2014autumn無線網(wǎng)絡(luò)課件第9章無線mesh網(wǎng)絡(luò)

1、第9章 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提要9.1 概述9.2 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)9.3 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議9.4 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議9.5 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式9.1 概述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network, WMN)無線網(wǎng)狀網(wǎng) 和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一樣，以移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的，是一種應(yīng)用性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Internet9.1.1 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的起源應(yīng)用需求：因特網(wǎng)無線接入“最后一公里”傳統(tǒng)的基于基站的無線局域網(wǎng)有效延伸了因特網(wǎng)的覆蓋范圍，但是無法做到像蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣無處不在的信號覆蓋，無法適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的增長蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)大大緩解了用戶業(yè)務(wù)與系

2、統(tǒng)資源之間的矛盾，但只適用于人口稠密、有永久業(yè)務(wù)需求的用戶。WMN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生 為了能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信中無處不在的通信目標(biāo)，需要基于移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)出一種完全適用于民用通信的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WMN技術(shù)InternetWMN與移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、WLAN和WPAN的關(guān)系示意圖 WMNWPAN9.1.2 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn) 從移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史及未來趨勢可見，無線網(wǎng)絡(luò)的多跳連接將成為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，可以為用戶提供真正的無處不在的連接(Ubiquitous Connection)。下一代無線網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上向Mesh結(jié)構(gòu)演進(jìn)是必然趨勢。 WMN

3、的演進(jìn) 趨勢移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和WMN技術(shù)的發(fā)展，將與一些成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如WLAN、WiMAX)相融合，從而構(gòu)成大規(guī)模的可伸縮性無線網(wǎng)絡(luò) 下一代蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)4G也不再是一種單一結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，是一種多級網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。9.1.3 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別(1)可靠性提高，自愈性強(qiáng)。(2)傳輸速率大大提高。(3)投資成本降低。(4)網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)簡便快捷。 與WLAN的主要區(qū)別從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，WLAN是典型的點(diǎn)對多點(diǎn)(P2MP，Point to Multiple Points)網(wǎng)絡(luò)，而且采取單跳方式，因而數(shù)據(jù)不可轉(zhuǎn)發(fā)。WMN可以通過W

4、R對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)發(fā)(需要對WLAN傳統(tǒng)的AP功能進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)) 從協(xié)議上看，WMN與移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基本類似。WLAN的MAC協(xié)議完成的是本地業(yè)務(wù)的接入，而WMN則有兩種可能，一種是本地業(yè)務(wù)的接入，另一種是其他節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。對于路由協(xié)議，WLAN是靜態(tài)的因特網(wǎng)路由協(xié)議十移動(dòng)IP；但WMN則主要是動(dòng)態(tài)的按需發(fā)現(xiàn)的路由協(xié)議，只具有較短暫的生命周期。與移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)的主要區(qū)別(1) WMN由無線路由器構(gòu)成的無線骨干網(wǎng)組成。該無線骨干網(wǎng)提供了大范圍的信號覆蓋與節(jié)點(diǎn)連接。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都兼有獨(dú)立路由和主機(jī)功能，節(jié)點(diǎn)地位平等，接通性是依賴端節(jié)點(diǎn)的平等合作實(shí)現(xiàn)的，健壯性比WMN差。

5、(2)WMN節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性低于移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，所以WMN注重的是“無線”，而移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)調(diào)的是“移動(dòng)”。(3)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，WMN多為靜態(tài)或弱移動(dòng)的拓?fù)?，而移?dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多為隨意移動(dòng)(包括高速移動(dòng))的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?4)WMN與移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)模式不同，前者節(jié)點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)是來往于因特網(wǎng)的業(yè)務(wù),后者節(jié)點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)是任意一對節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)流。(5)從應(yīng)用來看，WMN主要是因特網(wǎng)或?qū)拵Ф嗝襟w通信業(yè)務(wù)的接入，而移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主要用于軍事或其他專業(yè)通信。 9.1.4 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):(1)可靠性大大增強(qiáng)。(2)具有沖突保護(hù)機(jī)制。 (3)簡化鏈路

6、設(shè)計(jì)。(4)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍增大。 (5)組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便。 (6)投資成本低、風(fēng)險(xiǎn)小。 缺點(diǎn):(1) 對于不同射頻信道的WMN的研究還處于試驗(yàn)研制階段，性能改善總體來說還不太滿意。(2)在WMN路由準(zhǔn)則和選擇算法等方面，目前提出的特別適用于WMN的路由協(xié)議寥寥無幾。(3)在WMN連接性和多路支持方面，每個(gè)節(jié)點(diǎn)鏈路連接度也是一個(gè)至關(guān)重要的問題，并非使用射頻信道數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)性能越好，射頻信道數(shù)增加會帶來設(shè)備開銷和成本上升，同時(shí)可能會帶來更多的干擾問題。 (4)在WMN帶寬利用和資源分配算法方面，目前還沒有提出非常有效的可用算法和協(xié)議，相關(guān)問題還有待研究。9.2 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)9.2.1無

7、線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Wireless Mesh Network組成：客戶節(jié)點(diǎn)、Mesh路由器、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分類1.平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1 WMN平面結(jié)構(gòu) 2 WMN分級結(jié)構(gòu) 3 WMN混合結(jié)構(gòu) 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)激勵(lì)機(jī)制9.3 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議 在MAC協(xié)議上，WMN承襲了IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中的很多技術(shù)，特別是802.11s標(biāo)準(zhǔn)更是專門針對傳統(tǒng)的802.11 MAC協(xié)議擴(kuò)展成為支持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新的協(xié)議另外802.16 MAC協(xié)議也已支持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。專門針對WMN設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議，包括速率自適應(yīng)多跳網(wǎng)MAC協(xié)議、多信道WMN MAC協(xié)議等。 9.4 無線Mesh

8、網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議WMN是一種特殊的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的很多路由協(xié)議可以作為WMN路由協(xié)議的基礎(chǔ)。例如，動(dòng)態(tài)源路由(DSR)協(xié)議、基于目的序號距離矢量(DSDV)協(xié)議、按需距離矢量(AODV)協(xié)議、基于關(guān)聯(lián)性的路由(ABR)協(xié)議和基于信號穩(wěn)定性路由(SSR)協(xié)議等。最新的專門適用于WMN的路由協(xié)議，包括多徑源路由(MSR)協(xié)議、多射頻鏈路質(zhì)量源路由(MR-LQSR)協(xié)議、可預(yù)測的無線路由(PWRP)協(xié)議、單收發(fā)器多信道路由(MCRP)協(xié)議等。 9.5 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用WISP模式WISP即無線ISP，又可稱為WLAN運(yùn)營商。隨著802.11b成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營商已經(jīng)采用WLAN提供因特網(wǎng)的接入。WISP可以在公共場所(如機(jī)場、酒店、咖啡館、茶館等地方)架設(shè)自己的基站，提供無線上網(wǎng)的服務(wù)。用戶使用移動(dòng)終端設(shè)備(筆記本電腦、商務(wù)手機(jī)或PDA)可以在無線覆蓋區(qū)域安全方便地獲得高速因特網(wǎng)接入服務(wù)，速率最高可達(dá)1154Mb/s。 WISP模式的WMN9.5.2 因特網(wǎng)延伸模式無線(移動(dòng))因特網(wǎng)應(yīng)用不僅包括那些移動(dòng)性的應(yīng)用，還包括傳統(tǒng)的有線因特網(wǎng)應(yīng)用，這是無線因特網(wǎng)加速發(fā)展的另一個(gè)推動(dòng)因