无线Mesh网络综述文档

无线Mesh网络及其MAC协议前言无线Mesh网络(无线网状网，简称WMN)技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。目前，无线Mesh网络已经成为了下一代无线网络中涌现出来的一种非常具有应用前景的新型无线组网技术。无线Mesh网络无线Mesh网络是一种新型的宽带无线网络结构。WMN是从移动Adhoc网络分离出来，并承袭了部分WLAN(WirelessLocalAreaNetworks，无线局域网络)技术的新的网络技术。WMN本质上属于移动Adhoc网络，是一种高容量、高速率的分布式网络，它不同于传统的无线网络，可以看成是无线局域网和移动Adhoc网络（移动自组织网络）的融合，并且发挥了两者的优势，是因特网的无线版本。WMN与移动Adhoc网络的最大区别在于前者的用户终端相对来说移动性较低，WMN一般不是作为一个独立的网络形态存在，而是因特网核心网的无线延伸。通常，会有一个或者多个网关节点与因特网高速相连，家庭或办公室用户通过自身的无线终端接入点与网关节点相连。而对于网关节点信号覆盖之外的区域，用户节点负责来往业务的中继或转发，从而实现大范围的廉价和快速的信号覆盖。显然，这种方式的组网省去了网络建设初期昂贵的基础设施建设投资，比传统的点到多点的无线接入有很多无可比拟的优点。无线Mesh网的特点由包括一组呈网状分布的无线AP构成，AP均采用点对点方式通过无线中继链路互联，将传统WLAN中的无线热点扩展为真正大面积覆盖的无线热区。1、自配置。无线Mesh网中AP具备自动配置和集中管理能力，简化了网络的管理维护。2、自愈合。无线Mesh网中AP具备白动发现和动态路由连接，消除单点故障对业务的影响，提供冗余路径。3、高带宽。将传统WLAN的热点覆盖扩展为更大范围的热区覆盖，消除原有的WLAN随距离增加导致的带宽下降。另外，采用Mesh结构的系统，信号能够避开障碍物的干扰，使信号传送畅通无阻，消除盲区。4、高利用率：高利用率是Mesh网络的另一个技术优势。在单跳网络中，一个固定的AP被多个设备共享使用，随着网络设备的增多，AP的通讯网络可用率会大大下降。而在Mesh网络中，由于每个节点都是AP，根本不会发生此类问题；一旦某个AP可用率下降，数据会自动重新选择一个AP进行传输。5、兼容性。Mesh采用标准的802。11b/g制式，可广泛地兼容无线客户终端。除此之外，无线Mesh还提供更好的移动漫游能力，以及端到端的安全连接等等。发展趋势无线Mesh基本技术无线Mesh网络在通常的WGW(实现无线Internet接入)、无线用户终端的基础上，增添了无线路由器，由有基础的无线接入网络结构演变成无线Mesh网络结构。无线Mesh网络增加了无线路由器层，各路由器间由无线连接，路由器与无线IP接入点(WGW)间由无线连接，并可交叉链接，形成密集网络。由此衍生出无线Mesh网络特有的基本技术和处理方法，它们都是与常规单纯的无线接入网络不同的新增无线路由器层直接相关联的。1、无线Mesh路由器的无线传输技术在研究无线Mesh网络技术过程中，常常把Mesh路由器的无线传输技术，称为无线Mesh网络的物理层技术。这里传输主要是指WR（WirelessRouter，无线路由器）与用户终端间的无线传输、WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输。WR与用户终端间的无线传输是按用户终端支持的无线技术和标准化要求，实现类似于基站或无线接入点的功能，能够支持各种不同无线空中接口的接入要求。无线Mesh网络结构支持不同的标准化接入系统，有不同的无线传输技术，WR与用户终端间的无线传输都能适应。WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输是需要定义和确认的。原则上，采用何种传输技术与用户终端支持的技术标准和系统方式没有直接关系，可以尽量采用现有的先进技术和方法。由于WR相当于基站，是位置固定的，是支持多用户综合高速数据的，是密集覆盖并要尽量避免彼此间干扰的，是有多种路由选择的。因此，智能定向天线技术、高效可控调制编码技术、低临界发射功率控制技术等是最重要的物理层传输技术。2、多信道接入的MAC技术提供媒体访问控制(MAC)接入的多信道技术，同通常的无线通信网络一样，有频分多址(FDMA)技术、时分多址(TDMA)技术、码分多址(CDMA)技术和使用定向天线的空分多址(SDMA)技术，实用中经常是这些多址技术的部分或全部综合应用，形成彼此独立互不串扰的多信道接入技术。由于WR的定点定向传输可以充分利用智能天线技术实现空分多址，实现尽可能多的互不干扰独立传输信道。相对常规无线通信，这是无线Mesh网络的又一特色。在多址接入技术支持下，无线Mesh网络的MAC层设计与通常的典型无线网络的MAC设计一样，同接入点相关。由于无线Mesh网络不是单跳而是多跳系统，需要支持多跳的MAC设计。首先是就近Mesh路由器的接入选择。无线Mesh网络是自组织网络，网络路由连接和用户终端接入状况的拓扑结构随地理位置、通信环境、用户移动、WR布局等不同而不同，是变动的。无线Mesh网络的就近Mesh路由器的接入选择，是动态的，与通常设计不同。典型的有应用于IEEE802.11的多信道MAC技术协议(MMAC协议)，并考虑MAC层与网络层的交互，引入多信道协同子层(MCCL)，以此增加网络能力。3、接入WGW的路由技术用户终端通过WR接到无线IP接入点的路由技术和相关协议是多跳的无线Mesh网络的最重要技术。研究和设计接入Internet的路由技术和协议，基本考虑准则有：尽量少的多跳数、尽量小的时延、尽量大的数据速率、尽量低的差错率、尽量大的路由稳定等。这样，接入WGW的路由协议设计有如下几点要尤其注意：首先，无线Mesh网络中的路由协议不能仅仅根据“最小跳数”来进行路由选择，而要综合考虑多种性能度量指标，综合评估后进行路由选择；其次，路由协议要提供网络容错性和健壮性支持，能够在无线链路失效时，迅速选择替代链路避免业务提供中断；第三，路由协议要能够利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡，尽量最大限度利用系统资源；第四，路由协议要求能同时支持路由器和用户终端。无线Mesh路由协议可参照AdHoc网络路由协议，目前几种典型的路由协议有：动态源路由协议(DSR)、目的序列距离矢量路由协议(DSDV)、临时按序路由算法(TORA)和AdHoc按需距离矢量路由协议(AODV)等。接入网络的路由协议的另一个问题是如何选择路由实现接入的公平性，让用户终端接入网络的机会、数据速率和通信质量是基本上一致的。4、无线Mesh路由器配置技术网络设备通常是指Internet接入点和Mesh路由器。在覆盖区域给定的情况下，WGW放置位置可以变动的话，放置位置的确定；在WR布局密度和数目给定情况下，放置位置的确定，是构建无线Mesh网络的基本研究课题。在大多数情况下，WGW位置是确定的，因此主要研究Mesh路由器的配置问题。Mesh路由器的配置，如上节的路由选择所述一样，有并行配置和串行配置的两种方式。为实现最大网络能力，需要凭借在串行配置下的多跳链路(路由)。这种链路为提高效率，采用分时工作，因此要研究避免碰撞的分时策略和处理方法。采用串行配置，Mesh路由器的最大接入能力在不同位置有不同要求，可以通过不同调制方式和不同微区大小覆盖来转接任务大的Mesh路由器，使用高速传输技术，覆盖较小区域，减少用户终端直接接入需求量。而在多跳末端位置的Mesh路由器由于转接工作少，可采用较低数据速率和较大区域覆盖，实现最优网络能力。无线Mesh网络的研究热点随着无线Mesh网络的应用越来越广泛，对其进行各方面的应用技术研究也是越来越有深度和广度。1、无线Mesh网络的MAC协议MAC协议的研究是关键所在，它控制着节点对无线媒体的占用，对整体网络的性能起着决定性的作用。在MAC协议上，WMN承袭了IEEE802.11标准中的很多技术，特别是已制定的IEEE802.11s标准更是专门针对传统的802.11MAC协议扩展成为支持网状结构的新的协议。2、无线Mesh网络的路由协议目前较新的适用于WMN的路由协议有多径源路由（MSR）协议、多射频链路质量源路由（MR-LQSR）协议、可预测的无线路由（PWRP）协议、但收发器多信道路由（MCRP）协等3、移动TCPTCP协议是目前最为广泛使用的网络传输控制协议，这一传统的传输控制机制在满足丢包假设前提下有效适应了有线传输，但是在丢包率远远高于有线网络的无线移动网络环境下，TCP遇到了高延时、高误码率、非对称链路、移动切换等问题。所以，在WMN中对TCP的研究和改进则成了必须。4、多址接入研究多址接入技术一直都是无线通信的关键技术之一，甚至是移动通信换代的一个重要标志。多址技术所要解决问题的特点是：通信（子）网中的登记用户数常常远大于同一时刻实际请求服务的用户数。问题就是要研究如何将有限的通信资源在多个用户之间进行有效的切割与分配，在保证多用户通信质量的同时，尽可能地降低系统的复杂度，并获得较高的系统容量总结无线Mesh作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构。由于具有自形成、自愈和自组织能力，使得这种无线多跳网络大大提高了现有网络的性能，在较低的前期投资下，WMN可以根据需要逐步扩展。无线Mesh网络是为适应无线接入Internet需要而发展起来的一种网络，在传统的无线宽带接入系统中，得到了发展和应用。随着无线移动通信的高速发展和Internet的广泛应用，无线Mesh网络已经作为一种网络技术和网络形态，得到进一步的重视和开发，会逐渐成为无线移动接入网络的基本网络技术，渗透到未来各种无线网络中。无线Mesh网络是随同AdHoc网络发展起来的，当初都是为了解决无线接入网络问题，但由于采用的技术手段各不相同(AdHoc靠移动用户终端支持路由功能、中继接入。无线Mesh靠固定设置无线路由器扩展覆盖接入)，其特性能力和应用明显不同。无线Mesh网络、适合个人终端应用、业务种类多、覆盖要求好、具有公共服务特性的应用场合。AdHoc网络更适合环境和应用复杂、任意性强、接入支持变动大的特别应用场合，比如无线传感器网络和军用网络。参考文献[1]方旭明等.下一代无线因特网技术：无线Mesh网络.北京：人民邮电出版社.2006.[2](加)EkramHossain（英）KinK.Leung著，易燕李强刘波卢兴顺译.无线Mesh网络架构与协议（WirelessMeshNetworksArchitecturesandProtocols）.北京：机械工业出版社，2009.[3](美)SteveRackley著，吴怡朱晓荣宋铁成等译，沈连丰审校.无线网络技术原理与应用（WirelessNetworkingTechnologyFromPrinciplestoSuccessfulImplementation）.北京：电子工业出版社.2008.[4]漆华妹陈志刚.无线Mesh网络中的MAC协议的研究分析[PDF].计算机研究与发展.2008,45(z1).[5]李瑞芳李仁发罗娟.无线多媒体传感器网络MAC协议研究综述[PDF].通信学报.2008,29(8).[6]祁超.无线Mesh网络的概念及关键技术[Z].电信快报.—[7]北电网络.无线网状网（WirelessMeshNetwork）——全新的广域宽带无线接入解决方案.2005中国无线技术大会，2005.4[8]百度百科.无线Mesh网络[词条].[9][10][11]