无线网络负载均衡的干扰感知路由度量

　　无线信道干扰和负载分布不均匀严重影响无线网络的网络吞吐量、端到端延时等。在已有的路由度量的基础上，充分继承其通过邻居节点负载描述干扰强度的优势，进一步分析节点负载的影响，提出负载均衡的干扰感知路由度量，将干扰邻居节点的数量、负载和距离综合作用结果作为流间干扰强度，使用节点处的平均队列长度捕捉节点负载，并改进期望传输时间消除链路的不对称性，实现负载均衡和干扰感知，避开热点区域。同时将LBIA合并入路由协议。仿真结果表明：该路由度量可以有效地实现网络负载均衡，提升网络整体性能。

　　在无线网络中，无线网状网（WMN）［1］因其综合了传统的AdHoc和WLAN的优势，作为3G蜂窝系统和无线局域网的替代方案，成为有前景的下一代无线网络。而路由问题一直是面临的技术挑战之一，为了保证端到端的通信性能，进而获得较高的网络容量，作为路由问题的核心，有效的路由度量对于找到高吞吐量的路径是必不可少的。

　　1 相关工作

　　决定路由协议性能最关键的部分是路由度量的设计，找到具有高数据速率、低丢包率和低水平干扰的路径，是衡量路由度量好坏的标准。针对多接口多信道WMN路由度量研究已经广泛展开。HOP［2］作为最早的路由度量机制已经广泛应用到无线多跳网络；ETX［3］引入丢包率来测量链路质量；ETT［4］在ETX的基础上考虑传输速率，但ETT和ETX均未考虑干扰对于路径选择的影响；MIC［5］是干扰感知路由度量，将延伸到同时考虑流间干扰和流内干扰，还有链路丢包率和传输速率。

　　ILA（Interference-Load Aware rouTIng metric）［6］用邻居节点的平均负载来衡量流间干扰的强度，但平均负载并不能真实反映流间干扰水平，对路径选择造成不小的偏差。此外ILA未考虑节点本身负载，且基于ETT，会造成链路质量不准确估计。

　　2 ILA路由度量

　　首先对现有的干扰负载感知路由度量进行简要介绍，如式（1）所示：

　　其中，p为路径，n为链路数，m为链路l上的节点数。MTI（Metric of Traffic Interference）捕捉流间干扰如式（2）所示，CSC（Channel Switching Cost）捕捉流内干扰。参数是用来权衡流内干扰和流间干扰的权重。

　　其中，ALLij（Average Interference Load）是在信道C上节点i、j之间干扰邻居节点的平均负载。ETT用来确定传输速率和丢包率的差别。AIL描述干扰节点的邻居节点活跃性，定义为：

　　

　　其中，ILij（C）是干扰邻居的负载，用平均队列长度来表示。

　　CSC通过给定使用同一信道的连续链路更高的权重来减少流内干扰，下文将详细讨论。

　　ILA路由度量捕捉了流间和流内干扰，但仍存在局限性。

　　3 LBIA路由度量

　　本文提出负载均衡的干扰感知路由度量（Load Balanced Interference-Aware RouTIng Metric，LBIA），有以下改进：

　　（1）通过干扰邻居节点距离对干扰邻居节点负载的计算进行优化，得到更准确的干扰水平。

　　（2）通过节点负载，选择负载较小的节点作为传输路径，节省等待队列传输的时间，得到较低的端到端延迟。

　　（3）对原ETT进行改进，消除传输不对称性，提高合理性，正确评估链路质量。

　　链路l的LBIA定义为：

　　LBIA由3部分组成：NIL（Neighbout Interference Load）为邻居干扰节点表征的流间干扰程度，是邻居干扰节点的数量、负载和与受干扰节点间的距离共同作用的结果；NL（Node Load）为被干扰节点自身的负载，由缓存队列的长度来捕捉负载；CSC为流内干扰大小。这样通过关注通信负载、节点负载、丢包率、传输速率、流内干扰和流间干扰，突破现有路由度量的有限性。

　　3.1 ETT的改进

　　ETT是应用最广泛的路由度量，但不对称性使得高估链路质量，对路由选择造成偏差，如式（6）所示：