基于上下文的无线网状网络拓扑控制

文摘

拓扑控制可以提供许多好处无线临时和网状网络。然而这些好处在很大程度上被证实使用基于仿真的评估。在本文中,我们演示PlainTC拓扑控制的负面影响原型对拓扑结构的稳定性。发现这种不稳定性是由于大量的收发器功率调整由原型。基于上下文的解决方案是提供给减少收发器功率调整的数量进行储蓄而没有牺牲累积收发器和空间复用带来的好处使用无线网状网络拓扑控制的基础设施。我们提出了基于上下文的PlainTC +原型,证明将上下文信息的收发器功率调整过程显著减少拓扑不稳定。此外,改善网络性能的提高拓扑稳定性也观察到。未来计划添加实时环境敏感PlainTC +将方案原型在软件定义无线网状网络试验台在计划之中。

1。介绍

无线网状网络(WMNs)越来越多地用于作为一种廉价的替代宽带供应在城市地区和农村地区宽带供应的主要方法。最常见的WMN部署由两层体系结构包括一个访问和骨干网络。这种类型的WMN通常称为基础设施WMN (I-WMN)。客户端设备连接到I-WMN骨干是典型的自组织和自配置。这些骨干节点,包括网格点(MPs),网接入点(地图)和网格门户(mmp),合作保持网络连通性和交付交通预定的目的地(见图1)。

尽管I-WMN骨干的固定性质,保持网络连接是无线连接的瞬态性质而变得困难,使他们不可靠时部署(1- - - - - -3]。网络连接中传统的保证,确保每台设备I-WMN骨干利用其最大收发器功率。最大收发机功率的使用不便,导致高水平的干扰,增加了争用共享传输介质,减少网络容量和不必要的收发器功耗。

由于效率低下与最大功耗特设网络,几个拓扑控制(TC)计划已经开发出来,可以应用于WMN骨干为了保持网络连接而减少干扰,提高网络容量,减少收发器功耗。TC的上下文中,功耗通常指的是由节点的无线收发机功率消耗。据报道,电力消耗的无线收发机占15%至35%的总能量消耗的设备(4]。TC的旨在提高QoS功能WMN骨干通过优化所有骨干设备的收发器力量同时保持网络连接。分布式TC,然而,有可能增加的变化经历了通过无线链接通过动态改变节点的收发机能力的水平。这可能导致链接质量表现出高于变异或链接可能完全消失。

一些模拟研究[5- - - - - -8)展示了TC在ad hoc网络的功效同时研究TC原型I-WMNs还是很少见的。填补这一差距在文献中很重要,因为常常是一个重要的差异模型和模拟预测和实际的性能在网状网络部署。TC实现笔记本电脑(9)和传感器(10)平台可用,但这些设备不典型I-WMN骨干节点。一项研究报告(11商用无线路由器平台使用,但这些路由器被安排在一个字符串为网状网络拓扑是一个不切实际的拓扑描述的用例(12]。研究还报道,参与者节点的收发器权力是手动调整。

TC原型基于流行的I-WMN骨干节点在硬件平台(14]。原型平台也被用作实验的基础与各种重要的实例数量的邻居连接策略(15]。原型,被称为PlainTC,被发现能够保持网络连接而实现累积收发器电能节约。

无线网络拓扑体验内在的变化联系质量和部署时链接的突然破坏和重建。这导致临时网络性能波动随着路由协议和其它QoS机制适应新的网络拓扑。这些自然变化链接质量难以消除,必须分开拓扑不稳定引起的不同节点的无线收发机功率由TC方案。在本文的上下文中,拓扑不稳定是指迫使网络拓扑的变化引起的TC方案。

在本文中,我们将进一步关注PlainTC原型。我们第一次演示PlainTC原型的负面影响对拓扑结构的稳定性。最好的作者的知识这是第一个这样的观察TC方案的实例。这个观察是通过试验台的使用原型,将是非常困难的仿真工具由于工具的高水平的抽象。本文提出一种基于上下文的解决方案来减少拓扑PlainTC造成的不稳定性。该解决方案允许一个节点上下文的变化识别和环境变化的量子计算。然后使用环境变化的量子来调节,使用上下文更改阈值,调整节点收发器的输出功率。

PlainTC +的评价对我们的室内I-WMN试验台表明的上下文信息生成一个收发器的数量减少45%力量改变原PlainTC方案相比。此外,减少观察附近的振动大小和链接质量指标减少拓扑不稳定。减少拓扑不稳定也显示改善一同和吞吐量被测量。这些改进中没有显著增加的情况下,实现计算资源是必需的。

本文的其余部分组织如下。部分2TC原型早些时候评论,可以被认为是适用于一个I-WMN。这一节还评论早些时候试图解决拓扑I-WMNs不稳定局势。部分3演示了TC在拓扑不稳定的负面影响。提出了一种基于上下文的TC原型4和我们的室内I-WMN试验台环境部分中描述5。的试验台评估PlainTC +原型中包含的部分6和本文的结论部分7。部分7还描述了未来的工作,PlainTC +原型在软件定义I-WMN试验台。

2。文献综述

本节回顾现有的适用于I-WMNs TC原型。这些原型的角度讨论使用上下文信息和拓扑结构的控制不稳定。此外,本部分还评论其他试图减少I-WMNs拓扑结构不稳定。

2.1。适用于基础设施无线网状网络拓扑控制原型

绝大多数TC计划在文献中只有遭受仿真评估和依赖这种评价提供了一个理想化版本的TC在无线ad hoc网络的功效。这些TC计划不容易导致原型,迫使研究人员采取更简单、更实用的方法来研究TC在试验台或部署网络的功效。

众多sleep-based TC原型可以在文献中找到这些原型是两点之间的无线传感器网络。I-WMN典型使用场景中讨论(16)要求所有骨干节点保持可用,从而呈现sleep-based TC方案不合适。因此,只有那些不使用睡眠状态的TC原型被认为是综述。

我们所知,只有五个TC原型,可以考虑使用I-WMN出现在文献中。的COMPOW,CLUSTERPOW,和MINPOW计划是在[报告9]。这些计划为每个特定的功率级创建路由表支持的无线网卡。每个方案都需要修改现有的分组头以及路由协议消息,从而导致方案和协议栈之间的紧密耦合。这些计划的评估只创建路由表的正确性,因为作者报道,坠毁反复使用的硬件。这些方案不是环境敏感和加剧拓扑不稳定由于连续变化的收发器功率为了保持更新路由表为每个支持的功率。

报告的计划(11)要求预先决定和随后的手工调优常见的收发器的功率,在所有的网络节点,确保网络连接。这导致一个完全静态的计划缺乏可伸缩性。该计划被发现有负面影响在网络层路由协议自协议执行最佳节点操作时最大收发器功率。方案的评估是基于一系列拓扑中,这是一种不常见的网络拓扑结构对大多数I-WMN部署场景。这个方案并不被认为是由于手工调优涉及环境敏感和拓扑不稳定不是关注节点分布没有参与决策。

的ConTPC功率控制方案,提出了在17]。ConTPC试图减少数据包收发功率减少造成的损失。只允许收发器功率减少,如果削减不会影响交货率的无线连接。这个方法确保只有高质量的链接是考虑收发功率降低。计算交付率的机制要求定期发送探测包在每一个允许的功率。这种方法的缺点是,它增加了现有的通信开销和可能导致不稳定的网络拓扑节点功率不断变化以发送这些探测器的信息在各种力量的水平。此外,这些探测消息的发送和接收是受流行的调度机制,可能导致延迟的网络条件。

上面讨论的TC原型可能会加剧拓扑结构不稳定的各种支持收发功率之间不停地切换。每个收发器功率变化引起网络拓扑的变化。

的PlainTC原型在[14]试图保持网络连接而产生累积收发电能节约。原型使用关键的邻居连接策略16)来实现其目标。节点迭代调整收发功率维持所需数量的单邻居。此原型不同于以往的不需要调查消息的广播在每个支持的功率和评估在路由器WRT54GL设备常用的无线网状网络的部署。然而,尽管存在这些差异,PlainTC也可能加剧拓扑不稳定由于收发器维护所需的社区所需动力改变大小。

2.2。努力控制不稳定在基础设施的无线网状网络

不稳定性被认为是不利于一个I-WMN提供的QoS。因此,有现有的努力控制不稳定。I-WMN的不稳定通常是讨论从网络路由的角度来看,链接质量波动和频繁的路线扑在部署网络(18]。这个观察领导的提议stability-aware路由协议(18]和[stability-aware路由度量可以找到19]。

工作(18)是出于观察I-WMN部署。network deployment使它更容易观察到的链接质量变化往往和路线拍打过度。这些观察底层网络拓扑结构的不稳定性。展示着(额外的因素导致网络不稳定19]。这些因素包括干扰,拓扑结构和交通模式,交通拥堵,分布式决策代理人的存在的地方行动wider-reaching后果。这些观察结果(19)导致stability-aware路由度量的发展。

两个例子对底层网络拓扑结构的不稳定性而TC方案提出了积极寻求减少I-WMNs不稳定引起的TC的拓扑。示范的拓扑不稳定引起的TC I-WMNs在下一小节中介绍。

3所示。证明拓扑控制拓扑不稳定性的影响

分布式QoS机制在无线ad hoc网络工作最好在稳定的网络拓扑19]。然而,部署网络的拓扑不稳定是一个特征。本节实际上展示了额外的不稳定介绍采用分布式I-WMN TC方案。这个演示的基础是PlainTC原型中描述(14]。

3.1。拓扑控制暴露的副作用OLSR路由协议

OLSR路由协议是一个有用的工具来观察副作用TC原型迭代的收发器功率调整过程。这些副作用是公开的指标来衡量OLSR路由协议,可以被认为是描述一个微程序级视图PlainTC迭代收发器的功率调整过程。图2描述了迭代收发功率调整的影响邻居的数量由网络中一个节点。有一个几乎恒定振荡的邻居数量导致拓扑不稳定。图2只描述了单个节点的这种行为在试验台但每个节点经历类似的现象。

I-WMN部署具有一些固有的不稳定由于链路质量的变化但这并不占的人数几乎恒定的变化通过OLSR邻居被观察到。邻居的数目的变化只能由一个节点收发机功率的变化水平,而这些权力的直接控制下PlainTC收发器的电力调整过程。的影响几乎保持不变拓扑邻居的数量不稳定的变化。

拓扑不稳定产生负面影响的操作OLSR的ETX路由度量路径影响目的地ETX值变化经历了一个节点如图3。过度拍打路线是结果。链接质量是受自然变化,但这些变化加剧了PlainTC迭代收发器的电力调整过程。

3.2。拓扑结构不稳定

根据(19),无线ad hoc网络本质上是不稳定的,由于高带宽需求和动态流量的变化。因此,这个实验是进行PlainTC激活但没有数据流量传输,使被测的量不稳定。

先前的实验表明,使用PlainTC,这是基于迭代收发机功率调整,注入网络不稳定。PlainTC探索进一步造成的不稳定,不同于现有文献所观察到的不稳定是由于TC计划而不是反应由路由协议(18)或一个路由度量中发现(19]。

这个实验是在24小时内进行跟踪的变化发生在一个雇佣PlainTC I-WMN试验台。每秒钟数据收集和记录的数量更改为每个上下文变量每小时内报告。试验台部分中描述5。实验记录的数量变化等重要拓扑变量收发器输出功率水平,社区规模、网络规模和质量的链接。这些变量选择的相关性WMNs和TC但其他变量,如速度、高度、方向、位置坐标和可用的传感器可能更适用于移动临时或传感器网络。

集体选择的四个变量代表了网络拓扑结构和这些变量的变化意味着拓扑的变化。这些变量在正常运行期间收集的试验台节点。

记录的数量更改为每个上下文变量被报道在所有的网络节点和这些变化提出了二十四小时的间隔。正如之前提到的,该试验台没有数据流量的目的是探讨全球效应PlainTC分布式收发器的功率调整过程在拓扑不稳定。

四个上下文变量变化的数量记录在表中1。第一个小时记录的最大累积数量变化的四个上下文变量。这是由于节点调整个人的收发器功率(从最初的最大功率级别)来满足所需的连接需求。将会随后每隔一小时给很少或没有进一步收发器输出功率水平变化,社区规模、网络拓扑结构和网络大小应该第一个小时内稳定。这显然不是如此。

节点发现不断调整收发器输出功率水平在整个24小时内。这是由于节点对收发机功率变化影响他们的邻居。收发机输出功率水平变化由邻近节点的变化引起附近的大小受影响节点的记录。受影响节点回应通过调整自己的收发器输出功率水平。这个动作,反过来,导致受影响节点的邻居来调整自己的收发器输出功率水平的反应。这样一个循环的收发器输出功率水平调整和counteradjustments骨干节点之间发生。

收发器的级联效应变化功率输出其他观测变量的变化引起的。表中包含的数据1显示收发器输出功率水平变化有一个乘数效应的观测变量。考虑一个节点,节点和邻国。调整收发器输出功率水平。这种变化引起其附近的变化大小(为了保持所需的CNN)和链接质量。的邻居可以记录自己的社区大小的变化,网络大小和链接质量,直到当地的拓扑企稳。请注意,的邻居没有调整自己的收发器输出功率水平为了体验改变自己观察到的变量。这个例子表明一个收发器输出功率变化会导致社区大小的变化,网络规模和原始节点之间链接的质量和每一个邻国。因此,改变收发器功率引起的多个变化记录观察到的其他变量。

观察到的变化导致网络拓扑结构的不稳定。此拓扑的不稳定影响了QoS提供的骨干网络。这是因为收发机的频繁调整输出功率水平导致社区大小的变化。附近的变化大小影响航线维护的OLSR路由协议作为这些邻近节点是一个目的地的潜在的下一跳节点。不断变化附近的大小从而导致改变由OLSR路由表维护。反过来,这意味着路线不断变化导致增加OLSR路由创建和维护交通。这些额外的路由协议开销消耗带宽的数据流量,因此数据吞吐率将会减少交通网络中转发。

必须记得的不稳定性测量实验只抓住了TC方案造成的不稳定网络没有携带数据流量。其他作品的文献显示I-WMN交通运输造成的不稳定。因此,部署I-WMN PlainTC使用是可能加剧现有的网络不稳定。解决方案提出了交通运输造成的不稳定(18,19)的形式stability-aware路由协议和路由度量,分别,但这些现有的解决方案不能减少拓扑不稳定。一个解决方案来减少拓扑不稳定引起的TC方案是必需的。部分4提出了一种基于上下文的解决方案来减少由分布式TC引入拓扑不稳定计划。

4所示。基于上下文的拓扑控制原型:PlainTC +

PlainTC +是一种进步的PlainTC计划(14]。PlainTC +使用上下文信息来减少拓扑I-WMN TC造成的不稳定性。这种不稳定性证明3。

4.1。内容来源

拓扑不稳定不能直接测量,但可以从记录的数量变化推断收发器输出功率水平,社区规模、网络规模、和链接质量变量,分别为整个网络。因此,这四个变量是使用作为环境敏感的上下文信息来源PlainTC +方案。

四个变量代表一个节点的视图的本地社区和全球网络,代表一个节点的上下文。改变这些四个变量代表一个改变节点的上下文。

4.2。量化环境变化

观察到的上下文变量的变化被称为事件。与每一个观测变量相关联的权重是为了识别高影响力PlainTC +应该响应的事件。这不同于PlainTC当前的操作节点的邻近外的事件发生导致节点调整其收发机功率输出。设想的结果是减少数量的更改节点的收发器功率水平和减少乘数效应,这种变化观察到的变量。这种乘数效应部分所示3。

每个变量的权重是用来量化每个节点上下文的变化。这里的过程,建立了可用于任何部署I-WMN为特定部署来确定相应的权重。使用这个过程将使用数据从一个室内I-WMN试验台。数据表中找到1是针对我们的试验台,但采用的方法记录上下文变量的变化和过程可以应用于任何WMN这里描述。

表中包含的数据1受到一个统计描述的方法(20.)主成分分析(PCA)。PCA通常用于降低大型数据集的维数,但它也可以用来确定每个变量的贡献中包含的总变异性多元数据。PCA被使用,在这种情况下,确定每个变量的贡献(重量)的整体环境变化所经历的一个节点。

的FactoMineR包了(21)中使用执行PCA统计环境。除了能够执行经典PCA,FactoMineR也有一种机制来确定一个变量的贡献占总多元数据的可变性。这种机制是记录在22]。这使得FactoMineR和它的PCA方法的可靠选择确定的四个变量的贡献拓扑不稳定。

定义的过程FactoMineR计算变量权重如下。

步骤1。第一步是加载表的内容1成R。

步骤2。第二步是对输入数据执行PCA。

步骤3。第三步确定主成分的变异保留比例。变化的数量保留每个主成分的计算特征值。每个组件的变化如下图所示:

	特征值	的百分比方差	累积
合成1	3.35336277	83.8340693	83.83407
比较2	0.43964847	10.9912116	94.82528
比较3	0.18722414	4.6806035	99.50588
比较4	0.01976462	0.4941155	100.00000

特征值小于一般用于消除相关的维度,这些维度不大大占了总方差的数据。因此,只有第一个组件被选中为进一步使用,因为它有一个特征值大于,约占总方差中包含的数据。向总方差贡献描绘在图中包含的数据4。

步骤4。第四步确定的百分比贡献每个变量的总方差解释为识别组件:

	Dim.1
Transceiver.Power	27.95265
Network.Size	24.82228
Neighbourhood.size	27.66850
Link.Quality	19.55657

这些贡献相对应的权重,可以与每个变量和表示变量的相对变化的影响环境变化所经历的一个节点。这一步是观测数据的主成分分析的结束。

第5步。第五步使用正常化权重(上一步获得的)来确定适当的上下文更改网络的阈值。阈值的目的是减少数量的变化对收发机输出功率水平的网络节点。乘数效应的数量更改节点的收发机功率输出在其他上下文变量部分所示3。因此,减少收发器功率变化的数量由一个节点将产生积极的影响减少的数量变化观察其他上下文变量。阈值的作用是充当哨兵值决定是否一个观察到的变化是足够重要,改变节点的收发器输出功率水平。

4.3。推导上下文更改阈值

上下文更改阈值提出了限制收发器的数量产生的动力改变TC方案。这个阈值量化所需的最少的变化触发一个收发器功率调整。

的四个观测变量的权重派生的乘数效应和知识的收发机功率变量在其他三个变量的制定提供有价值的输入上下文更改阈值。这个值必须足够高,以减少收发功率输出变量的变化但足够低导致PlainTC对重大事件做出反应。

一个重大事件被定义为发生在受影响的直接邻居节点和影响变量与网络等网络范围的影响大小。减少重大事件源自外部的临近的地区。这些定义允许一个节点对重大事件的反应源于它的直接邻居通过调整其收发器输出功率而维持目前收发机功率输出事件来自其他地方。之间的平衡减少收发器功率变化的数量和对重大事件做出反应从而可以实现。

正常版本的阈值在步骤获得的4的PCA过程,,,分别太低,以确保TC方案只对本地事件与网络范围的影响。的阈值太高,障碍也只有在极端情况下如网络分区或网络合并后立即受影响节点已经调整了收发机输出功率。TC方案从而呈现对所有事件,即使是那些在其临近的地区,在这种情况下。

唯一意味着TC方案具有为了网络事件的反应是受影响节点的收发器输出功率调整。计算使用收发器的阈值功率变量与其他变量的组合将使连续调整节点收发器输出功率水平。这是一个情况要避免阈值的目的是减少收发器功率变化由网络节点执行的。

PlainTC目前调整收发器输出功率以维持在每个网络节点所需的连接。邻近节点的数量保持来源于网络规模变量,这个变量可以改变相当频繁。因此,连接值变化频繁的网络规模变量和所需的收发器功率调整是未遂。收发机功率变化应该只发生如果观察到的网络规模的变化引起的变化观察附近的大小。这将迫使TC计划只反应事件受影响节点的直接邻居的网络范围的影响。因此,网络规模和邻里规模变量必须致力于阈值。质量变量变化最频繁的联系,因为它封装环节质量的自然变化以及变化引起的TC。因此,链接质量变量必须为阈值。因此,最合适的阈值,迫使TC方案只有当地事件反应产生广泛的影响,确保PlainTC +只会调整节点的收发器输出功率在受影响的情况下节点同时经历附近的变化大小和网络大小和链接质量。所选阈值来源于权重确定的步骤4和计算

4.4。PlainTC +设计

执行逻辑包括四个阶段,每一个对应自主控制回路描述(23),如图5。自治系统必须收集信息来确定他们的运作的现状或上下文。分析收集到的信息告知适应决策。随后这些决策实施完成适应反应。

PlainTC +设计使用自主控制回路如下。在第一阶段,PlainTC +收集当前节点,社区和网络状态。这些状态是由低级变量如当前收发功率、数量的邻近节点,和总骨干网的大小。因此,当前上下文节点和网络可以确定。这个上下文信息然后在第二阶段量化分析上下文节点和经历的变化来确定当前社区大小。社区规模用于维护网络连接,这种方法已被证明在15)是有效的。PlainTC +现在决定是否改变节点的收发器输出功率在第三阶段。如果节点的决定调整其收发机功率输出,那么这个决定是采取行动的最后阶段。节点的收发器功率会向上或者向下调整根据前一阶段的决策。PlainTC +设计迭代调整其收发器功率达到所需的水平,这种方法不会增加计算复杂性的方案。因此,更快的收敛时间是牺牲为简单起见。图6描绘了一个单一的执行周期。

的使用自主控制回路PlainTC +不影响方案的性能正在处理所有的数据总是在本地可用的节点。此外,没有额外的消息传递开销和延迟推出以来所有必需的数据被收集在正常操作的路由协议和节点不合作,或交流他们的决定,彼此。

PlainTC +是一个融合的原始PlainTC过程量化拓扑的算法和结果不稳定。(包含在部分的过程4.2)产生两种结果:第一个结果是权重的确定与每个观察上下文变量和第二相关联的结果是适当的上下文更改阈值的观测网络。

观察到的环境变化网络可以计算为试验台 在哪里

改变每一个变量映射到该变量的贡献的总变异性收集数据。因此,制定量化的变化一个节点检测到的环境。结果是一个正常的价值由每个节点独立计算,其结果取决于变量的变化被报道的节点。这个量化上下文更改值现在可以接受适当的阈值内PlainTC +为了减少收发器输出功率变化的数量由网络节点执行的。

合成算法受雇于PlainTC +算法所示1。CNN使用价值是增强与上下文发生更改时阈值决定调整节点的收发机功率输出。的潜在减少节点的收发器输出功率是一个关键的动力使用I-WMN TC方案。因此,PlainTC +被设计成允许简单的减少节点的收发机输出功率的基础上调整决定只在CNN维护。

提高节点的收发器输出功率要求量化变化被观察到的满足或超过上下文更改阈值。中定义的阈值是线()和额外的上下文更改条件可以找到线()的算法1。这些增加算法旨在减少收发器功率调整的数量由一个节点同时允许储蓄在节点的收发机功率输出。

应该注意的是,上面的阈值提取是基于数据从我们的试验台,因此这个值是这个试验台所特有的。然而,推导的过程阈值仍适用于任何其他WMN试验台和实际部署和这个过程将产生的值是独一无二的部署。

如果其他上下文变量被认为是,然后量化环境部分的变化的过程4.2可用于确定上下文的各种贡献一个节点所经历的变化。这些变量可以分为变量影响附近变化和这些变量受到网络变化的影响。只有调整节点的收发机功率的原则在应对重大事件前面定义在这一节中仍然可以适用于确定一个阈值,将只允许反应neighbourhood-originating产生广泛影响的事件。因此,阈值需要整合所有这些人地区上下文变量也确认但排除变量的变化被最小化。

4.5。实现

路由器WRT54GL节点作为硬件平台上部署PlainTC +。这些设备是很受欢迎的骨干节点I-WMN部署由于其成本低,崎岖的声誉,和容易教程和相关的支持文档。

路由器节点转换为I-WMN节点通过使用OpenWRT固件(24]。这个固件是一个精简版本的Linux操作系统,满足嵌入式设备和无线路由器所强加的限制如路由器WRT54GL。除了常见的嵌入式Linux工具如uClibc, Busybox,包经理和一个shell解释器。由于OpenWRT的模块化设计,Linux内核可以优化以适应底层硬件平台,同时允许用户空间环境不受影响(只需要重新编译)。

网状网络启用的功能安装必要的路由和网络管理包通过内置包管理器。OpenWRT固件还允许访问NVRAM(非易失性随机访问存储器)分区的路由器节点。这个分区是相当于二级存储设备可以在所有可能的I-WMN节点。用户空间包可以与NVRAM分区。64 KB NVRAM分区存储配置变量,横跨整个逻辑协议栈,因此一个现成的跨层优化的数据来源。也可以改变配置变量的值。

当路由器节点部署了OpenWRT固件提供联网功能,PlainTC +内必须存在OpenWRT生态系统图中描述7。PlainTC +被实现为一个用户空间应用程序在启动节点启动和执行之后每隔两分钟。与配置变量交互所需的应用程序(存储在NVRAM分区)控制收发信机输出功率的大小的路由器节点以及OLSR路由协议通常也作为用户空间应用程序实现。这种交互是描绘在图8。PlainTC +依赖OLSR的正常操作期间收集的拓扑信息。骨干节点总数源自OLSR路由表是用于确定适当的CNN维护。如果收发器输出功率需要修改相关的状态变量的值修改节点的收发器功率。这修改部队OpenWRT固件触发设置更新状态变量值的无线收发器硬件。收发机功率的变化而无需执行执行节点重新启动。

没有修改OpenWRT固件是必要的,因此上述实现方法的优点是,跨层方法的好处是得到,而不需要重新设计的协议栈通过指定一个额外的协议层,层间的接口,和需要的各种沟通信息,因此符合逻辑的实现架构如图9。

5。试验台的环境

底层实验室的室内网试验台操作在一个豪华坟墓依山而办公楼祖鲁兰大学的主校区。802.11 g的试验台网络运营模式六频道,以减轻干扰引起的一个单独的WLAN运营建筑物内。

放置在网格试验台由14个节点区域如图10。节点位置的可用性取决于塞点类似于节点的耦合与现有基础设施在实际部署。网格中的每个节点骨干由一个mains-powered,路由器WRT54GL路由器与OpenWRT-based Freifunk固件(版本是1.7.2)用于提供网状网络功能。Freifunk固件使用OLSR路由协议在默认情况下,该协议已经成功地应用于大规模WMN部署。

的路由器WRT54GL路由器拥有一个200 MHz处理器,16 Mb的RAM, 4 Mb的闪存,Broadcom 802.11 b / g无线芯片组。无线芯片组允许收发器输出功率水平从1 dBm组19.5 dBm。后者的价值由制造商推荐的最大输出功率。

每个节点通过以太网连接通过一个切换到一个中央服务器上。使用以太网端口的数据收集是允许在无线网状网络和网络交通流的性能数据和其他统计信息流动在以太网网络。因此,性能数据不干扰对无线网状网络数据流动。中央服务器也同步的时钟网络节点为了收集到的数据要准确带时间戳的。

自定义数据收集脚本编写和安装在每个试验台节点。这些脚本是为了合并加上时间戳数据节点和路由协议在一秒钟的间隔。这个数据是由每个试验台节点“推”到中央数据收集服务器存储在等待进一步分析。从单个节点收集的数据包括当前收发功率输出、网络规模、社区规模,和与他们相关的链接质量不同的相邻节点。

数据流量是通过使用生成的iperf交通生成器(默认设置)安装在每个试验台节点。这些交通的中央服务器远程控制操作发电机。试验台支持两个交通场景:intramesh交通场景中的源和目的地变成试验台和支柱的入门导向的信息来源或目的地是居民交通场景之外的试验台骨干。变成为的入门导向的信息情况下,电脑通过指定的网关节点(节点在图1010)成立作为一个外部的源或目标。这两个场景是描绘在图11。

的iperf工具允许代UDP和基于tcp的流量。udp流量intramesh场景中它被用来模拟局域网游戏等活动。基于TCP的流量是为了模拟web活动,其中至少80%的流量是通过TCP。服务器发起成立交通流从90%的网络节点随机选择,目的地为intramesh场景节点。服务器发起的网络节点的流量从90%变成的外部PC的入门导向的信息情况。

评估试验台允许大小不变和逐步增加网络骨干。大小不变网络发起的所有网络节点被同时打开和十分钟稳定时期数据收集前被允许通过。相同大小的数据采集实验的持续时间60分钟。网络的大小范围从8到14节点。

前述的实验是为了检查的动态或运行时行为PlainTC +当节点被添加到现有的骨干网络。这些实验始于一个初始网络的大小8 ()节点和边缘节点被逐步引入到骨干网络每隔十分钟。最初8-node网络数据采集开始前十分钟稳定时期。数据收集时间70分钟后停止数据被收集在每个新引入节点调整了收发机功率输出。因此,收集到的数据显示的响应新引入到现有的网络和节点显示的反应现有节点的引入一个新的节点。每隔一秒钟与数据收集,收集600数据点通过为每个观察指标为每个评估每个节点运行。每个实验重复5 ()倍的体积构成了收集的数据存储的挑战。

6。实验结果

PlainTC +旨在减少拓扑不稳定引起的收发器功率变化。这是通过限制权力的数量变化由骨干网络中的一个节点。PlainTC +评估对PlainTC确定上下文更改机制是否能成功地减少拓扑结构不稳定。

6.1。拓扑结构不稳定

的数量变化观察到的网络变量,使用PlainTC +时,表中列出2。这是PlainTC相比,结果发现在表1。PlainTC +发现显著减少的数量更改为每一个观测变量。上下文更改阈值机制减少了45% (1683 922 PlainTC与变化PlainTC +)收发器功率变化的数量记录在24小时内与原PlainTC方案相比。这个结果是由使用阈值抑制不必要的收发器功率增加,为多所描述的类似的阈值机制(18,减少了60%的路线拍打。它必须只记得PlainTC +应用上下文更改阈值机制来收发器功率增加。预计PlainTC +会取得更大的减少拓扑结构不稳定,如果阈值应用于收发机功率降低。然而,在TC的背景下,这样的举动会被累积的收发器储蓄力量。

减少数量的收发器输出功率变化也导致减少网络中的其他变量观察。减少36%,37%,38%是记录的社区规模、网络规模、和链接质量变量,分别。这些值代表一个显著改善网络拓扑结构的稳定性。

6.2。影响OLSR路由协议

OLSR路由协议报告两个相邻节点的数量和质量与每个邻居相关的链接。这些指标是影响收发器输出功率变化和收发器的数量减少的影响力量变化描述了数据12和13。

所强加的限制收发器动力改变上下文更改阈值有助于维持一个稳定的单,如图12。PlainTC +引起节点及其邻居不要偏离所需的CNN。这导致一个稳定的地区的大小。节点可能会减少收发器输出功率水平维持所需的CNN但上下文更改阈值导致节点避免增加收发器输出功率保持新的CNN当一个新的节点加入网络,这个新节点不是立即的邻居。任何增加社区的大小是由邻近节点的过程中调整自己的收发机功率输出保持CNN或自然变化造成的链接质量导致暂时失去联系的邻居。

PlainTC +提供的提高网络稳定性也发现减少波动的严重程度在观察到的链接质量。这是描绘在图13。节点不调整自己的收发器输出功率水平与PlainTC一样频繁。这将改善性能的探测包发送OLSR计算ETX度量和导致减少路线拍打路线变化造成的成本指标。

6.3。收发机功率输出

PlainTC +结果在一个较低的累积收发器输出功率水平相比PlainTC(见图14)。电力储蓄PlainTC +的结果让上下文发生更改的任何增加收发器输出功率阈值。这可以防止节点增加收发机功率输出在网络规模变化而出现的来自外部的临近的地区。新的CNN保持在这样的场景是由上下文更改驳回的阈值。因此,节点在一个未受影响社区不调整自己的收发器输出功率水平向上PlainTC +而这些相同的节点增加使用PlainTC的收发器功率水平。

6.4。网络连接

图15表明PlainTC +减少了时间建立网络连接到网络的大小发生变化。减少(PlainTC相比)是由上下文发生更改的积极影响阈值OLSR路由协议的工作原理。

网络连接是由路由的可用性到所有可能的目的地。减少网络不稳定造成的上下文更改阈值艾滋病传播的OLSR路由信息。路由更新更快的传播由于稳定性的增加相邻节点之间的联系。因此,每个网络节点的路由表报告路线每其他节点与PlainTC速度超过。

6.5。包交货率和吞吐量

PlainTC +优于PlainTC交付数据流量随着网络规模的增加预期的目的地。PlainTC +提供的拓扑稳定性的改善导致PDR和吞吐量增加变成intramesh和的入门导向的信息交通场景。这些增加导致网络的数据流量性能由PlainTC +方法的性能达到使用Max。权力。因此,PlainTC马克斯的性能差距。权力是减少尽管实现更大的累积收发器比PlainTC电能节约。

美国药典PlainTC +包含在表的性能3和4和吞吐量结果包含在表5和6。

6.6。资源消耗

观察PlainTC +消费371 KB的内存(2.3%的总内存)和CPU利用率与PlainTC的为0.3%。因此,附加的上下文更改机制不显著增加资源消耗记录。

7所示。结论和未来的工作

在本文中,我们展示了负面影响PlainTC原型对拓扑结构的稳定性。这种不稳定性被诊断是由于收发机功率调整进行分布式TC的赞助下计划。

我们随后提出了利用上下文信息来减少拓扑PlainTC造成的不稳定性。PlainTC +原型被授予此原型结合上下文信息的收集和使用这些信息来过滤掉不必要的收发器功率调整。

室内试验台评价PlainTC +显示收发器的数量减少45%电力网络中进行调整。减少稳定社区大小网络节点和链接的品质。改进的拓扑稳定性提高了网络性能和改善观察PDR吞吐量指标PlainTC相比。性能差距最大。电力计划缩小和PlainTC +提供了一个部署I-WMN实现的可能性显著累积收发器节省电能,用最小的牺牲在网络性能。

我们未来的工作旨在提供一种机制为动态,实时计算上下文变量的贡献的总变异性拓扑稳定性。当前进程来确定这些部分中定义的贡献4.2是回顾性的,结果可能不是一个精确的反映当前网络状况。我们在部署过程中软件定义I-WMN试验台和集中的软件定义网络控制器适合的任务排序网络节点的上下文信息和动态计算每个上下文变量对总变异的贡献在拓扑不稳定。适当的上下文更改阈值可以随后决定在实时控制器和这个阈值可以推到WMN节点调节节点的收发器的调整能力。PlainTC +将因此成为实时环境敏感TC机制与能力调节节点的收发器力量以应对当前网络状况。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版这篇文章。

确认

作者要感谢提供的资金和技术支持的卓越中心为移动电子商务的祖鲁兰大学,南非,和Meraka研究所科学与工业研究理事会,南非。

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