基于SNR的OLSR协议链路质量优化算法的研究

摘 要 传统的OLSR路由协议不能提供高质量、高性能的通信链路，Ad Hoc网络的可靠传输受到影响。针对这一问题，以OLSR路由协议为基础，提出了一种基于信噪比SNR的OLSR路由协议链路质量优化算法。该算法以信噪比SNR作为选路代价，降低干扰，提高通信链路质量。仿真结果表明，所提出的算法能够有效地改善网络链路的质量，降低端到端的延时。

【关键词】Ad Hoc网络OLSR协议SNR先验式路由

1 引言

OLSR路由协议是由IETFMANET工作组提出的一种表驱动式的链路状态路由协议，MPR机制的使用是其主要特点。OLSR通过使用MPR机制减少了协议的开销，对路由协议进行了优化，它较传统的路由协议有两个明显的改进：

（1）有效地压缩了节点构造拓扑分组时的局部拓扑信息，大大减少了传输拓扑控制分组带来的网络开销；

（2）在保持广播效果相同的情况下降低了广播所带来的网络开销。但OLSR协议采用是ETX方法度量链路质量，并没有考虑节点所受到的干扰因素、网络负载以及包的传输速率，导致得到的路径并非最优节点。针对这些不足，本文提出了一种基于SNR的OLSR路由协议链路质量优化方案，以信噪比作为选路代价，评估出实时、准确的链路质量，从而选出稳定强健的路由。

2 ETX_FFETH链路质量算法

在无线网络中，高效、准确、实时而又稳定的链路质量估计是保证上层协议性能的基础，如路由协议选择通信质量高的链路进行数据传输，链路质量估计的准确性直接影响到路由协议的性能。在有线、无线混合网络中，OLSR协议中采用的是ETX_FFETH链路质量算法。

ETX_FFETH算法使用OLSR报文中的序列号来计算报文丢失率，它的的工作原理如下：

对于两个节点A和B，首先估计A-B的发送成功率为pf，B-A的发送成功率为pr，则报文丢失率计算公式如公式（1）所示。

p=1-pf*pf （1）

令s（k）表示报文经过k次重传后才能成功到达的概率，则S（K）的计算如公式（2）所示。

s（k）=pk-1*（1-p） （2）

最后，从节点A到节点B成功传输一个报文的期望传输次数的计算如公式（3）所示。

ETX=1/pf*pf （3）

该算法使用“滞后机制”来平滑LQ/NLQ的比较小的波动。如果从某个邻居节点完全收不到报文，则启动一个定时器开始逐渐降低LQ的值，直到接下来又从这个邻节点收到报文，或者该链路被完全丢弃掉。

为了区分有线链路和无线链路的，etx_ffeth引入了一个特殊的ETX值0.1，来表示没有丢包的有线链路。

3 ETX_FFETH算法改进

在实际应用环境中，并没有考虑节点所受到的干扰因素、网络负载以及包的传输速率，不同链路在低负载条件所得到ETX值可能会相同，而随着负载上升，所得到的ETX值又会发生明显变化，这就会造成在实际应用中，路由反复切换，从而导致协议性能明显下降。

针对上述问题，本文提出了一种基于信噪比的算法优化方案，其基本思想以信噪比作为选路代价，计算出ETX值在负载升高的情况下不会出现重大变化。

3.1 数据结构修改

在default_lq_ffeth中添加valueSNR，和valueNSNR字段，使其支持信噪比变量。修改前后的default_lq_ffeth结构如表1所示。

3.2 信噪比获取及Penalty转化

在改进后的协议中，将首先获取当前节点维护的邻居节点列表，针对每个邻节点，通过读取网卡硬件寄存器获得与该节点链路状态信息，将信息存入lq_iw80211_data数据结构中，并加入iw80211_list链表。

在获取到SNR信噪比信息后，通过penalty_snr=snr_to_quality（lq_data->snr）将SNR转化为Penalty，参考OLSR协议的signal_to_quality函数，可定义不同SNR与Penalty的对应关系如图1。

即当SNR大于等于80时，penalty为10，SNR大于等于70时，penalty为20，以此类推，这样penalty值就将分布在区间[10，255]内，将一一对应到区间[0，1]内。

最后，修改linkcost的计算公式，将信噪比代价加入整个链路代价计算中，得到linkcost的计算公式如公式（4）所示。

Linkcost（my_etx_ff）=SNR_Penalty+NSNR_Penalty （4）

4 算法验证

在OLSR协议中加入一个-dsnr参数，即在运行协议时有DNSR参数则运行新算法，没有DNSR参数运行原版算法。

此次验证采用3个节点，新算法验证拓扑图如图2所示。

将带宽上限抑制在10Mbps，测试节点1-节点3的路由，及使用iperf工具测试TCP连接平均吞吐量。

4.1 使用原版算法

使用原版算法时，其验证过程如图3所示。

此时观察节点1路由表信息，其结果如图4所示。

4.2 使用新算法

使用新算法时的验证过程如图5所示。

此时观察节点1路由表信息结果如图6所示。

4.3 两种算法结果比较

使用iperf工具分别测试两种算法下节点1―节点3的平均带宽，测试结果如图7所示。

从上面算法验证结果可以看出，改进的路由算法是有一定成效的，在有多条路由选择的情况下可以选择吞吐量更大的一条路由，从而决原始算法带来的吞吐量低、路由不稳定的问题。

5 结论

本文在OLSR路由协议的基础上，提出了一种基于SNR的OLSR路由协议链路质量优化算法。该算法在路由计算过程中综合考虑信噪比SNR对链接质量和性能的影响，从而优化了路由选择的效果，降低干扰，提高通信链路质量。实验结果表明，所提出的算法能够有效地改善网络链路的质量，降低端到端的延时。我们下一步研究工作的重点是将该算法扩展到多个信道上，以此来降低干扰，提高通信链路质量，并在实际环境中部署和评测该算法。

参考文献

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作者简介

吴谨绎（1983-），男，江西省永新县人。韩国建国大学在读博士。研究方向为移动计算和机器人。

作者单位

1.韩国建国大学 韩国首尔143-7-1

2.中南林业科技大学 湖南省长沙市 410004