关于无线Mesh网络信道分配策略的探讨
10-15 21:29:04
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导读：4.1 信道切换开销的降低本文采取的策略是在决定切换信道前先等待一段时间再在可换接口上切换信道，在这个信道上停留的最少时间是一段固定的时间，这段固定时间用CHAN_MIN_TIME 表示，默认设置为20ms，同时，还限定一个数据包的最大时延。这个策略的细节如下。一 旦在可换接口上切换到另一个信道时， 那么， 在这个信道上至少停留CHAN_MIN_TIME（默认设置为20ms）。事实上，无论何时收到一帧数据需要在可换接口上传输时，它会检测该帧是否要在可换接口的当前信道上传输。这时，有两种情况可能发生：(1) 如果当前可换接口连接的信道就是要发送该帧的信道，无线网卡直接发送此帧。这么做的前提是，可换接口上没有其他帧正在等待发送到其他信道上并且发送此帧的时间开销没有超过该信道允许的最大时间(CHAN_MAX_TIME 默认设置为60ms) 。CHAN_MAX_TIME 为一帧数据在可换接口上的信道队列中等待被发送的最大时间。(2) 另一种情况是，如果当前可换接口连接的信道不是要发送该帧的信道，那么，把该帧放到一个
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4.1 信道切换开销的降低
本文采取的策略是在决定切换信道前先等待一段时间再在可换接口上切换信道，在这个信道上停留的最少时间是一段固定的时间，这段固定时间用CHAN_MIN_TIME 表示，默认设置为20ms，同时，还限定一个数据包的最大时延。这个策略的细节如下。
一 旦在可换接口上切换到另一个信道时， 那么， 在这个信道上至少停留CHAN_MIN_TIME（默认设置为20ms）。事实上，无论何时收到一帧数据需要在可换接口上传输时，它会检测该帧是否要在可换接口的当前信道上传输。这时，有两种情况可能发生：
(1) 如果当前可换接口连接的信道就是要发送该帧的信道，无线网卡直接发送此帧。这么做的前提是，可换接口上没有其他帧正在等待发送到其他信道上并且发送此帧的时间开销没有超过该信道允许的最大时间(CHAN_MAX_TIME 默认设置为60ms) 。
CHAN_MAX_TIME 为一帧数据在可换接口上的信道队列中等待被发送的最大时间。
(2) 另一种情况是，如果当前可换接口连接的信道不是要发送该帧的信道，那么，把该帧放到一个缓冲区中，同时启动一个定时器。定时器运行CHAN_MIN_TIME 后，可换接口可能切换到发送该帧的信道上，新切换过来的信道就会把缓冲区的这帧数据处理掉。
要降低信道切换的时延，可换接口应该花尽可能多的时间在不同信道上发送数据以及尽可能少的空闲时间和信道切换时间。为了降低信道切换的时延，本文约定可换接口上信道间切换最小时间间隔为CHAN_MIN_TIME。这么做是希望在信道上能够发送更多的数据，但是系统负载会增加。对于一个系统来说，如果一条信道上很轻的负载而其他信道上很重的负载，这是不合时宜的。
4.2 信道切换延迟对往返时间的影响 www.qz26.com
信道切换延迟影响着两节点之间路径的往返时间，往返时间用RTT 表示。由于建立的Mesh 网络节点分布密度相当高，节点之间的传播时间可以忽略不计。不同路径的RTT 由这条路径上不同节点间处理和传输数据包的时间决定，而不是由传播时延决定。
多跳路径的RTT 用ping 命令来测量，ping 命令功能是发送ICMPECHO 数据包[5]。本文将基于HMCP 多跳路径的RTT 与单信道下多跳路径的RTT 进行比较。由于单信道中没有信道切换，比较这两种情况有助于理解信道切换延迟对多跳路径的RTT 影响。单信道网络中，不同路径的RTT 差距只有数毫秒。而在HMCP 实验中，信道切换延迟决定了路径的RTT。
首先，在源节点和目的节点间建立一条正向和反向的单一路径，即从目的节点到源节点的反向路径与正向路径中的节点是相同的，只是节点顺序为逆序。在这种情况下，无论何时路径中信道改变，每个中间节点的信道切换延迟决定了RTT。在混合多信道协议中，信道改变意味着路径上的连续节点监听着不同的固定信道。对于这种路径，中间节点在不同信道上（固定信道在下一跳）传送数据到目的节点并且在不同信道上（固定信道在前一跳）回传给源节点。由于每个节点上只有一个可换信道接口，因此，多跳信道转换中，每个中间节点在传送数据到目的节点和回传给源节点的过程中不得不切换信道。正如前面所提到的，可换接口每切换一次信道时，在信道上停留的时间至少为CHAN_MIN_TIME（目前设置为20ms）。当可换接口上的其他信道接收到数据帧时，CHAN_MIN_TIME 定时器开始计时。
因此，多跳路径的RTT 每增加一跳，RTT 要增加CHAN_MIN_TIME*2。因为中间节点要发送数据到目的节点， 可换接口需要连接到下一跳的接收信道， 在这之前要等待CHAN_MIN_TIME。之后中间节点要回传数据到源节点，需要切换信道到前一跳的接收信道上，这也要等待CHAN_MIN_TIME。因此，每跳RTT 都要增加CHAN_MIN_TIME*2（=40ms）的延迟。表1 显示的是单信道和多信道下的RTT。在HMCP 实验中多跳路径的最小RTT 也符合前面讨论的结论。平均RTT ≈ CHAN_MIN_TIME*2（NUMBER_OF_HOPS-1）,这里NUMBER_OF_HOPS＞1。
在HMCP 实验中，多跳路径的最大RTT 值稍微偏高，主要是在网络中广播hello 信息的原因。每个节点广播一条hello 消息，这条hello 信息包含了它的固定信道和邻节点信息。
这些信息每HELLO_TIME_INTERVAL（默认设置为5s）发送一次。因此，每5s 每个节点都会广播一条信息出去。在HMCP 中，所有信道都会发送广播信息。目前，每个节点使用5 个信道，固定接口发送数据包到固定信道上，可换接口发送数据包到其他四个信道上。每HELLO_TIME_INTERVAL 节点需要在可换接口上切换3 个信道广播hello 数据包。因此，如果一个数据包在某个信道上要被转发，此时此信道正在发送广播消息，那么这个数据包可能要等3 个信道切换完后才被发送。因此，在某个节点上，如果数据包排列在广播信息后发送，数据包可能会有3*20=60ms 的延迟。最大RTT 之所以偏高的原因就在此。由于在一条路径的不同节点上广播hello 消息，ICMPECHO 或者ICMPECHOReply 可能会延迟。ping数据包每分钟发送一次，而hello 消息每5 分钟发送一次。因此，平均每5 个ping 数据包被hello 消息影响一次。其他4 个ping 数据包的RTT ≈CHAN_MIN_TIME*2*(NUMBER_OF_HOPS-1),这里NUMBER_OF_HOPS＞1。
4.1 信道切换开销的降低
本文采取的策略是在决定切换信道前先等待一段时间再在可换接口上切换信道，在这个信道上停留的最少时间是一段固定的时间，这段固定时间用CHAN_MIN_TIME 表示，默认设置为20ms，同时，还限定一个数据包的最大时延。这个策略的细节如下。
一 旦在可换接口上切换到另一个信道时， 那么， 在这个信道上至少停留CHAN_MIN_TIME（默认设置为20ms）。事实上，无论何时收到一帧数据需要在可换接口上传输时，它会检测该帧是否要在可换接口的当前信道上传输。这时，有两种情况可能发生：
(1) 如果当前可换接口连接的信道就是要发送该帧的信道，无线网卡直接发送此帧。这么做的前提是，可换接口上没有其他帧正在等待发送到其他信道上并且发送此帧的时间开销没有超过该信道允许的最大时间(CHAN_MAX_TIME 默认设置为60ms) 。
CHAN_MAX_TIME 为一帧数据在可换接口上的信道队列中等待被发送的最大时间。
(2) 另一种情况是，如果当前可换接口连接的信道不是要发送该帧的信道，那么，把该帧放到一个缓冲区中，同时启动一个定时器。定时器运行CHAN_MIN_TIME 后，可换接口可能切换到发送该帧的信道上，新切换过来的信道就会把缓冲区的这帧数据处理掉。
要降低信道切换的时延，可换接口应该花尽可能多的时间在不同信道上发送数据以及尽可能少的空闲时间和信道切换时间。为了降低信道切换的时延，本文约定可换接口上信道间切换最小时间间隔为CHAN_MIN_TIME。这么做是希望在信道上能够发送更多的数据，但是系统负载会增加。对于一个系统来说，如果一条信道上很轻的负载而其他信道上很重的负载，这是不合时宜的。
4.2 信道切换延迟对往返时间的影响 www.qz26.com
信道切换延迟影响着两节点之间路径的往返时间，往返时间用RTT 表示。由于建立的Mesh 网络节点分布密度相当高，节点之间的传播时间可以忽略不计。不同路径的RTT 由这条路径上不同节点间处理和传输数据包的时间决定，而不是由传播时延决定。
多跳路径的RTT 用ping 命令来测量，ping 命令功能是发送ICMPECHO 数据包[5]。本文将基于HMCP 多跳路径的RTT 与单信道下多跳路径的RTT 进行比较。由于单信道中没有信道切换，比较这两种情况有助于理解信道切换延迟对多跳路径的RTT 影响。单信道网络中，不同路径的RTT 差距只有数毫秒。而在HMCP 实验中，信道切换延迟决定了路径的RTT。
首先，在源节点和目的节点间建立一条正向和反向的单一路径，即从目的节点到源节点的反向路径与正向路径中的节点是相同的，只是节点顺序为逆序。在这种情况下，无论何时路径中信道改变，每个中间节点的信道切换延迟决定了RTT。在混合多信道协议中，信道改变意味着路径上的连续节点监听着不同的固定信道。对于这种路径，中间节点在不同信道上（固定信道在下一跳）传送数据到目的节点并且在不同信道上（固定信道在前一跳）回传给源节点。由于每个节点上只有一个可换信道接口，因此，多跳信道转换中，每个中间节点在传送数据到目的节点和回传给源节点的过程中不得不切换信道。正如前面所提到的，可换接口每切换一次信道时，在信道上停留的时间至少为CHAN_MIN_TIME（目前设置为20ms）。当可换接口上的其他信道接收到数据帧时，CHAN_MIN_TIME 定时器开始计时。
因此，多跳路径的RTT 每增加一跳，RTT 要增加CHAN_MIN_TIME*2。因为中间节点要发送数据到目的节点， 可换接口需要连接到下一跳的接收信道， 在这之前要等待CHAN_MIN_TIME。之后中间节点要回传数据到源节点，需要切换信道到前一跳的接收信道上，这也要等待CHAN_MIN_TIME。因此，每跳RTT 都要增加CHAN_MIN_TIME*2（=40ms）的延迟。表1 显示的是单信道和多信道下的RTT。在HMCP 实验中多跳路径的最小RTT 也符合前面讨论的结论。平均RTT ≈ CHAN_MIN_TIME*2（NUMBER_OF_HOPS-1）,这里NUMBER_OF_HOPS＞1。
在HMCP 实验中，多跳路径的最大RTT 值稍微偏高，主要是在网络中广播hello 信息的原因。每个节点广播一条hello 消息，这条hello 信息包含了它的固定信道和邻节点信息。
这些信息每HELLO_TIME_INTERVAL（默认设置为5s）发送一次。因此，每5s 每个节点都会广播一条信息出去。在HMCP 中，所有信道都会发送广播信息。目前，每个节点使用5 个信道，固定接口发送数据包到固定信道上，可换接口发送数据包到其他四个信道上。每HELLO_TIME_INTERVAL 节点需要在可换接口上切换3 个信道广播hello 数据包。因此，如果一个数据包在某个信道上要被转发，此时此信道正在发送广播消息，那么这个数据包可能要等3 个信道切换完后才被发送。因此，在某个节点上，如果数据包排列在广播信息后发送，数据包可能会有3*20=60ms 的延迟。最大RTT 之所以偏高的原因就在此。由于在一条路径的不同节点上广播hello 消息，ICMPECHO 或者ICMPECHOReply 可能会延迟。ping数据包每分钟发送一次，而hello 消息每5 分钟发送一次。因此，平均每5 个ping 数据包被hello 消息影响一次。其他4 个ping 数据包的RTT ≈CHAN_MIN_TIME*2*(NUMBER_OF_HOPS-1),这里NUMBER_OF_HOPS＞1。
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