混合WMN路由技术研究与应用

（一）跨层设计方法的介绍与应用

跨层设计是通过在不同层之间进行信息交互，更准确地捕获网络状态来提高无线网络性能的有效的方法，已经被广泛用于WMN路由协议设计。传统的分层协议体系结构要求不同层之间是透明传输，使协议的发展和实现更简单和具有可扩展性。然而，这种分层协议不能为无线网络提供最佳性能。在无线网络中，物理信道的可用带宽、误比特率等是变化的，高层协议将不可避免地受到不可靠物理信道的影响。因此，跨层设计作为有效的解决方法被研究者提出，使不同的协议层之间相互协作，实现提高无线网络性能的目标。

1.跨层设计方法的介绍

跨层设计方法主要分为以下两类。

（1）通过获取其他协议层的有用参数来对某一协议层进行优化，即把其他协议层的信息传递给所优化的协议层，实现协议层间信息交互的目的。例如：将MAC层的节点负载状况传递给网络层作为路由协议选路标准的一部分，能够有效提高网络性能。这种跨层设计方法没有完全抛弃分层协议体系中的透明性原则，实现简单，但是不同协议层之间的信息交互会产生相应的网络开销。

（2）不同协议层的机制被联合优化为一个协议层机制，是一种实现多个分层协议合并为一个协议的跨层设计方法。例如：MAC层和网络层路由协议的信道、路由路径都由一个机制决定。这种跨层设计方法完全抛弃了传统分层体系的透明传输原则，实现较为复杂，但是能够消除不同协议层间信息交互产生的开销，提供更佳的网络性能。现有跨层设计方法主要使用的是第一种方法，通过根据不同协议的需求，与相关的协议层进行信息交互，获取有用的信息进行协议优化，以期提高协议的有效性和网络性能。在WMN中，由于动态的无线网络环境使多个协议层受到影响，此外，跨层设计因其不需要额外的硬件，能够为改善整体网络性能提供低成本方法。因此，跨层设计成为提高WMN路由协议有效性和网络性能的有效解决方案。

2.跨层设计方法的应用(www.xing528.com)

大部分现有的路由协议采用跳数度量来选路，不能够充分捕获链路质量和网络状态。跨层设计被应用到WMN路由协议设计中，允许信息在不同层间交互，例如：网络层的路由协议可以获取MAC层的干扰和流量负载信息作为路由度量的一部分进行选路，实现了对网络资源和特点更好的描述。路由协议主要采用主动或被动监测方法去获得网络的参数。一方面被动监测机制依靠直接与其他层的信息交互的方法实现跨层，是跨层设计中最受青睐的方法。此外，在获取参数的同时不产生额外的开销。另一方面主动探测机制能够克服被动监测在网络驱动不可用时无法获得参数的限制，通过主动探测的方法获取传输速率、时延、丢包率等网络参数。但是主动探测方法具有增加网络开销，探测不准确和高负载下路由震荡的缺点。现有的无线Mesh网络路由协议研究主要是从MAC层和物理层获取网络的流间干扰和流量负载信息辅助选择最优的路径。

跨层方法被广泛应用于WMN路由协议研究，主要集中在基础设施Mesh网络中，包括干扰感知的路由度量、负载感知路由度量和混合路由度量三种。现有文献提出一种干扰感知的路由度量iAWARE，通过跨层获取物理层的信号强度、信道占用时间等参数计算信号干扰比SINR和信噪比SNR，并采用物理模型衡量网络中的干扰，能够准确地测量实际的干扰情况，提高网络的性能。

（二）混合WMN路由协议研究现状

路由协议是网络中为给通信双方提供最优的路由而运行的协议，通常主要集中在网络层，其所选路由的好坏直接影响着全网的网络性能。路由度量是路由协议选择一条最优路径的核心度量标准，它通常包括一系列以数学方式组合在一起的测量值。这些测量值一般从MAC层和物理层获取，能够更准确地捕获链路质量、负载强度、干扰大小等网络状态和特点。出于这个原因，跨层设计方法已被应用到路由度量中去获取这些有用参数，并将其提供给网络层使用。

现有的WMN路由研究主要集中在基础设施Mesh网络中，针对混合WMN的路由研究相对较少。混合WMN中的Mesh客户端具有转发能力，能够增加网络的覆盖范围，但是其移动性和能量受限特性给路由选择带来新的挑战。因此，混合WMN中的路由研究在考虑骨干网特性的同时也需要考虑Mesh客户端的特性，已提出的基础设施WMN路由协议不再适用于混合WMN。

在综合考虑混合Mesh网络架构特点的基础上，通过跨层设计方法，根据Mesh路由器和Mesh客户端特点设计合理的路由协议，使其在选路过程中能够感知客户端的能量与移动性变化，以期实现网络能量有效性与均衡，提高混合WMN整体网络性能。现有的有关混合WMN中的路由研究主要集中在路由度量、安全路由、AODV协议的各种改进来降低开销等。AODV-MR因其具有良好的适应动态变化的能力被应用到混合WMN中进行路径选择。因此之后的很多混合WMN路由协议都是在AODV-MR基础上做的相应改进。