无线Mesh网络

无线网络技术学院：信息工程与自动化专业：通信132

学号：201310404239 姓名：李园

成绩：

无线Mesh网络

摘要：无线Mesh 网络是无线局域网和移动自组织网络相结合的产物,是一种全新的网络架构.它是下一代无线网络的关键技术之一, 近几年得到了人们的广泛关注和快速

发展。为了以低成本的代价实现无处不在的高速Internet，新一代无线Mesh网络的发展势在必行。新一代无线Mesh网络旨在能够提供高性能和高可靠性的服务。简要描述了无线

Mesh网络技术原理、网络架构和协议，分析了其优缺点以及它的应用，还有未来的趋势。

一、无线Mesh网络的概念

无线Mesh网络(WMN)是一种多跳、自组织的宽带无线网络，一般由Mesh路由器和Mesh 客户节点组成。其典型结构是一种分级网络结构：Mesh路由器互联构成多跳无线骨干网，

负责数据的中继；骨干网一般通过网关节点与其他网络互联，而Mesh客户节点通过Mesh 路由器接入到WMN。通过WMN最终实现Mesh客户节点间、客户节点与Internet等其他网络间的互联互通，网络结构如图一所示。

二、无线Mesh网络研究现状

1、物理层

目前一些较前沿的物理层技术可以被用于无线Mesh网络的开发，如无线Mesh网络可以通过用不同的调制和编码速率，支持不同的传输速率。这样可以根据无线信道的质量和

网络拥塞，动态改变数据传输速率，从而保证较低的差错率。另外，将会被广泛应用于宽

带无线通信的正交频分复用技术(OFDM)、超宽带技术(UWB)、多输人多输出技术(MIMO)以及定向天线技术都可以用于无线Mesh网络的开发。除此之外，认知无线电技术也可以被

用于Mesh网络，以提高频谱利用率。

2、MAC层

无线Mesh网络的可扩展性对于MAC层的设计提出了相应的要求。目前，对于Mesh网络MAC 层的研究，主要可以分为单信道MAC和多信道MAC。

(1)单信道MAC

1)修改目前已有的MAC层协议：目前的几种无线MAC层协议多是在IEEE 802．1 1

基础上进行修改的，如对CSMA／CA算法的一些诸如竞争窗口大小、退避过程的修改。

对于多跳的无线Mesh网络来说，这样的MAC层协议还远远达不到提高全网吞吐率的

要求，随着跳数的增加，用于竞争的开销将大大增加，而网络性能则逐渐恶化。

2)跨层设计：物理层提供新的功能，如方向性天线和功率控制，相应地产生了2类MAC

层设计。两者可以减少暴露节点，但同时增加了隐藏节点的数目。因此，需要对它们进行改进以减少隐藏节点。

3)提出全新的MAC层协议：为了能从根本上提高无线多跳网络中端到端的吞吐率，

有必要设计一种全新的MAC层协议。不论随机的CSMA／CA 接入协议还是基于TDMA和CDMA的接入协议，都还有很多问题有待研究。

(2)多信道MAC

由于硬件设计的不同，多信道MAC设计也分成以下几种。

1)多信道／单收发器MAC：单收发器带来的是较低的硬件成本，但也决定了1个节点在1个时间只能使用1个信道进行收发。目前，已提出的专门针对多信道的MAC协议主要有多信道MAC和SSCH(seed—slotted channel hopping)算法。SSCH 算法是一种虚拟MAC层算法，建立于IEEE 802．11 MAC层之上，可以对其进行修改。

2)多信道／多收发机MAC：在这种情况下，1个节点有多套射频和基带处理模块，可以在

若干个信道上同时进行通信。在它们之上是对一个统一的MAC层进行统一的协调和调度。Engim的多信道IEEE 802．11芯片就是建立在这个机制上的。然而，针对这一物理平台

的MAC层算法仍然需要进行研究。

3)多无线系统MAC：在这种情形下，网络节点有多个不同无线系统，每一个系统均有各自

的物理层和MAC层，各无线系统之间完全独立。目前，针对这种系统，Adya等人提出了MUP(multi—radio unification protoc01)协议，它建立在MAC层之上，是一种虚拟的MAC 层协议。

3、路由层

目前为止，已经提出了很多Ad hoc网络的路由协议，但针对无线Mesh网络的路由协议还不成熟，还有以下方面需要进一步研究。

(1)性能的衡量准则

许多已有的路由协议以最小跳数作为路由准则，而在很多情况下，这一准则并不是最优

的。比如某条路径最短，但在其中2个节点之间的链路条件很差，这样就使得端到端的吞吐

率因为这样的点而变得很低。因此，加入如RTT(Round Trip Time) 这样就能衡量链路质量

的指标。

(2)负载平衡

在无线Mesh网络中，很可能会出现局部多用户进行数据传输而使得部分链路上数据流

量陡然增加的情况，因而，路由协议需要根据网络拥塞状况，动态地调整链路的选择，分散数据流量，减少网络拥塞。RTT协议则可以实现这一目的。

(3)Mesh路由和客户端的适应性

由于Mesh网络中路由器的移动性较低，而对能量的约束也相对较低，因此，适应于路

由器的路由协议可以比Ad hoc路由协议简化很多。而对于客户端来说，其移动性和能量约束正好适合使用Ad hoc路由协议。所以，需要设计一种既适合路由器又适合客户端的路由

协议。

4、传输层

众所周知，在有线网络中，TCP和UDP协议可以很好地完成传输层的拆包、组包、

拥塞控制等功能，而在无线网络中，网络端到端吞吐率的变化有可能是网络数据拥塞造成的，

也有可能是由于链路质量恶化造成的。目前为止，还没有完善的专门针对无线Mesh网络