姜臘林，李琦沁，熊兵

長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004

數(shù)據(jù)流干擾感知路由判據(jù)的研究

姜臘林，李琦沁，熊兵

長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004

1 引言

無(wú)線Mesh網(wǎng)作為融合了移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)及無(wú)線寬帶接入網(wǎng)的新型寬帶無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，被視為解決無(wú)線接入“最后一公里”瓶頸問(wèn)題的新方案[1]。由于其客戶節(jié)點(diǎn)不僅具有普通終端接入功能，還具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。因此，路由協(xié)議是無(wú)線Mesh網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，而作為路由選擇的度量標(biāo)準(zhǔn)，路由判據(jù)是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。

路由判據(jù)考慮的因素不同，其路由選擇的性能也有所差異。為了使路由選擇能具有良好的性能，需保證其所使用的路由判據(jù)能全面合理地考慮到衡量路徑性能的主要參數(shù)，如：路徑長(zhǎng)度、丟包率、信道帶寬、數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾、數(shù)據(jù)流間干擾等因素[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)線Mesh網(wǎng)路由判據(jù)已開(kāi)展了不少研究工作。典型的路由判據(jù)有最小跳數(shù)（Hop Count，HOP）、期望傳輸次數(shù)（Expected Τransmission Count，EΤX）[3]、期望傳輸時(shí)間（Expected Τransmission Τime，EΤΤ）[4]、加權(quán)累計(jì)傳輸時(shí)間（Weighted Cumulative Expected Τransmission Τime，WCEΤΤ）[4]、干擾鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)（Interferer Neighbors Count，INX）[5]及干擾和信道轉(zhuǎn)換度量（Metric of Interference and Channel-switching，MIC）[6]等。其中：HOP以路徑長(zhǎng)短為路由選擇度量，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但沒(méi)有考慮到更多的網(wǎng)絡(luò)因素，且由于無(wú)線Mesh網(wǎng)中客戶節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不十分穩(wěn)定，因此，HOP并不太適用于無(wú)線Mesh網(wǎng)。EΤX通過(guò)定時(shí)發(fā)送廣播包，探測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化及鏈路丟包率，但由于廣播包的大小、傳輸速率與實(shí)際所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包不盡相同，因此其所探測(cè)的丟包率情況并不一定適用于實(shí)際傳輸。EΤΤ在綜合鏈路丟包率、數(shù)據(jù)包大小和信道帶寬三者的情況下，通過(guò)選擇一條所需傳輸時(shí)間最短的路徑來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但其并未考慮到數(shù)據(jù)流的干擾問(wèn)題。WCEΤΤ在EΤΤ的基礎(chǔ)上，對(duì)多跳路徑中信道的使用情況進(jìn)行了考量，通過(guò)選擇信道使用多樣化的路徑，降低了傳輸所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，相較之前的路由判據(jù)，更適用于多射頻多信道的無(wú)線Mesh網(wǎng)。但WCEΤΤ并沒(méi)有考慮到鄰鏈路的干擾問(wèn)題。INX在EΤΤ的基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)點(diǎn)信號(hào)射頻范圍內(nèi)，同時(shí)采用同信道進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的傳輸速率進(jìn)行了捕捉，通過(guò)選擇一條帶寬競(jìng)爭(zhēng)最小的路徑，降低了數(shù)據(jù)流間干擾，但該判據(jù)卻忽略了數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾的問(wèn)題。MIC通過(guò)捕捉無(wú)線信道的共享性，充分利用了多射頻多信道節(jié)點(diǎn)的其他可用資源。但該判據(jù)認(rèn)為路徑中所有將受到干擾的節(jié)點(diǎn)均會(huì)受到干擾，無(wú)論它們是否在使用同信道同時(shí)進(jìn)行通信。

無(wú)論數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，還是數(shù)據(jù)流間干擾，均嚴(yán)重影響節(jié)點(diǎn)的承載能力，從而影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量[2]。因此，在進(jìn)行路由選擇時(shí)，路由判據(jù)須全面考慮路徑的干擾問(wèn)題，本文即提出了一種同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾的數(shù)據(jù)流干擾感知（Flow Interference Aware，F(xiàn)IA）路由判據(jù)，以提高路由選擇的性能。

2 數(shù)據(jù)流干擾分析

2.1 數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中，若相鄰兩節(jié)點(diǎn)采用同一信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將由于兩節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)均在彼此射頻范圍之內(nèi)，造成同一數(shù)據(jù)流彼此爭(zhēng)搶信道帶寬，而產(chǎn)生數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，如圖1（a）所示。相反，如果兩節(jié)點(diǎn)采用不同信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則不存在數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，如圖1（b）所示。因此，為減小數(shù)據(jù)流在傳輸過(guò)程中自身所產(chǎn)生的干擾問(wèn)題，在路由選擇時(shí)應(yīng)盡可能避免相鄰兩節(jié)點(diǎn)使用同一信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所以，路由判據(jù)在度量傳輸路徑時(shí)須對(duì)信道的使用情況進(jìn)行考量。

圖1 數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾示例

2.2 數(shù)據(jù)流間干擾

數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，除了自身存在干擾問(wèn)題外，其他數(shù)據(jù)流也可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾。當(dāng)傳輸路徑中某一節(jié)點(diǎn)的信號(hào)射頻范圍內(nèi)存在其他節(jié)點(diǎn)也在使用同信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，將會(huì)造成兩節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)搶信道帶寬，而產(chǎn)生數(shù)據(jù)流間干擾，如圖2（a）所示。當(dāng)所選路徑的節(jié)點(diǎn)信號(hào)射頻范圍內(nèi)，沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)使用同信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則不存在數(shù)據(jù)流間干擾，如圖2（b）所示。因此，為降低數(shù)據(jù)流間干擾，路由判據(jù)須對(duì)路徑的鄰鏈路干擾情況進(jìn)行考量。

圖2 數(shù)據(jù)流間干擾示例

3 數(shù)據(jù)流干擾感知路由判據(jù)FIA的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析可知：在路由選擇時(shí)，避免相鄰節(jié)點(diǎn)使用同信道進(jìn)行傳輸，可消除數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾；選擇鄰鏈路干擾情況較輕的路徑，可降低數(shù)據(jù)流間干擾。因此，設(shè)計(jì)試圖將兩者結(jié)合起來(lái)度量路徑性能的路由判據(jù)FIA，以全面考慮數(shù)據(jù)流的干擾問(wèn)題。

FIA整體設(shè)計(jì)思路：首先以信道為單位，對(duì)路徑中每一跳的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)行捕捉，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)流間干擾的度量。再比較路徑中各信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和，綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾。最后引入路徑的期望傳輸時(shí)間，對(duì)路徑的傳輸延時(shí)和受干擾情況進(jìn)行均衡考量。

3.1 數(shù)據(jù)流間干擾的考量

通過(guò)對(duì)路徑中每一跳所用信道的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量的捕捉，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)流間干擾的考量?；舅悸罚海?）針對(duì)每一信道，獲取路徑中采用該信道的每一跳。對(duì)于每一跳，分別計(jì)算其期望傳輸時(shí)間與其所有干擾鄰鏈路的傳輸速率總和，以捕捉路徑中在這一跳使用該信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量，掌握該跳的鄰鏈路帶寬競(jìng)爭(zhēng)大小。（2）通過(guò)對(duì)路徑中采用同信道進(jìn)行傳輸?shù)乃刑蔚母蓴_鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量的考量，掌握路徑中采用各信道進(jìn)行傳輸時(shí)的鄰鏈路帶寬競(jìng)爭(zhēng)總體情況。

3.2 數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾的考量

若路徑中相鄰兩節(jié)點(diǎn)使用不同信道傳輸?shù)拇螖?shù)越多，則均衡下來(lái)，各信道的使用次數(shù)將越少，使用各信道傳輸?shù)睦塾?jì)干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量也將越小。若某條路徑中，最高使用次數(shù)的信道的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和相較其他路徑還較小時(shí)，則說(shuō)明該路徑中相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的信道使用更加多樣化，數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾也將越小。因此，以信道為單位，通過(guò)比較各信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和的方法，可在考慮數(shù)據(jù)流間干擾的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾進(jìn)行考量?；舅悸罚罕容^路徑中采用各信道傳輸?shù)母蓴_鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和，取最大值作為度量。

3.3 傳輸延時(shí)的考量

以上是對(duì)數(shù)據(jù)流干擾的考慮，但數(shù)據(jù)流干擾較輕的路徑并不一定傳輸延時(shí)最低，如圖3、表1所示。在圖3中，雖然路徑1相鄰兩節(jié)點(diǎn)均采用不同的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不存在數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，且其干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和為12 Kb，相較路徑2的16 Kb更低。但路徑1的期望傳輸時(shí)間為7 ms，比路徑2的期望傳輸時(shí)間慢2 ms。兩條路徑在傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾性能上各有優(yōu)劣。這種情況在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中普遍出現(xiàn)。因此，F(xiàn)IA還須對(duì)路徑整體所需傳輸時(shí)間加以考量，在傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾間尋求度量平衡?；舅悸罚簩⒙窂降钠谕麄鬏敃r(shí)間與數(shù)據(jù)流干擾情況進(jìn)行加權(quán)。

圖3 路徑性能比較

表1 路徑性能參數(shù)

3.4 FIA數(shù)學(xué)建模

根據(jù)上述思路，捕捉路徑中每一跳所用信道的干擾鄰鏈路傳輸速率，比較路徑中各信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和，均衡考量路徑的傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾問(wèn)題，設(shè)計(jì)路由判據(jù)FIA如式（1）～（3）所示。

式（1）中，p表示路徑，i表示跳次，n為路徑的總跳數(shù)，j表示信道，k為路徑使用的總信道數(shù)，β(0≤β≤1)為加權(quán)因子。式（2）中，rl表示鏈路l的通信傳輸速率，S(i)為采用信道j的第i跳的干擾鄰鏈路集合。式（3）針對(duì)第i跳，Si表示數(shù)據(jù)包大小，Bi表示信道寬帶，dfi為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包成功轉(zhuǎn)發(fā)率，dri為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包成功接收率。

在式（3）中，ETTi的分母對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包成功轉(zhuǎn)發(fā)率(dfi)和成功接收率(dri)進(jìn)行了考量。兩者的值越高，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)的丟包率也就越低。因此，ETTi通過(guò)取兩者乘積的倒數(shù)，從側(cè)面度量了節(jié)點(diǎn)的丟包率。同時(shí)，ETTi捕捉了數(shù)據(jù)包大小和鏈路的信道帶寬。由于，數(shù)據(jù)包的計(jì)量單位為數(shù)據(jù)量，信道帶寬的計(jì)量單位為數(shù)據(jù)量與時(shí)間的比值，因此兩者比值(S/B)的計(jì)量單位為時(shí)間。所以，ETTi是在綜合了鏈路的丟包率、數(shù)據(jù)包大小和信道帶寬三者的情況下，對(duì)鏈路的期望傳輸時(shí)間進(jìn)行度量。

輸時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)傳輸延時(shí)進(jìn)行考量。

當(dāng)對(duì)路徑的兩部分性能得到準(zhǔn)確度量后，F(xiàn)ΙA(p)通過(guò)β將算式兩部分進(jìn)行加權(quán)，從而達(dá)到對(duì)路徑傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾性能的均衡考量。

4 路由選擇性能比較

本章將FIA與同樣考慮到數(shù)據(jù)流干擾問(wèn)題的WCEΤΤ、INX和MIC進(jìn)行路由選擇性能比較分析。

構(gòu)造源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間三條可能路徑，如圖4、表2所示。每條路徑中每條鏈路的期望傳輸時(shí)間和干擾鄰鏈路傳輸速率如圖中每條鏈路上所標(biāo)示。為簡(jiǎn)化模型便于計(jì)算分析，命所有鏈路傳輸時(shí)將受到干擾的鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)為1，取ETT和r均為正整數(shù)。路徑1中相鄰兩節(jié)點(diǎn)均采用不同的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此其無(wú)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾產(chǎn)生。路徑2中前兩跳采用了相同的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，路徑3中后兩跳采用了相同的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此這兩條路徑均存在數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾。在性能參數(shù)表（表2）中，以“0”代表路徑無(wú)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，“1”代表路徑存在數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾。

圖4 可選路徑

表2 路徑性能參數(shù)

路徑2的期望傳輸時(shí)間為7 ms，最長(zhǎng)。路徑1、路徑3依次小之。

路徑3的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和最大，為16 Kb。路徑1的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和居中。路徑2的最低。

分別使用路由判據(jù)WCEΤΤ、INX、MIC和FIA度量三條路徑。WCEΤΤ及FIA的加權(quán)因子均取β=0.5。MIC取w1=0，w2=10。各判據(jù)度量結(jié)果如表3所示。

表3 路由度量結(jié)果

從表3分析可知，考慮到信道使用多樣化的路由判據(jù)WCEΤΤ將選擇路徑3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只著眼于鄰鏈路干擾的路由判據(jù)INX將選擇路徑2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾均有考量的路由判據(jù)FIA和MIC將選擇路徑1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

為綜合比較各路徑性能，構(gòu)造性能參數(shù)總占比公式（式（4））。首先計(jì)算路徑中各性能參數(shù)值在所有路徑該參數(shù)值中所占比例，再通過(guò)取路徑中每個(gè)性能參數(shù)所占比的平均值，對(duì)路徑性能進(jìn)行綜合比較。

式中x(i，j)表示第i條路徑第j個(gè)性能的參數(shù)值，m為路徑序號(hào)，n為性能參數(shù)個(gè)數(shù)。

性能總占比越小，說(shuō)明該路徑性能參數(shù)綜合評(píng)價(jià)總和值越小，說(shuō)明該路徑性能越好。

通過(guò)公式（4）計(jì)算，各路徑性能總占比如表4所示。

表4 路徑性能綜合評(píng)價(jià)

由表4可知，路由判據(jù)FIA和MIC所選路徑1綜合性能最佳。觀察表2可發(fā)現(xiàn)，由于綜合考慮了路徑的數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾、數(shù)據(jù)流間干擾及傳輸延時(shí)，F(xiàn)IA和MIC并未選擇某一性能特別突出的路徑，而是綜合三方因素，選取了一條各性能均較好的路徑。雖然路徑2干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量較低，但其傳輸延時(shí)卻較高。雖然路徑3傳輸延時(shí)較低，但其干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量卻過(guò)高。因此綜合評(píng)價(jià)下，路徑1性能最優(yōu)。說(shuō)明對(duì)數(shù)據(jù)流干擾進(jìn)行全面考量的路由判據(jù)FIA 和MIC，相較于未全面考量數(shù)據(jù)流干擾的路由判據(jù)WCEΤΤ、INX，可以更有效地選擇到最佳路徑。下一章將通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真來(lái)進(jìn)一步比較路由判據(jù)FIA與MIC之間的性能差異。

5 實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)以網(wǎng)絡(luò)模擬軟件NS2[7]2.33為仿真平臺(tái)，將FIA與典型路由判據(jù)HOP、EΤX、WCEΤΤ、INX和MIC進(jìn)行性能仿真比較。

本實(shí)驗(yàn)仿真了一個(gè)具有21個(gè)節(jié)點(diǎn)、500 m×500 m的無(wú)線Mesh網(wǎng)場(chǎng)景，節(jié)點(diǎn)的載波檢測(cè)范圍為數(shù)據(jù)傳輸距離的2倍。由于實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線Mesh網(wǎng)主要業(yè)務(wù)是為各節(jié)點(diǎn)提供與Internet的連接服務(wù)，因此取該場(chǎng)景中一邊界節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)，其余每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置與該網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的ΤCP連接，每對(duì)連接綁定2 min的ΤCP業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)有2條連接在進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，源節(jié)點(diǎn)均以11 Mb/s速率發(fā)送大小為512 Byte的數(shù)據(jù)包，業(yè)務(wù)結(jié)束后網(wǎng)絡(luò)將空閑1 min以應(yīng)對(duì)ΤCP啟動(dòng)效應(yīng)帶來(lái)的影響。

在該場(chǎng)景下，分別采用HOP、EΤX、WCEΤΤ、INX、MIC 和FIA進(jìn)行路由選擇（其中WCEΤΤ、FIA取β=0.5；MIC取w1=0，w2=10）。以源節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)跳數(shù)為量度，采用不同路由判據(jù)情況下，各源節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)間的平均吞吐量和丟包率情況如圖5、圖6所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)吞吐量情況比較

圖6 網(wǎng)絡(luò)丟包率情況比較

觀察圖5、圖6，不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在吞吐量方面，還是在丟包率方面，HOP性能均最差，EΤX、WCEΤΤ、INX、MIC性能依次好之，而FIA性能相對(duì)最優(yōu)。

由于HOP只著眼于選擇最小跳數(shù)的路徑，而忽視了鏈路的質(zhì)量，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)有2條連接在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，HOP往往會(huì)為它們選擇相同的路徑，或高干擾的路徑，因此，HOP不免將造成丟包及網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低。

考慮到丟包率的EΤX在網(wǎng)絡(luò)吞吐量和丟包率方面的性能明顯要優(yōu)于HOP。

WCEΤΤ在EΤX基礎(chǔ)上加入了對(duì)信道使用多樣化的考慮，所選路徑數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾相對(duì)較小，因此WCEΤΤ在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面性能要好于EΤX，丟包率也相應(yīng)較低。

INX考慮到了數(shù)據(jù)流間干擾，在路由選擇時(shí)，將檢測(cè)范圍內(nèi)其他連接的干擾情況都計(jì)算入內(nèi)，因此，對(duì)于這種網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)有多條連接在進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的場(chǎng)景，INX顯得尤為適用，所選路徑的吞吐量要明顯優(yōu)于之前幾種路由判據(jù)。但由于欠缺對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾的考量，INX所選路徑的丟包率性能并不十分理想。

MIC對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾均有考慮，但是MIC在采用IRU針對(duì)鏈路傳輸信道進(jìn)行度量時(shí)，其默認(rèn)為所有可能由于該信道傳輸數(shù)據(jù)而受到干擾的節(jié)點(diǎn)均會(huì)受到干擾，無(wú)論該節(jié)點(diǎn)是否在同時(shí)使用同信道進(jìn)行通信。因此，MIC對(duì)于受干擾節(jié)點(diǎn)的捕捉過(guò)于主觀，對(duì)數(shù)據(jù)流間干擾的度量不盡準(zhǔn)確。從圖5中可以看到，MIC所選路徑的吞吐量性能并不是最理想。

FIA同樣對(duì)數(shù)據(jù)流干擾問(wèn)題進(jìn)行了全面考慮。FIA對(duì)同時(shí)在使用同信道進(jìn)行通信的連接的傳輸速率進(jìn)行了捕捉，因此在這種更接近真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的多條連接同時(shí)進(jìn)行傳輸?shù)膱?chǎng)景中，其避開(kāi)了存在較大帶寬競(jìng)爭(zhēng)的干擾鄰鏈路，降低了路徑的數(shù)據(jù)流間干擾。并且由于路由選擇時(shí)注重了信道的使用，F(xiàn)IA減小了自身所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾。因此相比其他路由判據(jù)，F(xiàn)IA所選路徑的吞吐量性能最理想。從圖6中可以看到，其丟包率性能與MIC相近。

為進(jìn)一步分析路由判據(jù)FIA在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重情況下的性能，現(xiàn)增加網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在的業(yè)務(wù)連接數(shù)，將其與路由判據(jù)WCEΤΤ、INX和MIC進(jìn)行性能仿真比較。以源節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為量度，采用不同路由判據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量及丟包率情況如圖7、圖8所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化時(shí)網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量情況比較

圖8 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化時(shí)網(wǎng)絡(luò)丟包率情況比較

觀察圖7、圖8可知，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，INX所選路徑的吞吐量要好于WCEΤΤ，但I(xiàn)NX的丟包率卻隨著連接數(shù)的增加將過(guò)高，因此，INX與WCEΤΤ在網(wǎng)絡(luò)吞吐量及丟包率方面的性能各有參差。由于對(duì)受干擾鄰節(jié)點(diǎn)的捕捉過(guò)于主觀，MIC的吞吐量性能依然并不理想。而FIA在度量路徑時(shí)，不僅考慮到了自身所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾，同時(shí)也對(duì)其他連接所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流間干擾進(jìn)行了考量，因此，盡管網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增加，但FIA可盡量避開(kāi)高干擾的鏈路，致使其所選路徑依然保持著良好的吞吐量和丟包率性能。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾及數(shù)據(jù)流間干擾對(duì)路徑性能的影響，在無(wú)線Mesh網(wǎng)中提出了一種全面考慮數(shù)據(jù)流干擾問(wèn)題的路由判據(jù)FIA。該判據(jù)通過(guò)取路徑中各信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量總和最大值，對(duì)路徑的數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾進(jìn)行了綜合考量。并將此度量值與路徑期望傳輸時(shí)間進(jìn)行加權(quán)，在傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾間尋求到一個(gè)度量平衡。通過(guò)NS2實(shí)驗(yàn)仿真，結(jié)果顯示FIA所選路徑在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面的性能要優(yōu)于其他幾種路由判據(jù)，其丟包率性能也較好。針對(duì)多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的日益重要性，后續(xù)研究可圍繞將該判據(jù)應(yīng)用于組播技術(shù)中展開(kāi)。

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JIANG Lalin,LI Qiqin,XIONG Bing

School of Computer and Communication Engineering,Changsha University of Science and Τechnology,Changsha 410004,China

Considering that both of intra-flow and inter-flow interference have a great impact on path performance,based on wireless mesh networks,this paper proposes a routing metric FIA which is comprehensively aware of flow interference.Τhe metric takes channel as unit and captures the transmission data size of all interfered link of each hop in path to measure the inter-flow interference.Furthermore,the metric measures the usage of each channel by getting the maximum of the interfered transmission data size to consider both of intra-flow and inter-flow interference at overall.Τhis paper sums up the measurement result and the expected transmission time of the path with a weight for balanced to consider both of the transmission delay and flow interference. Simulation results show that the FIA performs better in terms of throughput and packet loss rate.

wireless Mesh networks;routing metrics;intra-flow interference;inter-flow interference

針對(duì)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾對(duì)路徑性能均存在影響，在無(wú)線Mesh網(wǎng)中提出了一種全面考慮數(shù)據(jù)流干擾的路由判據(jù)FIA。該判據(jù)以信道為單位，對(duì)路徑中每一跳的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)行捕捉，以度量數(shù)據(jù)流間干擾。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)取路徑中各信道傳輸時(shí)的干擾鄰鏈路數(shù)據(jù)傳輸量最大值，考量路徑中信道的使用情況，以綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾和數(shù)據(jù)流間干擾。將該評(píng)價(jià)結(jié)果與路徑期望傳輸時(shí)間加權(quán)求和，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)流干擾的均衡考慮。仿真結(jié)果表明，F(xiàn)IA在網(wǎng)絡(luò)吞吐量及丟包率方面的性能均較好。

無(wú)線Mesh網(wǎng)；路由判據(jù)；數(shù)據(jù)流內(nèi)干擾；數(shù)據(jù)流間干擾

A

ΤP393

10.3778/j.issn.1002-8331.1202-0268

JIANG Lalin,LI Qiqin,XIONG Bing.Research on interference-aware routing metric.Computer Engineering and Applications,2013,49（21）：90-94.

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（No.2010FJ3115）；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（No.11C0036）。

姜臘林（1964—），女，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)橄乱淮ヂ?lián)網(wǎng)、組播、無(wú)線通信；李琦沁（1987—），女，碩士研究生；熊兵（1981—），博士，講師。E-mail：lqq-ann@163.com

2012-02-15

2012-04-23

1002-8331（2013）21-0090-05

CNKI出版日期：2012-06-15http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.ΤP.20120615.1726.032.html