作 者:韦云凯 毛玉明 吴凡
多信道无线自组织网络,则需要关注如何在节点间分配信道,以提高网络吞吐量,避免冲突,实现信道上的负载均衡。目前较多的做法是,将信道分为控制信道和数据信道,节点在控制信道中协商数据交换采用的数据信道,然后在相应的数据信道上进行数据通信。控制信道和数据信道的划分可能是时间上的,也可能是空间上的。比如,一个信道在某个时刻可能用作控制信道,协商好数据信道后,切换到相应的数据信道进行通信。也可能一个节点拥有几个接口,其中的一个接口固定工作在某个控制信道上,其他接口固定或者动态实用某个数据信道。不管是哪种方式,都需要占用一定的资源用于信道协商。这种占用是值得的,目前在多信道的理论分析结果说明,在合理设计的多信道条件下,不仅可以提高整体网络容量,还可以提高每个信道的实际吞吐量。但是这些研究多是基于静态的。开发一种基于拓扑结构的算法,对信道资源进行动态分配,也是一个值得研究的问题。
1.3单向链路问题
单向链路问题是无线通信中一个普遍存在的问题。如图3所示,A的信号覆盖范围包括B,而B由于功率、地形等因素,信号不能覆盖到A,则B可以收到A的信息,而A不能收到B的信息,这就构成了单向链路。
在单向链路情况下,RTS/CTS/ACK、控制信道协商等机制都不再有效。在目前的标准与应用中,很多都没有使用、或者是没有涉及单向链路。这对信道资源而言是一个很大的浪费。如果能够通过链路层和物理层的协同控制,借助网络层的某些信息,控制A可以直接发送给B,而B可以通过适当的节点转发给A,则可以提高信道的利用率。
1.4广播
无线自组织网络中的广播,对于信道利用率有很大的影响。最基本的思路是:一个节点的广播被其所有邻居节点收到,所有的邻居节点再次转发这个广播。但这种做法显然是行不通的,一个节点可能反复收到同一条广播,并多次转发。即使采用某种机制辨别出是自己已经转发过的,而不再次转发,也已经对信道构成了浪费[2]。比较行之有效的一种方法是,借鉴区域路由协议(ZRP)中的多点中继(MPR)思路,某节点A根据拓扑信息将邻居节点中的某些节点设为MPR节点,只有被设为MPR节点的,才转发A所发出的广播。其他节点依次类推。这种方式大大减少了广播转发的次数,减少了信道的无谓占用,提高了信道利用效率。
2 路由技术
2.1无线自组织网络路由协议
无线自组织网络环境下,节点间的无线链路及由此而形成的网络拓扑结构随节点的位置分布和移动、信道的变化等因素呈现出动态变化的特性。无线网络的路由技术面临的困难远比有线网络的大的多,有线网络的路由技术完全无法直接移植到无线网络中来。按照路由协议建立和维护方式的不同,可以将无线自组织网络路由协议分为3类:先应式路由协议、反应式路由协议、混合式路由协议,如图4所示。
先应式路由协议仿照有线网络的做法,在每个节点建立和维护包含到达其他节点的路由信息的路由表,源节点一旦要发送报文,可以立即获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议的时延较小,但路由协议在及时把握网络拓扑结构的变化、路由更新和维护等方面,占用无线信道通信资源的开销较大,在移动性高而负载轻的网络中性能较差。
反应式路由协议在需要发送数据时才查找路由,与先验式路由协议相比,反应式路由协议的开销较小,能够快速的适应网络拓扑变化,但是由于存在发现过程使数据报传送的时延较大,在网络负载很重的情况下,其性能较差。