目前，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視，其中，一種新型的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構—無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )(WMN)正成為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。WMN是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )(MANET)的一種特殊形態(tài)，是一種新型的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構，它被看成是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的融合，并兼具兩者的優(yōu)勢。
有關(guān)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的標準散見(jiàn)于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等標準草案中。目前國際標準化組織，特別是IEEE正在致力于與學(xué)術(shù)界共同推動(dòng)無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的標準化工作,在802.20、802.15.5等標準中也正在考慮引入Mesh組網(wǎng)技術(shù)。
無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )基本原理
使用WMN技術(shù)構建的網(wǎng)絡(luò )，其拓撲結構呈網(wǎng)格狀(如圖所示)。在WMN中包括兩種類(lèi)型的節點(diǎn)：無(wú)線(xiàn)Mesh路由器和無(wú)線(xiàn)Mesh終端用戶(hù)，其網(wǎng)絡(luò )主干由呈網(wǎng)狀結構分布的路由器連接而成。
WMN有兩種典型的實(shí)現模式：基礎設施Mesh模式和終端用戶(hù)Mesh模式。在基礎設施Mesh模式中，在Internet接入點(diǎn)(IAP)和終端用戶(hù)之間可形成無(wú)線(xiàn)的回路。IAP通過(guò)路由選擇及管理控制等功能，為移動(dòng)終端選擇與目的節點(diǎn)通信的最佳路徑。同時(shí)，移動(dòng)終端通過(guò)IAP可與其他網(wǎng)絡(luò )，如Wi-Fi、WiMAX和傳感器網(wǎng)絡(luò )等的連接，提高網(wǎng)絡(luò )自身的兼容性。
在終端用戶(hù)Mesh模式中，終端用戶(hù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道的連接形成一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )。終端設備在不需要其他基礎設施的條件下可獨立運行，它可支持移動(dòng)終端較高速的移動(dòng)，快速形成寬帶網(wǎng)絡(luò )。終端用戶(hù)兼具主機和路由器的角色：一方面，節點(diǎn)作為主機運行相關(guān)的應用程序；另一方面，節點(diǎn)作為路由器運行相關(guān)的路由協(xié)議，參與路由發(fā)現、路由維護等操作。
WMN與移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的區別主要表現在兩方面：一是組網(wǎng)方式不同。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )是扁平結構，而WMN是分層和等級結構，在每層內部形成多個(gè)小Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )，不同層之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)互連起來(lái)，做到集中控制管理和自由動(dòng)態(tài)組網(wǎng)有機結合。二是它們解決的問(wèn)題不同。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )設計的目的是為了實(shí)現用戶(hù)移動(dòng)設備之間的對等通信，如在突發(fā)情況下快速布置網(wǎng)絡(luò )，而WMN看重的是為用戶(hù)終端提供無(wú)線(xiàn)接入，如與3G、WiMAX的用戶(hù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)寬帶接入。
無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)
WMN設計中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，開(kāi)發(fā)能夠在兩個(gè)節點(diǎn)之間提供高質(zhì)量、高效率通信的路由協(xié)議。由于其網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的移動(dòng)性使得網(wǎng)絡(luò )拓撲結構不斷變化，傳統的Internet路由協(xié)議無(wú)法適應這些特性，需要有專(zhuān)門(mén)的、應用于無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議。在路由協(xié)議設計時(shí)，要考慮以下幾方面：
選擇合理的路徑算法?，F有的很多路由協(xié)議是以最小跳數為標準選擇路徑的，但是，如果連接質(zhì)量較差或者網(wǎng)絡(luò )擁塞的話(huà)，這種標準就不合適了。因此，在選擇路徑時(shí)，不能只考慮最小跳數，還應該綜合考慮網(wǎng)絡(luò )的連接質(zhì)量和往返時(shí)延等因素。
確保對連接失敗的可容錯性。WMN的目標之一就是在出現連接失敗時(shí)，確保網(wǎng)絡(luò )的健壯性。如果一個(gè)連接失敗了，路由協(xié)議必須很快選出另外一條路徑，以避免出現服務(wù)中斷。
實(shí)現網(wǎng)絡(luò )負載平衡。采用WMN的另一個(gè)目標是實(shí)現用戶(hù)對資源的共享。當WMN中的某一部分出現數據擁塞時(shí)，新的數據應該選擇流量較小的路徑。
能夠同時(shí)滿(mǎn)足不同類(lèi)型節點(diǎn)的需求。對于路由器，它的移動(dòng)性較弱且沒(méi)有能源消耗的限制，它所需要的路由協(xié)議比現有的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議要簡(jiǎn)單得多；對于終端用戶(hù)來(lái)說(shuō)，情況恰恰相反。在設計WMN路由協(xié)議時(shí)，要充分考慮這兩種節點(diǎn)的差異，分別滿(mǎn)足它們的不同需求。
如果僅考慮提高某一層面協(xié)議的性能，效果并不明顯。目前，WMN發(fā)展的趨勢是跨層設計，即同時(shí)考慮多個(gè)層面間的影響。WMN的跨層設計要求打破傳統的OSI/RM參考模型中嚴格分層的束縛，針對各層相關(guān)模塊/協(xié)議的不同狀態(tài)和要求，利用層與層之間的相互依賴(lài)和影響，對網(wǎng)絡(luò )性能進(jìn)行整體優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，跨層設計就是充分、合理利用現有的網(wǎng)絡(luò )資源，達到系統總吞吐量的最大化、總傳輸功率的最小化、QoS的最優(yōu)化等最終目的。
無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢
WMN技術(shù)可以應用于軍事指揮通信網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò )的“最后一公里”。同時(shí)，WMN的構建涉及移動(dòng)通信、計算機網(wǎng)絡(luò )和微電子技術(shù)等多領(lǐng)域，備受廣大運營(yíng)商、設備供應商以及無(wú)線(xiàn)增值業(yè)務(wù)集成商的關(guān)注。但是，目前WMN技術(shù)還面臨著(zhù)一些挑戰。
從無(wú)線(xiàn)技術(shù)上來(lái)看，移動(dòng)用戶(hù)節點(diǎn)間的協(xié)作通信、共用頻譜資源等應用需求會(huì )帶來(lái)不同無(wú)線(xiàn)技術(shù)間的融合和互操作性問(wèn)題；從WMN技術(shù)的標準化道路方面來(lái)看，是否考慮將現有的其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)標準融入到WMN技術(shù)中，還有很多不確定因素；從應用的角度來(lái)看，該技術(shù)還沒(méi)有被社會(huì )各界廣泛認知。畢竟，WMN是一項嶄新的技術(shù)。今后，WMN技術(shù)的主要研究方向是解決挑戰。未來(lái)，WMN必將為無(wú)線(xiàn)寬帶應用帶來(lái)重大變革。
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