1、無線MESH網(wǎng)絡(luò)的路由介紹,組內(nèi)成員 SA06006033王婷 SA06006064周倩 SA06006077湯林勰 SA06006091張振 SA06006096馬婧 SA06006108陳克,綱要,無線MESH網(wǎng)絡(luò) Wireless Mesh Network (WMN) 一、無線MESH網(wǎng)絡(luò)概述 二、多信道無線MESH網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議 三、無線MESH網(wǎng)絡(luò)的路由,無線MESH網(wǎng)絡(luò)概述,什么是無線MESH網(wǎng)絡(luò) WMN的三種結(jié)構(gòu) WMN的特點(diǎn) WMN與傳統(tǒng)WLAN的區(qū)別,什么是無線MESH網(wǎng)絡(luò),無線Mesh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)

2、絡(luò)技術(shù)。 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(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號，與傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)相比，具有更好的伸縮性和更強(qiáng)的健壯性。 在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個Mesh節(jié)點(diǎn)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(jì)目標(biāo)就是將有線設(shè)備和有線AP的數(shù)量降至最低。,WMN的結(jié)構(gòu)骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu),這種可分為三層：接入節(jié)點(diǎn)和Internet形成最上層；中間層由無線路由器之間通過單跳或多跳通信形成無線路由器網(wǎng)絡(luò)，它們通過無線接人點(diǎn)(AP)形成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)；用戶結(jié)點(diǎn)層。,WMN的結(jié)構(gòu)客戶端Mesh結(jié)構(gòu),客戶端Mesh結(jié)構(gòu)是由Mesh客戶端組成的在用戶設(shè)備間提供點(diǎn)

3、到點(diǎn)服務(wù)的WMN。客戶端組成一個能提供路由和配置功能的網(wǎng)絡(luò),支持用戶的終端應(yīng)用。由于組成此網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)不需要有網(wǎng)關(guān)或中繼功能,所以這種無線網(wǎng)絡(luò)中無需Mesh路由器。,WMN的結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu),Mesh客戶端可以通過Mesh路由器接入骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)提供了與其他一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接,如因特網(wǎng)、WLAN、WiMAX、蜂窩和傳感器網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),客戶端的路由能力可以為WMN增強(qiáng)連接性和擴(kuò)大覆蓋范圍,WMN的特點(diǎn)（1）,在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為access point（AP）和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點(diǎn)都可以與一個或者多個對等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。傳

4、統(tǒng)的WLAN采用的是單跳訪問方式，這就要求每個客戶端在訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí)都需要一條無線鏈路連接AP，用戶之間進(jìn)行通信時(shí)，必須首先訪問一個固定的AP。 采用多跳訪問的訪問方式：如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這樣的訪問方式就是多跳訪問。,WMN的特點(diǎn)（2）,與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)WLAN相比，WMN具有五大無可比擬的優(yōu)勢： 1、快速部署和易于安裝 2、非視距傳輸(NLOS) 3、健壯性 4、結(jié)構(gòu)靈活 5、高帶寬 任何事物都不可避免的存在著不

5、足，WMN也不例外。 1、互操作性（沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)） 2、通信延遲（多跳訪問的訪問機(jī)制） 3、安全 （多跳訪問的訪問機(jī)制）,WMN與傳統(tǒng)WLAN的區(qū)別,從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上講，WLAN是典型的點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，而且采取單跳方式，因而數(shù)據(jù)不可轉(zhuǎn)發(fā)。WLAN可在較小的范圍內(nèi)提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)（802.11b可達(dá)11 Mbit/s，802.11a可達(dá)54 Mbit/s），但由于典型情況下WLAN接入點(diǎn)的覆蓋范圍僅限于幾百米，因此如果想在大范圍內(nèi)應(yīng)用WLAN 的這種高速率的服務(wù)模式，成本將非常高。而對于WMN，則可以通過WR對數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)發(fā)，直至把它們送至目的節(jié)點(diǎn)，從而把接入點(diǎn)的覆蓋服務(wù)延伸到幾公里遠(yuǎn)。WMN

6、的顯著特點(diǎn)就是可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速通信。,WMN的路由,1、WMN路由的重要性 2、WMN路由設(shè)計(jì)必須考慮的因素 3、WMN路由設(shè)計(jì)的思路 4、WMN路由協(xié)議的現(xiàn)狀 5、 WMN vs. Ad Hoc從結(jié)構(gòu)到路由,WMN的路由設(shè)計(jì)的重要性,由于MESH網(wǎng)絡(luò)的特殊性，路由協(xié)議對于WMN網(wǎng)絡(luò)十分關(guān)鍵。首先，在多跳MESH網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議不能僅僅依據(jù)最小跳數(shù)來進(jìn)行路由選擇，而是要綜合考慮多種性能指標(biāo)來進(jìn)行路由選擇；其次，MESH路由需要提供網(wǎng)絡(luò)容錯性和健壯性支持；第三，MESH路由要能過利用流量工程技術(shù)，在多條路徑間進(jìn)行負(fù)載均衡，盡量最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源；第四，路由協(xié)議要能同時(shí)支持MESH路由器

7、和MESH終端。因此，設(shè)計(jì)一種可靠、高效的MESH路由是WMN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。,WMN路由設(shè)計(jì)必須考慮的因素,1、 路由判據(jù)：要能解決因路徑質(zhì)量差而影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量等性能的問題，且能正確反映出鏈路質(zhì)量對各指標(biāo)的影響 2、 負(fù)載均衡：WMN 中,所有節(jié)點(diǎn)都通過路由協(xié)議共享網(wǎng)絡(luò)資源，因此,WMN 路由協(xié)議必須滿足負(fù)載均衡的要求。 3、 路由容錯：路由發(fā)生錯誤時(shí), 要盡快完成路由重建,以避免服務(wù)中斷。 4、 網(wǎng)絡(luò)容量：由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制,廣播機(jī)制進(jìn)行路由查找的方法會消耗很多網(wǎng)絡(luò)資源。同時(shí),由于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建立路徑時(shí)將花費(fèi)很長時(shí)間,使端到端的延時(shí)變大,一旦路徑建立起來,由于路徑發(fā)生變化又需要消耗很大的

8、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行路由重建。 5、如何在WMN 中為用戶提供QoS 保證也是路由設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個關(guān)鍵問題。,WMN的路由設(shè)計(jì)的思路,WMN路由的設(shè)計(jì)主要有以下幾種方法： 1、使用多判據(jù)路由 2、使用多徑路由 3、跨層路由,另外，還有其他的方法，比如，使用多信道路由，使用分級路由，根據(jù)QoS 路由，基于地理位置的路由等等。,使用多判據(jù)路由,所謂多判據(jù)路由即是使用多個路由準(zhǔn)則對WMN 路由進(jìn)行性能評價(jià)。例如，將平均傳輸次數(shù) ETX、 RTT和數(shù)據(jù)對延遲時(shí)間PKT Pair 與最小 跳數(shù)HOP ( HopCount) 進(jìn)行對比作為判據(jù)，然 后設(shè)計(jì)出相對優(yōu)化的路由協(xié)議,使用多徑路由,多徑技術(shù)可以很好地避

9、免單徑時(shí)網(wǎng)絡(luò)震蕩的影響，并在充分利用帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、路由迂回、容錯等。當(dāng)其中的某一鏈路，由于信道質(zhì)量惡化而不能正常工作時(shí)，其他鏈路仍可以使用，因此，在路由出現(xiàn)故障時(shí)，可以避免路由重建等操作。,跨層路由,以往的研究都集中在網(wǎng)絡(luò)第三層上，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想?？梢詫Υ诉M(jìn)行改進(jìn)：從網(wǎng)絡(luò)的第二層提取一些參數(shù)，作為路由判據(jù)，再考慮合并MAC層與網(wǎng)絡(luò)層之間的一些功能?？鐚釉O(shè)計(jì)可以使路由協(xié)議收集到節(jié)點(diǎn)底層實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸情況，并能做出正確的路徑選擇，它對網(wǎng)絡(luò)性能的提高也有很大的意義,WMN的路由WMN路由協(xié)議現(xiàn)狀,由于WMN還比較“年輕”，暫時(shí)還沒有形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，專門為無線MESH網(wǎng)路設(shè)

10、計(jì)的路由協(xié)議比較少，目前主要有以下幾種： 1、支持多射頻的鏈路質(zhì)量源路由MR-LQSR 2、可預(yù)測的無線路由協(xié)議PWRP 3、基于鏈路質(zhì)量選擇路由的協(xié)議,支持多射頻的鏈路質(zhì)量源路由,它是微軟公司研發(fā)的多信道WMN 路由協(xié)議，采用一種新的路由性能準(zhǔn)則：加權(quán)累計(jì)傳輸時(shí)間WCETT，該準(zhǔn)則不但需要獲得路徑中節(jié)點(diǎn)和其鄰居鏈路相關(guān)狀態(tài)信息，而且還要綜合鏈路狀態(tài)信息來評價(jià)鏈路質(zhì)量的優(yōu)劣。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。,可預(yù)測的無線路由協(xié)議,該協(xié)議是基于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)(如因特網(wǎng)) 路由協(xié)議OSPF 改進(jìn)的，并針對Wi-Fi 無線網(wǎng)格小

11、區(qū)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它通過比較數(shù)據(jù)包錯誤率及其他網(wǎng)絡(luò)條件來選擇在特定環(huán)境下的最優(yōu)路徑。它選擇可達(dá)到最大吞吐量的路徑來傳輸?shù)竭_(dá)有線網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，通過選用性能最佳的路徑，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。適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò),具有路由開銷小等優(yōu)點(diǎn)。,基于鏈路質(zhì)量選擇路由的協(xié)議,該協(xié)議以到達(dá)因特網(wǎng)接入點(diǎn)的路徑質(zhì)量為判據(jù)選擇最優(yōu)路徑。所有節(jié)點(diǎn)接收來自接入點(diǎn)的路由數(shù)據(jù)包,該數(shù)據(jù)包記錄了到達(dá)接入點(diǎn)的路由信息。 該協(xié)議使節(jié)點(diǎn)在經(jīng)過三次選擇后獲得最佳的路由通道。,WMN vs. Ad Hoc,結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure/Backbone): 兩者結(jié)構(gòu)的不同也是兩者最大的區(qū)別： Ad Ho

12、c是扁平結(jié)構(gòu)，而Mesh網(wǎng)是分層和等級結(jié)構(gòu)， 在每層內(nèi)部是形成多個小Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，不同層之間通過 無線串聯(lián)起來。 因此，可稱無線Mesh網(wǎng)絡(luò)為分層Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，是自 由動態(tài)組網(wǎng)和集中控制的有機(jī)結(jié)合體。,WMN vs. Ad Hoc,整合性能(Integration) : WMN可以整合現(xiàn)有的很多網(wǎng)絡(luò)，如internet，wifi，蜂 窩網(wǎng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)。并通過無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對不同網(wǎng)絡(luò) 的用戶提供服務(wù)。 但是Ad Hoc則不具備這些性能。,WMN vs. Ad Hoc,路由和配置的專一性(Dedicated routing and configuration)： Ad Hoc中，由于所有

13、終端用戶承擔(dān)了router和網(wǎng)絡(luò)配 置的角色，每個用戶都有負(fù)擔(dān)(load)。 而WMN中的mesh router承擔(dān)了路由和網(wǎng)絡(luò)配置，從 而減輕了終端用戶的負(fù)擔(dān)，對終端用戶提供了低能量消耗 和高應(yīng)用容量，使可能的受能量限制的用戶受益，減少了 加入網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的成本。,WMN vs. Ad Hoc,移動性(Mobility) ： Ad Hoc中，所有節(jié)點(diǎn)(終端用戶)都具有不可知的移動 性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化大。這在路由和網(wǎng)絡(luò)配置方面帶來 挑戰(zhàn)。 而WMN中，mesh router具有較低的移動性(甚至很固 定)。整個WMN具有相對穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,WMN vs. Ad Hoc,多信道(Multipl

14、e radios)： 這里的多信道指的是物理設(shè)備上的通道(無線信號發(fā)射接收器)。 由于具備了多通道，WMN中可以將路由和網(wǎng)絡(luò)配置 通過mesh router間的一個通道進(jìn)行傳輸，而將終端用戶 的網(wǎng)絡(luò)接入應(yīng)用通過另一個通道進(jìn)行傳輸。 而Ad Hoc中所有網(wǎng)絡(luò)流量都需在終端用戶間通過同一 個信道進(jìn)行傳輸?？梢?，WMN中多信道結(jié)構(gòu)提高了網(wǎng)絡(luò) 流量和承載能力。,WMN路由 vs. Ad Hoc路由,由于WMN與Ad Hoc以上的諸多差異，兩者的 路由設(shè)計(jì)思路上也存在差異，具體表現(xiàn)在： 1、移動性(Mobility) 2、能量約束(Power Management) 3、業(yè)務(wù)模式(Service Pat

15、tern) 4、支持多信道(Multichannel),移動性(Mobility),mesh網(wǎng)絡(luò)可能連接著不同類型的網(wǎng)絡(luò)，而不同類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有不同的移動性。 mesh router一般具有很小的移動性,而mesh client則可為固定節(jié)點(diǎn)或移動節(jié)點(diǎn)。 在設(shè)計(jì)WMN 路由協(xié)議時(shí),可以弱化移動性對該協(xié)議的影響。,能量約束(Power Management),不同類型的節(jié)點(diǎn)具有不同的能量約束。 mesh router通常不以電池為動力,所以不需要考慮能量約束。而mesh client則需要運(yùn)行一種能量使用效率較高的路由協(xié)議。,業(yè)務(wù)模式(Service Pattern),而Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)主要

16、業(yè)務(wù)是任意一對節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)流。 WMN 節(jié)點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)是來自于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)。 對于WMN，假如條件允許,可以在接入點(diǎn)到任意節(jié)點(diǎn)之間使用先應(yīng)式路由機(jī)制,從而降低這些業(yè)務(wù)的傳送時(shí)間。,支持多信道(Multichannel),WMN路由中支持多信道特性。 比如可以考慮將mesh router間路由和配置以一個信道傳播，mesh client間的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用路由以另一個信道傳播，以便發(fā)揮路由和配置的專注性。,為什么要用多信道,由于無線信道上存在著傳輸干擾，包括同一路徑上相鄰節(jié)點(diǎn)的干擾以及不同路徑之間的節(jié)點(diǎn)相互干擾，大大降低了無線信道的容量；另外路由協(xié)議的開銷，也會影響信道容量。 因此，無線信道的容量

17、是有限的，為了解決這一問題，就必須想辦法改進(jìn)信道容量，由此，多信道應(yīng)運(yùn)而生。,多信道無線MESH網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議,近幾年來,在多信道MAC協(xié)議上有很多成果,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、無專用控制信道的多信道MAC協(xié)議。前者采用專用的射頻(在控制信道上)來傳遞控制信息,能更有效的傳遞控制信息,但信道的利用率不高;后者不能有效的傳遞控制信息。按節(jié)點(diǎn)射頻分有多射頻多信道MAC協(xié)議、單射頻多信道MAC協(xié)議。前者每個節(jié)點(diǎn)有多個射頻,節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)在多個信道上傳輸數(shù)據(jù),在多個信道上實(shí)現(xiàn)邊說邊聽的功能,更有效的控制節(jié)點(diǎn)的傳輸。,動態(tài)信道分配(DCA)多信道MAC協(xié)議,動態(tài)信道分配(DCA)多信道MAC協(xié)議是有專用的控制信道、2個射頻的多信道MAC協(xié)議?？刂菩诺烙脕斫鉀Q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:控制收發(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)力;數(shù)據(jù)收發(fā)器動態(tài)地切換到一個數(shù)據(jù)信道上傳輸數(shù)據(jù),MMAC多信道MAC協(xié)議（1）,MMAC（Multi-Channel MAC）多信道MAC協(xié)議是沒有專用控制信道、1個射頻的多信道的MAC協(xié)議，采用單射頻的