CN102209361A

CN102209361A - 基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法

Info

Publication number: CN102209361A
Application number: CN2011101292446A
Authority: CN
Inventors: 葛卫民; 王聪; 李鹏
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明属于无线网络通信技术领域，涉及一种基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，包括下列步骤：(1)端设备确定哪些MAP可供STA选择接入；(2)估算端设备接入各个MAP的链路成本，公式为：

其中，E_n，i是数据包的错误率，s为数据包的大小，λ_i表示的是信道的空闲率，r_n，i则是数据包的传输速度；(2)选择链路成本最小的MAP接入。本发明可以提高无线Mesh网络端到端的性能，应用前景看好。

Description

基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法

技术领域

本发明总体上涉及无线网络通信技术领域，更具体地涉及无线Mesh网络中，为端设备选择一个最优MAP的策略。

背景技术

无线Mesh网络是一种新型的无线网络技术，即一种高容量、高速率的分布式网络，它不同于传统的无线网络，可以看成是无线局域网和移动Ad-hoc网络的融合，且发挥了两者的优势，是因特网的无线版本。

无线Mesh网络中大量的数据流都是Mesh终端与网关之间的数据通信，因此改进无线Mesh网络端到端的性能已经成为无线Mesh网络研究领域的一个热点问题，而通过为端设备选择性能较优的MAP，是有效改进端到端性能的一种方法。

当前使用最广泛的MAP选择策略是基于RSSI(Received Signal Strength Indicator)值的，端设备选择RSSI值最大的MAP进行接入。但是这种MAP选择策略并没有考虑端设备之间的竞争、端设备与MAP之间链路状况等因素，也没有考虑MAP的当前负载的情况，会造成一些MAP的负载过重，而另外一些RSSI值较小的MAP则较为空闲，不能够有效的利用网络资源，影响网络的性能。此外，无线Mesh网络的MAP需要通过无线多跳骨干网将端设备的数据转发到网关，使端设备能够与外部网络进行通信。因此，在为端设备选择MAP时，不但要考虑端设备与MAP之间的链路状况，而且还需要考虑MAP与网关之间的路径质量。当前的一些MAP选择策略往往忽略了后者，影响了网络的性能。

LAETT选择策略是考虑MAP的实时负载。在考虑MAP当前负载情况下，通过计算成功将数据包发送到MAP的时间，选择最优MAP，当探测到某个可接入的MAPi后，估算当前STAn接入MAPi的时间LAETTn，i由公式1得到。

LAETTn, i = \frac{s}{{EBR}_{n, i}}

公式1

其中，s为测试包的大小。EBRn，i表示的是STAn接入MAPi所期望获得的吞吐量的情况。

LAETT策略考虑接入MAP的当前负载以及端设备竞争的情况，根据当前的负载以及链路状况选择最优MAP，从而改进网络端到端的性能。但是LAETT的选择策略在考虑相邻MAP的接入接口工作于同一信道的时候，该方法则存在一些问题。如图一，MAP2和MAP3的接入接口是工作于同一信道的，如果当前MAP3的负载情况十分严重，这样即使STA0选择了接入成本较小的MAP2，但是由于与MAP3相连接的STAs会占用信道，因此STA0选择的MAP2可能并不是最优MAP。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，来有效的改进无线Mesh网络端到端的性能。该方法通过使用基于信道的负载探测以及同时考虑链路质量和数据传输速度来选择最优MAP接入。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，包括下列步骤：

1)当前STA确定哪些MAP可供STA选择接入；

2)设当前STA为STAn，其探测到的某个可接入的MAP为MAPi，根据下列公式估算当前STAn接入MAPi的链路成本链路成本ENLAETTn，i：

其中，E_n，i是数据包的错误率，s为数据包的大小，λ_i表示的是信道的空闲率，r_n，i则是数据包的传输速度，信道的空闲率λ_i由时间t内的信道空闲率λ_t得到，计算公式为：λ_t＝(1-p)λ_t-1+pλ，其中，λ_t和λ_t-1分别代表MAPi在t和t-1时间段信道的平均空闲率，λ是当前探测间隔内的信道空闲率，p是当前探测的信道空闲率所占的权重，取值范围是(0，1)；

3)按照上述方法计算所有当前STA可选MAP的链路成本，选择链路成本最小的MAP接入。

作为优选实施方式，步骤1)中，STA通过载波侦听来探测信道的空闲情况，以确定哪些MAP可供STA选择接入；STA周期性的发送探测请求帧，当STA计算得到的新的MAP的接入链路成本＜α×当前连接的MAP接入成本时，端设备才选择新的MAP进行连接，其中，α为一个预先设定的阈值，取值范围为70-90％。

本发明是一种基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，具有下列优点：

●计算方便

本算法中，链路成本算法的需要数据很容易获取，便于计算比较，可以选择最优的MAP值

●性能提升

通过计算链路成本来选择最优MAP，此方案可以很好地适应网络状况的变化，吞吐量能够比采用传统基于RSSI值的MAP选择策略提高60％左右，并且网络端到端的延迟也有明显下降。为提高无线Mesh网络的性能，进一步扩展其应用有参考价值。

附图说明

图1无线Mesh网络的MAP选择示意图。

图2MAP选择算法流程图。

具体实施方式

本发明的无线Mesh网络中基于STA与MAP之间链路通信成本估算的MAP选择方法，主要包括下列几个步骤：STA周围可用MAP的探测方法、STA与MAP之间的接入链路通信成本计算方法和优化的MAP选择算法。本发明通过综合考虑基于信道的负载、链路质量和数据传输速度三个部分来计算STA与备选MAP之间的接入链路成本，为STA选择接入链路成本最少的MAP进行接入提供依据。具体过程如下：

1)接入策略采取基于信道的探测负载的方法，STA通过载波侦听来探测信道的空闲情况，以确定哪些MAP可供STA选择接入。

2)当探测到某个可接入的MAPi后，估算当前STAn接入MAPi的链路质量(链路成本)。

链路成本ENLAETTn，i根据(公式2)计算。

ENLAETTn, i = \frac{s}{(1 - E_{n, i}) λ_{i} r_{n, i}}

(公式2)

其中E_n，i是数据包的错误率，s为数据包的大小，λ_i表示的是信道的空闲率，r_n，i则是数据包的传输速度。

公式1中时间t内的信道空闲率λ_t的值是通过公式3来计算的。

λ_t＝(1-p)λ_t-1+pλ(公式3)

其中，λ_t和λ_t-1分别代表MAPi在t和t-1时间段信道的平均空闲率。λ是当前探测间隔内的信道空闲率，p是当前探测的信道空闲率所占的权重，取值范围是(0，1)。

为使本发明的目的、实现方案和优点更为清晰，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

无线Mesh网络如图1所示。其中，MAP2和MAP3的STA接入接口工作于同一信道，MAP1与MAP2、MAP3的接入接口工作信道不同。MAP1与STA1、SAT2相连接，MAP2只与STA3相连接，而MAP3连接了5个STA。此时，新的端设备SAT0要求接入无线Mesh网络，它同时在MAP1和MAP2的覆盖范围内。按照权利要求书发明的策略的来探测信道的空闲情况。在图1中，MAP2和MAP3探测的信道空闲率是相同的，是共同信道的实时负载情况。可以得到MAP1和MAP2的空闲率，再计算接入链路成本，即可以为STA0选择最优MAP接入。

图2是STA选择MAP的流程图。STA接入无线Mesh网络时，首先发送探测请求帧，范围内的MAP对其做出响应，发送探测回应帧，其中包含了该MAP到其选择的网关的成本信息，当前MAP的负载情况等信息。STA等待一段时间，以便接收范围内的MAP的回应信息。如果范围内没有MAP对其作出相应，则再隔固定的周期重新发送探测请求帧。如果范围内只有一个MAP对其发送探测回应帧，则选择该MAP接入。如果有多个MAP对其发送探测回应帧，则首先根据回应帧的信号强度，计算出误码率。然后根据自己的链路速度、误码率以及探测回应帧中的负载信息计算STA到MAP间的链路成本，再根据探测回应帧中的MAP到网关的路径成本计算总的接入成本。比较范围内的MAP的总的接入成本，选择总接入成本最小的MAP接入。当网络变化时，为了使选择的MAP始终为性能最优MAP，STA需要周期性的发送探测请求帧。为了避免STA选择最优MAP引起的抖动，当STA计算得到的新的MAP(候选MAP)的接入链路成本＜α×当前连接的MAP接入成本时，端设备才选择新的MAP进行连接，其中，α为一个预先设定的阈值，由经验值决定，本发明经过测试，取70-90％。

Claims

1.一种基于链路成本的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，包括下列步骤：

1)当前STA确定哪些MAP可供STA选择接入；

2.根据权利要求1所述的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，其特征在于，步骤1)中，STA通过载波侦听来探测信道的空闲情况，以确定哪些MAP可供STA选择接入。

3.根据权利要求1所述的无线Mesh网络中端设备选择MAP的方法，其特征在于，STA周期性的发送探测请求帧，当STA计算得到的新的MAP的接入链路成本＜α×当前连接的MAP接入成本时，端设备才选择新的MAP进行连接，其中，α为一个预先设定的阈值，取值范围为70-90％。