關于無線Mesh網絡信道分配策略的探討
1 引言
近年來，無線mesh 網絡（wireless mesh network，wmn）以其特有的優勢引起了人們的廣泛關注，成為研究的熱點[1]。現有的無線網絡協議（如802.11）提供了若干個互不干擾的信道，即這些信道可以同時在同一個范圍內使用而不會造成干擾[2]。通過在無線mesh 網絡中應用多信道，可以提高系統吞吐量，改善網絡性能。
2 無線mesh 網絡多信道mac 協議
無線 mesh 網絡是一種高容量、高速率和分布式網絡。它具有多跳、自組織和自愈合的特點[3]。傳統的多跳無線網絡大部分都是由單網卡節點組成的，當前的無線mesh 網絡，基本上也是采用單信道mac 協議，限制了整個網絡數據傳輸速率與網絡容量，不能滿足人們日益增長的需求。在無線mesh 網絡中，通過使用多信道mac 協議，使不同的節點在不同的信道上同時通信，可以有效的減少碰撞和干擾，從而提高系統的吞吐量。
如圖 1 所示，根據不同的硬件平臺，多信道mac 協議可分為單接口多信道和多接口多信道。單接口多信道協議節點只有一個接口，任一時刻每個網絡節點上只能有一個活躍的信道。但不同的節點可以同時工作在不同的信道上，這樣就增加了系統容量。如何協調mesh 節點在多信道的條件下工作，是多信道單接口mac 協議的研究重點。而且節點通信時需要來回切換信道，信道切換產生的時延會導致系統性能下降。此類協議的典型代表是mmac 協議和ssch 協議。多接口多信道mac 協議每個網絡節點配置多個接口，每個接口帶有獨立的mac 層和物理層，可使用不同的頻段，節點在這些頻段上的通信是完全獨立的，可以同時進行。dca（dynamic channel assignment）、mup（multi-radiounification protocal）、pcam（primary channel assignment based mac）可歸入這種類型[4]。
3 信道分配策略
本文提出了一種混合信道多信道協議hmcp，它假定網絡中每個節點有m 個接口（m≥2），但每個節點的接口總數始終少于信道總數。假設節點上有f（1≤f＜m）個接口為“固定的”接口，分配給這些接口的信道也是固定的。節點上固定信道是基于平衡兩跳范圍內鄰節點的固定信道來分配的。其余的信道則動態的分配給其他m-f 個接口，這些接口稱為“可換接口”，這些信道間是可以相互切換的。任何節點間的通信都必須在固定信道上進行，因為這樣才能保證節點能夠監聽到消息。如果節點s 想要給節點d 發送消息，首先節點s 會檢測它是否與節點d 共享一條固定信道。如果是，節點s 會在此接口連接的固定信道上發送消息給節點d。如果兩個節點不在同一條固定信道上，節點s 則需要通過可換接口切換到節點d 的一條固定信道上去，然后再開始通信。當鄰節點d 有多個固定收發器的時候，我們可以加一些智能算法讓節點s 檢測使用哪個固定信道與節點d 通信。
hmcp 簡化了需要提前知道信道切換表再在節點間進行協調的過程。每個節點僅僅需要知道與之通信的節點的固定信道即可。混合信道的分配策略也具有信道動態分配的優點，比如說，任何節點能夠在任意時間內訪問任何信道。同時，該協議保持了固定信道分配策略的簡明性，舍棄了可換信道切換策略的復雜性。該信道分配策略的一個主要問題就是增加了廣播開銷。廣播消息需要在節點的所有信道上發送。這樣，這個節點周圍的所有節點都能收到廣播消息。因此，當一個節點要發送一條廣播消息時，它會通過固定接口發送一條廣播消息的副本到固定信道上。同時，它一個一個發送廣播消息的副本到可換接口的各個信道上。