路由特性對IEEE 802.11 DCF多跳網絡容量的影響
加入技術交流群
其余三種是基于扇區限制的路由策略，分別為：NFPS(Nearest with Forward Progress in Sector)：在以前進方向為中心的一個角度為2φ大小的扇區內，發送節點選擇距自己最近的鄰節點作為自己的下一跳轉發節點；FFPS(Furthest with Forward Progress in Sector)：在2φ扇區內，發送節點選擇距自己最遠的鄰節點作為自己的下一跳轉發節點；RFRS(Random Forwardwithin Radius R in Sector)：在2φ扇區內，發送節點選擇自己傳輸范圍內任意的一個鄰節點作為自己的下一跳轉發節點。概括而言，在這些策略中，NFPS所導致的最終路由為短跳路由，MFR及FFPS為長跳路由，RFRS特性介于以上三者之間。
在上述四種路由策略下，發送節點與接收節點之間的位置關系特性不同。在圖3中，將接收節點相對于發送節點的位置用極坐標(r0，θ0)表示。其中，坐標原點為發送節點，極坐標方向為數據分組的前進方向，顯然r0與θ0是隨機變量，而它們的統計特性與網絡中使用的路由策略有關。可以使用r0與θ0的聯合分布密度函數fr0，θ0，靠(r0，θ0)來描述它們的統計特征。由于篇幅限制，推導過程略。
在MFR路由策略下，(r0，θ0)的聯合分布密度函數如下：
在NFPS策略下，(r0，θ0)的聯合分布密度函數如下：
在FFPS路由策略下，(ro，θ0)的聯合分布密度函數表達式如下：
在RFRS路由策略下，(r0，θ0)的聯合分布密度函數為：
在此基礎上結合圖4，推導出分析模型控制參數的表達式如下：
至此，完成對分析模型中控制參數的推導。這些控制參數的取值反映了發送節點和接收節點之間的位置關系特性，它們影響著分析模型最終的計算結果(如：p，τ，σ等)。在計算出各個控制參數的值后，將其代入到分析模型的方程組中，就可以進行求解。
4 計算結果
現在，可以借助數學模型方法來分析網絡中路由策略選擇以及節點傳輸半徑設置對網絡容量的影響。研究對象是無限大均勻網絡，節點分布密度為10-4節點／m2。其他條件見本文中網絡條件部分的介紹。按照前面的敘述，采用節點平均發送前進量作為衡量指標，依照分析模型中定義的符號，可將其表示為：
式中：r為網絡節點的傳輸半徑設置?？梢宰C明，對于任何密度的網絡，z(r)隨著網絡中平均鄰節點數變化的規律是相同的(僅相差常數倍)。因此傳輸半徑的設置問題也可以等價為如何調整網絡節點的鄰節點數目，以使Z(r)指標最大。借助于Matlab 6.5數學工具，可以計算出在不同路由策略下Z(r)隨著節點傳輸半徑變化的規律，如圖5所示。
從圖5中可以看到，在網絡節點密度一定的情況下，節點的平均發送前進量指標隨著節點傳輸半徑的增加而單調下降。這意味著在使用IEEE 802.11 DCF為MAC層接入協議的多跳網絡中，減小節點的傳輸半徑對于提高網絡容量是有利的。由于在實際網絡設計時還要考慮網絡的連通性問題(過小的傳輸距離設置將導致網絡出現分離)，所以在保證網絡連通條件下盡量減小節點的傳輸半徑是一個最優策略。
此外，在網絡節點傳輸半徑一定的條件下，不同的路由策略也會造成節點平均發送前進量指標變化。從圖5中可以看到，NFPS路由策略下，節點發送前進量指標最差。而MFR路由明顯優于其他三者。這一結果說明，在節點傳輸半徑一定的條件下，網絡中使用能夠導致最大分組前進距離的路由策略對于提高網絡容量是有利的。
5 結 語
本文使用數學分析的方法研究了基于IEEE 802.11DCF的無線多跳網絡中傳輸半徑設置問題和路由方案選擇問題。使用分析模型計算出的結果表明，在節點分布密度一定的條件下，網絡中的節點平均發送前進量隨著傳輸半徑的增加而單調下降。這說明在保證網絡連通性的條件下，減小節點的傳輸距離有利于增加網絡的容量。而在傳輸半徑一定的條件下，使用能夠導致更大前進距離的路由策略對于提高網絡容量有利。
評論