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摘要：无线Mesh网络联合信道分配和多路径路由在交叉式路径的指导下出现了一种全新的模式。该模式在按需路由的基本方式的基础上，依据已选路径的情况来设置具有中继功能的交叉式节点。再根据主要用户在过去的使用中使用每个信道的最少次数来确定信道，并在此基础上提出缓和信道冲突的方法。从路径交叉的角度为认知无线Mesh网络提出一种新的联合多路径路由和信道分配策略，该策略结合按需路由的基本流程，同时根据所选路径情况设置交叉节点的中继功能，以主用户曾经占用每个信道的最少次数作为衡量标准来选择信道，并给出了一种解决信道冲突的方案。
关键词：无线Mesh网络；信道分配；多路径路由
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-08-0-01
随着无线和移动通信的蓬勃发展，有限的开放频谱已经无法满足不断增长的需求，而研究表明现有专用频谱中有相当一部分并未得到充分利用。在CogWMN中，由于频谱分布不均匀，各节点的频谱接入机会集合各不相同，且动态变化，为了确定CogWMN中下一跳节点以及与之通信的频段，多跳CogWMN的路由必须和频谱分配紧密结合在一起。因此本文提出一种新的联合多路径路由和信道分配策略，该策略结合按需路由的基本流程。
一、联合多路径路由和信道分配策略
（一）多无线电多路径路由策略
多无线电多路径路由策略能够克服单无线电单路径中的信道竞争和冲突问题，其考虑到路径数的增多，因此可以使网络端到端的吞吐量得到有效提高。MRMP路由协议可以适当地分裂数据流，传输中使用的无线电接口数充足，并通过MAC协议得到有效的分配。
（二）联合多路径路由与信道分配策略
1、路由发现。本文提出的路由策略基于AODV的基本流程，当且仅当有数据要发送且无有效路由时，认知Mesh源节点通过广播路由请求（RREQ）包来启动路由发现过程。目的节点将会通过相反的路径向源节点发出路由回复（RREP）消息。RREQ携带了源节点端到目的节点端的每个节点的可用信道列表信息，而RREP消息中除了携带每个节点的ACL信息，还记录了每个节点的已分配信道信息。
2、多路径“交叉点”设置策略。对于多跳CogWMN中多路径工作场景，当某个节点在传输数据包过程中出现丢包现象时，产生端到端时延的主要原因之一是源节点需要等待足够长的时间才能够开始重传丢弃的数据包，而这段等待时间与源节点、该节点以及目的节点之间的距离有关。由于端到端路径由多个链路组成，无论数据包在任何链路上出现丢弃，重传过程开始之前都需要等待大量时间确认数据包丢失。
3、路由回复与信道分配。本文的信道分配在路由回复阶段进行。在CogWMN中，由于主、次用户一直互相存在，并且主用户对所接入的信道有唯一的优先权，因此次用户在机会主义地使用主用户当前未占用的信道时，可以先对主用户当前未占用的每个信道做使用频繁次数统计，即主用户曾经占用这个信道的频繁次数。
4、信道冲突。信道分配过程中发生信道冲突的情况之一是：当发送节点所选择的信道对于接收节点来说不是最佳选择时。这种情况发生在接收节点发现另一个信道比所选择的信道具有更小的索引时。发生这种信道冲突的概率一般是比较低的。
二、性能评估
（一）仿真环境
本文假设以下场景：一个认知无线Mesh网络由两个主用户和WMN网络组成。WMN由一个因特网网关（ＩGW）和一定数量的通过多跳路径连接到IGW的Mesh路由器（MRs）组成。所有的节点都是静态的。本文使用两个评估参数：平均吞吐量和端到端的平均时延。
仿真中引入两种典型策略进行对比：一种是基于干扰的信道分配策略，另一种是基于链接的信道分配策略。
（二）仿真结果与性能分析
CogWMN应用JMPRCA算法与基于干扰和基于链接算法时的平均吞吐量性能对比。为CogWMN应用3种算法的平均端到端时延对比。本文提出的算法在网络平均吞吐量、时延方面明显优于基于干扰、基于链接的信道分配算法。在基于干扰的算法中，仅仅考虑了干扰问题。在基于链接的方法中，节点总是从可用信道中随机地选择一个信道作为自己的操作信道。而在新算法中，根据所选择的路径情况设置交叉节点的中继功能，以主用户曾经占用这个信道的最少次数作为选择信道的衡量标准，并对网络中有可能发生的信道冲突给出了解决方案，因而能够增加网络的吞吐量，减少网络平均端到端时延。
三、结束语
认知无线Mesh网络中的主用户可以自主切换信道，从而对网络拓扑结构以及路由产生影响。本文针对上述问题提出了一种新的联合多路径路由和信道分配方案，该方案结合AODV的基本流程，同时对所选路径中的交叉节点赋予中继功能，能够有效降低分组的端到端延迟，然后次用户从主用户曾经占用的这些信道中选择占用频繁次数最少的一个作为当前操作信道，最后给出一种解决信道冲突的方案。仿真结果显示，相较于基于干扰、基于链接的信道分配算法，本文所提出的算法能使整个网络具有更高的平均吞吐量以及更小的时延特性。
参考文献：
[1]王春霞,李陶深,葛志辉.无线Mesh网络中基于DSR的多路径路由协议研究[A].2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C].2009.
[2]王春霞,李陶深,葛志辉.无线Mesh网络多路径路由协议的研究[A].广西计算机学会2009年年会论文集[C].2009.
[3]刘源,唐红.WMN中一种新的基于组合公钥的密钥管理和双向认证协议[A].2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C].2009.
[4]黄鑫,冯穗力,庄宏成.多射频多信道无线Mesh网络的跨层公平资源分配[A].2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C].2009.
关键词：无线Mesh网络；信道分配；多路径路由
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-08-0-01
随着无线和移动通信的蓬勃发展，有限的开放频谱已经无法满足不断增长的需求，而研究表明现有专用频谱中有相当一部分并未得到充分利用。在CogWMN中，由于频谱分布不均匀，各节点的频谱接入机会集合各不相同，且动态变化，为了确定CogWMN中下一跳节点以及与之通信的频段，多跳CogWMN的路由必须和频谱分配紧密结合在一起。因此本文提出一种新的联合多路径路由和信道分配策略，该策略结合按需路由的基本流程。
一、联合多路径路由和信道分配策略
（一）多无线电多路径路由策略
多无线电多路径路由策略能够克服单无线电单路径中的信道竞争和冲突问题，其考虑到路径数的增多，因此可以使网络端到端的吞吐量得到有效提高。MRMP路由协议可以适当地分裂数据流，传输中使用的无线电接口数充足，并通过MAC协议得到有效的分配。
（二）联合多路径路由与信道分配策略
1、路由发现。本文提出的路由策略基于AODV的基本流程，当且仅当有数据要发送且无有效路由时，认知Mesh源节点通过广播路由请求（RREQ）包来启动路由发现过程。目的节点将会通过相反的路径向源节点发出路由回复（RREP）消息。RREQ携带了源节点端到目的节点端的每个节点的可用信道列表信息，而RREP消息中除了携带每个节点的ACL信息，还记录了每个节点的已分配信道信息。
2、多路径“交叉点”设置策略。对于多跳CogWMN中多路径工作场景，当某个节点在传输数据包过程中出现丢包现象时，产生端到端时延的主要原因之一是源节点需要等待足够长的时间才能够开始重传丢弃的数据包，而这段等待时间与源节点、该节点以及目的节点之间的距离有关。由于端到端路径由多个链路组成，无论数据包在任何链路上出现丢弃，重传过程开始之前都需要等待大量时间确认数据包丢失。
3、路由回复与信道分配。本文的信道分配在路由回复阶段进行。在CogWMN中，由于主、次用户一直互相存在，并且主用户对所接入的信道有唯一的优先权，因此次用户在机会主义地使用主用户当前未占用的信道时，可以先对主用户当前未占用的每个信道做使用频繁次数统计，即主用户曾经占用这个信道的频繁次数。
4、信道冲突。信道分配过程中发生信道冲突的情况之一是：当发送节点所选择的信道对于接收节点来说不是最佳选择时。这种情况发生在接收节点发现另一个信道比所选择的信道具有更小的索引时。发生这种信道冲突的概率一般是比较低的。
二、性能评估
（一）仿真环境
本文假设以下场景：一个认知无线Mesh网络由两个主用户和WMN网络组成。WMN由一个因特网网关（ＩGW）和一定数量的通过多跳路径连接到IGW的Mesh路由器（MRs）组成。所有的节点都是静态的。本文使用两个评估参数：平均吞吐量和端到端的平均时延。
仿真中引入两种典型策略进行对比：一种是基于干扰的信道分配策略，另一种是基于链接的信道分配策略。
（二）仿真结果与性能分析
CogWMN应用JMPRCA算法与基于干扰和基于链接算法时的平均吞吐量性能对比。为CogWMN应用3种算法的平均端到端时延对比。本文提出的算法在网络平均吞吐量、时延方面明显优于基于干扰、基于链接的信道分配算法。在基于干扰的算法中，仅仅考虑了干扰问题。在基于链接的方法中，节点总是从可用信道中随机地选择一个信道作为自己的操作信道。而在新算法中，根据所选择的路径情况设置交叉节点的中继功能，以主用户曾经占用这个信道的最少次数作为选择信道的衡量标准，并对网络中有可能发生的信道冲突给出了解决方案，因而能够增加网络的吞吐量，减少网络平均端到端时延。
三、结束语
认知无线Mesh网络中的主用户可以自主切换信道，从而对网络拓扑结构以及路由产生影响。本文针对上述问题提出了一种新的联合多路径路由和信道分配方案，该方案结合AODV的基本流程，同时对所选路径中的交叉节点赋予中继功能，能够有效降低分组的端到端延迟，然后次用户从主用户曾经占用的这些信道中选择占用频繁次数最少的一个作为当前操作信道，最后给出一种解决信道冲突的方案。仿真结果显示，相较于基于干扰、基于链接的信道分配算法，本文所提出的算法能使整个网络具有更高的平均吞吐量以及更小的时延特性。
参考文献：
[1]王春霞,李陶深,葛志辉.无线Mesh网络中基于DSR的多路径路由协议研究[A].2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C].2009.
[2]王春霞,李陶深,葛志辉.无线Mesh网络多路径路由协议的研究[A].广西计算机学会2009年年会论文集[C].2009.
[3]刘源,唐红.WMN中一种新的基于组合公钥的密钥管理和双向认证协议[A].2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C].2009.
[4]黄鑫,冯穗力,庄宏成.多射频多信道无线Mesh网络的跨层公平资源分配[A].2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C].2009.