真平臺，對基于ATC度量機制的HWMP協(xié)議和ATCn度量機制的HWMP協(xié)議進行對比分析驗證。

實驗環(huán)境：在1 000 m×1 000 m范圍內，產生5個固定節(jié)點、30個節(jié)點的隨機拓撲。以Random Waypoint模型仿真移動節(jié)點的固定速率隨機移動。節(jié)點配置single-radio單接口，傳輸協(xié)議采用UDP.

仿真參數的設置見表1.

端到端平均時延，是指所有成功傳遞的分組的接收時間和發(fā)送時間差的平均值。如圖10所示，與ATC 相比，ATCn機制的平均端到端時延較小?；阪溌焚|量的路由判據減少了平均端到端時延。

吞吐量是指目的節(jié)點接收的數據包個數/仿真時間。如圖11所示，基于ATCn機制的HWMP協(xié)議的吞吐量高于基于ATC機制的HWMP協(xié)議。該機制進行鏈路質量選擇，減少了包的沖突數量，且丟包數量降低，從而吞吐量得到了提高。

4 結語

HWMP 協(xié)議將按需路由與先驗式路由結合，具有先驗式路由協(xié)議的靈活性，亦具有按需路由協(xié)議的有效性。對該協(xié)議度量機制做出的改進，與ALM 機制下的HWMP 協(xié)議相比，在端到端時延和吞吐量等性能方面都有一定程度的提升。但其也有不足之處，主要表現在：(1)由于樹狀拓撲流量匯聚，靠近根部的鏈路容易形成網絡流量的瓶頸;(2)混合路由機制在開始時有較長的時延，特別當消息從Mesh外經網關節(jié)點向Mesh內節(jié)點傳輸過程;(3)與傳統(tǒng)的按需路由機制相比，混合路由機制只有確定目的節(jié)點在Mesh內的情況下才使用泛洪路徑發(fā)現;數據的組播和廣播不再需要泛洪，通過樹型拓撲進行數據的組播和廣播更加有效。

無線Mesh網絡作為一種新型的機動寬帶網絡，組網能力強、靈活且易部署，具有自適應性、可靠性和可擴充性等優(yōu)點，路由等關鍵技術在無線Mesh網絡中起著重要的作用，相信在不久的將來，靈活方便的無線Mesh網絡將大大提高寬帶無線接入能力，并在應急通信等特殊應用領域中發(fā)揮其重要作用。