第9章-無線Mesh網(wǎng)絡(luò)要點課件

？網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第9章無線Mesh網(wǎng)絡(luò)主講：林科第9章無線Mesh網(wǎng)絡(luò)主講：林科內(nèi)容提要

概述

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式內(nèi)容提要概述9.1概述

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN，WirelessMeshNetwork，又稱無線網(wǎng)狀網(wǎng)、無線網(wǎng)格網(wǎng)等)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一樣，也是一種應(yīng)用性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要是以前面幾章介紹的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的，特別是和移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著非常密切的聯(lián)系。9.1概述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN，W9.1.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的起源傳統(tǒng)的基于基站方案的無線通信系統(tǒng)是通過“最后一公里”的無線接入，無法適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的增長。蜂窩移動通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大緩解了用戶業(yè)務(wù)與系統(tǒng)資源之間的矛盾。但只適用于人口稠密、有永久用戶業(yè)務(wù)需求的地區(qū)。移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直在悄悄地與蜂窩移動通信技術(shù)平行發(fā)展；但在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)并沒有在民用通信領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。無線局域網(wǎng)有效延伸了因特網(wǎng)的覆蓋范圍，但是商業(yè)化進(jìn)程在很多地區(qū)并不成功。技術(shù)上也無法做到像蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣無處不在的信號覆蓋。9.1.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的起源傳統(tǒng)的基于基站方案的無線通無線Mesh網(wǎng)絡(luò)：基于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)開發(fā)的一種完全適用于民用通信的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以實現(xiàn)無線通信中無處不在的通信目標(biāo)。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的核心指導(dǎo)思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，傳統(tǒng)的WLAN一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)：基于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)基站方案的無線通信系統(tǒng)中心節(jié)點與各個無線終端通過單跳無線鏈路相連，控制各無線終端對無線網(wǎng)絡(luò)的訪問；同時，又通過有線鏈路與有線骨干網(wǎng)相連，提供到骨干網(wǎng)的連接。即使兩個節(jié)點實際上就是互相挨著，它們也必須通過接入點才能進(jìn)行通信。傳統(tǒng)基站方案的無線通信系統(tǒng)中心節(jié)點與各個無線終端通過單跳無WMN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生802.11寬帶無線網(wǎng)絡(luò)接入已經(jīng)漸漸的普及開來?，F(xiàn)在的802.11x技術(shù)很好地支持了單中心節(jié)點（比如單AP（AccessPoint））方式的部署（比如家庭使用，小型的公司和孤立的熱點），但是還不能很好的支持多中心節(jié)點部署的情況（比如大型的企業(yè)，校園等）。傳統(tǒng)的解決辦法是把所有的AP直接連接到一個Internet的網(wǎng)關(guān)上去（每一個AP都用有線和主干網(wǎng)絡(luò)相連），這樣部署無線網(wǎng)絡(luò)的花費將會隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而大幅增加。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信中無處不在的通信目標(biāo)，需要基于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)出一種完全適用于民用通信的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WMN技術(shù)就隨著這一需求而出現(xiàn)。

通過無線把各個AP連接成一個多跳的網(wǎng)中網(wǎng)（Meshnetwork)，然后由一個核心AP接入有線網(wǎng)絡(luò)（該AP稱為SuperJoint）。這樣一個AP-AP的Meshnetwork結(jié)構(gòu)需要對現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。WMN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生802.11寬帶無線WMN結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)任意兩個節(jié)點之間的一條鏈路失效后，路由器會經(jīng)由一個或多個別的路由器找到一條替代路徑。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，采用網(wǎng)狀Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種多點到多點網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以無線多跳方式相連。Internet就是一個Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型例子。WMN結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)任意兩個節(jié)點之間的一條鏈路失效后，路由實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案無線mesh網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)于其它類型無線部署的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要集中在降低網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的成本——安裝、維護(hù)以及運(yùn)行維護(hù)等方面。以某些情況下，由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、缺少有線基礎(chǔ)設(shè)施、或者是在客戶室內(nèi)或室外位置布線成本高等原因，無線mesh網(wǎng)絡(luò)成為部署網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的唯一可行方案。無線Mesh的方案有很多種，但是大部分的方案都來源于最初的無線分布式系統(tǒng)（WirelessDistributionSystem,WDS）概念。WDS是一種使用無線橋接和無線repeating的無線AP模式，無線橋接也就是只能在AP之間進(jìn)行通訊，AP不接受無線客戶端的訪問；而無線repeating既允許AP之間互相通訊，也允許AP與無線客戶端進(jìn)行通訊。實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案無線mesh網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)于其它類實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案1、單頻方案--——所有信息都在同一信道上單頻模式是無線mesh最脆弱的方案。接入點僅使用一個信道，此信道由無線客戶端和回程流量（在AP之間轉(zhuǎn)發(fā)）共享。當(dāng)更多的AP加入到網(wǎng)絡(luò)中的時候，用于回程流量的帶寬將會占據(jù)越來越高的比例，僅僅留很少一部分容量給無線客戶端。此現(xiàn)象的原因是由于無線是一個共享的媒質(zhì)。本方案的AP不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而且在其覆蓋范圍內(nèi)另一個AP正在傳輸?shù)臅r候，該AP也不能發(fā)送數(shù)據(jù)。這種對可用共享帶寬的競爭是基于類似以太網(wǎng)的無線沖突避免原則(CSMA/CA)。簡單計算一下就會發(fā)現(xiàn)，在單頻方案中每個無線客戶端只能獲得很有限的吞吐量。舉例來說，假設(shè)你有5個AP，每個AP有20個無線客戶端與之相連，所有的AP和客戶端共享同一個802.11b信道（5Mbps），這樣等價于每個用戶只能獲得少于50Kbps的吞吐量——比撥號連接還要慢。實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案1、單頻方案--——所有信息都在同實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案2、雙頻方案——回程共享在雙頻方案中，一個頻道專門用來連接無線客戶端，而另一個頻道專門用來進(jìn)行無線回程傳輸——回程信道同時由ingress和egress流量共享。這意味著什么呢？無線客戶端流量將得到一些的改善，但是全網(wǎng)的性能仍然由于回程的瓶頸問題而不理想。3、多頻方案——結(jié)構(gòu)化的無線mesh在多頻（或者稱作結(jié)構(gòu)化mesh）方案中，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點至少使用三個頻道的專用無線鏈路接口，其中一個頻道用于客戶端的流量，第二個頻道用于ingress無線回程流量，第三個頻道用于egress無線回程流量。這個無線mesh網(wǎng)絡(luò)的方案與單頻或雙頻方案相比提供了很好的性能。因為每個鏈路都工作在獨立的信道上，專用的回程鏈路可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。實現(xiàn)無線Mesh的幾種方案2、雙頻方案——回程共享WMN與移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)、WLAN和WBAN的關(guān)系示意圖WMN與移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)、WLAN和WBAN的關(guān)系示意圖9.1.2移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)向無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)*移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)和WMN技術(shù)的發(fā)展始終與一些成熟的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)(如WLAN、WiMAX)，從而構(gòu)成大規(guī)模的可伸縮性無線網(wǎng)絡(luò)下一代無線網(wǎng)絡(luò)(或4G無線網(wǎng)絡(luò))不再是一種全新的單一結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，是一種多級網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。9.1.2移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)向無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)*移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)分級移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)分級移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)基于WLAN的移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)基于WLAN的移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)WiMAX作為Wi-FiMesh拓?fù)涞幕爻痰讓觤esh網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)更大范圍網(wǎng)絡(luò)的延伸與互聯(lián)WiMAX作為Wi-FiMesh拓?fù)涞幕爻痰讓觤eshWiMAX作為Mesh拓?fù)鋬?nèi)回程WiMAX作為Mesh拓?fù)鋬?nèi)回程WiMAX作為客戶端的接入網(wǎng)移動用戶終端既可以先通過wi-fi再通過WiMAX接入接入到核心網(wǎng)絡(luò)，也可以直接通過WiMAX接入到核心網(wǎng)絡(luò)。更具靈活性WiMAX作為客戶端的接入網(wǎng)移動用戶終端既可以先通過wi趨勢從移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史及未來趨勢可見，無線網(wǎng)絡(luò)的多跳連接將成為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，可以為用戶提供真正的無處不在的連接(UbiquitousConnection)。下一代無線網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上向Mesh結(jié)構(gòu)演進(jìn)是必然趨勢。趨勢從移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史及未來趨勢可見，無線網(wǎng)絡(luò)9.1.3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別1．無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別(1)可靠性提高，自愈性強(qiáng)。(2)傳輸速率大大提高。(3)投資成本降低。(4)網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)簡便快捷。9.1.3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別1．無線2.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與WLAN(Wi-Fi)的主要區(qū)別從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，WLAN是典型的點對多點(P2MP，PointtoMultiplePoints)網(wǎng)絡(luò)，而且采取單跳方式，因而數(shù)據(jù)不可轉(zhuǎn)發(fā)。WMN可以通過WR對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)發(fā)(需要對WLAN傳統(tǒng)的AP功能進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn))從協(xié)議上看，WMN與移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)基本類似。WLAN的MAC協(xié)議完成的是本地業(yè)務(wù)的接入，而WMN則有兩種可能，一種是本地業(yè)務(wù)的接入，另一種是其他節(jié)點業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。對于路由協(xié)議，WLAN是靜態(tài)的因特網(wǎng)路由協(xié)議十移動IP；但WMN則主要是動態(tài)的按需發(fā)現(xiàn)的路由協(xié)議，只具有較短暫的生命周期。2.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與WLAN(Wi-Fi)的主要區(qū)別從拓?fù)?.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與移動AdHoc網(wǎng)的主要區(qū)別(1)WMN由無線路由器構(gòu)成的無線骨干網(wǎng)組成。該無線骨干網(wǎng)提供了大范圍的信號覆蓋與節(jié)點連接。移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都兼有獨立路由和主機(jī)功能，節(jié)點地位平等，接通性是依賴端節(jié)點的平等合作實現(xiàn)的，健壯性比WMN差。(2)WMN節(jié)點移動性低于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，所以WMN注重的是“無線”，而移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)調(diào)的是“移動”。(3)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，WMN多為靜態(tài)或弱移動的拓?fù)?，而移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)多為隨意移動(包括高速移動)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?4)WMN與移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)模式不同，前者節(jié)點的主要業(yè)務(wù)是來往于因特網(wǎng)的業(yè)務(wù),后者節(jié)點的主要業(yè)務(wù)是任意一對節(jié)點之間的業(yè)務(wù)流。(5)從應(yīng)用來看，WMN主要是因特網(wǎng)或?qū)拵Ф嗝襟w通信業(yè)務(wù)的接入，而移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)主要用于軍事或其他專業(yè)通信。3.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與移動AdHoc網(wǎng)的主要區(qū)別(1)WWMN優(yōu)點1快速部署和易于安裝安裝Mesh節(jié)點非常簡單，將設(shè)備從包裝盒里取出來，接上電源就行了。由于極大地簡化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點來擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個Mesh節(jié)點都需要有線電纜連接，這是它與有線AP最大的不同。Mesh的設(shè)計目標(biāo)就是將有線設(shè)備和有線AP的數(shù)量降至最低，因此大大降低了總擁有成本和安裝時間，僅這一點帶來的成本節(jié)省就是非?？捎^的。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的配置和其他網(wǎng)管功能與傳統(tǒng)的WLAN相同，用戶使用WLAN的經(jīng)驗可以很容易應(yīng)用到Mesh網(wǎng)絡(luò)上。WMN優(yōu)點1快速部署和易于安裝WMN優(yōu)點2非視距傳輸(NLOS)利用無線Mesh技術(shù)可以很容易實現(xiàn)NLOS配置，因此在室外和公共場所有著廣泛的應(yīng)用前景。與發(fā)射臺有直接視距的用戶先接收無線信號，然后再將接收到的信號轉(zhuǎn)發(fā)給非直接視距的用戶。按照這種方式，信號能夠自動選擇最佳路徑不斷從一個用戶跳轉(zhuǎn)到另一個用戶，并最終到達(dá)無直接視距的目標(biāo)用戶。這樣，具有直接視距的用戶實際上為沒有直接視距的鄰近用戶提供了無線寬帶訪問功能。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠非視距傳輸?shù)奶匦源蟠髷U(kuò)展了無線寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。WMN優(yōu)點2非視距傳輸(NLOS)WMN優(yōu)點3健壯性實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來傳輸數(shù)據(jù)。如果某個路由器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過備用路徑傳送。E-mail就是這樣一個例子，郵件信息被分成若干數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)多個路由器通過Internet發(fā)送，最后再組裝成到達(dá)用戶收件箱里的信息。Mesh網(wǎng)絡(luò)比單跳網(wǎng)絡(luò)更加健壯，因為它不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個節(jié)點出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不會受到影響。WMN優(yōu)點3健壯性WMN優(yōu)點4結(jié)構(gòu)靈活在單跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備必須共享AP。如果幾個設(shè)備要同時訪問網(wǎng)絡(luò)，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過不同的節(jié)點同時連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。Mesh網(wǎng)絡(luò)還提供了更大的冗余機(jī)制和通信負(fù)載平衡功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都有多個傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負(fù)載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點的通信擁塞。而目前單跳網(wǎng)絡(luò)并不能動態(tài)地處理通信干擾和接入點的超載問題。WMN優(yōu)點4結(jié)構(gòu)靈活WMN優(yōu)點5高帶寬無線通信的物理特性決定了通信傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶寬，因為隨著無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加。

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點不僅能傳送和接收信息，還能充當(dāng)路由器對其附近節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點的相互連接和可能的路徑數(shù)量的增加，總的帶寬也大大增加。

此外，因為每個短跳的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)所需要的功率也較小。既然多跳網(wǎng)絡(luò)通常使用較低功率將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑墓?jié)點，節(jié)點之間的無線信號干擾也較小，網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)容量。比如在高密度的城市網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠減少使用無線網(wǎng)絡(luò)的相鄰用戶的相互干擾，大大提高信道的利用效率。WMN優(yōu)點5高帶寬WMN缺點1互操作性目前影響無線Mesh技術(shù)迅速普及的一個重要障礙就是互操作性。正如任何一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)剛出現(xiàn)時一樣，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用戶現(xiàn)在要么就只能使用某一個廠商的無線Mesh產(chǎn)品，要么面臨如何與各種不同類型的嵌入式無線設(shè)備接口的問題，這個問題目前是影響無線Mesh技術(shù)推廣使用最重要的原因。鑒于此，目前一些公司正在開發(fā)能夠適應(yīng)不同無線環(huán)境的可配置的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，互操作性有望得到一定程度的解決。但要想徹底解決互操作性問題，最終還需要業(yè)界制定統(tǒng)一的無線Mesh技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。WMN缺點1互操作性WMN缺點2通信延遲既然在Mesh網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通過中間節(jié)點進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，每一跳至少都會帶來一些延遲，隨著無線Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，跳接越多，積累的總延遲就會越大。一些對通信延遲要求高的應(yīng)用，如話音或流媒體應(yīng)用等，可能面臨無法接受的延遲過長的問題。目前解決這一問題主要是通過增加Mesh節(jié)點以及合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著多無線Mesh節(jié)點技術(shù)的出現(xiàn)這一問題將得到最終解決。WMN缺點2通信延遲WMN缺點3安全與WLAN的單跳機(jī)制相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳機(jī)制決定了用戶通信要經(jīng)過更多的節(jié)點。而數(shù)據(jù)通信經(jīng)過的節(jié)點越多，安全問題就越變得不容忽視。Internet本身即是使用Mesh方式進(jìn)行通信的典型，它的安全隱患是眾所周知的。盡管有線網(wǎng)絡(luò)中使用的各種端到端安全技術(shù)，如虛擬專用網(wǎng)（VPN）同樣可以用來解決無線Mesh的安全問題。但正如Internet一樣，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的安全是一個不容忽視的問題。WMN缺點3安全9.2無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)9.2.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分類1.平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)9.2無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)9.2.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WMN平面結(jié)構(gòu)所有節(jié)點為對等結(jié)構(gòu)，具有完全一致。適用于節(jié)點數(shù)目較少且不需要接入到核心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合。WMN平面結(jié)構(gòu)所有節(jié)點為對等結(jié)構(gòu)，具有完全一致。適用于節(jié)點WMN分級結(jié)構(gòu)終端節(jié)點設(shè)備通過Mesh路由（相當(dāng)于WLAN中的AP）接入到上層Mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互通互聯(lián)。上層下層WMN分級結(jié)構(gòu)終端節(jié)點設(shè)備通過Mesh路由（相當(dāng)于WLANWMN混合結(jié)構(gòu)終端節(jié)點不僅支持WLAN的普通設(shè)備，還增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的Mesh設(shè)備。同時能夠支持接入上層網(wǎng)絡(luò)Mesh路由器和本層網(wǎng)絡(luò)對等節(jié)點的功能。WMN混合結(jié)構(gòu)終端節(jié)點不僅支持WLAN的普通設(shè)備，還增加中國某城市超級城市WMN結(jié)構(gòu)中國某城市超級城市WMN結(jié)構(gòu)9.2.2802標(biāo)準(zhǔn)族對Mesh結(jié)構(gòu)的支持1．802.16對Mesh結(jié)構(gòu)的支持9.2.2802標(biāo)準(zhǔn)族對Mesh結(jié)構(gòu)的支持1．802.16WiMAX基于Mesh的無線寬帶接入結(jié)構(gòu)圖

WiMAX基于Mesh的無線寬帶接入結(jié)構(gòu)圖2．802.11s對Mesh結(jié)構(gòu)的支持IEEE新成立了一個IEEE802.11s子工作組，制定標(biāo)準(zhǔn)化的擴(kuò)展服務(wù)集(ESS)，即802.11s專門為WMN定義了MAC和PHY層協(xié)議。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，WLAN接入點可以像路由器那樣轉(zhuǎn)發(fā)信息。2．802.11s對Mesh結(jié)構(gòu)的支持I3．802.15系列對Mesh結(jié)構(gòu)的支持(1)802.15.1:IEEE提出的第一個取代有線連接的WPAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，組網(wǎng)方式靈活多樣，且支持多跳，有力支持WMN結(jié)構(gòu)。(2)802.15.2:主要目標(biāo)是為802.15WPAN發(fā)展推薦應(yīng)用，此協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為多種技術(shù)融入WMN提供了支持。(3)802.15.3:為消費類電子及通信設(shè)備提供短距離無線連接的高速WPAN制定標(biāo)準(zhǔn)。子工作組802.15.3a進(jìn)一步發(fā)展制定了基于多帶OFDM聯(lián)盟(MBOA)的PHY層，使用超寬帶(UWB)技術(shù)達(dá)到高達(dá)480Mb/s的峰值傳輸速率,正是WMN所需的。3．802.15系列對Mesh結(jié)構(gòu)的支持(1)802.15.(4)802.15.4:低數(shù)據(jù)速率、長電池壽命和低設(shè)備開銷要求的遙測技術(shù)制定的。ZigBee聯(lián)盟正在制定運(yùn)行在IEEE802.15.4的MAC和PHY層以上的高層協(xié)議。它的網(wǎng)絡(luò)層支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星形、簇形和Mesh。(5)802.15.5:目前還在開發(fā)中，最終定位于WMN的MAC層，且不需要ZigBee或IP路由支持。第9章-無線Mesh網(wǎng)絡(luò)要點課件ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)4．802.20對Mesh結(jié)構(gòu)的支持

802.20即移動寬帶無線接入(MBWA)工作組成立于2002年12月，致力于為移動用戶開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)，支持在36Hz頻帶可靠地進(jìn)行高速無線數(shù)據(jù)傳輸。同時，在室內(nèi)、室外環(huán)境中支持WMN結(jié)構(gòu)。

4．802.20對Mesh結(jié)構(gòu)的支持8029.3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

在MAC協(xié)議上，WMN承襲了IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中的很多技術(shù)，特別是802.11s標(biāo)準(zhǔn)更是專門針對傳統(tǒng)的802.11MAC協(xié)議擴(kuò)展成為支持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新的協(xié)議，另外802.16MAC協(xié)議也已支持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。專門針對WMN設(shè)計的MAC協(xié)議，包括速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議、多信道WMNMAC協(xié)議等。9.3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議在MA9.3.1速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議速率自適應(yīng)技術(shù)，是指在不同的信道條件下，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率（調(diào)制方式）來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最大吞吐量．為了實現(xiàn)速率的自適應(yīng)，有兩個方面比較關(guān)鍵：信道質(zhì)量估計和速率的選擇．信道估計是利用時變信道的狀態(tài)來估計未來信道的質(zhì)量．包括選用哪個參數(shù)作為信道質(zhì)量的度量和統(tǒng)計的時間。速率的選擇是利用信道質(zhì)量的預(yù)測來選擇一個最佳的速率。人們通常通過設(shè)置門限的方法實現(xiàn)速率的選擇。9.3.1速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議速率自適應(yīng)技術(shù)，是指在速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議的方案：運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，最大限度地利用信道的容量，根據(jù)不同終端報告的信道情況，提供個性化的調(diào)制方式．在該方案中，無線設(shè)備能夠支持多種調(diào)制方式，即多種速率，并動態(tài)地從中進(jìn)行選擇。RBAR是一種基于接收器的自適應(yīng)速率算法，其核心思想是允許接收端來選擇合適的數(shù)據(jù)分組的傳輸速率，通過RTS/CTS分組來攜帶信息進(jìn)行速率選擇信息的交換。其優(yōu)點如下：信道質(zhì)量的評估和傳輸速率的選擇基于接收端當(dāng)前的狀態(tài)，這就保證了所作的信道評估是實時準(zhǔn)確的，因此速率選擇更為準(zhǔn)確。因為速率的選擇是在RTS/CTS握手期間交換的，信道質(zhì)量的評估更接近數(shù)據(jù)分組傳輸時的情況。若應(yīng)用到802.11MAC協(xié)議，只需要對802.11MAC協(xié)議進(jìn)行較小的改進(jìn)。速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議的方案：運(yùn)用自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，9.3.2多信道Mesh網(wǎng)MAC協(xié)議早在移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，人們就用了多信道的設(shè)計思想來提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)容量。WMN是AdHoc網(wǎng)絡(luò)的一種，仍然可以采用多信道MAC機(jī)制來設(shè)計WMN的多信道MAC協(xié)議。多信道MAC協(xié)議主要有以下幾種：按控制信道分：有專用控制信道的多信道MAC協(xié)議和無專用控制信道的多信道MAC協(xié)議。前者采用專用的射頻（一直在控制信道上）來傳遞控制信息，這樣，能夠更有效地傳遞控制信息，但信道的利用率不高。而后者不能夠有效地傳遞控制信息．按節(jié)點射頻分：多射頻多信道MAC協(xié)議和單多射頻多信道MAC協(xié)議。前者每個節(jié)點有多個射頻，這樣節(jié)點可以同時在多個信道上傳輸數(shù)據(jù)，可以在多個信道上實現(xiàn)“邊說邊聽”的功能，更有效地控制節(jié)點的傳輸．9.3.2多信道Mesh網(wǎng)MAC協(xié)議早在移動AdHoc網(wǎng)具有代表性的WMN多信道MAC協(xié)議：(1)動態(tài)信道分配（DCA）多信道MAC協(xié)議是有專用控制信道、兩個RF的多信道MAC協(xié)議。在DCA多信道MAC協(xié)議中，假定有１個控制信道，N個數(shù)據(jù)信道，每個信道具有相同的帶寬。控制信道用來解決信道的沖突和為每個終端分配信道的問題，數(shù)據(jù)信道用來傳輸數(shù)據(jù)。每個終端有兩個半雙工的收發(fā)器，即控制收發(fā)器和數(shù)據(jù)收發(fā)器?？刂剖瞻l(fā)器在控制信道上與其他終端交換控制信息，得到接入數(shù)據(jù)信道的權(quán)利；數(shù)據(jù)收發(fā)器動態(tài)地切換到一個數(shù)據(jù)信道上來傳輸數(shù)據(jù)。具有代表性的WMN多信道MAC協(xié)議：(2)多信道單收發(fā)器MAC協(xié)議如何利用多個信道協(xié)調(diào)Mesh節(jié)點之間的通信，是多信道單收發(fā)器的MAC協(xié)議的關(guān)鍵所在。比較典型的有MMAC協(xié)議和SSCH協(xié)議。MMAC協(xié)議:沒有專用控制信道、每個節(jié)點配置一個半雙工收發(fā)器，每個節(jié)點是同步的。SSCH協(xié)議：將一組無線信道分配給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，每個設(shè)備只具備一對收發(fā)器，收發(fā)器在不同的信道上來回切換，同一時刻只能在一個信道上接收或者發(fā)送，但在同一通信區(qū)域內(nèi)可以有多對節(jié)點同時通信（工作在不同的信道上）。第9章-無線Mesh網(wǎng)絡(luò)要點課件(3)基于主信道分配的（PCAM）多信道MAC協(xié)議

有專用控制信道、３個射頻的多信道MAC協(xié)議。在PCAM協(xié)議中，每個節(jié)點配置３個半雙工收發(fā)器。其中兩個收發(fā)器——主收發(fā)器和第２個收發(fā)器主要用來傳輸數(shù)據(jù)，第３個收發(fā)器用來傳輸和接收廣播消息。(4)多射頻統(tǒng)一協(xié)議（MUP）

是在符合802.11標(biāo)準(zhǔn)的硬件基礎(chǔ)上開發(fā)的一種具備多塊網(wǎng)卡的多信道方案，該方案不需要改變現(xiàn)有的硬件平臺，并且支持現(xiàn)有的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。第9章-無線Mesh網(wǎng)絡(luò)要點課件9.4無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議WMN是一種特殊的移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)，移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的很多路由協(xié)議可以作為WMN路由協(xié)議的基礎(chǔ)。例如，動態(tài)源路由(DSR)協(xié)議、按需距離矢量(AODV)協(xié)議、基于節(jié)點間相互關(guān)系的路由(ABR)協(xié)議和基于信號穩(wěn)定性路由(SSR)協(xié)議等。最新的專門適用于WMN的路由協(xié)議，包括：多徑源路由(MSR)協(xié)議多射頻鏈路質(zhì)量源路由(MR-LQSR)協(xié)議可預(yù)測的無線路由(PWRP)協(xié)議單收發(fā)器多信道路由(MCRP)協(xié)議等。9.4無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議WMN是一種特殊的移動Ad9.4.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類(1)多判據(jù)路由(2)多信道路由(3)多徑路由(4)分級路由(5)跨層路由(6)QoS路由(7)基于地理位置信息的路由9.4.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類(1)多判據(jù)路由(1)多判據(jù)路由

路由協(xié)議一般使用最小跳數(shù)作為路由判據(jù)，但是，對于兩節(jié)點之間滿足最小跳數(shù)原則的路徑，由于干擾沖突與通信距離等因素的影響，鏈路性能可能會很差，網(wǎng)絡(luò)吞吐量也將變得很差。同時，單一的路由判據(jù)很難反映出鏈路質(zhì)量給各個性能指標(biāo)帶來的影響，因此，在制定路由判據(jù)時，應(yīng)使用多路由準(zhǔn)則來解決此矛盾。

(2)多信道路由在WMN中，使用多信道的方式有：單收發(fā)器多信道、多收發(fā)器多信道等。使用多收發(fā)器可以在不需要修改MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上提升網(wǎng)絡(luò)性能。MR-LQSR(多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議)是多信道路由協(xié)議，該協(xié)議提出了適應(yīng)多信道條件下的路由判據(jù)WCETT，綜合考慮了不同信道上的延時、帶寬等信息。(1)多判據(jù)路由(3)多徑路由在源節(jié)點與目的節(jié)點之間選擇多條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸稱為多徑路由。多徑路由技術(shù)可以很好地避免單徑路由時的網(wǎng)絡(luò)震蕩的影響，還可以在充分利用帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源的同時實現(xiàn)負(fù)載均衡、路由容錯等。在某條鏈路因為信道質(zhì)量惡化而不能正常工作時，其他鏈路可以繼續(xù)工作，因此，也可以在路由故障時避免路由重建等操作。基于DSR（動態(tài)源路由）的多徑源路由協(xié)議屬于該類協(xié)議。(4)分級路由通過分級技術(shù)，在簇內(nèi)與簇間使用不同的路由，分別發(fā)揮各種路由的優(yōu)點，從而實現(xiàn)大規(guī)模WMN的路由。在分級路由中，首先需要確定特殊的自組織分簇算法。每個簇?fù)碛幸粋€或多個簇頭。在決定簇大小的時候必須要使其滿足兩點：第一，必須要足夠大，保證節(jié)點不會輕易地移出所在簇；第二，必須要足夠小，從而使源路由能夠很快地找到目的節(jié)點。(3)多徑路由(5)跨層路由路由協(xié)議與MAC協(xié)議之間的跨層設(shè)計是另一個有趣的課題，以往的研究都集中在網(wǎng)絡(luò)第三層上，但是對于WMN，由于網(wǎng)絡(luò)的時變特性，路由性能并不理想，所以可以從第二層提取一些狀態(tài)參數(shù)信息作為路由判據(jù)。還可以考慮合并MAC與路由層之間的一些功能。跨層設(shè)計可以使路由協(xié)議收集到節(jié)點底層的實際數(shù)據(jù)傳輸情況，從而做出正確的路徑選擇，以便提高網(wǎng)絡(luò)的性能。(6)QoS路由

QoS路由的主要思想是首先選擇滿足用戶各種QoS要求的到達(dá)目的節(jié)點的路徑；其次，在路徑建立后，若當(dāng)前路徑已經(jīng)不能滿足用戶QoS需求，那么節(jié)點需要尋找新的路由。(7)基于地理位置信息的路由基于地理位置信息的路由需要依靠GPS或類似的定位設(shè)備，從而增加了成本與復(fù)雜性，并且獲得目的節(jié)點的位置信息還要給網(wǎng)絡(luò)帶來很大的開銷。(5)跨層路由9.4.2多射頻鏈路質(zhì)量源路由（MR-LQSR）協(xié)議MR-LQSR協(xié)議是微軟公司研發(fā)的多信道WMN路由協(xié)議，它采用一種新的路由性能判據(jù)，稱為加權(quán)的累計傳輸時間（WCETT），WCETT綜合考慮了帶寬等鏈路性能參數(shù)以及最小跳數(shù)等因素。該協(xié)議能在吞吐量與延時之間獲得一種平衡。MR-LQSR是在傳統(tǒng)的DSR(動態(tài)源路由)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的。MR-LQSR協(xié)議不但需要獲得路徑中節(jié)點和其鄰居鏈路相關(guān)的狀態(tài)信息，而且還要綜合鏈路狀態(tài)信息來評價鏈路質(zhì)量的優(yōu)劣，從而形成自身的路由準(zhǔn)則。MR-LQSR協(xié)議假設(shè)WMN中所有的MR為靜態(tài)節(jié)點，而且，該協(xié)議還假設(shè)每個節(jié)點有多個不同且互不干擾的無線收發(fā)器。MR-LQSR是一種稱為累計傳輸時間的判據(jù)和鏈路狀態(tài)源路由協(xié)議（LQSR）的結(jié)合。9.4.2多射頻鏈路質(zhì)量源路由（MR-LQSR）協(xié)議MR-9.4.3可預(yù)測的無線路由協(xié)議（PWRP）可預(yù)測的無線路由協(xié)議（PWRP）是Tropos公司開發(fā)的應(yīng)用于其“Wi-Fi蜂窩網(wǎng)絡(luò)戶外系統(tǒng)”的私有路由協(xié)議。該協(xié)議并非只按跳數(shù)來進(jìn)行路由選擇，而是通過比較數(shù)據(jù)誤包率及其他網(wǎng)絡(luò)條件來選擇特定環(huán)境下的最優(yōu)路徑。PWRP是基于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)）路由協(xié)議OSPF改進(jìn)的，針對Wi-Fi無線網(wǎng)狀小區(qū)應(yīng)用而設(shè)計。PWRP選擇可達(dá)到最大吞吐量的路徑來傳輸?shù)竭_(dá)有線網(wǎng)關(guān)的信息，減小了射頻干擾、路徑故障以及業(yè)務(wù)載荷等因素的影響。PWRP適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，具有路由開銷小等優(yōu)點。9.4.3可預(yù)測的無線路由協(xié)議（PWRP）可預(yù)測的無線路由9.4.4單收發(fā)器多