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1、第9章 无线Mesh网络内蒙古商贸职业学院计算机系2010-2011第二学期09网络一班、二班内容提要9.1 概述9.2 无线Mesh网络的结构9.3 无线Mesh网络MAC协议9.4 无线Mesh网络路由协议9.5 无线Mesh网络的应用模式9.1 概述 无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network，又称无线网状网、无线网格网等)和无线传感器网络一样，也是一种应用性的网络技术，仍然主要是以前面几章介绍的各种网络技术为基础的，特别是和移动Ad Hoc网络技术有着非常密切的联系。9.1.1 无线无线Mesh网络的起源网络的起源vWMN的出现是应用需求直接推动的结果。v传统
2、的基于基站方案的无线通信系统是通过“最后一公里”的无线接入，无法适应业务需求的增长。v蜂窝移动通信系统的出现，大大缓解了用户业务与系统资源之间的矛盾。但只适用于人口稠密、有永久用户业务需求的地区。v移动Ad Hoc网络技术一直在悄悄地与蜂窝移动通信技术平行发展；但在相当长的一段时期内并没有在民用通信领域得到很好的应用。v无线局域网有效延伸了因特网的覆盖范围，但是商业化进程在很多地区并不成功。技术上也无法做到像蜂窝网络一样无处不在的信号覆盖。传统基站方案的无线通信系统 WMN技术应运而生 为了能够实现无线通信中无处不在的通信目标，需要基于移动Ad Hoc网络的技术基础，开发出一种完全适用于民用通
3、信的无线多跳网络技术，WMN技术就随着这一需求而出现。WMN结构示意图 WMN与移动Ad Hoc网络、WLAN和WBAN的关系示意图 9.1.2 移动Ad Hoc网络向无线Mesh网络的演进 v移动Ad Hoc网络和WMN技术的发展始终与一些成熟的技术与标准(如WLAN、WiMAX)，从而构成大规模的可伸缩性无线网络 v下一代无线网络(或4G无线网络)不再是一种全新的单一结构的网络技术，而是多种无线网络技术的融合，是一种多级网络形态。移动Ad Hoc网络的演进 分级移动Ad Hoc网络 基于WLAN的移动Ad Hoc网络 WiMAX作为Wi-Fi Mesh拓扑的回程 WiMAX作为Mesh拓扑
4、内回程 WiMAX作为客户端的接入网 趋势v从移动Ad Hoc网络的发展历史及未来趋势可见，无线网络的多跳连接将成为下一代无线通信网络发展的必然趋势，可以为用户提供真正的无处不在的连接(Ubiquitous Connection)。v下一代无线网络在结构和技术上向Mesh结构演进是必然趋势。9.1.3 无线无线Mesh网络与其他无线网络的主要区别网络与其他无线网络的主要区别v1无线Mesh网络与蜂窝网络的主要区别(1)可靠性提高，自愈性强。(2)传输速率大大提高。(3)投资成本降低。(4)网络配置和维护简便快捷。2.无线Mesh网络与WLAN(Wi-Fi)的主要区别v从拓扑结构上看，WLAN是
5、典型的点对多点(P2MP，Point to Multiple Points)网络，而且采取单跳方式，因而数据不可转发。WMN可以通过WR对数据进行智能转发(需要对WLAN传统的AP功能进行扩展和改进)v从协议上看，WMN与移动Ad Hoc网络基本类似。WLAN的MAC协议完成的是本地业务的接入，而WMN则有两种可能，一种是本地业务的接入，另一种是其他节点业务的转发。对于路由协议，WLAN是静态的因特网路由协议十移动IP；但WMN则主要是动态的按需发现的路由协议，只具有较短暂的生命周期。3.无线Mesh网络与移动Ad Hoc网的主要区别(1)WMN由无线路由器构成的无线骨干网组成。该无线骨干网提
6、供了大范围的信号覆盖与节点连接。移动Ad Hoc网络的节点都兼有独立路由和主机功能，节点地位平等，接通性是依赖端节点的平等合作实现的，健壮性比WMN差。(2)WMN节点移动性低于移动Ad Hoc网络中的节点，所以WMN注重的是“无线”，而移动Ad Hoc网络更强调的是“移动”。(3)从网络结构来看，WMN多为静态或弱移动的拓扑，而移动Ad Hoc网络多为随意移动(包括高速移动)的网络拓扑。(4)WMN与移动Ad Hoc网络的业务模式不同，前者节点的主要业务是来往于因特网的业务,后者节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。(5)从应用来看，WMN主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入，而移动A
7、d Hoc网络主要用于军事或其他专业通信。9.1.4 无线无线Mesh网络的主要优缺点网络的主要优缺点v优点优点:(1)可靠性大大增强。可靠性大大增强。(2)具有冲突保护机制。具有冲突保护机制。(3)简化链路设计。简化链路设计。(4)网络的覆盖范围增大。网络的覆盖范围增大。(5)组网灵活、维护方便。组网灵活、维护方便。(6)投资成本低、风险小。投资成本低、风险小。v缺点缺点:(1)对于不同射频信道的对于不同射频信道的WMN的研究还处于试验研制阶段，的研究还处于试验研制阶段，性能改善总体来说还不太满意。性能改善总体来说还不太满意。(2)在在WMN路由准则和选择算法等方面，目前提出的特别路由准则和
8、选择算法等方面，目前提出的特别适用于适用于WMN的路由协议寥寥无几。的路由协议寥寥无几。(3)在在WMN连接性和多路支持方面，每个节点链路连接度连接性和多路支持方面，每个节点链路连接度也是一个至关重要的问题，并非使用射频信道数越多，也是一个至关重要的问题，并非使用射频信道数越多，网络性能越好，射频信道数增加会带来设备开销和成本网络性能越好，射频信道数增加会带来设备开销和成本上升，同时可能会带来更多的干扰问题。上升，同时可能会带来更多的干扰问题。(4)在在WMN带宽利用和资源分配算法方面，目前还没有提带宽利用和资源分配算法方面，目前还没有提出非常有效的可用算法和协议，相关问题还有待研究。出非常有
9、效的可用算法和协议，相关问题还有待研究。9.2 无线无线Mesh网络的结构网络的结构无线无线Mesh网络结构的分类网络结构的分类v1.平面网络结构平面网络结构v2.多级网络结构多级网络结构v3.混合网络结构混合网络结构WMN平面结构 WMN分级结构 WMN混合结构 中国某城市超级城市WMN结构 9.2.2 802标准族对标准族对Mesh结构的支持结构的支持v1802.16对Mesh结构的支持 WiMAX基于Mesh的无线宽带接入结构图 2802.11s对Mesh结构的支持 IEEE新成立了一个IEEE 802.11s子工作组，制定标准化的扩展服务集(ESS)，即802.11s专门为WMN定义了
10、MAC和PHY层协议。在这样的网络中，WLAN接入点可以像路由器那样转发信息。3802.15系列对Mesh结构的支持v(1)802.15.1:IEEE提出的第一个取代有线连接的WPAN技术标准，组网方式灵活多样，且支持多跳，有力支持WMN结构。v(2)802.15.2:主要目标是为802.15 WPAN发展推荐应用，此协议标准为多种技术融入WMN提供了支持。v(3)802.15.3:为消费类电子及通信设备提供短距离无线连接的高速WPAN制定标准。子工作组进一步发展制定了基于多带OFDM联盟(MBOA)的PHY层，使用超宽带(UWB)技术达到高达480Mb/s的峰值传输速率,正是WMN所需的。v
11、(4)802.15.4:低数据速率、长电池寿命和低设备开销要求的遥测技术制定的。ZigBee联盟正在制定运行在的MAC和PHY层以上的高层协议它的网络层支持多种网络拓扑结构，如星形、簇形和Mesh。v v(5)802.15.5:目前还在开发中，最终定位于WMN的MAC层，且不需要ZigBee或IP路由支持。ZigBee协议结构 4802.20对Mesh结构的支持 802.20即移动宽带无线接入(MBWA)工作组成立于2002年12月，致力于为移动用户开发一个标准，支持在36Hz频带可靠地进行高速无线数据传输。同时，在室内、室外环境中支持WMN结构。9.3 无线无线Mesh网络网络MAC协议协议
12、 在MAC协议上，WMN承袭了IEEE 802.11标准中的很多技术，特别是802.11s标准更是专门针对传统的802.11 MAC协议扩展成为支持网状结构的新的协议，另外802.16 MAC协议也已支持网状结构。专门针对WMN设计的MAC协议，包括速率自适应多跳网MAC协议、多信道WMN MAC协议等。9.4 无线无线Mesh网络路由协议网络路由协议vWMN是一种特殊的移动Ad Hoc网络，移动Ad Hoc网络的很多路由协议可以作为WMN路由协议的基础。例如，动态源路由(DSR)协议、基于目的序号距离矢量(DSDV)协议、按需距离矢量(AODV)协议、基于关联性的路由(ABR)协议和基于信号
13、稳定性路由(SSR)协议等。v最新的专门适用于WMN的路由协议，包括多径源路由(MSR)协议、多射频链路质量源路由(MR-LQSR)协议、可预测的无线路由(PWRP)协议、单收发器多信道路由(MCRP)协议等。无线无线Mesh网络路由协议分类网络路由协议分类v(1)多判据路由 v(2)多信道路由v(3)多径路由v(4)分级路由v(5)跨层路由v(6)QoS路由v(7)基于地理位置信息的路由9.5 无线无线Mesh网络的应用模式网络的应用模式vWISP模式模式WISP即无线即无线ISP，又可称为，又可称为WLAN运营商。随着运营商。随着802.11b成为工业标准，运营商已经采用成为工业标准，运营
14、商已经采用WLAN提供因特网的接入。提供因特网的接入。WISP可以在公共场所可以在公共场所(如机如机场、酒店、咖啡馆、茶馆等地方场、酒店、咖啡馆、茶馆等地方)架设自己的基架设自己的基站，提供无线上网的服务。用户使用移动终端设站，提供无线上网的服务。用户使用移动终端设备备(笔记本电脑、商务手机或笔记本电脑、商务手机或PDA)可以在无线覆可以在无线覆盖区域安全方便地获得高速因特网接入服务，速盖区域安全方便地获得高速因特网接入服务，速率最高可达率最高可达1154Mb/s。WISP摸式的WMN解决方案 9.5.2 因特网延伸模式因特网延伸模式v无线(移动)因特网应用不仅包括那些移动性的应用，还包括传统的有线因特网应用，这是无线因特网加速发展的另一个推动因素。v结合了WMN技术的移动因特网可以提供高速、大容量的业务处理，其覆盖范围之广，使移动用户在位置不断变化的同时，不会感觉到网络服务和性能的差异。WMN接入因特网方案 9.5.3 行业应用模式行业应用模式1家庭应用2企业应用3学校应用4医院应用5旅游休闲场所应用6快速部署和临时安装的应用7军事应用