龍昭華，蔣緯昌，劉達(dá)明

（重慶郵電大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶400065）

基于MAP-ICC的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)層次路由協(xié)議研究*

龍昭華*，蔣緯昌，劉達(dá)明

（重慶郵電大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶400065）

在研究混合路由協(xié)議HWMP和低功率自適應(yīng)層次路由算法LEACH基礎(chǔ)上，提出一種基于能量均衡的層次路由算法MAP-ICC（Mesh Access Point Independent Construction of Cluster）。該算法針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的接入層MAP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立建簇，以MAP節(jié)點(diǎn)的能量消耗為依據(jù)計算最佳簇首個數(shù)，根據(jù)最佳簇首個數(shù)對覆蓋的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的MAP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇，用戶節(jié)點(diǎn)根據(jù)加權(quán)公式選擇合適的簇首加入。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：提出的MAP-ICC獨(dú)立建簇算法一定程度上增加了網(wǎng)絡(luò)生存時間，提高了數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率和降低了路由負(fù)載。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；建簇機(jī)制；能量消耗；層次路由協(xié)議；最佳簇首

EEACC：6150P doi：10.3969/j.issn.1004-1699.2016.10.018

IEEE802.11s［1］中定義的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有三層結(jié)構(gòu)如圖1所示：MPP節(jié)點(diǎn)具有網(wǎng)關(guān)功能并且與有線網(wǎng)絡(luò)相連，作為Mesh Tree的根父親節(jié)點(diǎn)可以對整個無線Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。MP節(jié)點(diǎn)支持自動拓?fù)湓O(shè)置、路由自動發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、形成Mesh網(wǎng)絡(luò)多跳骨干網(wǎng)。MAP節(jié)點(diǎn)提供Mesh接入，具有轉(zhuǎn)發(fā)功能和較小移動性。STA（Station）只具有接入功能的節(jié)點(diǎn)并且具有移動性。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)［2］和WLAN網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，現(xiàn)有對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究大都集中在路由協(xié)議分析和接入認(rèn)證［3］上，對接入端MAP節(jié)點(diǎn)的研究較少。對于在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用分簇方法去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究也相對較少。

圖1　IEEE802.11s無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

IEEE802.11s中默認(rèn)的無線 Mesh路由協(xié)議HWMP［4］（Hybrid Wireless Mesh Protocol）提供兩種不同的模式：①按需路由模式，②先驗(yàn)式路由模式。在傳輸骨干網(wǎng)上采用先驗(yàn)式路由模式和在接入端采用按需路由模式。多數(shù)層次路由協(xié)議如：LEACH［5-6］協(xié)議、HEED［7］協(xié)議、EECS［8］協(xié)議和TEEN［9］協(xié)議等都是采用建簇的方式來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中骨干節(jié)點(diǎn)幾乎不移動且主要是轉(zhuǎn)發(fā)通信，只有STA、MAP節(jié)點(diǎn)會發(fā)生移動，傳統(tǒng)的分簇機(jī)制［10］不適合在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用，必須設(shè)計針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議［11］，因此本提出MAP-ICC獨(dú)立建簇算法。

本文主要貢獻(xiàn)：①區(qū)分無線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型對MAP節(jié)點(diǎn)獨(dú)立建簇，計算最佳簇首個數(shù)，STA與簇首進(jìn)行連接，有效避免節(jié)點(diǎn)間干擾，STA在數(shù)據(jù)傳輸時不會出現(xiàn)環(huán)路、繞路、提高節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸效率。②針對不同類型節(jié)點(diǎn)具有不同功能的特點(diǎn)，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中分簇的思想和無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中先驗(yàn)式樹狀結(jié)構(gòu)模式，在骨干節(jié)點(diǎn)間使用先驗(yàn)式路由模式，在MAP、STA節(jié)點(diǎn)間采用按需路由模式，這避免了同一節(jié)點(diǎn)在兩種模式下切換帶來切換時延［12］。對簇域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)滿足條件情況下隨機(jī)選擇簇首，避免輪詢選簇首時帶來的時延。

1　基于分簇機(jī)制的層次路由協(xié)議

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議分為多種，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)分為平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議。在層次路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常被劃分為簇（Cluster），每一個簇有一個簇首（Cluster Head）節(jié)點(diǎn)和多個葉子節(jié)點(diǎn)（Leaf Node）組成。多個簇首節(jié)點(diǎn)組成高一級網(wǎng)絡(luò)，高一級網(wǎng)絡(luò)再次分簇，再次形成高一級網(wǎng)絡(luò)直至最高級。在分層結(jié)構(gòu)中，簇首節(jié)點(diǎn)不僅負(fù)責(zé)收集簇內(nèi)信息，同時進(jìn)行信息處理和簇間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，可減少同基站間的回傳次數(shù)。IEEE802.15.5［13-14］和 ZigBee［15］是采用樹形結(jié)構(gòu)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合區(qū)分服務(wù) Diff-Serv［16］的思想即不改變網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)增加區(qū)分服務(wù)的功能。這對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建有很大的啟發(fā)。

文獻(xiàn)［6］提出LEACH協(xié)議，即低功率自適應(yīng)層次路由算法。該算法引入簇的概念，通過等概率地隨機(jī)循環(huán)選擇簇首，簇首向周圍節(jié)點(diǎn)廣播消息，每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到廣播信號的強(qiáng)弱來選擇加入哪個簇。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送給簇首，簇首將數(shù)據(jù)融合后發(fā)給基站。一段時間后，重新進(jìn)行建簇。

LEACH協(xié)議的簇首選擇過程如下：每個節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個［0，1］的隨機(jī)數(shù)，如果隨機(jī)數(shù)小于閾值T（n），則選取該節(jié)點(diǎn)為簇首。當(dāng)選取簇首后，把閾值T（n）設(shè)置為0，可以避免再次當(dāng)選簇首。T（n）的計算公式如式（1）：

其中k為簇首節(jié)點(diǎn)占網(wǎng)絡(luò)中的全部節(jié)點(diǎn)的百分比，r為已經(jīng)完成的回合數(shù)（即輪數(shù)），為每輪被選出的簇首節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，G為還沒有被選舉為簇首的節(jié)點(diǎn)集合。但是LEACH協(xié)議存在如下不足之處：沒有考慮到簇首節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，可能會出現(xiàn)一些邊緣節(jié)點(diǎn)。k的值與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點(diǎn)密度有關(guān)，k的最佳值無法確定?？赡艽嬖诖赜蜷g有無法覆蓋的區(qū)域，其中虛線圓形為簇域，如圖2所示。

圖2　簇域形狀示意圖

文獻(xiàn)［7］中提出HEED協(xié)議是一種混合式的分簇協(xié)議。在選簇首時根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量來概率性的選取候簇首節(jié)點(diǎn)，最后再以簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信代價的高低來選取簇首。但該協(xié)議在考慮節(jié)點(diǎn)移動性方面不足。

文獻(xiàn)［8］中提出的EECS協(xié)議，該協(xié)議主要是在組簇階段以概率T產(chǎn)生候選簇首節(jié)點(diǎn)，并且選取一個固定半徑范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)根據(jù)其剩余能量的大小進(jìn)行選簇首。但是該協(xié)議存在簇頭分布漏洞、節(jié)點(diǎn)在加入簇首時未考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量等問題。

文獻(xiàn)［9］中的TEEN協(xié)議是基于LEACH協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)的，通過增加硬閾值 HT（Hard Threshold）和軟閾值ST（Soft Threshold）來控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時機(jī)。該方法有效減少數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，但是當(dāng)滿足閾值的時候進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，容易造成信號干擾，若采用TDMA方法，則會引起數(shù)據(jù)延遲，并且該方法用在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中過于復(fù)雜。

設(shè)計簡單高效、能量均衡，傳輸效率高的分簇算法來支持無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是十分必要?；诖?，本文提出MAP-ICC獨(dú)立建簇算法，該建簇路由機(jī)制有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：①簇首節(jié)點(diǎn)把本簇內(nèi)的數(shù)據(jù)融合處理后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，減少STA節(jié)點(diǎn)與根父親節(jié)點(diǎn)的通信數(shù)據(jù)量，節(jié)省了傳輸能耗。②采用分簇路由機(jī)制便于結(jié)構(gòu)管理，有利于分布式算法的使用，擴(kuò)展性較好，適合具有大規(guī)模的STA。③無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置不同的策略，簡化了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)功能，提高效率。④簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用單跳按需路由通信，簡單易實(shí)現(xiàn)。MAP節(jié)點(diǎn)到MPP節(jié)點(diǎn)采用多跳先驗(yàn)式路由通信，保證較小的時延。⑤根據(jù)最優(yōu)簇首個數(shù)，STA節(jié)點(diǎn)根據(jù)加權(quán)值選擇與周圍的簇首相連，有效減少節(jié)點(diǎn)間的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

2　MAP-ICC獨(dú)立建簇算法

MAP-ICC獨(dú)立建簇算法分為三個階段：①選舉簇首MAP節(jié)點(diǎn)，②簇首節(jié)點(diǎn)廣播消息，STA節(jié)點(diǎn)選擇合適的簇首加入，③數(shù)據(jù)傳輸。

2.1MAP-ICC獨(dú)立建簇算法的設(shè)計

MAP-ICC獨(dú)立建簇算法模型：

在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中N個MAP節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在一定范圍的區(qū)域內(nèi)，用 pn表示無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中第n個MAP節(jié)點(diǎn)。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合為pn=｛p1，p2，p3，…，pn｝，并且作如下假設(shè)：①每個MAP節(jié)點(diǎn)具有全網(wǎng)唯一ID，隨機(jī)分布在MP節(jié)點(diǎn)周圍；②與MAP節(jié)點(diǎn)相連的MP節(jié)點(diǎn)充當(dāng)基站，以基站MP為坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）并且MP節(jié)點(diǎn)位置固定不變，在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組建時，每個MAP節(jié)點(diǎn)完全一樣；③MAP節(jié)點(diǎn)可以獲知自己的能量剩余和通過GPS獲知位置信息；④MP節(jié)點(diǎn)通過固定電源供電，不考慮其能耗問題，具有多跳、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)處理、自組織等能力，多跳之間采用先驗(yàn)式路由協(xié)議；⑤通信端STA節(jié)點(diǎn)都在MAP節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)，MAP節(jié)點(diǎn)在MP節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)；⑥并假設(shè)不參與通信的MAP節(jié)點(diǎn)的能量消耗忽略不計。

2.2組簇機(jī)制

MAP-ICC獨(dú)立建簇算法的產(chǎn)生過程分為如下7步，結(jié)合圖3和圖4對MAP-ICC獨(dú)立建簇算法在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中建簇過程進(jìn)行簡單說明。

圖3　MAP-ICC獨(dú)立建簇算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4　MAP-ICC獨(dú)立建簇算法簇域形狀示意圖

（1）網(wǎng)絡(luò)初始化：通過GPS獲得每個MAP節(jié)點(diǎn)的位置信息，然后將MAP節(jié)點(diǎn)的位置信息和能量信息廣播給基站MP，由基站MP進(jìn)行統(tǒng)計和計算。

（2）MP的通信半徑為R，在［R/2，R］的范圍的bced扇形區(qū)域中進(jìn)行簇首選擇，其中∠cae=β為扇形區(qū)域?qū)?yīng)的角度。其大小根據(jù)區(qū)域內(nèi)MAP節(jié)點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。其中R的計算式（2）表示：

其中L是與傳輸無關(guān)的系統(tǒng)損耗，hs是發(fā)射節(jié)點(diǎn)的天線高度，hr是接收節(jié)點(diǎn)的天線高度，λ是載波信號的波長。

（3）對扇形區(qū)域內(nèi)的MAP節(jié)點(diǎn)以等概率隨機(jī)選擇MAP作為簇首，選擇成為簇首的節(jié)點(diǎn)向周圍節(jié)點(diǎn)廣播信息，宣布自己成為簇首，并把自己標(biāo)記位r置為1（1表示簇首，0表示成員節(jié)點(diǎn)），非簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)。

（4）計算最佳簇首個數(shù)。STA節(jié)點(diǎn)要通信時，采用單跳方式通過簇首MAP節(jié)點(diǎn)向MP節(jié)點(diǎn)通信。根據(jù)最佳簇首個數(shù)多少，動態(tài)調(diào)整簇域的大小和簇首節(jié)點(diǎn)個數(shù)。最佳簇首個數(shù)的主要以能量消耗為依據(jù)，其方法如下：

①采用文獻(xiàn)［17］中的能量消耗模型，傳輸距離d小于R時采用自由空間傳輸模型，傳輸距離d大于R時采用多路衰減模型。本文中簇域均在MP通信半徑范圍內(nèi)，因此采用自由空間傳輸模型。節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收mbit數(shù)據(jù)所消耗的能量如式（3）：

其中，E1是節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送單位數(shù)據(jù)所消耗的能量，單位是J/bit，μfs是自由空間傳輸系數(shù)，單位是J/（bit·m2），μma是多路衰減傳輸系數(shù)、單位是J/（bit·m4）。

②每個簇首節(jié)點(diǎn)的能量消耗主要有：接收來自非簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，其它能量消耗忽略。為方便計算，假設(shè)有N個節(jié)點(diǎn)分布在a×a的正方形區(qū)域內(nèi)。若基站MP周圍分k個簇，則各個簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)是N/k，則每個簇內(nèi)有（N/k-1）個非簇首節(jié)點(diǎn)。因此在發(fā)送m bit數(shù)據(jù)時能量消耗Econsume的表達(dá)式如式（4）：

其中，E2表示數(shù)據(jù)融合能量消耗，d1是簇首MAP節(jié)點(diǎn)到基站MP節(jié)點(diǎn)之間的距離，其大小由GPS獲得的位置信息來計算。d2表示簇域內(nèi)的非簇首節(jié)點(diǎn)到本簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)的距離。假設(shè)在簇域內(nèi)MAP節(jié)點(diǎn)分布概率為ρ（x，y），MAP節(jié)點(diǎn)均勻分布在整個網(wǎng)絡(luò)中，每個簇所覆蓋的面積為可求簇半徑R如式（5）：

非簇首節(jié)點(diǎn)到簇首節(jié)點(diǎn)距離平方的數(shù)學(xué)期望為式（6）所示，并把式（5）帶入式（7）可化簡為式（8）

由于假設(shè)節(jié)點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)是均勻分布，則分布概率ρ=（1/（a2/k），帶入式（7）可化簡為式（8）：

將式（8）帶入到式（4）中得整個網(wǎng)絡(luò)總能量消耗如式（9）：

可知總能量消耗Esum是關(guān)于簇域個數(shù)的函數(shù)，對簇域個數(shù)k求導(dǎo)，在導(dǎo)數(shù)為零的情況下Esum能夠取得最小值，得到最小值的k，則可求最優(yōu)簇首個數(shù)為式（10），計算最佳簇首個數(shù)：

③根據(jù)最佳簇首個數(shù)kopt與總的MAP節(jié)點(diǎn)個數(shù)的比例關(guān)系，計算在圖3中環(huán)形區(qū)域內(nèi)簇首個數(shù)和簇的個數(shù)。

（5）周圍的STA節(jié)點(diǎn)就近選擇簇加入，優(yōu)先選擇與簇首建立連接。在選擇加入哪個簇時，根據(jù)加權(quán)公式判斷STA節(jié)點(diǎn)加入哪個簇首，加權(quán)式（11）、式（12）、式（13）：

其中，R1表示STA節(jié)點(diǎn)到簇首MAP節(jié)點(diǎn)的距離，d2表示簇首MAP節(jié)點(diǎn)到基站的距離，dR1_max表示節(jié)點(diǎn)到簇首最大距離的期望，d2_min簇首MAP節(jié)點(diǎn)到基站最小距離，d2_max簇首MAP節(jié)點(diǎn)到基站最大距離，f子函數(shù)用來保證距離STA節(jié)點(diǎn)最近的簇首，g子函數(shù)用來使節(jié)點(diǎn)加入距基站更近的簇首。

（6）在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，當(dāng)簇首的能量下降到預(yù)先設(shè)定閾值時，放棄該節(jié)點(diǎn)為簇首，并把該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，寫入一個非簇首表中，表示該節(jié)點(diǎn)之后不會再被選為簇首。

（7）進(jìn)入下一輪選簇首階段，重復(fù)步驟（3）～步驟（6）操作，直至所有的MAP節(jié)點(diǎn)都被選過簇首且其能量剩余小于設(shè)定閾值。

2.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和報文設(shè)計

針對MAP-ICC獨(dú)立建簇算法，定義了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和報文結(jié)構(gòu)：

①節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

②節(jié)點(diǎn)的報文設(shè)計：

MAP-ICC獨(dú)立建簇算法中使用的報文格式見表1，消息類型見表2。

表1　MAP-ICC獨(dú)立建簇算法報文格式

3　仿真分析

3.1仿真環(huán)境與參數(shù)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)用MATLAB作為仿真工具，對本文提出的MAP-ICC獨(dú)立建簇算法進(jìn)行仿真分析，分別從網(wǎng)絡(luò)生存時間、數(shù)據(jù)報發(fā)送成功率、路由負(fù)載進(jìn)行分析對比。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為以基站MP為圓心圓形覆蓋區(qū)域內(nèi)，區(qū)域內(nèi)MAP節(jié)點(diǎn)均勻分布，STA節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布。網(wǎng)絡(luò)半徑R為200 m、MAP節(jié)點(diǎn)個數(shù)300、節(jié)點(diǎn)初始能量0.5 J、數(shù)據(jù)包大小2 000 bit、電路固定能耗E1為50、自由空間傳輸系數(shù)為10、多路衰減傳輸系數(shù)為0.001 3。

3.2仿真結(jié)果分析

3.2.1網(wǎng)絡(luò)生存時間

網(wǎng)絡(luò)生存時間用來反映在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中節(jié)點(diǎn)能夠維持網(wǎng)絡(luò)通信的最長時間。隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時間的推移，一些節(jié)點(diǎn)因能量耗盡而死亡，根據(jù)最后一個存活節(jié)點(diǎn)的死亡時間來判斷網(wǎng)絡(luò)生存時間。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖5可知本文提出的MAP-ICC獨(dú)立建簇算法最后一個節(jié)點(diǎn)死亡時間要相對較晚，這是因?yàn)榉谴厥坠?jié)點(diǎn)進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)而減少能量的消耗，從而延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時間。

3.2.2數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率

數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率是目的節(jié)點(diǎn)成功接收到的數(shù)據(jù)報文數(shù)量與發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的總報文數(shù)量的的比值，是用來反映鏈路的穩(wěn)定性和路由協(xié)議的優(yōu)劣。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖6來看，本文提出的MAP-ICC獨(dú)立建簇算法在開始時數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率略低，這是因?yàn)樵谄鹗茧A段要進(jìn)行建簇而需要發(fā)送多余的報文，從而導(dǎo)致其報文成功率略低。但是在大部分時間內(nèi)MAP-ICC獨(dú)立建簇算法的報文發(fā)送成功率要高于HWMP和LEACH。

3.2.3路由負(fù)載

路由負(fù)載用來反映在傳輸鏈路上發(fā)送一定量報文時節(jié)點(diǎn)或鏈路所負(fù)載的報文量或報文的比例。同樣條件下路由負(fù)載越小表示鏈路負(fù)載越小或者節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)承載量越小。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖7可知MAP-ICC獨(dú)立建簇算法在整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量約小于250個節(jié)點(diǎn)時路由負(fù)載相對較小。

圖5　網(wǎng)絡(luò)生存時間對比

圖6　數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率

圖7　路由負(fù)載與節(jié)點(diǎn)個數(shù)的比較

4　結(jié)束語

該文分析了傳統(tǒng)的分簇路由協(xié)議，并且針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)類型不同功能不同的特點(diǎn)提出MAP-ICC獨(dú)立建簇算法，通過對MAP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立建簇，在網(wǎng)絡(luò)生存時間、數(shù)據(jù)報文發(fā)送成功率、路由負(fù)載三個方面進(jìn)行仿真分析對比。實(shí)驗(yàn)得出本文提出的MAP-ICC獨(dú)立建簇算法具有良好的表現(xiàn)結(jié)果。

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龍昭華（1962-），男，貴州遵義人，碩士生導(dǎo)師，教授，CCF會員，計算機(jī)學(xué)會傳感器網(wǎng)絡(luò)專委會委員、計算機(jī)學(xué)會普適計算專委會委員，主要研究方向：為網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式系統(tǒng)，longzha@cqupt.edu.cn；

蔣緯昌（1989-），男，河南南陽人，碩士研究生，CCF學(xué)生會員；會員號：58706G，主要研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，jiangwc_ny@163.com。

The Research of Wireless Mesh Network Hierarchical Routing Protocol Based on MAP-ICC*

LONG Zhaohua*，JIANG Weichang，LIU Daming
（College of Computer Science and Technology，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，Chana）

In the research of Hybrid Wireless Mesh Protocol and Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，propose a hierarchical routing algorithm MAP-ICC（Mesh Access Point Independent Construction of Cluster）based on energy balance.The algorithm for Wireless Mesh Network access layer MAP node independent clustered，the energy consumption of node MAP calculate the optimum number of cluster head，based on the optimal number of cluster head node for MAP within the coverage area is divided cluster，users select the appropriate cluster head node to join with the weighted formula.The simulation results show that：the propose MAP-ICC independent clustered algorithm has increased survival time，improve the success rate of data packets and routing load reduced.

wireless mesh network；build cluster mechanism；energy consumption；hierarchical routing protocol；optimal cluster head

TP393

A

1004-1699（2016）10-1573-06

項(xiàng)目來源：重慶市研究生教學(xué)改革研究項(xiàng)目（yjg143097）

2016-04-27修改日期：2016-05-30