基于IEEE802.11s的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議研究（二）

2.4 HWMP協(xié)議的樹(shù)型路由

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

(1)先驗式樹(shù)型路由

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

(2)按需樹(shù)型路由

該方式通過(guò)RANN消息實(shí)現，即HWMP注冊標志位已注冊，如圖9所示。在拓撲形成過(guò)程中，首先根節點(diǎn)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(gè)MP記錄根節點(diǎn)的信息，同時(shí)，向根MP發(fā)送一個(gè)單播的PREQ 消息，根MP會(huì )發(fā)送一個(gè)PREP消息響應接收到的PREQ消息，從而由根節點(diǎn)建立樹(shù)型路由。

無(wú)論是先驗式樹(shù)型路由還是按需樹(shù)型路由，被選為根節點(diǎn)的MP要周期性地發(fā)送PREQ或RANN以維護和更新樹(shù)。一旦MP選擇了到根節點(diǎn)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(lái)維護這條路徑。只要當前父節點(diǎn)不能提供最優(yōu)路徑，MP將根據在根節點(diǎn)上配置的策略切換到另一個(gè)父節點(diǎn)。

如果當前父路徑丟失，MP 立刻廣播拓撲PREQ 并沿著(zhù)這個(gè)拓撲發(fā)送PRER,使任何包含這條鏈路按需路由的節點(diǎn)能夠從路由表中刪除這個(gè)表項。如果在一個(gè)時(shí)間間隔內沒(méi)有找到另一個(gè)有到根節點(diǎn)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(shí)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(shí)度量總和最小的路徑為最優(yōu)路徑。

鏈路的空時(shí)損耗ATC(Airtime Cost)Ca 為：

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

2.6 ATCn改進(jìn)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(shí)現和交互的難度。該度量機制考慮的是傳輸速率與信道質(zhì)量。但是，鏈路質(zhì)量好壞直接影響著(zhù)路徑的選擇，其也是路由判據中需要考慮的重要因素。在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的ALM判據基礎上，增加鏈路質(zhì)量作為路由判據，可得到式(2)。

鏈路的空時(shí)損耗ATCn(Airtime Cost)Cap 為：

3 HWMP 仿真場(chǎng)景及實(shí)驗結果

本文采用NS 仿真軟件構建無(wú)線(xiàn)Mesh 網(wǎng)絡(luò )的仿真平臺，對基于A(yíng)TC度量機制的HWMP協(xié)議和ATCn度量機制的HWMP協(xié)議進(jìn)行對比分析驗證。

實(shí)驗環(huán)境：在1 000 m×1 000 m范圍內，產(chǎn)生5個(gè)固定節點(diǎn)、30個(gè)節點(diǎn)的隨機拓撲。以Random Waypoint模型仿真移動(dòng)節點(diǎn)的固定速率隨機移動(dòng)。節點(diǎn)配置single-radio單接口，傳輸協(xié)議采用UDP.

仿真參數的設置見(jiàn)表1.

端到端平均時(shí)延，是指所有成功傳遞的分組的接收時(shí)間和發(fā)送時(shí)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(shí)延較小?；阪溌焚|(zhì)量的路由判據減少了平均端到端時(shí)延。