无线Mesh网络网关负载均衡研究综述

【摘要】无线Mesh网络是无线局域网和移动自组织网络相结合的产物，作为一种能够提供高带宽网络接入服务的全新架构的网络，无线Mesh网络目前越来越多的得到人们的重视。本文对近年来Mesh网络网关节点负载均衡的研究方向进行了归纳总结，并提出了自己的设想和方向。

【关键词】Mesh网络负载均衡网关综述

一、简介

无线Mesh网络是通过无线链路把固定的和移动的节点连接起来，构成的一个多跳的移动自组织网络。

在这种网络中节点由Mesh路由器和Mesh客户两种节点组成。Mesh路由器可以是静止的或者具有较小的移动性，构成Mesh网络的骨干，为Mesh客户端提供Intemet接入。Mesh客户端也具有路由器或中继器的作用，可以为其它Mesh客户端提供数据转发。部分的Mesh路由器集成网关或网桥功能，此类节点我们称其为网关。由于所有的流量都将引自或者引向网关节点。因此网关节点是整个Mesh网络的核心，同时也成为全网的性能瓶颈。网关节点发生拥塞，会极大的影响Mesh网络用户获得服务，同时由于拥塞造成网关节点大量丢包，进而导致网络的吞吐量极大下降。如何有效的负载网关节点之间的流量，尽量避免网关节点处发成拥塞成为近来Mesh网络研究的热点问题。

二、目前主要研究思路

2.1路径选择法

此类方法在进行路径选择的时候，避开拥塞的链路和目的节点（即网关），以达到在不同的网关之间均衡负载的目的。此类方法多由DSR或者AODV算法改良而来，并根据自己的需求采用合适的度量方式，比如经过节点的流量总和、各节点缓冲队列总长度以及各段链路的延迟等对链路拥塞程度进行判定，选择拥塞较小、带宽较高的链路进行传输。跳数往往是必备的一个度量，因为多跳的链路意味着更多网络资源的浪费。文章[1]通过自己定义节点活动度的概念进行度量，文章[2]则通过计算经过节点的缓存队列长度总和进行选择。文章[3]则通过自下而上的方式，从到中心的方式来建立路由，分配网关节点的流量。

此类方法的缺点也是显而易见的。首先只能通过链路状态进行路由选择，而无法获得网关节点的状态，也就无法真正的避免网关节点的拥塞；其次只是在路由初期通过一定的策略避免拥塞，当拥塞发生之后无法进行有效的拥塞调整，同时缺乏全局的分配，必然会造成一些资源的浪费。

2.2流量迁移法

文章[4]和文章[5]提出了流量迁移的方法，此类方式沿用了Ad hoc网络的网络协议，只是在网关节点检测到拥塞时，启动一个拥塞解除的机制，已达到分配流量、避免拥塞的目的。此类方法在一开始启动网关发现算法，对Mesh网络内的路由器进行初次划分，并把路由器和自己的服务网关进行关联，发送数据流，同时在网关节点处通过检测节点缓存队列长度或者对丢包率等参数进行统计，当到达一定的条件之后认定拥塞发生，启动拥塞接触机制，拥塞网关在自己服务的路由器中选择一个进行流量迁移。被选定的路由用泛红的方式发送网关请求信息，未拥塞的网关收到后进行回复，之后路由器将流量迁移到新的网关。

此类方法的优点是算法带来的额外开销较少，缺点是对Mesh网络内部的流量缺乏全局的分配。同时，当网络整体流量较大的时候，路由器迁移至后有可能再次拥塞，之后发生抖动的情况。

2.3域划分法

三、新的研究方向

3.1内部流量的研究

内部流量可以在外部流量的信道及时隙分配完毕之后，采用DSR协议进行，同时采纳多径的思想，以达到分配流量，负载网络均衡的目的。对于内部距离较远或者源、目的节点均靠近网关（不同网关）的情形，可以将Mesh网络内部的通信转化为外部流量，即将流量引入网关，然后通过网关之间的有线网络进行通信，已达到节省Mesh网络内部网络资源的目的。

3.2多径在Mesh网中的应用

为了达到均衡负载的目的，应当选取多径同时传输的方式。Mesh网络中为了达到网关节点的负载均衡应用多径路由主要从以下几个方面：（1）外部流量的多径；A，域内部MR节点通往单一网关节点的多径；由于网关节点是流量的集中地，所以拥塞极易出现在离网关最近的链路和节点上，此处多径路由可以降低网关附近链路或者节点发生拥塞的可能性。同时，在拥塞发生时，可以通过调整多径流量分配的方式高效的解决拥塞问题。B，域边界MR节点通往多网关节点的多径；此种多径的应用本身就带有负载网关均衡的目的。处于不同网关中间部分的节点可以建立到不同网关的路径，并在需要时将流量分配到不同的网关上。如果某一个网关节点发生拥塞，可以通过调整流量分配的方式解决拥塞，避免了路由调整的开销。（2）内部流量的多径；内部流量的多径路由能够充分利用网络资源，在不影响外部流量的情况下尽量保证内部流量的畅通。同时，在外部流量优先且外部流量变化的情况下，能够减少内部路由发现的开销，提高网络通信效率。

四、总结

随着无线移动通信的高速发展和Intemet的广泛应用，无线Mesh网络已经作为一种网络技术和网络形态，得到进一步的重视和开发，会逐渐成为无线移动接入网络的基本网络技术，渗透到未来各种无线网络中。

参考文献

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