| 标题 | 同步无线Mesh网络数据包连发技术研究 |
| 范文 | 李茜+刘经纬+吕仁健+韩仲华 摘 要： 现有的基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络在一个数据时隙内只发送一个数据包，这在发送节点采用高调制速率发送数据包时会造成时隙利用率的下降。针对该问题，对该网络下的数据包连发技术进行了研究，给出了最多可连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的参量、父子节点处理流程的详细设计方案。理论性能对比结果表明，在发送节点采用高调制速率发送数据包时，在该网络下采用数据包连发技术能够大幅度提高时隙利用率，网络性能明显提升。 关键词： 无线Mesh网络； 同步； 时隙利用； 数据包连发 中图分类号： TN711?34； TP393.04 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）15?0049?06 Research on data packet continuous transmission technology in synchronization wireless Mesh networks LI Qian1， LIU Jing?wei1， L? Ren?jian1， 2， HAN Zhong?hua1 （1. North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China； 2. Beijing University of Posts and Telecommunication， Beijing 100876， China） Abstract： Only one data packet is sent in a time?slot in synchronization wireless Mesh network based on the existing multi?directional antenna array， which will decrease the slot utilization rate when data packets are sent in high modulation rate at transmitting node. To solve this problem， the technology of data packet continuous ransmission in this network environment is studied. The detailed design scheme of the number of maximum data packet continuous ransmission， calculation opportunity， sequence number， acknowledgment mechanism， parameters and node processing flow is offered in this paper. The technology was fully tested in actual hardware environment. The comparison result shows， when data packets are sent in high modulation rate at transmitting node， the technology of the data packet continuous ransmission can improve time?slot utilization， and the performance of the network can be improved obviously. Keywords： wireless Mesh network； synchronization； time?slot utilization； data packet continuous ransmission 0 引 言 无线Mesh网络是一种多跳网状的宽带无线网络，具有覆盖范围广、带宽高、鲁棒性强等特点，在机动指挥与应急通信方面有着广阔的应用前景。 无线Mesh网络多采用异步组网技术[1?12]。该网络在节点个数较少并且节点之间距离较近时的性能比较理想，但当网络规模扩大时，所有节点因竞争信道导致了网络吞吐量急剧下降，无法实现高速的端到端无线数据传输，业务的服务质量也就难以保证。 目前出现了一种基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络（以下简称为同步无线Mesh网络）[13]。该网络除通过定向天线实现了节点之间的远距离数据传输外，还采用了同步组网技术，通过精准的时隙划分，网络内所有节点的通信都被安排在合适的时隙中，避免了节点因竞争信道而导致网络吞吐量的急剧下降，通过高效的时隙分配策略则进一步提高了网络的吞吐量。另外，网络中节点之间具有一定的父子关系，网络管理也变得更加简单。 现有同步无线Mesh网络采用了一个数据时隙（以下简称为基本时隙或时隙）内单一数据包的收发机制，即每个节点在一个时隙内只发送或接收一个数据包，当底层调制速率较低时，该数据包的长度较短，其收发时间会占满整个时隙，即时隙的利用率较高；而当底层调制速率较高时，该数据包的长度受到底层无线接口最大传输单元长度（MTU）的限制，其收发时间不能占满整个时隙，因而时隙内会有很大的浪费。 为在底层高调制速率下提高时隙利用率，本文对同步无线Mesh网络下的数据包连发技术进行了研究，提出了设计方案并对性能进行了对比分析。 1 同步无线Mesh网络数据包连发技术 数据包连发技术涉及到时间帧结构、包类型、单时隙内的数据包连发技术与多时隙内的数据包连发技术。 1.1 时间帧结构 时隙浪费与时隙长度有关。当时隙较长时，高调制速率下会产生时隙内的时间浪费；当时隙长度设计得过小时，由于协议控制包的开销而导致时隙内数据收发利用率下降，另外，也给底层同步平台设计带来难度，系统资源消耗也因此增加。因此，时隙长度应主要参考系统在实际使用时最大可能出现的底层调制速率值，同时保证底层同步平台能够实现，而系统资源消耗也能够接受。 时间帧结构如图1所示。 图1 时间帧结构 时间帧结构中具有以下两种类型的时隙： （1） Hello时隙。Hello时隙的时间长度为1个基本时隙长度，用于网络内节点向未入网节点提供接入服务。 （2） 数据时隙。数据时隙内的每个基本时隙用于实际数据传输。 时间帧结构是同步无线Mesh网络内各节点协调工作的基础。 1.2 包类型 节点在每个时隙内的通信都会涉及各种包的交互，数据通信则与以下包相关： 1.2.1 轮询包 该包用于父节点调度子节点，该包还可以进一步细分为如下两类： （1） 父子轮询包 当父节点向子节点发送数据时，父节点会在时隙开始时首先向子节点发送一个父子轮询包，该包发完后，父节点再接着向子节点发送数据包。 该包中含有父节点本次即将连发数据包的个数与父节点规定的时隙合并的个数。 （2） 子父轮询包 当父节点接收子节点的数据时，父节点会在时隙开始时首先向子节点发送一个子父轮询包，该包发完后，父节点将等待接收子节点发送的数据包。 该包中含有父节点规定的时隙合并的个数。 1.2.2 确认包 当数据包为需确认数据时，接收完数据的节点将立即向对端发送一个确认包，否则接收完数据的节点将结束该时隙内的收发动作。 1.2.3 数据包 数据包格式如图2所示。 图2 数据包格式 第一层包头的内容与节点之间点对点基本通信相关，如基本数据包类型、目的节点地址、源节点地址、序列号、后续数据包个数等。 第二层包头，由同步无线Mesh网络协议中不同的功能模块所定义，如模块类型、该模块内的数据包类型、数据净荷长度、QoS标记。 数据净荷为以太网帧。 校验在数据发送时由无线网卡添加。 1.3 单时隙内的数据包连发技术 1.3.1 功能说明 为提高时隙利用率，发送节点应在每个时隙内尽可能多地发送数据包。 每个时隙内的数据包连发如图3所示。 图3 单时隙内数据包连发 1.3.2 最多连发的数据包个数与计算时机 （1） 单时隙内数据包最多连发个数 发送节点通过计算后应在一个时隙内尽可能多地发送数据包，但需要规定最多发包个数，规定最多连发数据包的个数不超过16个，一个时隙内连发数据包的个数一般为2或3。 （2） 轮询包与确认包的发送时间 轮询包与确认包的发送时间（单位：μs）为固定值，可按式（1）计算： [t=数据包长×8+B+NwNDBPS×4+20] （1） 各值的含义如下： 包长为无线接口数据长度，单位为字节；[B]为PLCP头部中服务类型的比特数；[Nw]为尾比特数；[NDBPS]为一个OFDM符号含有的比特数，6 Mb/s时的值为24，9 Mb/s时为36，12 Mb/s时为48，18 Mb/s时为72，24 Mb/s时为96，36 Mb/s时为144，48 Mb/s时为192，54 Mb/s时为216。 （3） 每个数据包的发送时间 每个数据包的发送时间在数据包被加入到数据发送队列时便已计算好，仍按公式（1）计算。 （4） 单时隙内数据包最多连发个数的计算时机 发送节点在当前时隙开始时计算该时隙内最多能够发送多少个数据包。 1.3.3 序列号与确认机制 为所有数据包安排序列号并加入确认机制。接收节点根据发送节点所指示的数据包连发个数进行接收、检验序列号连续性并对实际收到的最后一个数据包进行确认。 接收节点刚刚收到的数据包中的序列号如果与收到的上一个数据包的序列号不连续，则丢弃刚刚收到的数据包。 接收节点在当前时隙的后两个基本时隙单位开始时刻设定确认包等待定时器，该定时器设定在该处可以保证接收节点能够在25 km距离条件下将确认包发送给发送节点。接收节点如果在当前时隙内收到了发送节点的所有应发数据包后，则立即向发送节点回复一个确认包，并取消确认包超时定时器；否则，接收节点在确认包等待定时器超时后再向发送节点回复一个确认包。 1.3.4 涉及到的参量 数据包连发过程中涉及到以下参量： 数据包最大连发个数。一个时隙内所发送的数据包个数与多个连续时隙所发送的数据包个数都不应超过该值，数据包连发个数过多，失败重传的次数也会增加，网络性能反而下降。 最大时隙合并个数。该值表示某个发送节点与某个接收节点之间共享的连续时隙数，在连续时隙里可以持续收发数据包。 发送节点应发数据包个数。发送节点在当前时隙内计算出能够发送的数据包个数。 发送节点实发数据包个数。发送节点在当前时隙内实际发送的数据包个数，在正常情况下，发送节点实发数据包个数与发送节点应发数据包个数相等。 接收节点应收数据包个数。接收节点在当前时隙内应该接收到的数据包个数。 接收节点实收数据包个数。接收节点在当前时隙内实际接收到的数据包个数。 发送序列号。发送节点发送数据时在每个数据包中添加的序列号，该序列号按模递增。 接收序列号。接收节点接收数据时从每个数据包中获得的序列号，在正常情况下，接收序列号应等于发送序列号，即接收序列号也是按模递增。 1.3.5 父节点流程 父节点在当前时隙内的处理流程如图4所示。 （1） 父节点在当前时隙中断到来时开始确定是发送数据还是接收数据，即确定父子节点之间数据传递的上下行关系。 （2） 当父节点向子节点发送数据时，父节点根据1.3.2节中的各种时间值计算出当前时隙内能够发送的数据包个数并将该值填到父子轮询包中。另外，时隙合并个数设为1，表示仅在当前一个时隙内进行数据包连发。 （3） 父节点向子节点发送父子轮询包，在父子轮询包发送成功后，父节点继续向子节点连续发送所有数据包。 （4） 父节点会在所有数据包发送完毕后等待接收子节点的确认包，等待接收确认定时器的超时时间设在当前时隙结束时。 （5） 父节点如果收到了子节点发送的确认包后，根据确认包中的确认序列号判断出已经被子节点成功接收的数据包，将这些数据包从发送队列中删除并释放内存。 （6） 父节点在等待确认定时器超时后仍没有收到子节点发送的确认包时，根据已发送数据包的发送次数决定在后续时隙中是否重发，如果这些数据包已经达到最大发送次数，则将这些数据包从发送队列中删除并释放内存，否则在后续时隙中继续重发。 （7） 当父节点准备接收子节点发送的数据包时，父节点将时隙合并个数设为1，并将该值填到子父轮询包中。 （8） 父节点向子节点发送子父轮询包，在子父轮询包发送成功后，父节点等待从子节点接收数据包。 （9） 父节点接收的数据包如果序列号不正确，父节点则将这些数据包从接收队列中删除并释放内存，否则，父节点将在发送确认定时器超时前接收完子节点发送的所有数据包。 （10） 当发送确认定时器超时后，父节点针对已收到的最后一个数据包向子节点发送确认包。 1.3.6 子节点流程 子节点在当前时隙内的处理流程如图5所示。 （1） 子节点在当前时隙中断到来时等待接收父节点发来的轮询包。 （2） 子节点如果收到的是子父轮询包，子节点则记录时隙合并个数，并计算出当前时隙内能够发送的数据包个数。 （3） 子节点向父节点连续发送所有数据包。 （4） 子节点会在所有数据包发送完毕后等待接收父节点的确认包，等待接收确认定时器的超时时间设在当前时隙结束时。 （5） 子节点如果收到了父节点发送的确认包后，根据确认包中的确认序列号判断出已经被父节点成功接收的数据包，将这些数据包从发送队列中删除并释放内存。 （6） 子节点在等待确认定时器超时后仍没有收到父节点发送的确认包时，根据已发送数据包的发送次数决定在后续时隙中是否重发，如果这些数据包已经达到最大发送次数，则将这些数据包从发送队列中删除并释放内存，否则在后续时隙中继续重发。 （7） 子节点如果收到的是父子轮询包，子节点准备接收父节点发送的所有数据包。 （8） 子节点接收的数据包如果序列号不正确，子节点则将这些数据包从接收队列中删除并释放内存，否则，子节点将在发送确认定时器超时前接收完成父节点发送的所有数据包。 （9） 当发送确认定时器超时后，子节点针对已收到的最后一个数据包向父节点发送确认包。 （10） 如果子节点没有收到父节点的轮询包，则子节点在当前时隙内什么也不做。 1.4 多时隙内的数据包连发技术 多时隙内的数据包连发技术，又称时隙合并技术，该技术是对单时隙内数据包连发技术基础上做出的功能提升，发送节点通过在多个连续时隙内连发数据包，减少了中间时隙内的轮询包与确认包的个数，从而进一步提高时隙利用率。多时隙内的数据包连发示意如图6所示。 图6 多时隙内的数据包连发示意 多时隙内的数据包连发技术中的最多连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的常量与变量、父子节点的处理流程与单时隙内的数据包连发技术均相同，这里不再赘述。它们的不同之处在于： （1） 父子节点需要计算多个连续时隙内最多能够发送多少个数据包。 （2） 父子节点将多个连续时隙中除第一个时隙以外的后续所有时隙中的状态机取消，仅执行第一个时隙中的状态机。 2 理论性能对比 现分别对单跳网络在使用单时隙内的数据包连发技术前后的理论性能进行对比： 2.1 约束条件 （1） 每个时间帧内有980个数据时隙，即时间帧使用效率为98%。 （2） 在实验室内或近距离条件下进行对比，忽略传播时延，忽略实际平台所带来的各种时延。 （3） 轮询包与确认包均始终以6 Mb/s的调制速率发送，按公式（1）可算出它们的发送时间均为48 μs。 （4） 发送节点分别以6～54 Mb/s调制速率发送数据包。 （5） 不使用组包功能，但使用分段功能。 （6） 同步无线Mesh网络协议数据包净荷为以太网帧，而以太网帧最大长度为1 518 B，因此发送节点能够发送的最大数据包长度为1 518+40+4=1 562 B。 2.2 理论性能对比 理论性能对比情况分别见表1～表7。 表1 发送节点以9 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&991＼&991＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&] 表2 发送节点以12 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&1 323＼&1 323＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&] 表3 发送节点以18 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&时隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&] 表4 发送节点以24 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&时隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&] 表5 发送节点以36 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&3＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&时隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&] 2.3 结 论 （1） 在6～12 Mb/s调制速率下，一个时隙内只能发送一个数据包，因此单时隙内单包发送与单时隙内多包发送的性能相同。 （2） 在达到18 Mb/s调制速率或以上时，采用单时隙内多包发送的时隙使用效率仍为90.4%，其性能明显高于单时隙内单包发送的性能。 表6 发送节点以48 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&时隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&] 表7 发送节点以54 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&时隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&] 3 结 语 对基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络下的数据包连发技术进行了研究，给出了最多可连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的参量、父子节点处理流程的详细设计方案。理论性能对比结果表明，在发送节点采用高调制速率发送数据包时，在该网络下采用数据包连发技术能够大幅度提高时隙利用率，网络性能明显提升。 参考文献 [1] VASUDEVAN S， KUROSE J， TOWSLEY D. On neighbor discovery in wireless networks with directional antennas [C]// INFOCOM 2005 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. [S.l.]： IEEE， 2005， 4： 2502?2512. [2] CHARBONNEAU Terrance Wayne. Scan synchronous directional antennas for time division multiple access in multi?hop Ad Hoc wireless networks [D]. USA： Purdue University， 2005. [3] 李佳，周杰.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2009，39（12）：3235?3237. [4] 韩冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的无线Mesh网络协议的研究和实现[J].计算机工程与设计，2011，32（3）：784?787. [5] 苏家勇，许磊，周国.无线Mesh网络中的信道分配问题研究[J].无线电通信技术，2009，33（5）：4?6. [6] 张克非，杨寿保，胡云，等.基于多QoS参数约束的无线Mesh网络路由机制研究[J].计算机应用研究，2009，26（3）：994?996. [7] 秦莹莹.无线Mesh网络路由协议研究[J].软件导刊，2012，11（2）：99?101. [8] 刘贺，张陆勇，陈明刚，等.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2011，41（5）：4?6. [9] 谢桂芳，段盛，罗玉玲.无线Mesh网络信道分配研究[J].计算机工程与应用，2011，47（18）：85?87. [10] 邱振谋，姚国祥，官全龙，等.多信道无线Mesh网络的多播信道分配算法[J].计算机工程，2011，37（6）：107?109. [11] 何萍实，徐子平.无线Mesh网络中使用双收发器的多信道MAC协议研究[J].计算机应用研究，2010，27（1）：327?329. [12] 李鹤松，冷甦鹏.一种新型无线Mesh网络多信道MAC协议[J].计算机工程与应用，2011，47（26）：66?69. [13] 雷昕，郭琳，韩仲华，等.宽带无线Mesh网络中的多扇区天线阵列设计[J].中国电子科学研究院学报，2012，7（4）：178?181. 2.2 理论性能对比 理论性能对比情况分别见表1～表7。 表1 发送节点以9 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&991＼&991＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&] 表2 发送节点以12 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&1 323＼&1 323＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&] 表3 发送节点以18 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&时隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&] 表4 发送节点以24 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&时隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&] 表5 发送节点以36 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&3＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&时隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&] 2.3 结 论 （1） 在6～12 Mb/s调制速率下，一个时隙内只能发送一个数据包，因此单时隙内单包发送与单时隙内多包发送的性能相同。 （2） 在达到18 Mb/s调制速率或以上时，采用单时隙内多包发送的时隙使用效率仍为90.4%，其性能明显高于单时隙内单包发送的性能。 表6 发送节点以48 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&时隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&] 表7 发送节点以54 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&时隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&] 3 结 语 对基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络下的数据包连发技术进行了研究，给出了最多可连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的参量、父子节点处理流程的详细设计方案。理论性能对比结果表明，在发送节点采用高调制速率发送数据包时，在该网络下采用数据包连发技术能够大幅度提高时隙利用率，网络性能明显提升。 参考文献 [1] VASUDEVAN S， KUROSE J， TOWSLEY D. On neighbor discovery in wireless networks with directional antennas [C]// INFOCOM 2005 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. [S.l.]： IEEE， 2005， 4： 2502?2512. [2] CHARBONNEAU Terrance Wayne. Scan synchronous directional antennas for time division multiple access in multi?hop Ad Hoc wireless networks [D]. USA： Purdue University， 2005. [3] 李佳，周杰.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2009，39（12）：3235?3237. [4] 韩冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的无线Mesh网络协议的研究和实现[J].计算机工程与设计，2011，32（3）：784?787. [5] 苏家勇，许磊，周国.无线Mesh网络中的信道分配问题研究[J].无线电通信技术，2009，33（5）：4?6. [6] 张克非，杨寿保，胡云，等.基于多QoS参数约束的无线Mesh网络路由机制研究[J].计算机应用研究，2009，26（3）：994?996. [7] 秦莹莹.无线Mesh网络路由协议研究[J].软件导刊，2012，11（2）：99?101. [8] 刘贺，张陆勇，陈明刚，等.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2011，41（5）：4?6. [9] 谢桂芳，段盛，罗玉玲.无线Mesh网络信道分配研究[J].计算机工程与应用，2011，47（18）：85?87. [10] 邱振谋，姚国祥，官全龙，等.多信道无线Mesh网络的多播信道分配算法[J].计算机工程，2011，37（6）：107?109. [11] 何萍实，徐子平.无线Mesh网络中使用双收发器的多信道MAC协议研究[J].计算机应用研究，2010，27（1）：327?329. [12] 李鹤松，冷甦鹏.一种新型无线Mesh网络多信道MAC协议[J].计算机工程与应用，2011，47（26）：66?69. [13] 雷昕，郭琳，韩仲华，等.宽带无线Mesh网络中的多扇区天线阵列设计[J].中国电子科学研究院学报，2012，7（4）：178?181. 2.2 理论性能对比 理论性能对比情况分别见表1～表7。 表1 发送节点以9 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&991＼&991＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&] 表2 发送节点以12 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&1＼&数据包长度 /B＼&1 323＼&1 323＼&时隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&] 表3 发送节点以18 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&时隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&] 表4 发送节点以24 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&2＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&时隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&] 表5 发送节点以36 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&3＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&时隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&] 2.3 结 论 （1） 在6～12 Mb/s调制速率下，一个时隙内只能发送一个数据包，因此单时隙内单包发送与单时隙内多包发送的性能相同。 （2） 在达到18 Mb/s调制速率或以上时，采用单时隙内多包发送的时隙使用效率仍为90.4%，其性能明显高于单时隙内单包发送的性能。 表6 发送节点以48 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&时隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&] 表7 发送节点以54 Mb/s发送数据包 [＼&单时隙内单包＼&单时隙内多包＼&数据包个数＼&1＼&4＼&数据包长度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&时隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&带宽 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&] 3 结 语 对基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络下的数据包连发技术进行了研究，给出了最多可连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的参量、父子节点处理流程的详细设计方案。理论性能对比结果表明，在发送节点采用高调制速率发送数据包时，在该网络下采用数据包连发技术能够大幅度提高时隙利用率，网络性能明显提升。 参考文献 [1] VASUDEVAN S， KUROSE J， TOWSLEY D. On neighbor discovery in wireless networks with directional antennas [C]// INFOCOM 2005 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. [S.l.]： IEEE， 2005， 4： 2502?2512. [2] CHARBONNEAU Terrance Wayne. Scan synchronous directional antennas for time division multiple access in multi?hop Ad Hoc wireless networks [D]. USA： Purdue University， 2005. [3] 李佳，周杰.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2009，39（12）：3235?3237. [4] 韩冬，鄢楚平，王志泉，等.基于NDIS的无线Mesh网络协议的研究和实现[J].计算机工程与设计，2011，32（3）：784?787. [5] 苏家勇，许磊，周国.无线Mesh网络中的信道分配问题研究[J].无线电通信技术，2009，33（5）：4?6. [6] 张克非，杨寿保，胡云，等.基于多QoS参数约束的无线Mesh网络路由机制研究[J].计算机应用研究，2009，26（3）：994?996. [7] 秦莹莹.无线Mesh网络路由协议研究[J].软件导刊，2012，11（2）：99?101. [8] 刘贺，张陆勇，陈明刚，等.无线Mesh网络集中式信道分配算法设计[J].无线电工程，2011，41（5）：4?6. [9] 谢桂芳，段盛，罗玉玲.无线Mesh网络信道分配研究[J].计算机工程与应用，2011，47（18）：85?87. [10] 邱振谋，姚国祥，官全龙，等.多信道无线Mesh网络的多播信道分配算法[J].计算机工程，2011，37（6）：107?109. [11] 何萍实，徐子平.无线Mesh网络中使用双收发器的多信道MAC协议研究[J].计算机应用研究，2010，27（1）：327?329. [12] 李鹤松，冷甦鹏.一种新型无线Mesh网络多信道MAC协议[J].计算机工程与应用，2011，47（26）：66?69. [13] 雷昕，郭琳，韩仲华，等.宽带无线Mesh网络中的多扇区天线阵列设计[J].中国电子科学研究院学报，2012，7（4）：178?181. |
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