無線網狀網路QoS路由技術與傳輸流量平衡策略

Abstract

在本篇論文中，我們針對multi-homed無線網狀網路(Wireless Mesh Network)的環境下，提出一個傳輸流量平衡(load-balanced)的閘道伺服器(gateway)選取演算法和一個考量到傳輸服務品質(Quality of Services，QoS)狀態的路由協定。multi-homed無線網狀網路是一個由多個可以連到網際網路(Internet)的閘道伺服器構成的無線網狀網路。由於無線網路技術的蓬勃發展，無線網狀網路已成為最有可能被用於建立都市網路和解決寬頻服務的最後一哩(last mile) 問題的方法。因此，無線網狀網路已成為最近熱門的研究項目之一。另一方面，多媒體服務像是Voice over IP 或是Video on Demand等服務，已經在網際網路中逐漸變的越來越普遍了。然而，網際網路使用的是盡力而為(Best Effort)的資料傳輸方法，它並無法滿足這些多媒體服務的頻寬以及低延遲的要求。為了提供QoS給多媒體應用程式，網際網路工程小組(Internet Engineering Task Force，IETF)也有針對有線網路提出許多保證QoS的規範。因為無線網路的普遍性越來越高，許多IETF的工作小組目前也在研究該如何在無線區域網路，ad-hoc和網狀網路中提供QoS的服務。在本篇論文中，我們針對multi-homed無線網狀網路的環境下，針對網狀網路的backhaul routers提出一個傳輸流量平衡的閘道伺服器選取演算法和考量到傳輸服務品質的最短路由機制。 目前的傳輸服務品質的路由方法，大都是針對已知的一對傳送和發送端，如何在所有的可能路徑中選擇一條滿足使用者QoS需求的路徑。為了要選擇一條最為適當的路徑，發送端需要知道網路上所有連線(links)的狀態。因此，每當有一個連線的狀態改變，連線上的節點(node)就需要將改變廣播給其他的節點知道。對於在無線網狀網路的環境中，這樣的資訊交換的負擔太大。除此之外，在multi-homed網狀網路中存在有多個閘道伺服器，而閘道伺服器的選取演算法會影響到路徑的選擇。然而，以往的傳輸服務品質路由演算法並沒有將這樣的環境考量進去。 為了減少交換連線資訊的流量，我們首先提出一套閘道伺服器選取演算法來決定替每個移動用戶端(mobile node)服務的閘道伺服器。再來，配合逐節點的路徑選取(Hop-by-hop Path Selection)機制來找出一條到閘道伺服器的最短可能路徑，也就是說路徑上的連線必需滿足移動用戶端的頻寬的要求。閘道伺服器選取演算法不僅僅能透過將移動用戶端的網路流量導到不一樣的閘道伺服器來平衡網路的流量，並且也能幫助逐節點的路徑選取機制消除掉廣播連線資訊的需要，因為每個backhaul router只需要知道和鄰居backhaul routers的頻寬狀態而已。最後，我們進行模擬分析，模擬的結果顯示我們的方法在不同的網路傳輸流量下，都有達到流量平衡的狀態並且可以提供服務給更多的使用者。