導(dǎo)語：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要無線mesh網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的協(xié)議主要是TCP協(xié)議。應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)方法是將傳統(tǒng)的端對端TCP連接分成一些短小的連接，它應(yīng)用在有線網(wǎng)絡(luò)中以提高TCP的性能。本文介紹了在無線mesh網(wǎng)中的應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)方法并在本網(wǎng)絡(luò)中測試了TCP的性能。通過這種方法，無線網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)具有更高的獨(dú)立性并且往返時(shí)間RTT也大大縮短。然而，轉(zhuǎn)發(fā)也增加了網(wǎng)絡(luò)的競爭，為了減少這種競爭，引進(jìn)了一個(gè)簡單的調(diào)度進(jìn)程來增進(jìn)節(jié)點(diǎn)間的合作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在4跳的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用調(diào)度機(jī)制能提高將近50％的網(wǎng)絡(luò)性能。

關(guān)鍵詞無線mesh網(wǎng)；TCP；應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)

引言

TCP協(xié)議的性能隨著路徑的增加而迅速降低。TCP的設(shè)計(jì)原理是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，它會(huì)很快的退避到發(fā)送者那里，使之降低發(fā)送率，但仍不可避免分組丟失。在WMN中，分組丟失不僅和網(wǎng)絡(luò)擁塞有關(guān)，還與斷路有關(guān)。盡管鏈路層提供一種重傳機(jī)制來減少斷路率，但是斷路率還是明顯高于有線網(wǎng)絡(luò)。

1TCP轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)描述

1.1應(yīng)用層TCP轉(zhuǎn)發(fā)

有線網(wǎng)絡(luò)首先提出了應(yīng)用層TCP轉(zhuǎn)發(fā)，它是通過用多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)按序轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)來把一個(gè)長距離的TCP連接分割成若干個(gè)小部分。當(dāng)收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的分組時(shí)，第一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)就立刻給源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)分組（ACK）。然后該節(jié)點(diǎn)就將本地副本轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在該條鏈路上，發(fā)送者必要時(shí)要重傳TCP。與有線網(wǎng)絡(luò)相似的是，在WMN中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)可以配置轉(zhuǎn)發(fā)功能。在TCP轉(zhuǎn)發(fā)中采用了一種簡單的方法，對于源節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)只要能發(fā)送數(shù)據(jù)它們就發(fā)送。換句話說，它們之間并沒有相互協(xié)作。

1.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我們的研究主要是針對線性鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即一個(gè)n跳的WMN有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)和n條鏈路。令N={0,…,n}代表節(jié)點(diǎn)數(shù)組，節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i之間的鏈路為鏈路i，令I(lǐng)=（1,…,n）代表鏈路數(shù)組。我們假設(shè)：節(jié)點(diǎn)i（）的位置處在只有它的鄰結(jié)點(diǎn)i－1和i＋1在它的傳輸范圍內(nèi)。節(jié)點(diǎn)i在節(jié)點(diǎn)i－2和節(jié)點(diǎn)i＋2的傳輸范圍以外，因此它不能偵聽到它們發(fā)出的信息。因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)i＋2同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，在節(jié)點(diǎn)i＋1不可避免的發(fā)生沖突。同樣，節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)i－2同時(shí)傳送，在節(jié)點(diǎn)i－1就會(huì)發(fā)生碰撞。我們定義節(jié)點(diǎn)i＋2和節(jié)點(diǎn)i－2為節(jié)點(diǎn)i的隱藏節(jié)點(diǎn)。

1.3測試環(huán)境

我們的測試環(huán)境包括5臺筆記本電腦節(jié)點(diǎn)來傳送TCP流，另外5臺筆記本電腦節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)偵聽鏈路層的活動(dòng)。我們設(shè)定前5個(gè)節(jié)點(diǎn)作為mesh節(jié)點(diǎn)，后5個(gè)作為檢測節(jié)點(diǎn)。5個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)擺放在mesh節(jié)點(diǎn)的后面。每個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行OmniPeek來存儲鏈路層活動(dòng)。

TCP測試程序TTCP運(yùn)行在源節(jié)點(diǎn)0和目的節(jié)點(diǎn)4，該程序在給定的時(shí)間內(nèi)不斷地從源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳送TCP流。在目的節(jié)點(diǎn)，TTCP從TCP緩存不斷讀取數(shù)據(jù)。每個(gè)TCP連接的持續(xù)時(shí)間為1分鐘，1分鐘足可以克服系統(tǒng)啟動(dòng)所造成的影響。每組試驗(yàn)做10次，最后報(bào)告的是平均值。

1.4轉(zhuǎn)發(fā)的好處

我們對有轉(zhuǎn)發(fā)和無轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的TCP性能進(jìn)行了比較。比較重要的性能指標(biāo)是TCP實(shí)際吞吐量G。表1是對上述兩種系統(tǒng)的比較結(jié)果。與我們預(yù)計(jì)的不一樣的是，加進(jìn)了轉(zhuǎn)發(fā)功能，性能并沒有得到顯著提高。2建模

假設(shè)節(jié)點(diǎn)i以參數(shù)為的泊松分布發(fā)送數(shù)據(jù)，為節(jié)點(diǎn)i的ACK分組的發(fā)送率。定義節(jié)點(diǎn)i的分組到達(dá)率為。用這些變量，我們將鏈路層數(shù)據(jù)分組（ACK分組）的分組丟失概率（）分為3個(gè)部分：

1）信道分組丟失概率：由于鏈路錯(cuò)誤造成的平均分組丟失率。用和分別表示數(shù)據(jù)分組和ACK分組的信道分組丟失率。

2）沖突概率：分組丟失概率與鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸沖突有關(guān)。

3）隱藏節(jié)點(diǎn)丟失概率：由于兩個(gè)隱藏節(jié)點(diǎn)互相不能感知到對方的活動(dòng)，他們的傳輸就會(huì)發(fā)生沖突致使鏈路層發(fā)生分組丟失。因此我們設(shè)數(shù)據(jù)分組和ACK分組的分組丟失概率分別為和。

因此我們得到鏈路層的分組丟失概率和為：

（1）

若沒有轉(zhuǎn)發(fā)，那么就會(huì)有一個(gè)流約束：

（2）

給定分組錯(cuò)誤率，到達(dá)率如下：

（3）

所以節(jié)點(diǎn)傳輸率如下：

（4）

若有轉(zhuǎn)發(fā)，在并且所有的相同的情況下，實(shí)際吞吐。

在穩(wěn)定的狀態(tài)下，所有的TCP的實(shí)際吞吐量都相同：

（5）

比較（4）和（5），我們得出：。所以，若有轉(zhuǎn)發(fā)，那么轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)具有更高的發(fā)送率。

模型顯示，一旦具有了轉(zhuǎn)發(fā)功能，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)就試著以比沒有轉(zhuǎn)發(fā)功能時(shí)高的速率傳輸數(shù)據(jù)。盡管它使吞吐量增加了，它同時(shí)也增大了隱藏節(jié)點(diǎn)的影響和鏈路的分組丟失率，因此TCP性能不能明顯的提高。

3簡單調(diào)度機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

前面的部分我們分析了在WMN中轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)致低性能的原因。本部分介紹一種簡單的調(diào)度機(jī)制，該機(jī)制可以顯著提高吞吐量。

第一步，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送M個(gè)分組給轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)1。然后，節(jié)點(diǎn)1設(shè)置它的接收窗口為0以阻止從源節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的任何信息。接著，節(jié)點(diǎn)1開始向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送數(shù)據(jù)，由于只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，所以能達(dá)到最好的速率，沒有延時(shí)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)1發(fā)送完畢，它仍處在“拒絕接收”狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候節(jié)點(diǎn)2開始向節(jié)點(diǎn)3發(fā)送數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)2發(fā)送完數(shù)據(jù)后，就轉(zhuǎn)為“拒絕接收”狀態(tài)，然后就會(huì)發(fā)送一個(gè)“釋放信號”給節(jié)點(diǎn)1，節(jié)點(diǎn)1收到后，就從“拒絕接收”狀態(tài)釋放出來，這時(shí)源節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)3都開始發(fā)送數(shù)據(jù)。最后，節(jié)點(diǎn)2通過節(jié)點(diǎn)3發(fā)送的“釋放信號”跳出“拒絕接收”狀態(tài)，由于節(jié)點(diǎn)3是最后一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)它發(fā)送完M個(gè)分組給目的節(jié)點(diǎn)后，它自行從“拒絕接收”狀態(tài)中釋放出來。這時(shí)，所有的節(jié)點(diǎn)都在同樣的狀態(tài)。這個(gè)過程循環(huán)不斷的進(jìn)行，直到源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

通過這個(gè)簡單的調(diào)度算法，網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到最大的并行傳輸量，而鄰節(jié)點(diǎn)間沒有任何競爭。令表示鏈路i的實(shí)際吞吐量，i=1，2，3或4。我們假設(shè)傳送釋放信號時(shí)沒有沖突，則總的網(wǎng)絡(luò)吞吐量為：

（6）

其中，D是每個(gè)發(fā)往下一節(jié)點(diǎn)的分組的大小，S是釋放信號的長度。

表2比較了下列三個(gè)系統(tǒng)的性能：不帶轉(zhuǎn)發(fā)功能的系統(tǒng)，帶轉(zhuǎn)發(fā)功能但沒有調(diào)度算法的系統(tǒng)，既有轉(zhuǎn)發(fā)又有調(diào)度算法的系統(tǒng)。毫無疑問，既有轉(zhuǎn)發(fā)又有調(diào)度算法的系統(tǒng)的性能最好。

4總結(jié)

本文，我們首先對線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)方法進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，該方法可以提高吞吐量，但由于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)互相獨(dú)立，它也增加了鏈路之間的競爭。為了減小這種競爭，提出了一種調(diào)度算法來協(xié)調(diào)各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的工作。在MWMN中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該模型在4跳的網(wǎng)絡(luò)中能提高將近50%的性能。

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