本文主要是在MAC層采用IEEE802.1l的條件下，比較基于DSR路由協(xié)議的PMP網(wǎng)絡(luò)和Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能。

1 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.1 什么是無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)(Wireless Mesh Network，WMN)是一種多跳、具有自組織和自愈特點(diǎn)的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即一種高容量、高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)。目前主要觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，WMN是一種由無(wú)線(xiàn)鏈路連接路由器和終端設(shè)備的靜態(tài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，是Internet的無(wú)線(xiàn)版本。WMN不同于傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可以看成是WLAN(單跳)和移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(多跳)的融合且發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢(shì)。作為一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)，Mesh結(jié)構(gòu)已被納入到802.16-2004，802.16e和即將制定的802.1ls標(biāo)準(zhǔn)中。WMN可以通過(guò)一些中間節(jié)點(diǎn)連接互相遠(yuǎn)離不能直接連接的無(wú)線(xiàn)路由器。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)的各種無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式。在點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，一般都有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)與骨干網(wǎng)直接相連，中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制各用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的接入和提供到骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，功能上遠(yuǎn)比用戶(hù)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，成本也比較高昂。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)采用的則是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也被稱(chēng)為多點(diǎn)到多點(diǎn)的系統(tǒng)。各用戶(hù)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)相鄰的其他用戶(hù)節(jié)點(diǎn)以多跳方式實(shí)現(xiàn)到骨干網(wǎng)的連接，新用戶(hù)可以通過(guò)他周?chē)钠渌脩?hù)節(jié)點(diǎn)很方便地接入到網(wǎng)絡(luò)中，由于在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)不再需要中心節(jié)點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)可以極大地減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

1.3 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)的特點(diǎn)

自愈性WMN可以提供完全的端到端的多重冗余路由，這就意味著若由于某種原因某個(gè)鏈路失效，網(wǎng)絡(luò)能自動(dòng)地更換路由。

可靠性 為了提高鏈路質(zhì)量，可通過(guò)增加中間節(jié)點(diǎn)，即縮短節(jié)點(diǎn)之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。

自配置能力 WMN是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，不需要或很少需要人工配制網(wǎng)絡(luò)。因而，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)判斷并更新網(wǎng)絡(luò)相關(guān)配置。

分散管理問(wèn)題 由于WMN的分散性，很難實(shí)現(xiàn)像有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)那樣的集中管理，即使對(duì)于低移動(dòng)性的WMN，網(wǎng)絡(luò)配置與管理仍然是一個(gè)不易解決的問(wèn)題。

共存干擾問(wèn)題 對(duì)于非許可證頻段的WMN必然存在與其他共存網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)干擾問(wèn)題。

安全問(wèn)題 由于WMN結(jié)構(gòu)本身的脆弱性，極易遭受其他惡意節(jié)點(diǎn)的攻擊、干擾和竊聽(tīng)，所以安全問(wèn)題是WMN需要解決的重要問(wèn)題之一。

1.4 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)的應(yīng)用

Mesh網(wǎng)絡(luò)將可以被政府與市政應(yīng)用，為城內(nèi)(如公園等公共場(chǎng)所)的市民提供寬帶無(wú)線(xiàn)接入?？沙蔀楸镜氐纳虡I(yè)企業(yè)和傳媒等潛在伙伴，為旅游觀(guān)光客人等提供旅游信息的寬帶接入。為無(wú)線(xiàn)服務(wù)提供商(WISP)提供熱點(diǎn)地區(qū)的服務(wù)覆蓋的延伸，向移動(dòng)用戶(hù)提供高性能的Internet接入服務(wù)。在教育上，將大學(xué)校園網(wǎng)覆蓋延伸到校外，向身處校外的學(xué)生和教職員工提供無(wú)處不在的寬帶接入。另外在應(yīng)急通信臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)(臨時(shí)集群通信系統(tǒng))，還能為警察、消防等提供應(yīng)急通信服務(wù)，特別是在通信基礎(chǔ)設(shè)施遭受破壞的突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)更加重要。他還能為城市地鐵、輕軌等通勤車(chē)輛提供移動(dòng)Wi-Fi接入，通過(guò)站臺(tái)無(wú)線(xiàn)AP，為車(chē)內(nèi)旅客建立移動(dòng)Wi-Fi環(huán)境，站間信號(hào)可以通過(guò)安裝多個(gè)無(wú)線(xiàn)AP來(lái)延伸站內(nèi)信號(hào)。在無(wú)線(xiàn)數(shù)字化家庭，Mesh能輕松構(gòu)成多媒體家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)家庭安全系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、家庭Internet接入、家庭通信設(shè)備互聯(lián)等。

2 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)的路由協(xié)議

Mesh路由協(xié)議基本同Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，目前幾種典型的路由協(xié)議有：DSDV(目的序列距離矢量路由協(xié)議)、DSR(動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議)、TORA(臨時(shí)按序路由算法)和AODV(Ad Hoc按需距離矢量路由協(xié)議)等。

DSR是一種對(duì)等的、基于拓?fù)涞姆磻?yīng)式自組織路由協(xié)議。他的特點(diǎn)是采用積極的緩存策略以及從源路由中提取拓?fù)湫畔?。圖2為DSR的路由創(chuàng)建。

2.1 路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程

(1) 當(dāng)源節(jié)點(diǎn)沒(méi)有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，廣播一個(gè)路由請(qǐng)求報(bào)文。

(2) 每個(gè)收到該報(bào)文的中間節(jié)點(diǎn)附加上自己的ID然后重新廣播(忽略重復(fù)請(qǐng)求和已經(jīng)包含自身ID的報(bào)文)。

(3) 當(dāng)路由請(qǐng)求到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)(或者某個(gè)知道某條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由的中間節(jié)點(diǎn))時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)可以確定一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的完整的源路由。

(4) 目的節(jié)點(diǎn)(或中間節(jié)點(diǎn))將所得的源路由包含在路由響應(yīng)報(bào)文中，然后沿著反向路由發(fā)送回源節(jié)點(diǎn)(或者附帶在目的節(jié)點(diǎn)的路由請(qǐng)求報(bào)文中)。

(5) 源節(jié)點(diǎn)收到路由響應(yīng)報(bào)文后，將源路由存入緩存，并添加到每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的頭部。中問(wèn)節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭中的源路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。

在DSR中結(jié)合了許多基于積極緩存和拓?fù)湫畔⒎治龅膬?yōu)化措施。例如，中間節(jié)點(diǎn)可以從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部獲得到達(dá)所有下游節(jié)點(diǎn)的路由，通過(guò)合并多條路徑的路由信息還可以推演出更多的拓?fù)湫畔?。此外，如果設(shè)置節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口工作在混雜模式下，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)鄰居節(jié)點(diǎn)使用的路由，節(jié)點(diǎn)還可能獲得更多的拓?fù)湫畔?。通過(guò)這些方式，節(jié)點(diǎn)可以將越來(lái)越多的“感興趣”的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒋嫒司彺嬉蕴岣呗酚刹檎业拿新?。高的緩存命中率意味著可以減少進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程的頻率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬。不過(guò)，積極緩存也會(huì)增加將過(guò)期的路由信息注入到網(wǎng)絡(luò)中的可能性。

2.2 路由維護(hù)過(guò)程

(1) 如果在數(shù)據(jù)報(bào)的逐跳傳輸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鏈路失敗，則可以由中間節(jié)點(diǎn)使用緩存中的可用路由來(lái)代替原頭部中含有失敗鏈路的路由，同時(shí)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯(cuò)誤報(bào)文。

(2) 中間節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)路由錯(cuò)誤報(bào)文以刪除失敗路由(減小緩存錯(cuò)誤路由信息的影響)。

(3) 如果路由失敗，則由源節(jié)點(diǎn)重新開(kāi)始新的路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

(4) 如果節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)頭部的源路由中包括自己的ID(例如由于拓?fù)渥兓a(chǎn)生更短的路由)，可以主動(dòng)發(fā)送路由響應(yīng)報(bào)文告知源節(jié)點(diǎn)存在更短路由。

3 仿真參數(shù)設(shè)置，仿真結(jié)果及分析

仿真工具選取的是OPNET，仿真范圍為300 m*300 m，MAC層采用的是IEEE802.11協(xié)議，在節(jié)點(diǎn)固定的情況下，比較基于DSR的PMP和Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能。仿真參數(shù)設(shè)置如下：

Data rate(bps)：2Mbps

Physical Characteristics：Frequency Hopping

Start time(seconds)：100.0

Packet Inter-Arrival Time：exponential(1)

Packet Size(bits)：exponential(1024)

Destination IP Address：Random

Stop Time(seconds)：End of Simulation

仿真中，在相同的負(fù)載下，選取以下幾個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：端到端時(shí)延(Delay)，吞吐量(thouhput)。端到端時(shí)延指的是將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)所需要的延遲時(shí)間，吞吐量為每單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。仿真結(jié)果如圖3～圖6所示。

仿真結(jié)果表明，在相同的負(fù)載條件下，Mesh網(wǎng)絡(luò)的吞吐量大于PMP網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，Mesh網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延小于PMP網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延?；贒SR路由協(xié)議的Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)于相同負(fù)載下與其具有可比性的PMP網(wǎng)絡(luò)的性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)的組網(wǎng)能力強(qiáng)，靈活方便，具有自適應(yīng)性、可靠性、可擴(kuò)充性等優(yōu)點(diǎn)。在成熟的寬帶無(wú)線(xiàn)接人中，例如在IEEE802.11和IEEE802.16，都已引入無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)，相信在不久的將來(lái)，無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)將使寬帶無(wú)線(xiàn)接人更加靈活方便。