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無線Mesh網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)
目前，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正越來越受到人們的重視，其中，一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)—無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)正成為無線網(wǎng)絡(luò)研究中的一個熱點。WMN是移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)的一種特殊形態(tài)，是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它被看成是無線局域網(wǎng)和AdHoc網(wǎng)絡(luò)的融合，并兼具兩者的優(yōu)勢。
有關(guān)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)散見于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等標(biāo)準(zhǔn)草案中。目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，特別是IEEE正在致力于與學(xué)術(shù)界共同推動無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,在802.20、802.15.5等標(biāo)準(zhǔn)中也正在考慮引入Mesh組網(wǎng)技術(shù)。
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)基本原理
使用WMN技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈網(wǎng)格狀(如圖所示)。在WMN中包括兩種類型的節(jié)點：無線Mesh路由器和無線Mesh終端用戶，其網(wǎng)絡(luò)主干由呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布的路由器連接而成。
WMN有兩種典型的實現(xiàn)模式：基礎(chǔ)設(shè)施Mesh模式和終端用戶Mesh模式。在基礎(chǔ)設(shè)施Mesh模式中，在Internet接入點(IAP)和終端用戶之間可形成無線的回路。IAP通過路由選擇及管理控制等功能，為移動終端選擇與目的節(jié)點通信的最佳路徑。同時，移動終端通過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Mesh模式中，終端用戶通過無線信道的連接形成一個點到點的網(wǎng)絡(luò)。終端設(shè)備在不需要其他基礎(chǔ)設(shè)施的條件下可獨立運(yùn)行，它可支持移動終端較高速的移動，快速形成寬帶網(wǎng)絡(luò)。終端用戶兼具主機(jī)和路由器的角色：一方面，節(jié)點作為主機(jī)運(yùn)行相關(guān)的應(yīng)用程序；另一方面，節(jié)點作為路由器運(yùn)行相關(guān)的路由協(xié)議，參與路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)等操作。
WMN與移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別主要表現(xiàn)在兩方面：一是組網(wǎng)方式不同。移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)是扁平結(jié)構(gòu)，而WMN是分層和等級結(jié)構(gòu)，在每層內(nèi)部形成多個小AdHoc網(wǎng)絡(luò)，不同層之間通過無線互連起來，做到集中控制管理和自由動態(tài)組網(wǎng)有機(jī)結(jié)合。二是它們解決的問題不同。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的目的是為了實現(xiàn)用戶移動設(shè)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看重的是為用戶終端提供無線接入，如與3G、WiMAX的用戶進(jìn)行無線寬帶接入。
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)
WMN設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題是，開發(fā)能夠在兩個節(jié)點之間提供高質(zhì)量、高效率通信的路由協(xié)議。由于其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動性使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化，傳統(tǒng)的Internet路由協(xié)議無法適應(yīng)這些特性，需要有專門的、應(yīng)用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。在路由協(xié)議設(shè)計時，要考慮以下幾方面：
選擇合理的路徑算法�，F(xiàn)有的很多路由協(xié)議是以最小跳數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)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，這種標(biāo)準(zhǔn)就不合適了。因此，在選擇路徑時，不能只考慮最小跳數(shù)，還應(yīng)該綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的連接質(zhì)量和往返時延等因素。
確保對連接失敗的可容錯性。WMN的目標(biāo)之一就是在出現(xiàn)連接失敗時，確保網(wǎng)絡(luò)的健壯性。如果一個連接失敗了，路由協(xié)議必須很快選出另外一條路徑，以避免出現(xiàn)服務(wù)中斷。
實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡。采用WMN的另一個目標(biāo)是實現(xiàn)用戶對資源的共享。當(dāng)WMN中的某一部分出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞時，新的數(shù)據(jù)應(yīng)該選擇流量較小的路徑。
能夠同時滿足不同類型節(jié)點的需求。對于路由器，它的移動性較弱且沒有能源消耗的限制，它所需要的路由協(xié)議比現(xiàn)有的AdHoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議要簡單得多；對于終端用戶來說，情況恰恰相反。在設(shè)計WMN路由協(xié)議時，要充分考慮這兩種節(jié)點的差異，分別滿足它們的不同需求。
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(shè)計，即同時考慮多個層面間的影響。WMN的跨層設(shè)計要求打破傳統(tǒng)的OSI/RM參考模型中嚴(yán)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和影響，對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行整體優(yōu)化。具體來說，跨層設(shè)計就是充分、合理利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，達(dá)到系統(tǒng)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。
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢
WMN技術(shù)可以應(yīng)用于軍事指揮通信網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”。同時，WMN的構(gòu)建涉及移動通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和微電子技術(shù)等多領(lǐng)域，備受廣大運(yùn)營商、設(shè)備供應(yīng)商以及無線增值業(yè)務(wù)集成商的關(guān)注。但是，目前WMN技術(shù)還面臨著一些挑戰(zhàn)。
從無線技術(shù)上來看，移動用戶節(jié)點間的協(xié)作通信、共用頻譜資源等應(yīng)用需求會帶來不同無線技術(shù)間的融合和互操作性問題；從WMN技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化道路方面來看，是否考慮將現(xiàn)有的其他無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融入到WMN技術(shù)中，還有很多不確定因素；從應(yīng)用的角度來看，該技術(shù)還沒有被社會各界廣泛認(rèn)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(zhàn)。未來，WMN必將為無線寬帶應(yīng)用帶來重大變革。
