多信道无线Mesh网络中一种改进的DSDV路由算法

唐建清 邹国霞

摘要：本文针对无线Mesh网络主干网部署变动少的特性，设计了多信道无线Mesh网络中DSDV路由算法，利用OMNeT++5.3对DSDV路由原算法和改进后算法进行仿真对比，在仿真时间、消息数量、网络传输参数相同情况下，主要从丢包数量情况进行统计，仿真结果证明当消息都发往同一个地址时，算法改进前后没有太大差别，当消息发往全网任意一个地址时，改进后的多信道DSDV算法丢包量明显少于改进前的DSDV算法，而且在同等条件下，消息缓存容量大的丢包量会明显减少。

关键词：Mesh;DSDV路由;多信道;丢包量

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0122-03

0 引言

无线Mesh网络（Wireless Mesh Network，WMN）骨干网络节点基本静止并且节点没有能量限制，因此无线Mesh网络与移动Ad hoc网络（Mobile Ad hoc Network，MANET）与无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）有所不同，造成MANET和WSN中的路由技术无法直接应用于WMN，为此研究者提出了很多WMN路由协议。比如文献[1]基于物理信道质量、流间和流内干扰的影响提出了EPBW（Expected Path Bandwidth），并在EPBW基础上设计了一种分布式路由协议EPBWR（Expected Path Bandwidth Routing），在吞吐量和网络的动态性的适应方面进行了仿真。文献[2]提出了RHCA（Routing based on Hybrid Channel Assignment，RHCA），该算法是针对多射频多信道的一种分布式路由算法。主要考虑网络负载及节点位置实时变化等实际场景。

针对DSDV路由协议改进并应用于无线Mesh网络只搜索到文献[3]，其他大部分是DSDV路由在无线Mesh网络中的应用或几种路由仿真分析，如文献[4-5]。其中文献[3]基于DSDV提出了一种跨层路由设计方案，并从吞吐量，延时方面进行了仿真，仿真结果表明方案改进很好，但是由于增加了跨层功能，所以路由算法实现优点复杂。本文将从丢包率和多信道方面改进DSDV路由算法。

1 经典DSDV路由算法

WMN骨干网络节点基本静止并且节点没有能量限制[1]。本文主要考虑网络拓扑变化不大的Mesh网络，因此采用表驱动协议，而在表驱动协议中，DSDV（Destination-Sequenced Distance-Vector ）路由是比较经典而且执行效率高的协议。

DSDV路由协议中，每个节点保存一个路由表，路由表维护着本节点到网络内部所有可达目的节点的路由。路由表条目（目的节点IP，目的节点序列号，距离目的节点的路由跳数）中的节点序列号更新基于以下原则：当一个节点同时接收到多个不同序列号更新时，首选路由为序列号大的路由，序列号相同时，首选路由为跳数少的路由[4]。

2 用于多信道的改进DSDV算法

2.1 多信道

早期的无线Mesh网络是基于单信道的，在单信道无线Mesh网络中，会出现“饥饿”现象，即当跳数大于4跳以上，节点吞吐量为0。这样就容易造成节点响应不公平和系统吞吐量小的问题。现在Mesh 路由器多采用多射频多信道技术，可以有效减少碰撞和干扰，通过同时在不同信道上通信，可以提高响应速度和提升系统性能[7]。

多信道是将信道频率带宽分割成若干个更窄的子信道频率带宽，为了能够在不同的子信道上同时传输数据，邻近的无线路由器需要工作在互不重叠的信道，如此可有效避免信道重叠造成的相互干扰。例如IEEE 802.16a工作于2～11GHz的公开波段，2.4G频段的工作频率为2.4-2.4835GHz，将83.5MHz频带划分为13个子信道，各子信道中心频率相差5MHz，向下向上分别扩展11MHz，信道带宽22MHz，相近无线路由器应选择互不重叠的信道工作，如（1、6、11），（1、7、13），最多可用的正交信道为3条[8]。

2.2 改进算法思想

本文主要针对无线Mesh网络的骨干网，网络中每个节点具有多个射频通信接口，采用静态信道分配，依据具体的网络规模以及节点间的逻辑连接关系，对每条逻辑无线链路进行信道分配。这样Mesh网络中每个节点就有多个逻辑无线链路。设计的改进DSDV算法中，每个节点需要维护一个路由表，路由表条目为：（目的节点IP，转发的逻辑无限链路编号，目的节点序列号，距离目的节点的路由跳数）其中“转发的逻辑无限链路编号”决定了数据的流向，数据从哪一个信道进行传输。当有n个信道时，就相当于有n个数据流向。这样会大大提高网络的利用效率。

3 改进算法性能仿真

3.1 逻辑网络拓扑图（图1）

网络采用3*9个节点，每个节点有四个信道，网络延迟0.1ms， 数据传输率1Gbps。包大小4096 bytes。

3.2 仿真结果对比

3.2.1 消息队列缓存为20时，网络丢包情况对比

（1）当包都发往节点0时如图2，图3。

（2）当目的地址为网络中任意节点时如图4，图5。

3.2.2 队列缓存为5个消息时

（1）目的地址为0节点如图6，图7。

（2）目的为任意地址如图8，图9。

4 仿真结果分析

上图中Mesh表示原始的DSDV路由算法，Mesh_ DSDV表示改进的DSDV路由算法。

当缓存为20时，图2和图3可以看出由于都往节点发送信息，因此造成了瓶颈，改进前后差别不多;图4和图5可以看出，当目的地址为任意节点时，改进后的算法丢包数量非常少，相对于原始DSDV路由网络性能安全很多。

当缓存为5时，图6和图7由于目的节点固定一个，所以改进前后差别不大;图8和图9可以看出，当目的地址为任意节点时，改进后的算法丢包数量相对于原始DSDV路由减少很多。

在不同缓存下，同样的算法性能也会不同，缓存小时网络丢包量比较多。

5 结语

根据多信道原理，对DSDV算法进行改进，通过在原DSDV算法基础上增加逻辑无限链路编号信息，采用OMNeT++5.3仿真，从改变缓存大小方面进行测试原DSDV和改进DSDV的丢包情况，仿真结果表明，无论在那种缓存情况下，改进DSDV路由性能比原DSDV要好，同时缓存越大网络丢包情况越少。

参考文献

[1] 邓晓衡，刘强，李旭，陈志刚.链路质量与负载敏感的无线Mesh网络路由协议[J].计算机学报，2013，36（10）：2109-2118.

[2] 钟朗，李广军，杨学敏，杨云乐.无线Mesh网络中一种分布式路由方案[J].电子技术应用，2015，41（7）：81-84.

[3] 张博，罗卫，贾方.基于DSDV的无线Mesh网络跨层路由设计[J].计算机工程，2009，35（5）：91-93.

[4] 潘丽君，李厚民.战术分队网络中DSDV与AODV协议应用仿真[J].系统仿真学报，2014，26（10）：2476-2480+2485.

[5] 陳珊珊，姚善化.矿灾管理系统中DADV与AODV协议的仿真对比[J].煤矿安全，2013，44（5）：120-122.

[6] 裴廷睿，曾文丽，张朝霞.基于无线Mesh网络的路由协议性能比较分析[J].湘潭大学自然科学学报，2009，31（4）：115-119.

[7] 王继红，石文孝，李玉信.无线Mesh网络部分重叠信道分配综述[J].通信学报，2014，35（5）：141-154.

[8] 魏振春，吴亚伟，张本宏.一种用于多信道无线Mesh网络的信道分配方法[J].电子测量与仪器学报，2015，29（8）：1144-1150.