对无线Mesh网络区域路由算法实现探讨

周征

摘要：当今关于Ad Hoc网络中的路由协议在无线Mesh网络中受到了广泛的使用，将其应用与无线Mesh网络环境中，由于Ad Hoc与无线Mesh的区别，这种直接的应用不可避免的会出现许多的问题，该文深入分析了将常规路由协议用于无线MESH网络时出现的诸多问题，从而对无线Mesh网络区域路由算法实现提出了相应的解决方法。

关键词：无线Mesh网络；算法实现；Ad Hoc路由协议

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）27-6314-02

Abstract： Today on the Ad Hoc network routing protocol has been widely used in wireless Mesh network， its application and the wireless Mesh network environment， because of the difference between the Ad Hoc and wireless Mesh applications directly， the inevitable will appear many problems， this paper deeply analyzes the conventional routing protocol for many problems the emergence of wireless MESH network， and proposed the corresponding solution for wireless Mesh network routing algorithm to realize regional.

Key words： wireless Mesh network； algorithm； Ad Hoc routing protocol

信息化技术的快速发展已经为无线网络的广泛使用提供了良好的使用环境，生活中人们对无线网的应用越来越普遍和重要，很多相关学者关于无线Mesh网络的研究也取得了一定的进步，该文也就是基于关于无线路由协议方面的视角对相关内容进行了探析，希望可以更加促进无线路由的更好的应用。

1 LB-AZRP的负载平衡路由算法

通常情况下，根据网络规模的不同采用的无线路由的协议是不同的，在针对规模比较大的网络环境中，因为需要传送、处理、加工信息量比较大的数据信息，很容易出现由于信息量大而出现信息阻塞现象，这就会对网络传送质量造成很大的阻碍，有时候还可能会造成整个网络的瘫痪，在解决这类大型网络信息运输高效的问题，为网络信息数据提供更好的运行环境，则关于找到一种那种能够自我适应和调节控制阻塞的无线路由协议对于整个无线网络的使用具有实践性的影响。

因此，我们提出了基于负载平衡的自适应区域路由协议LB-AZRP，其最大特点就在于在混合路由的基础上提出了自适应负载平衡机制，解决了拥塞问题。在LB-AZRP中，根据无线Mesh网络的网络结构和业务流特点，根据信息数据增加的数量、信息数据运输的通畅性以及尽量降低信息传送的频率，该文选择静止的Mesh路由器为区域中心节点，区域半径由该Mesh路由器根据自身负载平衡自适应控制。当路由器检测到可能发生拥塞时，该路由器根据负载平衡条件减小区域半径，即不再接收新的节点接入，同时该路由器向邻居MP节点广播过载信息，接收到过载信息警告的节点将按照发送节点不可达的错误类型进行处理，向下一跳由过载结构的前向节点运输过来的未成功的信息文件，再启动无线路由进行新一轮的信息发现、处理操作，从而实现信息数据能够在新的无线路由上进行运输、加工和处理，避免信息数据运输堵塞问题的出现。

根据下图1，节点A、B是静止的无线Mesh路由器，节点a、b、c、d是移动的Mesh客户端且都处于以A路由器为中心的广播区域内（大圆），当A路由器监测到其自身可能发生拥塞时，立即减小其广播区域半径，不再接收新节点的接入请求，同时将过载信息广播给的所有MP节点（此时只有B节点能收到该信息），B路由器收到消息后，立即按照A节点不可达进行处理，通知所有下一跳使用A节点的路由重新开始路由发现，至此，通过A节点的接入Internet的服务都通过路由器B转发至新的节点，A节点出来的服务请求仍通过B节点转发，通告该操作的进行，有效的避免了A节点部位信息数据传送阻塞问题的出现，达到网络承载的平衡。

根据上面的分析以及更新示意图所蕴含的信息，我们可以看出在解决负载平衡问题的算法操作方面，LB-AZRP路由协议在具体的实施过程中，需要注意以下方面：1） 检测阻塞情况；2） 拥塞的自适应控制；3） 随机路由选择；

2 LB-AZRP协议的仿真与性能分析

2.1 仿真系统概述

通过充分了解和应用现今已经广泛使用的网络仿真型软件OPNET Modeler10.0，无线Mesh网络路由协议的仿真就是根据OPNET Modeler10.0使用的性能以及仿真模块使用的特点，从而有针对性的规划和设计无线路由仿真模型，构建无线网络平台，同时在这个平台上模拟仿真相对而言比较传统的ZRP路由协议和我们提出的改进的混合路由协议——LB-AZRP路由协议，进而证明我们提出的路由协议LB-AZRP的优越性。

2.2 仿真操作过程

搭建基于无线Mesh网络的LB-AZRP路由协议网络仿真平台的目的是对采用LB-AZRP路由协议的无线Mesh网络的通信性能进行全面、深入地分析评估，对网络中涉及的技术参数进行讨论。该文中希望在该平台上进行以下两方面的仿真分析：

首先，如果在面对无线网络的节点出现静止现象时候，在无线Mesh网络路由项目环境下，要综合考虑没有改进之前的ZRP路由协议和AODV协议，同时也要考虑进行改进后的LB-AZRP路由协议在该环境中网络信息处理特点。

然后，如果在面对无线网络的节点出现低速移动（小于5m/s）现象的时候，在无线Mesh网络路由项目环境下，要综合考虑改进前的ZRP路由协议、AODV协议，同时也要考虑进行改进后的LB-AZRP路由协议在该环境中网络信息处理特点。

3 仿真实验和结果分析

无线Mesh网络分布采用传统的ZRP路由协议和在此基础上改进的LB-AZRP路由协议时的网络性能，从而确定改进的LB-AZRP路由协议是否比传统的ZRP路由协议更有优势以及更适合于无线Mesh网络环境。

仿真场景分为网络节点静止和网络节点慢速移动（速度小于5m/s）两种情况，仿真环境和参数设置和前面所述一致，将要搜集的统计量包括分组投递率、路由发现延迟时间、归一化路由开销。

3.1 网络节点静止时两种路由协议比较

本仿真实验的目的是比较当节点处于静止状态时，无线Mesh网络分别采用传统的ZRP路由协议和在此基础上改进的LB-AZRP路由协议在分组投递率、路由发现延迟时间、归一化路由开销这三个方面的网络性能。

从图2我们可以看出，各协议的分组投递率都随着客户端数目的增加而降低，但LBAZRP协议的分组投递率的值在节点数小于20时，由于STA节点信息需要通过MAP进行路由，因此略有差别，当信息节点数大于20时开始体现出本协议的优势，这是在进行发送业务客户端数量增加的情况时，根据无线路由信息通道中包含了很多的无线路由改进文件和无线路由请求及改进要求，也会在一定程度上出现广播风暴问题的出现，阻碍了无线网络中关键、有效数据信息的传播、加工、处理，造成协议的分组投递率出现了明显下降，而我们提出的LB-AZRP协议考虑了节点的负载，能绕过网络中的重负载节点，达到均衡负载的目的，降低了因负载过重导致的网络丢包的可能性，有效地改善了数据的分组投递成功率。

但是，随着网络节点传输半径的增加，LB-AZRR和ZRP、AODV协议的路由发现时间都在逐渐变大。这是因为当节点增多时，节点间路由查找的时间也会增大。但LBAZRP协议由于采用了固定位置的STA位置服务器进行一次查询，返回包使用事先建好的表驱动路由，在经过相关结果再一次进行处理后，就可以进行路由器的工作。因此，这种环境下的查询效率是要高于按需路由的请求速度的，而且随着节点数的增加，性能只是略有变化。

同时，随着负载的增大，各协议开始逐渐使用路由缓存的信息，网络开销率就会变得越来越小。在出现网络环境中信息承载量比较大的情况下，LB-AZRP协议的开销反而会有所增大，这是因为在发生拥塞的情况下，需要启动负载平衡自适应机制，这时整个网络中会出现用于路由控制的数据包，归一化路由开销率被提高，但仿真结果显示，开销仍维持在一个极低的稳定状态。

3.2 网络节点移动时两种路由协议比较

本仿真实验的目的是比较当节点处于慢速移动状态（速度小于5m/s）时，无线Mesh网络分别采用传统的ZRP路由协议和在此基础上改进的LB-AZRP路由协议时在分组投递率、路由发现延迟时间、归一化路由开销这三个方面的网络性能。

从仿真结果，我们可以得出，当网络节点慢速移动时，和网络节点静止时相比，性能有所下降，这是因为节点的移动性会带来控制数据包传送的增加以及丢包的概率增大等等问题，但LB-AZRP路由协议表现稳定，测试数据略有下降，几乎表现出了和网络节点静止时大概一致的趋势。

综上所述，无论是网络节点静止还是网络节点移动时，可以看出综合来看，ZRP和AODV的没有LB-AZRP协议高效信息处理的优势。在面对信息负载量比较大的情况下，LB-AZRP协议对信息数据传播、加工处理的优势是更加明显的，可见LBAZRP协议更适用于简单、高校的无线Mesh网络，并且可以在实践运用过程中，可以大量的节省花费成本和提高网络运行效率。

参考文献：

[1] 沈自伟.无线Mesh网络中的接入点部署与拓扑控制研究[D].成都：电子科技大学，2013.

[2] 李宁.无线mesh网络仿真设计与研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[3] 王梦莹.无线Mesh网络路由技术的改进研究[D].南京：南京邮电大学，2013.