无线Mesh网络中的负载均衡路由技术研究

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随着无线通信与信息网络等技术的迅速发展,无线Mesh网络成为无线通信领域新的发展方向,具有灵活性大、可靠度高、性能更好的优点,因此成为Internet“最后一公里”延伸的重要选择。无线Mesh网络在军事、环境、医疗、家庭等诸多领域有着广泛的应用前景。负载均衡路由技术能提高网络容量、均衡网络资源,是使节点具有更高吞吐量以及提升带宽利用率的一种重要技术,因此对无线Mesh网络中负载均衡路由技术的研究具有较大的意义。无线Mesh网络中的负载均衡路由技术主要包括以下几个方面:(1)网关之间的负载均衡;(2)负载均衡单径路由技术;(3)负载均衡多径路由技术。因此,本文也主要从这三个方面着手来实现无线Mesh网络中的负载均衡路由技术。本文针对以上问题,主要完成了以下工作。(1)提出了一种基于负载均衡的网关部署算法。针对网关间的负载均衡问题,首先给出了一种基于作用力的贪婪启发式分簇算法,该算法在给定的候选网关节点集合中选择最少数量的节点作为网关,并以这些网关节点作为簇头进行分簇,簇中普通成员节点与簇头之间的关系用吸引力来表示,而在干扰范围内的普通成员之间的关系用排斥力来表示。因此计算普通成员节点之间与簇头之间的关系时既要考虑吸引力,也要考虑排斥力。在该算法的基础上提出了一种基于杂交粒子群优化的网关部署算法,以解决网关数量和负载均衡两方面的问题。最后通过仿真实验验证了该算法能够有效的实现网关处得负载均衡,提高了网络吞吐量,改善了网络的传输性能。(2)提出了一种基于负载均衡的混合路由算法。针对无线Mesh网络中的负载均衡问题,本文首先给出了一种基于剩余负载率的路由算法,同时将该路由算法应用到融合遗传算法和蚁群算法的路由协议当中,利用遗传算法的随机搜索、快速、全局收敛性产生有关问题的初始解,并将其转化为蚁群算法的初始信息素分布,然后利用蚁群算法的并行性、正反馈机制以及求解效率高等特征寻求最优解。最后通过仿真实验验证了该算法能够有效的实现无线Mesh网络中路由器之间的负载均衡,提高了网络吞吐量,改善了网络的传输性能。(3)提出了一种基于负载均衡的多信道路由算法。已有的WCETT路由判据中并没有考虑负载均衡、链路干扰以及信道切换时延等问题,针对这个问题,本文给出了一种集中式的负载感知的多信道路由算法,该算法首先根据网络拓扑图构建相应的冲突图,根据链路潜在的干扰情况和链路负载情况为冲突图中的每个节点分配一个权值。依次为冲突图中的每个节点分配信道。最后给出了一种根据WCETT路由判据改进的路由判据LBI_WCETT,该路由判据综合考虑了链路干扰、链路负载、信道分布情况、及路由选择时的信道切换导致的时延问题。仿真结果表明本文提出的多信道路由算法能够有效的提高网络容量、降低平均端到端延时、改善网络性能。(4)提出了一种基于分簇的多径路由算法。针对已有的多径路由协议中复杂性大、开销大等缺点,给出了一种基于分簇的多径路由算法。算法中又针对已有的k-hop分簇算法没有簇首、开销大等缺点,提出了一个新的节点连接度的概念,根据节点的连接度值来选择簇首,同时借助最大连通度思想,对k-hop分簇算法进行改进,进而提出了一种新的无线Mesh网络中基于分簇的多径路由算法。在成簇过程中,边界网关节点的选择成为关键,因此选择预期负载比较小的节点作为边界网关节点。最后再根据簇间、簇内路由策略来选择多条路径进行数据传输。在流量分配阶段根据虚拟多路径模型来进行流量分配。最后实验结果表明本文提出的分簇的多径路由算法能够有效的降低网络开销,提高分组交换率,有效的实现Mesh路由器之间的负载均衡。本文对无线Mesh网络中负载均衡技术进行了深入研究,取得了一定的成果,但还需要做进一步的完善与深入探讨。
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