基于网络编码的无线Mesh网络协议的研究及优化

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无线网状网(Wireless Mesh Network,WMN)是一种基于多跳路由、对等网络技术的高容量、高速率的新型网络。WMN本质上属于Ad hoc网络,但相比Ad hoc网络,其用户终端的移动性较弱,一般作为因特网的“最后一公里”接入网。目前,WMN中常用的路由协议大多来自对Ad hoc网络路由协议的直接使用。这些协议由于最初是为快速移动的自组织网络所设计的,协议特性和Mesh网络的应用场景很不切合。其中,OLSR协议由于其基于跳数的寻路机制,当应用在WMN网络中,不能够良好的反映出网络中节点间传输性能的实际情况。同时由于采用MPR机制,在快速变化的环境中OLSR协议频繁选举MPR节点,导致网络开销过大、网络吞吐量降低以及传输时延增大等问题。本文针对OLSR协议存在的问题,提出一种基于路径质量选择的分布式路由算法,结合该算法设计媒介访问层快速网格网协议(Quick Mesh Protocol on MAC Layer,QMPML),为克服多跳拓扑对协议传输带宽造成的衰减问题,本文基于机会编码原理,将COPE方案应用到QMPML协议中,设计了QMPML-NC协议。本文针对OLSR协议基于跳数的选路机制,难以反映无线节点间链路传输情况,造成网络吞吐性能低下,提出了一种基于链路质量权值的路径选择策略,结合各节点的信号强度、运行状态本文引入影响因子,使协议在链路建立和传输时能更好的反映出网络中链路和节点的状态。基于该路由选择机制,重新设计了Hello包、邻居列表等关键结构,进而设计实现了改进的协议QMPML协议。该协议具有高带宽,低时延的特点。在开源嵌入式平台Openwrt上对两种协议进行对比测试,测试结果表明,改进的协议在吞吐量,时延等方面均有很大程度的提升。针对无线网络在多跳拓扑结构中传输带宽的衰减问题,本文结合网络编码技术和机会路由技术,提出了基于网络编码的协议QMPML-NC。首先研究了QMPML协议上编解码的可行性条件,提出了编码机会发现机制,随后本文设计出适用于该协议的编码数据包格式、编码机会发现机制、以及编解码传输过程,并在程序中进行实现。针对协议的吞吐量和时延性能,进行了实地测试和NS2平台上的仿真,结果表明,在小型网络和中型Mesh网络中,结合了网络编码技术的协议,吞吐量得到了进一步的提升。
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