无线Mesh网络的负载均衡路由技术研究

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近些年来,随着无线移动通信技术的高速发展,人们的生产和生活发生了翻天覆地的变化。无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks,WMN)作为一种宽带无线网络结构,因其自组织、自愈性、高速率、易组网和可靠性高等优点得到了广泛的应用。无线Mesh网络中,节点数目逐渐增多、网络业务量不断加大,网络拓扑也变得越来越复杂,网络性能随之下降。在这种情况下,负载均衡通过利用不同分组传输路径和有足够带宽资源的节点转发分组,减轻网络拥塞,达到提高网络吞吐量和保证网络性能的目的。因此研究WMN负载均衡功能的路由度量,对提升网络整体性能有十分重要的意义。首先,本文概述了无线Mesh网络及其网络架构,对WMN节点负载均衡和网关节点负载均衡进行了深入的分析与研究,进一步讨论了负载均衡路由度量和AODV协议。其次,文章对干扰负载感知路由度量(Interference-Load Aware routing metric,ILA)展开分析,提出干扰感知的负载均衡路由度量(Interference-Aware Load Balancing routing metric,IALB)。在干扰邻居节点的负载描述干扰强度的基础上,进一步分析节点负载的影响,将干扰邻居节点的数量、负载和与被干扰节点的距离综合作用因素作为流间干扰强度。使用节点处的平均队列长度捕捉节点负载,并改进期望传输时间消除链路的不对称性,避开重干扰区域,均衡网络流量,避免发生拥塞,实现无线mesh网络内部节点的负载均衡。再次,本文在ialb基础上进行多网关拓展,根据多网关负载对网络性能的影响,提出干扰感知的多网关负载均衡路由度量(interference-awareloadbalancemulti-gatewayroutingmetric,ilbmg)。通过节点分级、自回归平滑机制计算网关负载,反映网关节点剩余能力,区分internet业务和客户端业务,描述通信链路干扰强度,均衡干扰环境下多网关无线mesh网络中通信流量。最后,文章搭建ns2仿真平台,基于ramon模型设计了多接口多信道的ns2模块。基于异构无线mesh网络,完成了网关模块的设计,包括与internet和与wmn内部节点互通两部分内容。在无线mesh网络格形拓扑中分别对ialb和ilbmg路由度量进行固定数据流个数下发包速率对网络性能影响的仿真实验。此外,在随机拓扑中分别对ialb和ilbmg路由度量进行了数据流个数和发包速率多因素对网络性能影响的仿真实验。ns2仿真结果表明ialb和ilbmg路由度量能够显著提高网络整体吞吐量,避开重干扰区域,降低平均端到端时延和丢包率,提升网络整体性能,达到负载均衡的目的。ILBMG路由度量还能够在多网关环境下显著提高网络容量,均衡网关节点负载,提高网络资源利用率。
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