WirelessMeshNetworksWirelessMeshNetworks的概念無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)（Wi-MeshNetwork,WMN）是一種新的無(wú)線接入方案，它是無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的擴(kuò)展和延伸。典型的WMN包括兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)：mesh路由器和mesh客戶(hù)端。其中mesh路由器的移動(dòng)性很小，它們組成了WMN的主干網(wǎng)絡(luò)，為mesh客戶(hù)端和普通客戶(hù)端提供接入服務(wù)。mesh客戶(hù)端可以是靜止的也可以是移動(dòng)的，能夠自己組成網(wǎng)絡(luò)也可以與mesh路由器一起組成網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能的不同,可將無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)分為三種典型結(jié)構(gòu):骨干網(wǎng)(Infrastructure/BackboneWMNs)客戶(hù)網(wǎng)(ClientWMNs)混合網(wǎng)(HybridWMNs)。WMN骨干網(wǎng)示意圖WMN客戶(hù)網(wǎng)示意圖WMN混合網(wǎng)示意圖WMN的特點(diǎn)節(jié)點(diǎn)以無(wú)線方式互連，通過(guò)具有網(wǎng)關(guān)功能的節(jié)點(diǎn)接入Internet支持AdHoc網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自配置、自修復(fù)功能

移動(dòng)性:不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有不同的移動(dòng)性（MR一般具有很小的移動(dòng)性,而MC則可為固定節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）能量約束:不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)具有不同的能量約束（MR通常不以電池為動(dòng)力,所以不需要考慮能量約束,而MC則需要運(yùn)行一種能量使用效率較高的路由協(xié)議）與現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兼容并能協(xié)調(diào)工作WMN的應(yīng)用寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)城域網(wǎng)運(yùn)輸系統(tǒng)、建筑物自動(dòng)控制醫(yī)療系統(tǒng)、安全監(jiān)督系統(tǒng)突發(fā)事件中構(gòu)建臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)WMN和adhoc的比較在WMN中，所有的數(shù)據(jù)最后都要通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet，而Adhoc中數(shù)據(jù)流可以在任意節(jié)點(diǎn)之間傳輸

Adhoc網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，一般不包含靜止的節(jié)點(diǎn)或設(shè)備，而mesh網(wǎng)絡(luò)的主干節(jié)點(diǎn)是靜止的

Adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處于不定狀態(tài)，變化大，而mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只在出現(xiàn)鏈路干擾、節(jié)點(diǎn)加入或退出時(shí)才發(fā)生變化

設(shè)計(jì)目的不同，Adhoc網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)之間的交互通信，而mesh網(wǎng)絡(luò)更側(cè)重于用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的接入功能

WMN的路由問(wèn)題WMN是移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形態(tài),它繼承了AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),具有自配置、自組織與自管理等特性,所以部分傳統(tǒng)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議在WMN中仍然可用,但需要在WMN路由協(xié)議設(shè)計(jì)中考慮其特殊性WMN路由應(yīng)考慮的因素路由判據(jù)負(fù)載均衡路由容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)容量QoS保證我們組對(duì)WMN的幾方面的調(diào)研（一）路由（二）與adhoc有關(guān)的mac層技術(shù)（三）聯(lián)合信道的分配和路由（四）基于IEEE802.11的多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)(WMN)的結(jié)構(gòu)和算法（五）干擾檢測(cè)和服務(wù)質(zhì)量路由WMN路由研究現(xiàn)狀多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議MR-LQSR一種可以感知信道狀況的路由協(xié)議（由GautamKulkarni等人提出）一種多信道路由協(xié)議MCRPROMER（ResilientOpportunisticMeshRoutingforWirelessMeshNetworks）（一）多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議MR-LQSR的介紹MR-LQSR（Multi-RadioLink-QualitySourceRouting）是微軟公司研發(fā)的多信道WMN路由協(xié)議,采用一種新的路由性能判據(jù),稱(chēng)為加權(quán)累計(jì)傳輸時(shí)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。因此該協(xié)議能在吞吐量與延時(shí)之間獲得一種平衡。期望傳輸次數(shù)ETX

ETX（ExpectedTransmissionCount）考慮了無(wú)線鏈路丟包對(duì)于尋路的影響用來(lái)發(fā)現(xiàn)具有較大吞吐量的通道。對(duì)于丟包率較高的鏈路，成功發(fā)送數(shù)據(jù)包所需重發(fā)次數(shù)較多，因此具有較大的ETX。在發(fā)現(xiàn)具有較大吞吐量的路徑方面，ETX優(yōu)于最小跳數(shù)判據(jù)，但是，它也許會(huì)選擇帶寬較小但丟包率低的鏈路。如果用s(k)表示報(bào)文在嘗試k次后成功傳輸?shù)目赡苄裕ㄒ簿褪钦f(shuō)前k-1次是不成功的，第k次是成功的），則有：那么成功發(fā)送數(shù)據(jù)包需要經(jīng)過(guò)重傳次數(shù)的期望值為：一條路徑的metric值就是該路徑上所有鏈路的ETX值的和。路由協(xié)議選擇具有最小metric值的路徑

考慮到鏈路速率的不同，Draves[11]提出了ETT（ExpectedTransmissionTime)，作為對(duì)ETX的改進(jìn)。鏈路l的ETT值是這樣定義的：在鏈路l上成功傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包所要經(jīng)歷的MAC層持續(xù)時(shí)間的期望值。一條路徑的權(quán)值就是該路徑上所有鏈路的ETT值的和

鏈路l的ETT值同ETX的關(guān)系為：其中：表示鏈路l的傳輸速率，s表示數(shù)據(jù)包大小。這個(gè)定義沒(méi)有引入等待無(wú)線信道花費(fèi)的時(shí)間，只是反映了實(shí)際使用信道的時(shí)間。

通過(guò)把bl引入到路徑的權(quán)值表達(dá)式當(dāng)中，ETT能夠獲得鏈路容量對(duì)路徑性能的影響。

如果我們把記為鏈路i的期望傳輸時(shí)間，對(duì)于一個(gè)n跳的路徑，它的WCETT為：

然而，我們希望WCETT能夠考慮到信道差異的影響。簡(jiǎn)單地把各跳的ETT值加起來(lái)不能滿足這個(gè)特性，因?yàn)樯厦娴墓讲荒芊从吵鲈诓煌诺郎系母魈牟町悺榱朔磻?yīng)出這一因素，我們需要上面公式中添加額外的項(xiàng)。我們假設(shè)同一路徑上使用相同信道的兩跳鏈路總是會(huì)相互干擾對(duì)方。這個(gè)假設(shè)對(duì)于短路徑通常是真實(shí)的，但對(duì)于很長(zhǎng)的路徑干擾較小?？紤]一個(gè)n跳的路徑，假設(shè)系統(tǒng)總共有k個(gè)信道，定義為：Xj表示在信道j上傳輸時(shí)間的和。路徑上總的吞吐量受瓶頸信道的限制，即最大的Xj。如果只考慮這一個(gè)因素的話，可以把WCETT簡(jiǎn)單地定義為：

(1)(2)我們可以把公式（1）和公式（2）所描述的特性結(jié)合起來(lái)，取它們的加權(quán)平均：其中，β是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，且0≤β≤1。有兩種方法可以解釋公式（3）所定義的WCETT的表達(dá)式

第一，我們可以把它看作是整體利益與自私行為之間的一種權(quán)衡。第二，我們可以把公式（3）看作是吞吐量和延遲之間的一種權(quán)衡。

(3)（二）多跳移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的帶功率控制的多信道MAC協(xié)議

Mesh是AdHoc的超子集那么很多AdHoc的一些算法和協(xié)議同意適合WMN或者是對(duì)WMN是有重要價(jià)值的。所以由于WMN現(xiàn)在還不成熟，我們有必要對(duì)AdHoc的各種技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。在移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）中，一個(gè)基本的問(wèn)題就是MAC，就是如何有效地利用無(wú)線頻譜來(lái)解決移動(dòng)主機(jī)使用媒體時(shí)潛在的爭(zhēng)端和沖突。把多信道和功率控制結(jié)合起來(lái)。就能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。應(yīng)遵循的原則1，遵循“ondemand”原則來(lái)分配信道給移動(dòng)主機(jī)；2，信道數(shù)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和層次無(wú)關(guān)；3，它適應(yīng)主機(jī)移動(dòng)并且可以調(diào)節(jié)；4，不要求任何形式的始終同步，相反地，大多數(shù)現(xiàn)有的協(xié)議分配給每個(gè)主機(jī)一個(gè)靜態(tài)的信道即使它并沒(méi)有接入去傳送；5，功率控制是用來(lái)開(kāi)發(fā)頻率的再使用。功率控制也可以用來(lái)延長(zhǎng)電池壽命和減少信號(hào)干擾。

帶功率控制的MAC協(xié)議帶來(lái)的好處1，便攜式設(shè)備寶貴的電池能夠支持更長(zhǎng)的時(shí)間。2，它可以降低鄰居主機(jī)的旁信道干擾（例如，CDMA系統(tǒng)中嚴(yán)重降低網(wǎng)絡(luò)吞吐量的遠(yuǎn)近問(wèn)題就可以用功率控制來(lái)明顯改善）。3，它可以提高物理區(qū)域的信道復(fù)用。（三）聯(lián)合信道的分配和路由高效的信道分配方案可以顯著的減輕相鄰傳輸?shù)母蓴_，高效的路由方案可以顯著的降低在連接到Internet上的網(wǎng)關(guān)上的沖突。在WMN(WirelessMeshNetwork)中，由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很少變化，且每個(gè)接入點(diǎn)服務(wù)的移動(dòng)客戶(hù)，所以假定其是固定的。我們下面介紹的這種算法就是建立在這種假設(shè)上的。如圖figure1所示是一個(gè)四點(diǎn)的meshnetwork。我們定義這樣的一個(gè)圖，用一個(gè)節(jié)點(diǎn)t來(lái)代表有線網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)代表其中的meshrouter，用來(lái)代表u有的接口。定義這些節(jié)點(diǎn)中有網(wǎng)關(guān)功能的節(jié)點(diǎn)集合為。我們假設(shè)對(duì)于同一節(jié)點(diǎn)的不同接口對(duì)應(yīng)不同的信道（防止干擾）。對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)可以使用的信道號(hào)集合我們定義為。對(duì)于單一節(jié)點(diǎn)的流量負(fù)擔(dān)，我們定義為(根據(jù)前面的假設(shè)，我們認(rèn)為它是定值)。我們定義為一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)淖畲缶嚯x，而是引起干擾的最大距離。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)u,v，如果它們之間的距離時(shí)，且中有相同的信道號(hào)時(shí)，兩者之間就可以進(jìn)行傳輸，在兩節(jié)點(diǎn)間建立一條邊，定義為其中一條信道的最大傳輸速率。這里再定義對(duì)邊e有干擾的邊集合為。我們的目標(biāo)是盡可能的使最大，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有的吞吐量可以被路由到Internet上。這里我們定義為邊e上，信道i上的傳輸速率。為了減少干擾，我們還可以將發(fā)射分成時(shí)隙，（將會(huì)互相干擾的傳輸錯(cuò)開(kāi)時(shí)隙）。（四）基于IEEE802.11的多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)(WMN)的結(jié)構(gòu)和算法盡管在2.4-5GHz頻譜中存在多發(fā)性非重疊信道,但現(xiàn)在大多數(shù)基于IEEE802.11的多跳adhoc網(wǎng)仍采用單信道.不能充分利用信道的帶寬.因此,我們建議多頻道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具備多種802.11網(wǎng)絡(luò)接口卡.無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)算法(1)負(fù)載平衡路由算法作為直接連接在有線網(wǎng)絡(luò)的WMN的數(shù)據(jù)流通,任一WMN節(jié)點(diǎn)需要覆蓋一條連接單個(gè)or多個(gè)有線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn).每一個(gè)有線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)都是生成樹(shù)的根,而每一WMN節(jié)點(diǎn)都試圖連入一個(gè)or多個(gè)生成樹(shù).(2)分布式已知負(fù)載信道分配算法信道分配算法必須滿足如下限制:1,不同頻道中分配的WMN節(jié)點(diǎn)數(shù)和NIC數(shù)目相同;2,2個(gè)直接通信的節(jié)點(diǎn)必須至少有1條相同的信道;3,必須限制一無(wú)線電信道的最初容量在干擾區(qū)域中的部分;4,非混疊無(wú)線電信道數(shù)目必須固定.(3)虛擬控制網(wǎng)絡(luò):和單信道m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)不同,多信道WMN的節(jié)點(diǎn)可能不和它的物理鄰居共享任何相同的信道.一個(gè)簡(jiǎn)單的做法就是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)控制網(wǎng)卡,使它利用同一信道,路由所有的控制流量,如控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播信息.如Fig.4所示.(4)錯(cuò)誤恢復(fù):

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),節(jié)點(diǎn)就失去了和有線網(wǎng)絡(luò)的連接.WMN重新組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),繞過(guò)錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn).如下圖所示:當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤的父節(jié)點(diǎn)后,每個(gè)子節(jié)點(diǎn)發(fā)一個(gè)”join”信息給備份的父節(jié)點(diǎn),并再次和有線網(wǎng)重新建立連接.

（五）干擾檢測(cè)拓?fù)淇刂坪头?wù)質(zhì)量路由

相對(duì)于單信道通信，多信道可以減小干擾的影響，所以在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多信道可以顯著改善網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。不同的信道分配可以形成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).我們?cè)诼?lián)合信道干擾上做了新的定義.并且基于這個(gè)概念,我們正式定義了最小干擾存在拓?fù)淇刂?INSTC),來(lái)尋求一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它能夠在所有K-連接的拓?fù)渲懈蓴_最小.然后闡述了給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況下的帶寬檢測(cè)路由(BAR)問(wèn)題,在有帶寬要求情況下尋找服務(wù)質(zhì)量連接請(qǐng)求的路由.我們?cè)谕ㄐ判枰欠至训募僭O(shè)下,提出了一種多項(xiàng)式最優(yōu)時(shí)間算法來(lái)解決BAR問(wèn)題.我們闡述了多跳QOS路由內(nèi)流量和互流量爭(zhēng)用的影響,特別在多信道多NIC多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò).為了解決BRA問(wèn)題,我們?cè)谕ㄐ判枰欠至训募僭O(shè)下,提出的QOS路由算法是一種最優(yōu)基于LP多項(xiàng)式的算法.在不需要假設(shè)分裂的情況下,我們還提出了一種有效最大化瓶頸負(fù)載的方法.最終仿真證實(shí)了算法可以和好得提高系統(tǒng)性能.參考文獻(xiàn)IanFAkyicdizUdongWangWeilinWangWirelessmeshnetwork:asurvey2005RichardDraves,JitendraPadhye,BrianZill.RoutinginMulti-Radio,Multi-HopWirelessMeshNetworks.ACMMobicom,2004Yu-CheeTsengShih-LinCHih-YyLinandJang-PingSheuAMulti-ChannelMACProtocolwithPowerControlforMulti-HopMobileAdHocNetworks2001MansoorAlicherryRandeepBhatiaJointChannelAssignmentandRoutingforThroughoutOptimizationinMulti-radio