王未名+焦蓉+劉經(jīng)緯+呂仁健+韓仲華

摘 要： 數(shù)據(jù)通信具有突發(fā)性與帶寬計算的不確定性，現(xiàn)有同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)帶寬申請與分配策略未對此問題進(jìn)行充分考慮，在設(shè)計上存在帶寬申請速度慢、帶寬分配沒有最大化、將數(shù)據(jù)時隙區(qū)分了上下行等不足，導(dǎo)致了QoS保障能力低與網(wǎng)絡(luò)性能的下降。提出了帶寬申請與分配策略的改進(jìn)方案，包括結(jié)合各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型的帶寬申請條件的描述、檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列的時間間隔描述、帶寬分配最大化的描述、數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上、下行的描述。理論分析表明，改進(jìn)后的方案能夠提供精確的QoS保障并提高網(wǎng)絡(luò)性能。

關(guān)鍵詞： 同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)； 帶寬申請； 帶寬分配； 數(shù)據(jù)時隙； 帶寬分配表

中圖分類號： TN711?34； TP393.04 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）16?0024?04

Improvement of bandwidth request and allocation for synchronized WMN

WANG Wei?ming1， JIAO Rong2， LIU Jing?wei2， [LU] Ren?jian2， 3， HAN Zhong?hua2

（1. China Electronics Technology Group Corporation， Beijing， 100846， China；2. North China Institute of Computing Technology，Beijing，100083，China；

3. School of Computer Science， Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing， 100876， China）

Abstract： Data communication has uncertainty features of suddenness and bandwidth calculation uncertainty. These factors have not been fully considered in existing bandwidth request and allocation strategy for synchronized WMN， so the slow bandwidth request， non?maximized bandwidth allocation and the division of upstream and downstream data time?slot are existed in the design， which cause the low QoS guarantee capability and network performance decline. An improved scheme for bandwidth request and allocation strategy is proposed， in which there are bandwidth request description for various data business types， the time interval description of the data transmission queue check， the maximized bandwidth allocation description and the mergence description of upstream and downstream data time?slot. Theoretical analysis shows that the fine QoS guarantee and the high performance can be realized in the improved solution.

Keywords： synchronized WMN； bandwidth request； bandwidth allocation； data time?slot； bandwidth allocation table

0 引 言

基于多方向天線陣列[1]的同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（Synchronized WMN）通過多根高增益定向天線在全向范圍內(nèi)完成了多扇區(qū)的高速掃描，使節(jié)點(diǎn)具備了單跳最大20 km通信距離的能力，而通過專有同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)具備了多跳組網(wǎng)能力與高效數(shù)據(jù)傳輸能力，從而適用于寬帶的機(jī)動組網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。

同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能取決于硬件能力與與協(xié)議軟件能力。硬件能力[2?4]包括多方向天線陣列硬件結(jié)構(gòu)與底層無線數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)，協(xié)議軟件能力[5?7]包括軟件平臺基礎(chǔ)性能與同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能。同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能主要與底層同步數(shù)據(jù)的收發(fā)性能與上層帶寬申請與分配策略有關(guān)，合理的帶寬申請與分配策略可以在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)產(chǎn)生帶寬申請并在最短時間內(nèi)給出帶寬分配結(jié)果，并且可以保證其在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行下的快速收斂性。

現(xiàn)有同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在帶寬申請與分配策略上[8?10]仍存在以下不足，如進(jìn)行改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)性能可有進(jìn)一步提升：

（1） 帶寬申請速度慢?，F(xiàn)有策略為減少帶寬申請的發(fā)生次數(shù)，更多地參考了帶寬申請的歷史發(fā)送數(shù)據(jù)量從而降低了觸發(fā)帶寬申請的閾值，其歷史權(quán)重值為0.6，而周期檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列待發(fā)送數(shù)據(jù)量的時間間隔為10 s，上述兩種參數(shù)可以保證網(wǎng)絡(luò)中各條鏈路在大部分時間內(nèi)的帶寬使用趨于穩(wěn)定。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生了實時數(shù)據(jù)并且現(xiàn)有帶寬不能滿足時，現(xiàn)有策略不能較快地觸發(fā)帶寬申請，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)通信的等待時間過長。

（2） 帶寬分配沒有最大化?，F(xiàn)有的帶寬分配策略為了降低未來新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生帶寬申請的可能性，對可分配帶寬進(jìn)行了預(yù)留。然而，很多應(yīng)用場合中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很少發(fā)生變化，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的可能性很小，其網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用是保證帶寬最大化。

（3） 將數(shù)據(jù)時隙區(qū)分了上下行?，F(xiàn)有的帶寬分配策略將數(shù)據(jù)時隙分成了上行數(shù)據(jù)時隙與下行數(shù)據(jù)時隙，保證了上下行數(shù)據(jù)分別擁有互不干擾的、穩(wěn)定的帶寬。但實際情況是：帶寬分配策略實際難以準(zhǔn)確估計數(shù)據(jù)傳輸所需要的帶寬，當(dāng)上行數(shù)據(jù)傳輸完畢而下行數(shù)據(jù)傳輸又需要更多的帶寬時，所有上行時隙即被浪費(fèi)。

產(chǎn)生上述問題的原因在于現(xiàn)有帶寬申請與分配策略未考慮到數(shù)據(jù)通信的突發(fā)性、貪婪性與帶寬計算的不準(zhǔn)確性。本文將對上述問題進(jìn)行解決，并提出同步無線Mesh網(wǎng)絡(luò)帶寬申請與分配策略的改進(jìn)方案。

1 帶寬申請與分配策略的改進(jìn)

1.1 提高帶寬申請速度

（1） 帶寬申請的條件

不再參考帶寬申請的歷史發(fā)送數(shù)據(jù)量，而以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型與數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)量的變化量決定是否進(jìn)行帶寬申請。這樣有助于提高產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)與大量突發(fā)數(shù)據(jù)時的帶寬申請速度，而不必要的帶寬申請則明顯減少。

帶寬申請不僅可以申請所需的數(shù)據(jù)時隙個數(shù)，也可以申請所需的數(shù)據(jù)時隙位置（數(shù)據(jù)時隙僅用于普通數(shù)據(jù)傳輸，并不用于鏈路維護(hù)等協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，因為協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸是在不可分配的特殊時隙內(nèi)完成）。將數(shù)據(jù)發(fā)送隊列按數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型分類：Ping數(shù)據(jù)、IP語音數(shù)據(jù)、FTP數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，即每種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)各使用一個數(shù)據(jù)發(fā)送隊列。各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量、帶寬申請情況如表1所示。

表1 各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量、帶寬申請情況

各類數(shù)據(jù)觸發(fā)帶寬申請的條件如表2所示。

（2） 檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列的時間間隔

縮短檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列待發(fā)送數(shù)據(jù)量的時間間隔。將該時間間隔改為一個帶寬分配表所匹配的數(shù)據(jù)時隙長度（50個時隙長度），以此提高帶寬申請的實時性。

1.2 帶寬分配最大化

（1） 不進(jìn)行帶寬預(yù)留，而是將所有可分配的帶寬都分配出去，以保證當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時隙使用效率最高。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變或者有新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中后，將產(chǎn)生帶寬的重新分配，而重新分配后的帶寬分配仍然是最大化分配。

表2 各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生帶寬申請的條件

（2） 帶寬申請既可以申請增加數(shù)據(jù)時隙，也可以申請減少數(shù)據(jù)時隙。只有這樣，才能把有限的帶寬資源分配給最需要帶寬的節(jié)點(diǎn)。

1.2.1 單跳網(wǎng)絡(luò)情況

單跳網(wǎng)絡(luò)情況比較簡單，如圖1所示。不論骨干1節(jié)點(diǎn)處于正在入網(wǎng)狀態(tài)還是入網(wǎng)后狀態(tài)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)不按照骨干1節(jié)點(diǎn)的實際帶寬申請量分配帶寬，而是把自己所有帶寬都分給骨干1節(jié)點(diǎn)。

圖1 單跳網(wǎng)絡(luò)情況

1.2.2 星狀網(wǎng)絡(luò)情況

星狀網(wǎng)絡(luò)情況如圖2所示。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)骨干1與骨干2的帶寬申請對需要帶寬者進(jìn)行最大化帶寬分配。

（1） 骨干2節(jié)點(diǎn)正在入網(wǎng)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到骨干2節(jié)點(diǎn)發(fā)出的表示將要從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處入網(wǎng)的入網(wǎng)請求包后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將按照骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬申請量從分配給骨干1節(jié)點(diǎn)的帶寬中回收相應(yīng)帶寬并分配給骨干2節(jié)點(diǎn)?；厥諑挼臄?shù)量與位置則按照骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬申請策略。

圖2 星狀網(wǎng)絡(luò)情況

（2） 骨干2節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后。骨干2節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的普通數(shù)據(jù)通信均已結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)不必更新帶寬分配表；否則，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)以下情況更新帶寬分配表：

① 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)），網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間無普通數(shù)據(jù)通信。此時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有帶寬都重新分配給骨干1節(jié)點(diǎn)。

② 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。此時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有帶寬平均分配給骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)，并保證各自占有的數(shù)據(jù)時隙位置較為均勻。

③ 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)之間有大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)），網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。此時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有帶寬中的大部分帶寬分配給骨干1節(jié)點(diǎn)，并保證各自占有的數(shù)據(jù)時隙位置較為均勻。

④ 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)）。此時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有帶寬平均分配給骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)，并保證各自占有的數(shù)據(jù)時隙位置較為均勻。

在以上情況中，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束，數(shù)據(jù)通信結(jié)束的節(jié)點(diǎn)需要以帶寬申請的方式（意為取消帶寬申請）通知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)便可以在其他節(jié)點(diǎn)有新的帶寬申請時將分配給數(shù)據(jù)通信結(jié)束的節(jié)點(diǎn)的帶寬回收并重新分配給需要帶寬的節(jié)點(diǎn)。最后，如果骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干2節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行帶寬申請，但帶寬申請總量超過可分配帶寬總量時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將按比例為帶寬節(jié)點(diǎn)分配帶寬。此時，需要帶寬節(jié)點(diǎn)不需再次發(fā)送同樣的帶寬申請，直至某個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)量又有新的變化。

1.2.3 鏈狀網(wǎng)絡(luò)情況

鏈狀網(wǎng)絡(luò)情況如圖3所示。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為骨干1節(jié)點(diǎn)分配帶寬，骨干1節(jié)點(diǎn)為骨干2節(jié)點(diǎn)分配帶寬。

（1） 骨干2節(jié)點(diǎn)正在入網(wǎng)。當(dāng)骨干1節(jié)點(diǎn)收到骨干2節(jié)點(diǎn)發(fā)出的表示將要從骨干1節(jié)點(diǎn)處入網(wǎng)的入網(wǎng)請求包后，骨干1節(jié)點(diǎn)將按照骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬申請量向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)申請帶寬（即取消一部分網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)分配給自己的帶寬）。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)取消一部分分配給骨干1節(jié)點(diǎn)的帶寬后，骨干1節(jié)點(diǎn)再將這些帶寬分配給骨干2節(jié)點(diǎn)。

圖3 鏈狀網(wǎng)絡(luò)情況

（2） 骨干2節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后。骨干2入網(wǎng)后，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的普通數(shù)據(jù)通信均已結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)均不必更新帶寬分配表；否則，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)以下情況更新帶寬分配表：

① 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間無普通數(shù)據(jù)通信。此時，骨干1節(jié)點(diǎn)將回收骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬并以帶寬申請的方式通知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再將所有帶寬重新分配給骨干1節(jié)點(diǎn)。

② 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。此時，骨干2節(jié)點(diǎn)將向骨干1節(jié)點(diǎn)發(fā)出帶寬申請，骨干1節(jié)點(diǎn)收到該申請后將結(jié)合了自己的帶寬申請的帶寬申請發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將帶寬分配表中相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)時隙分配給骨干1節(jié)點(diǎn)，骨干1節(jié)點(diǎn)獲得自己的帶寬后再將其他可分配帶寬分配給骨干2節(jié)點(diǎn)。

③ 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)間有大數(shù)據(jù)量通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。該處理過程與②過程類似，不再贅述。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)）。該處理過程與②、③過程類似，不再贅述。

在以上情況中，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束，數(shù)據(jù)通信結(jié)束的節(jié)點(diǎn)需要以帶寬申請的方式（意為取消帶寬申請）通知其上游節(jié)點(diǎn)，上游節(jié)點(diǎn)便可以在自己有新的帶寬申請時重新分配帶寬或者向更上游節(jié)點(diǎn)重新申請帶寬。最后，如果骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干2節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行帶寬申請，但帶寬申請總量超過可分配帶寬總量時，各個上游節(jié)點(diǎn)將按比例為需要帶寬的節(jié)點(diǎn)分配帶寬。此時，需要帶寬的節(jié)點(diǎn)不需再次發(fā)送同樣的帶寬申請，直至某個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)量又有新的變化。

1.3 數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行

節(jié)點(diǎn)申請的帶寬實際是數(shù)據(jù)時隙，這些數(shù)據(jù)時隙由帶寬申請者與帶寬分配者共享，即這些數(shù)據(jù)時隙只表明其歸屬哪對節(jié)點(diǎn)，不表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较?。?shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较蛴蓭挿峙湔咴诿總€數(shù)據(jù)時隙的開始臨時決定。帶寬分配者在自己的發(fā)送下行數(shù)據(jù)的需求與帶寬申請者發(fā)送上行數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行權(quán)衡，并依據(jù)雙方的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型與實時性要求決定每個時隙的上下行方向。當(dāng)某一方向的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，該方向的數(shù)據(jù)時隙將全部用于另外一個方向的數(shù)據(jù)傳輸。

2 策略改進(jìn)前后的性能比較

現(xiàn)對帶寬申請與分配策略改進(jìn)前后的性能比較進(jìn)行定性分析，具體見表3。

3 結(jié) 語

提出了帶寬申請與分配策略的改進(jìn)方案，包括結(jié)合各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型的帶寬申請條件的描述、檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列的時間間隔的描述、帶寬分配最大化的描述、數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行的描述。理論分析表明，改進(jìn)后的方案能夠提供精確的QoS保障并提高網(wǎng)絡(luò)性能。

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[7] 李鶴松，冷甦鵬.一種新型無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多信道MAC協(xié)議[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（26）：66?69.

[8] 謝桂芳，段盛，羅玉玲.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（18）：85?87.

[9] 韓冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2011，32（3）：784?787.

[10] 何萍實，徐子平.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用雙收發(fā)器的多信道MAC協(xié)議研究[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（1）：327?329.

圖3 鏈狀網(wǎng)絡(luò)情況

（2） 骨干2節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后。骨干2入網(wǎng)后，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的普通數(shù)據(jù)通信均已結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)均不必更新帶寬分配表；否則，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)以下情況更新帶寬分配表：

① 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間無普通數(shù)據(jù)通信。此時，骨干1節(jié)點(diǎn)將回收骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬并以帶寬申請的方式通知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再將所有帶寬重新分配給骨干1節(jié)點(diǎn)。

② 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。此時，骨干2節(jié)點(diǎn)將向骨干1節(jié)點(diǎn)發(fā)出帶寬申請，骨干1節(jié)點(diǎn)收到該申請后將結(jié)合了自己的帶寬申請的帶寬申請發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將帶寬分配表中相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)時隙分配給骨干1節(jié)點(diǎn)，骨干1節(jié)點(diǎn)獲得自己的帶寬后再將其他可分配帶寬分配給骨干2節(jié)點(diǎn)。

③ 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)間有大數(shù)據(jù)量通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。該處理過程與②過程類似，不再贅述。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)）。該處理過程與②、③過程類似，不再贅述。

在以上情況中，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束，數(shù)據(jù)通信結(jié)束的節(jié)點(diǎn)需要以帶寬申請的方式（意為取消帶寬申請）通知其上游節(jié)點(diǎn)，上游節(jié)點(diǎn)便可以在自己有新的帶寬申請時重新分配帶寬或者向更上游節(jié)點(diǎn)重新申請帶寬。最后，如果骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干2節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行帶寬申請，但帶寬申請總量超過可分配帶寬總量時，各個上游節(jié)點(diǎn)將按比例為需要帶寬的節(jié)點(diǎn)分配帶寬。此時，需要帶寬的節(jié)點(diǎn)不需再次發(fā)送同樣的帶寬申請，直至某個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)量又有新的變化。

1.3 數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行

節(jié)點(diǎn)申請的帶寬實際是數(shù)據(jù)時隙，這些數(shù)據(jù)時隙由帶寬申請者與帶寬分配者共享，即這些數(shù)據(jù)時隙只表明其歸屬哪對節(jié)點(diǎn)，不表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较?。?shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较蛴蓭挿峙湔咴诿總€數(shù)據(jù)時隙的開始臨時決定。帶寬分配者在自己的發(fā)送下行數(shù)據(jù)的需求與帶寬申請者發(fā)送上行數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行權(quán)衡，并依據(jù)雙方的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型與實時性要求決定每個時隙的上下行方向。當(dāng)某一方向的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，該方向的數(shù)據(jù)時隙將全部用于另外一個方向的數(shù)據(jù)傳輸。

2 策略改進(jìn)前后的性能比較

現(xiàn)對帶寬申請與分配策略改進(jìn)前后的性能比較進(jìn)行定性分析，具體見表3。

3 結(jié) 語

提出了帶寬申請與分配策略的改進(jìn)方案，包括結(jié)合各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型的帶寬申請條件的描述、檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列的時間間隔的描述、帶寬分配最大化的描述、數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行的描述。理論分析表明，改進(jìn)后的方案能夠提供精確的QoS保障并提高網(wǎng)絡(luò)性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷昕，郭琳，韓仲華，等.寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的多扇區(qū)天線陣列設(shè)計[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2012（4）：178?181.

[2] 李佳，周杰.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)集中式信道分配算法設(shè)計[J].無線電工程，2009（12）：3235?3237.

[3] 劉賀，張陸勇，陳明剛，等.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)集中式信道分配算法設(shè)計[J].無線電工程，2011（5）：4?6.

[4] 蘇家勇，許磊，周國.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的信道分配問題研究[J].無線電通信技術(shù)，2009，33（5）：4?6.

[5] 張克非，楊壽保，胡云，等.基于多QoS參數(shù)約束的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26（3）：994?996.

[6] 邱振謀，姚國祥，官全龍，等.多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多播信道分配算法[J].計算機(jī)工程，2011，37（6）：107?109.

[7] 李鶴松，冷甦鵬.一種新型無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多信道MAC協(xié)議[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（26）：66?69.

[8] 謝桂芳，段盛，羅玉玲.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（18）：85?87.

[9] 韓冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2011，32（3）：784?787.

[10] 何萍實，徐子平.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用雙收發(fā)器的多信道MAC協(xié)議研究[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（1）：327?329.

圖3 鏈狀網(wǎng)絡(luò)情況

（2） 骨干2節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后。骨干2入網(wǎng)后，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的普通數(shù)據(jù)通信均已結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)均不必更新帶寬分配表；否則，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)以下情況更新帶寬分配表：

① 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間無普通數(shù)據(jù)通信。此時，骨干1節(jié)點(diǎn)將回收骨干2節(jié)點(diǎn)的帶寬并以帶寬申請的方式通知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再將所有帶寬重新分配給骨干1節(jié)點(diǎn)。

② 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。此時，骨干2節(jié)點(diǎn)將向骨干1節(jié)點(diǎn)發(fā)出帶寬申請，骨干1節(jié)點(diǎn)收到該申請后將結(jié)合了自己的帶寬申請的帶寬申請發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將帶寬分配表中相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)時隙分配給骨干1節(jié)點(diǎn)，骨干1節(jié)點(diǎn)獲得自己的帶寬后再將其他可分配帶寬分配給骨干2節(jié)點(diǎn)。

③ 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)間有大數(shù)據(jù)量通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)），骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間有小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如Ping數(shù)據(jù)）。該處理過程與②過程類似，不再贅述。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)、骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間都有大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通信（如視頻數(shù)據(jù)與FTP數(shù)據(jù)）。該處理過程與②、③過程類似，不再贅述。

在以上情況中，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干1節(jié)點(diǎn)與骨干2節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束，數(shù)據(jù)通信結(jié)束的節(jié)點(diǎn)需要以帶寬申請的方式（意為取消帶寬申請）通知其上游節(jié)點(diǎn)，上游節(jié)點(diǎn)便可以在自己有新的帶寬申請時重新分配帶寬或者向更上游節(jié)點(diǎn)重新申請帶寬。最后，如果骨干1節(jié)點(diǎn)或骨干2節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行帶寬申請，但帶寬申請總量超過可分配帶寬總量時，各個上游節(jié)點(diǎn)將按比例為需要帶寬的節(jié)點(diǎn)分配帶寬。此時，需要帶寬的節(jié)點(diǎn)不需再次發(fā)送同樣的帶寬申請，直至某個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)量又有新的變化。

1.3 數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行

節(jié)點(diǎn)申請的帶寬實際是數(shù)據(jù)時隙，這些數(shù)據(jù)時隙由帶寬申請者與帶寬分配者共享，即這些數(shù)據(jù)時隙只表明其歸屬哪對節(jié)點(diǎn)，不表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较?。?shù)據(jù)傳輸?shù)纳舷滦蟹较蛴蓭挿峙湔咴诿總€數(shù)據(jù)時隙的開始臨時決定。帶寬分配者在自己的發(fā)送下行數(shù)據(jù)的需求與帶寬申請者發(fā)送上行數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行權(quán)衡，并依據(jù)雙方的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型與實時性要求決定每個時隙的上下行方向。當(dāng)某一方向的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，該方向的數(shù)據(jù)時隙將全部用于另外一個方向的數(shù)據(jù)傳輸。

2 策略改進(jìn)前后的性能比較

現(xiàn)對帶寬申請與分配策略改進(jìn)前后的性能比較進(jìn)行定性分析，具體見表3。

3 結(jié) 語

提出了帶寬申請與分配策略的改進(jìn)方案，包括結(jié)合各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型的帶寬申請條件的描述、檢查數(shù)據(jù)發(fā)送隊列的時間間隔的描述、帶寬分配最大化的描述、數(shù)據(jù)時隙不再區(qū)分上下行的描述。理論分析表明，改進(jìn)后的方案能夠提供精確的QoS保障并提高網(wǎng)絡(luò)性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷昕，郭琳，韓仲華，等.寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的多扇區(qū)天線陣列設(shè)計[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2012（4）：178?181.

[2] 李佳，周杰.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)集中式信道分配算法設(shè)計[J].無線電工程，2009（12）：3235?3237.

[3] 劉賀，張陸勇，陳明剛，等.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)集中式信道分配算法設(shè)計[J].無線電工程，2011（5）：4?6.

[4] 蘇家勇，許磊，周國.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的信道分配問題研究[J].無線電通信技術(shù)，2009，33（5）：4?6.

[5] 張克非，楊壽保，胡云，等.基于多QoS參數(shù)約束的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26（3）：994?996.

[6] 邱振謀，姚國祥，官全龍，等.多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多播信道分配算法[J].計算機(jī)工程，2011，37（6）：107?109.

[7] 李鶴松，冷甦鵬.一種新型無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多信道MAC協(xié)議[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（26）：66?69.

[8] 謝桂芳，段盛，羅玉玲.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（18）：85?87.

[9] 韓冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2011，32（3）：784?787.

[10] 何萍實，徐子平.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用雙收發(fā)器的多信道MAC協(xié)議研究[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（1）：327?329.