基于IEEE802.11s的无线Mesh网络路由协议研究（二）

2.4 HWMP协议的树型路由

HWMP 协议将按需路由与先验式路由相结合，树型结构将一个MP(通常是MPP)配置为根节点，其他的MP均先验式地维护到根节点的路径，生成并维护一个距离矢量树。HWMP中树型路由有两种实现方式：

(1)先验式树型路由

通过PREQ 消息与PREP 消息的交互实现，即HWMP注册标志位RE未注册，如图9所示。首先，根节点广播PREQ 消息，收到PREQ 消息的MP 进行逐级路由查找并建立路由，从而将根节点到所有MP的路由建立起来，由此先验式树型路由建立成功。在该实现方式中，MP可以先验用PREQ消息和PREP消息进行路由建立，并先验式维护到根节点的路径。

(2)按需树型路由

该方式通过RANN消息实现，即HWMP注册标志位已注册，如图9所示。在拓扑形成过程中，首先根节点广播RANN消息，RANN消息中包含了到根MP的路由met-ric.在Mesh中的收到RANN消息的每个MP记录根节点的信息，同时，向根MP发送一个单播的PREQ 消息，根MP会发送一个PREP消息响应接收到的PREQ消息，从而由根节点建立树型路由。

无论是先验式树型路由还是按需树型路由，被选为根节点的MP要周期性地发送PREQ或RANN以维护和更新树。一旦MP选择了到根节点路径的父MP,它将周期的向父MP发送维护PREQ 并接收返回的PREP来维护这条路径。只要当前父节点不能提供最优路径，MP将根据在根节点上配置的策略切换到另一个父节点。

如果当前父路径丢失，MP 立刻广播拓扑PREQ 并沿着这个拓扑发送PRER,使任何包含这条链路按需路由的节点能够从路由表中删除这个表项。如果在一个时间间隔内没有找到另一个有到根节点的有效路径的父MP,向所有子MP发送PERR.

2.5 ATC度量机制

空中传播时间链路判据(Airtime Link Metric)是IEEE 802.11s设备互操作默认的RA(Radio-aware)路径度量机制，影响特定链路上发送一帧所消耗的信道资源，含空时度量总和最小的路径为最优路径。

链路的空时损耗ATC(Airtime Cost)Ca 为：

其中，一帧的信道接入开销Oca、MAC协议开销Op、比特数Bt 三者均为常数，其值取决于IEEE 802.11 传输技术。传输比特率r Mb/s 是在当前的条件下，Mesh 节点传输大小为Bt 的帧，差错率为efr 时的速率。

2.6 ATCn改进机制

ALM 是一种近似的测量方法，其主要目的是为了降低具体实现和交互的难度。该度量机制考虑的是传输速率与信道质量。但是，链路质量好坏直接影响着路径的选择，其也是路由判据中需要考虑的重要因素。在无线Mesh网络的ALM判据基础上，增加链路质量作为路由判据，可得到式(2)。

链路的空时损耗ATCn(Airtime Cost)Cap 为：

3 HWMP 仿真场景及实验结果

本文采用NS 仿真软件构建无线Mesh 网络的仿真平台，对基于ATC度量机制的HWMP协议和ATCn度量机制的HWMP协议进行对比分析验证。

实验环境：在1 000 m×1 000 m范围内，产生5个固定节点、30个节点的随机拓扑。以Random Waypoint模型仿真移动节点的固定速率随机移动。节点配置single-radio单接口，传输协议采用UDP.

仿真参数的设置见表1.

端到端平均时延，是指所有成功传递的分组的接收时间和发送时间差的平均值。如图10所示，与ATC 相比，ATCn机制的平均端到端时延较小。基于链路质量的路由判据减少了平均端到端时延。

吞吐量是指目的节点接收的数据包个数/仿真时间。如图11所示，基于ATCn机制的HWMP协议的吞吐量高于基于ATC机制的HWMP协议。该机制进行链路质量选择，减少了包的冲突数量，且丢包数量降低，从而吞吐量得到了提高。

4 结语

HWMP 协议将按需路由与先验式路由结合，具有先验式路由协议的灵活性，亦具有按需路由协议的有效性。对该协议度量机制做出的改进，与ALM 机制下的HWMP 协议相比，在端到端时延和吞吐量等性能方面都有一定程度的提升。但其也有不足之处，主要表现在：(1)由于树状拓扑流量汇聚，靠近根部的链路容易形成网络流量的瓶颈;(2)混合路由机制在开始时有较长的时延，特别当消息从Mesh外经网关节点向Mesh内节点传输过程;(3)与传统的按需路由机制相比，混合路由机制只有确定目的节点在Mesh内的情况下才使用泛洪路径发现;数据的组播和广播不再需要泛洪，通过树型拓扑进行数据的组播和广播更加有效。

无线Mesh网络作为一种新型的机动宽带网络，组网能力强、灵活且易部署，具有自适应性、可靠性和可扩充性等优点，路由等关键技术在无线Mesh网络中起着重要的作用，相信在不久的将来，灵活方便的无线Mesh网络将大大提高宽带无线接入能力，并在应急通信等特殊应用领域中发挥其重要作用。