路由特性對IEEE 802.11 DCF多跳網(wǎng)絡(luò )容量的影響
加入技術(shù)交流群
其余三種是基于扇區限制的路由策略，分別為：NFPS(Nearest with Forward Progress in Sector)：在以前進(jìn)方向為中心的一個(gè)角度為2φ大小的扇區內，發(fā)送節點(diǎn)選擇距自己最近的鄰節點(diǎn)作為自己的下一跳轉發(fā)節點(diǎn)；FFPS(Furthest with Forward Progress in Sector)：在2φ扇區內，發(fā)送節點(diǎn)選擇距自己最遠的鄰節點(diǎn)作為自己的下一跳轉發(fā)節點(diǎn)；RFRS(Random Forwardwithin Radius R in Sector)：在2φ扇區內，發(fā)送節點(diǎn)選擇自己傳輸范圍內任意的一個(gè)鄰節點(diǎn)作為自己的下一跳轉發(fā)節點(diǎn)。概括而言，在這些策略中，NFPS所導致的最終路由為短跳路由，MFR及FFPS為長(cháng)跳路由，RFRS特性介于以上三者之間。
在上述四種路由策略下，發(fā)送節點(diǎn)與接收節點(diǎn)之間的位置關(guān)系特性不同。在圖3中，將接收節點(diǎn)相對于發(fā)送節點(diǎn)的位置用極坐標(r0，θ0)表示。其中，坐標原點(diǎn)為發(fā)送節點(diǎn)，極坐標方向為數據分組的前進(jìn)方向，顯然r0與θ0是隨機變量，而它們的統計特性與網(wǎng)絡(luò )中使用的路由策略有關(guān)?？梢允褂胷0與θ0的聯(lián)合分布密度函數fr0，θ0，靠(r0，θ0)來(lái)描述它們的統計特征。由于篇幅限制，推導過(guò)程略。
在MFR路由策略下，(r0，θ0)的聯(lián)合分布密度函數如下：
在NFPS策略下，(r0，θ0)的聯(lián)合分布密度函數如下：
在FFPS路由策略下，(ro，θ0)的聯(lián)合分布密度函數表達式如下：
在RFRS路由策略下，(r0，θ0)的聯(lián)合分布密度函數為：
在此基礎上結合圖4，推導出分析模型控制參數的表達式如下：
至此，完成對分析模型中控制參數的推導。這些控制參數的取值反映了發(fā)送節點(diǎn)和接收節點(diǎn)之間的位置關(guān)系特性，它們影響著(zhù)分析模型最終的計算結果(如：p，τ，σ等)。在計算出各個(gè)控制參數的值后，將其代入到分析模型的方程組中，就可以進(jìn)行求解。
4 計算結果
現在，可以借助數學(xué)模型方法來(lái)分析網(wǎng)絡(luò )中路由策略選擇以及節點(diǎn)傳輸半徑設置對網(wǎng)絡(luò )容量的影響。研究對象是無(wú)限大均勻網(wǎng)絡(luò )，節點(diǎn)分布密度為10-4節點(diǎn)／m2。其他條件見(jiàn)本文中網(wǎng)絡(luò )條件部分的介紹。按照前面的敘述，采用節點(diǎn)平均發(fā)送前進(jìn)量作為衡量指標，依照分析模型中定義的符號，可將其表示為：
式中：r為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的傳輸半徑設置?？梢宰C明，對于任何密度的網(wǎng)絡(luò )，z(r)隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中平均鄰節點(diǎn)數變化的規律是相同的(僅相差常數倍)。因此傳輸半徑的設置問(wèn)題也可以等價(jià)為如何調整網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的鄰節點(diǎn)數目，以使Z(r)指標最大。借助于Matlab 6.5數學(xué)工具，可以計算出在不同路由策略下Z(r)隨著(zhù)節點(diǎn)傳輸半徑變化的規律，如圖5所示。
從圖5中可以看到，在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)密度一定的情況下，節點(diǎn)的平均發(fā)送前進(jìn)量指標隨著(zhù)節點(diǎn)傳輸半徑的增加而單調下降。這意味著(zhù)在使用IEEE 802.11 DCF為MAC層接入協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò )中，減小節點(diǎn)的傳輸半徑對于提高網(wǎng)絡(luò )容量是有利的。由于在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)還要考慮網(wǎng)絡(luò )的連通性問(wèn)題(過(guò)小的傳輸距離設置將導致網(wǎng)絡(luò )出現分離)，所以在保證網(wǎng)絡(luò )連通條件下盡量減小節點(diǎn)的傳輸半徑是一個(gè)最優(yōu)策略。
此外，在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)傳輸半徑一定的條件下，不同的路由策略也會(huì )造成節點(diǎn)平均發(fā)送前進(jìn)量指標變化。從圖5中可以看到，NFPS路由策略下，節點(diǎn)發(fā)送前進(jìn)量指標最差。而MFR路由明顯優(yōu)于其他三者。這一結果說(shuō)明，在節點(diǎn)傳輸半徑一定的條件下，網(wǎng)絡(luò )中使用能夠導致最大分組前進(jìn)距離的路由策略對于提高網(wǎng)絡(luò )容量是有利的。
5 結 語(yǔ)
本文使用數學(xué)分析的方法研究了基于IEEE 802.11DCF的無(wú)線(xiàn)多跳網(wǎng)絡(luò )中傳輸半徑設置問(wèn)題和路由方案選擇問(wèn)題。使用分析模型計算出的結果表明，在節點(diǎn)分布密度一定的條件下，網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)平均發(fā)送前進(jìn)量隨著(zhù)傳輸半徑的增加而單調下降。這說(shuō)明在保證網(wǎng)絡(luò )連通性的條件下，減小節點(diǎn)的傳輸距離有利于增加網(wǎng)絡(luò )的容量。而在傳輸半徑一定的條件下，使用能夠導致更大前進(jìn)距離的路由策略對于提高網(wǎng)絡(luò )容量有利。
評論