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技术交流

无线 Mesh 网络中路由与信道联合分配研究

杨玲 陈其松 吴茂念

摘要：无线 Mesh 网络中路由器使用多射频接口并配备多信道传输能有效增加网络吞吐量及降低干扰。研究路由与信道分配问题的目的
就是增加网络容量、减少延迟等。文中针对无线 Mesh 网络中多接口多信道的路由与信道分配问题做了统一考虑，根据路由约束、信道
约束、干扰约束以及宽带约束建立了混合整数线性规划 (MILP) 模型，并提出了基于迭代搜索的启发式算法很好地解决了此问题。仿真结
果表明该算法可以提高网络吞吐量，降低延迟。

无线 Mesh 网络与传统的网络技术相比有诸多优点， 束、干扰约束、宽带约束等建立了一个混合整数线性规
已成为当前无线网络接入技术的研究热点。它是一种自 划模型并提出了基于迭代搜索的启发式算法。该算法根
组织自配置的多跳无线网络。 据网络拓扑包流的增加情况下节点的瓶颈值来判断是否
路 由 节 点 (Mesh Ｒ outer，M Ｒ ) 和 客 户 端 节 点 需要增加额外的无线链路来进行分流传输。主要实现了
(MeshClient，MC) 构成了 WMN 的主体。传统的无线网状 以下功能。
网中，每个 M Ｒ都是单接口，众多无线链路共享一条信 (1) 模型充分考虑了路由中可用的 NIC 数量、信道
道。由于受到信道容量和干扰的影响，网络能力受到了 数量、通信距离及干扰距离；
严重限制。通过利用多接口多种信道来代替无线网状网 (2) 模型充分考虑了相邻节点间允许有多条逻辑链
的单信道大大提高了网络容量。如 IEEE802．11b/g 的 路，增加了网络吞吐量；
和IEEE802．11a频段内分别有3个和12个非重叠的信道。 (3) 模型充分考虑了链路约束、干扰约束、宽带约束，
近年来，众多学者在此问题上做了大量研究，但多 仿真结果表明该算法可以达到更高的网络吞吐量及更低
数都存在着适用性差，比较局限等问题。针对无线 Mesh 的延迟。
网络接口分配、信道分配和路由分配问题提出了一个局
1 问题描述
部迭代搜索算法。此算法在网络吞吐量及干扰方面获得
了较好的效果，但有着比较高的时延和丢包率，具有一 将 WMN 网模拟为一个无向图 G(V，E)，其中 V 表示
定的局限性。 所有的顶点，E 表示所有边，n=1，2，…，V。每个节点
研究了射频接口布局问题和信道分配问题， 的通信半径都用 rT 表示，对于 emn ∈ E 边的物理距离
通过研究如何以最佳方式将有限数量射频接口卡 d(m，n) 满足 E={(m，n)d(m，n) ≤ rT}。所有的干扰链
(NetworkInterfaceCard，NIC) 进行合理布局来使网络 路用 I(epq) 表示。假设对于任意的节点 n 在 m 的通信
的整体成本最小。而对于信道分配，研究如何以最佳方 范围Ｒ T 内，则在 E 中从节点 m 到 n 就有一个对称链接
式分配信道链接和射频接口来减少链路干扰和竞争。但 emn。
没有降低在时延及丢包率方面的性能。提出了一种基于 每个无线路由器装备了 K 个射频接口，有 I 个正交
信号干扰检测的路由度量机制 (ISB)。 信道可用，且假设网关有线链路的带宽是无限的，M Ｒ
为了正确地反应背景噪声，在路由协议中用 之间的无线链路的速率用 C 表示 ( 如 54Mbps)。这里定
Bellman － Ford 和 Dijkstra 算法来计算路径，网络吞 义一个逻辑控制变量 ximn，当节点 m，n 用信道 i 连接
吐量得到了极大改善，但时延和丢包率并没有得到提高。 时则为 1，否则为 0。
而综合了信道干扰、射频接口数量、路由跳数等基本因 2 模型建立
素。分别提出了一种按需路由协议和适时更新源节点和
建模时需考虑以下约束 : 跳的约束、逻辑链路约束、
目的节点间的路由路径，都不同程度地提高了网络吞吐
链路宽带约束、干扰约束、流守恒、信道选择、目标函数。
量，但由于射频接口等资源的限制，其适用性较差，不
这里需要定义一个二元路由变量，当流量在 s → d
适合大规模部署。文中对无线 Mesh 网络中信道与路由
的方向链路上通信时经过节点 m，n 并使用信道 i 连接
分配问题作了统一考虑，并根据跳的约束、逻辑链路约
则为 1，否则为 0。但有时，相邻节点之间可能存在多

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