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无线Mesh网络已成为了一种新兴的无线多跳网络规范,有着十分广泛的应用,如软件更新,音视频文件下载等。目前,无线Mesh网络的研究已经从传统的单信道单接口环境逐渐转向多信道多接口环境。另外,在无线Mesh网络中,有一种关键技术叫广播,它能将数据包从源节点分发给相应的目标节点,但可能在此过程中存在丢包进而导致数据重传。为了缓解该问题,相关研究者提出将网络编码应用于数据传输过程中,每次只需要传输编码包,这样可以降低节点对数据包的协同开销,能进一步提升网络性能。
相关协议,如NCOM,Pacifier,RCode等,都利用了网络编码的思想,但是它们仅仅针对树型结构而设计,而忽略掉了很多有可能能更进一步提升网络性能的链路信息。相关研究者之前提出的GreedyCode协议虽然充分考虑利用网络中所有的链路信息进行数据包的接收与发送,但它仅仅针对单信道单接口网络而设计。
本文主要针对多信道多接口网络环境而展开研究。首先针对Pacifier协议的缺陷而提出了JCABT协议,该协议是针对树型结构而设计的,结合着网络编码,充分利用了无线媒介的广播特性,并在构建广播树的过程中,同时进行着信道分配。接着,本文针对树型结构拓扑的缺陷,提出了两种新颖的基于图结构的广播协议:MCMR-GraphProtocol协议与EGreedyCode协议,它们均是针对多信道多接口环境而提出的。
MCMR-GraphProtocol协议主要包括两部分内容:信道分配和路由规划。在信道分配方面,提出了LCAS信道分配算法,每次选择干扰最少的信道进行分配,直到所分配的信道数等于节点的接口数或与该节点相关的链路已分配好信道。在路由规划方面,解决了任意时刻网络中应该调度哪些节点发送多少数量的编码包这一问题。
借鉴着MCMR-GraphProtocol协议中的某些思想,并结合着GreedyCode协议中提出的度量节点效率的贪婪指标,提出了EGreedyCode协议。EGreedyCode协议考虑到了多信道多接口技术的优势,结合着网络编码等思想,并充分利用网络中所有的链路进行数据包的传输,并且能够分布式实现,其基本思想是动态选择转发节点集,使得它们的效率之和尽可能大,当因节点接口数或信道数有限而发生干扰时,尽量抑制低效率的节点,这样,能保证整个网络中传输数据包的节点的效率之和尽可能大。具体而言,节点在发送编码包之前,先收集一跳邻居范围内节点的信道信息,再进行信道分配,最后阶段再发送数据包。
据我们所知,基于图结构与网络编码的多信道多接口信道分配协议由本文首次提出,其中在MCMR-GraphProtocol协议中还提出了一种新颖的动态信道分配方案。
最后本文通过仿真实验,进一步对JCABT,MCMR-GraphProtocol,E-GreedyCode协议的性能做了验证。相比NCOM,Pacifier,GreedyCode,MCM,MLRM等协议,它们具有更好的网络性能,即更高的网络吞吐量,更低的网络延时等。