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无线Mesh网络架构及发展现状研究,李曦,,本文介绍了无线Mesh网络的自身特点、组网结构及其与移动Ad hoc网络和蜂窝网络的异同,重点论述了无线Mesh网络中路由协议的特点及分类�
山国科技记又在统 混合网络结构 图给出了混合网络结构示意图。在混合结构中,用户节点增加了具有转发和路由功 能的 设备,之间可以实现无线互连,这是无线网络最常见的组网结构,也是最 有普遍研究意义的结构。 因k 对 因特网网文 因行恻刚关 Mes鄙 ---- 巴 图无线网络混合结构 无线网终、蜂窝网络以及移动 网络的比较 现有的网络技术层出不穷,无线网终能够在其中成为新一轮的研究热点是由它本 身的特点和未来网终发展的发向所决定的。下面的表比较了无线网络和蜂窝网络以 及移动 网终的各自特点,对于无线 网络的优缺点一日了然。 表无线 网络、蜂窝网终及移动 刈络的比较 无线 网络 蜂窝网络 移动 拓扑结构多点到多点(网状) 点到多点 动态拓扑 覆盖范围可实现城域覆盖通过小区方式可以覆盖广人地区一般在局域范围内 容纳用户数 多 非常多 较少 控制方式 分布式控制 集中式控制 分布式控制 设计目的用户接入为主 用户接入以及用户间通信用户间通信为主 另外,无线网络虽然是由移动 网终发展变化而来的,但是这二者之间还 是有许多不同的地方,最突出的有两点:一是无线络中节点的移动性比移动 网络要低,网终拓扑变化没有那么频繁,在一段时间内可以认为是静止的;二是移动 网络中的业务流量主要是来源」各个终端之间的通信,而无线网络中的业务主要是和 因特网通信 山国科技记又在统 无线 网络的路由协议 无线网终的路由协议是其研宄的一个热点,如何在多跳无线网络中既能及时适应 网络拓扑的变化,又保证业务的服务质量(, ),是设计路由协议时 要重点考虑的因素。本部分在分析了无线网络中路由特点的基础上,总结了现有的路 由协议。 无线网络路由特点 无线网终由其自身的特点所决定,它的路由有以下几个特点 移动性 不同类型的网络节点有不同的移动性,路由器节点的移动性一般相对较低,而客户节 能具有较晑的移动性,在设计路由协议的时候要考虑到这点、。 能量约束 路由器节点通常直接与电源设备相连,所以不需要考虑能量约束。而客户节点大部分以 电池为动力,要考虑到运行一和能量使用效率较高的路由协议 业务模式 无线网终以往来于因特网的业务为主,在路由选择上要注意等参数,同时客 户节点也可能同时具有转发功能,如何在转发业务与自身产生的业务之间达到均衡,也是路 由协议设计要考虑的重点。 路由判据 许多已有的路由协议均采用最小跳薮作为路由判据,但是在很多情况下,这样选择出来 的路径并不符合要求。对于两节点之间满足最小跳数原则的径,山于千扰冲突与通信距 离等因素的影响,链路质量可能会很差,网络吞吐量也较低,并不是最优路由。在中分别 将期望传输次数( )、往返时间( 和数据对延迟时间( 与最小跳数(, )作为路 由判据进行对比。研究表明,当节点完全静止的吋候,性能最优;当节点迅速移动的 时候, 则优于其它判据。在实际应用中,多判据将更能反映出链路质量给各个性能指 标带米的影响。 无线网络路由协议的分类 路由协议可以分为路由发现和路由维护两个部分。无线络中寻找最优或者相对 最优的路由,就是指如何选择一条路径将用户的无线数据回传到有线络。怎样確定这条路 径,就是现在无线路由算法的饼究热点。当前业界和学术界主要有三种做法:一种是沿用有 线网络中普遍采用的路由协议,例如 等链路状态、距离向量协议;另·种是采 用移动 网络中开发的路由协议,如 等;还有一种是开发无线 网络专用的路由协议,已经提出的包括 有线网络路由协议 从实现的复杂性考虑,沿用传统有线路由协议是最快捷的方式,而且目前实际部署的 网络规模都有限,使用传统有线路由协议也能够较好的满足性能需求,因此,一定时 期内,使用传统有线路由算法还不失为一种有效的解决方法。北电无线网状网在清华大学部 署的实证网就是釆用路由算法,证明在较小的网络规模下,还是收到了较好效果的。 但是无线通信坏境的特点,决定了一个好的路由算法必须兼顾减少路由跳数以及降低某 山国科技记又在统 条链烙上的错误概率,同吋还要考虑负载均衡、嵱由廾销等因素,所以,有线路由协议并不 适合无线网络,采用无线网络自身的路由算法势在必行。 移动 网络路由协议 以下介绍几个适用于移动 网络并且可以作为无线网终路由协议基础的相 关路山协议 动态源路山()协议 )是一种按需路由办议,允许节点动态的发现到日的节 氐的多跳路由。所谓源路由,是指每个分组的头部都携带在到达口的节点之前所有中间转发 节点的列表,即完整的路由。源节点发送一个路由请求分组,指明目的节点。沿途转发的中 间节点纪录分组中的相关信息,并且将自己的地址填入请求分组,直至目的节点。目的节点 收到请求分组后发送个路由应答,其中包含了从源节点到目的节点的路由。源节点收到应 答后即可以选择合适的路由发送数据。 基于目的序号距离矢量()协议 协议对 路由算法即距离 矢量( )算法进行了改进,加入了目的节点序列号,用于防止山于节点 移动而产生的路山环和死锁等问题。在 中,只使用序列号最高的路由,如果两个路 由具有相同的序列号,那么将选择最优(跳数最少)的路由。 按需距离矢量( )协议 )路由算法是按需式和表驱动式的一种结 合,处理过程和存储开销都很小,能对链路状态的变化做出快速反应。 支持单播、 多播和广播通信,能快速删除非法路由,高效的利用带宽,将控制和数据业务的网络负荷最 小化,引入序列号,不会形成路由环。 无线 网络专用的路由协议 尽管移动 网终的路由协议在一定程度上可以为无线 网络所用,但终究不 是最适合的,只有专门为无线网络开发的路由协议才能最符合它的要求。 多射频链路质量资源路由( )协议 )协议是微软公司研发的多信道 路由协议,采用了一种称为加权的累计传输时间( 的新的路由判据。 综合考虑了带宽等链路性能参数以 及最小跳数等因素。该协议能在吞吐量与延时之间获得一种平衡 协议是在传统的协议的基础上改进的,不但需要获得路径中节点和其 邻居链路相关的状态信息,而且还要综合链路状态信息来评价链路质量的优劣,从而形成自 身的路由准则。该协议假设所有路由器节点都是静止的,每个节点有多个不同且互不干扰的 无线收发器。 可预测的无线路由协议( 是 公司开发的应用于起“ 峰窝网络户外系统”的私有路由协议,通过比较数据误包率以及其他网终条件来选择特定环 境下的最优路径。该协议是基于协议改进的,选择可以达到最大吞吐量的路径来传输 到达有线网关的信息,减小了射频干扰、路径故障以及业务载荷等因素的影响,适用于人规 模的网络,具有路由开销小等优点。 山国科技记又在统 单收发器多信道路由协议( )是 大学 等人提出来的,支 持在同一个区域内同时使用互不干扰的多信道资源,从而解决了无线网终因用户数据 的增加而性能迅速降低的问题。该协议与 有许多共同点,但是它可以在网终层完成 信道管理工作,层无需做仟何修改,即可以使用现有的 协议。网络性能得 到极大的提升。 高吞吐率路由( )协议 协议是在分析 协议吞吐量有限的弊端的基砧上提出来的,使用自适 应传输速率控制算法,在多次咯由错误时才判定嵱由失效,使用了快速获取链路丢包率的方 法,而不是传统的泛洪査询法,能够避免因数据包或者路由包沖突引起的链路质量降低,极 大的提高了网络性能。 ≯射频感知路由协议( )主要在判据的基础上提出了射频感知路由 判据,考虑了丢包率,同时増加了对数据传输率的感知。该协议是在协议的基础上实 现的,不过用路由判据替代了熄有的最短跳数判据。 无线 网络的研究现状 研究无线 网络的主要标准化组织 鉴于无线网络的迅速发展,许多国际标准化组织也积板考虑在各和无线网络标准 中加入对组网方式的支持 标准组在年月颁布的 情无线城域网标准中设计了对点到多点和两和拓扑结构的支持 无线个 域网工作组在年月成立了研究组 研究利用短距离、低成本设备通过 方式来覆盖一个较大的环境,如客厅、校园、医药等。 无线局域网工作组 在年初也成立了 研究组,编号为 ,主要研究支持无线分布系统的协议, 以便实现无线局域网的多个之间通过自动配置拓扑的方式组网。此外,国际电信联盟 以及等机构也将无线网终纳入到工作计划中。这些领域的标准 化工作,将进一步推动无线 网络技术的研究、应用和推广。 现有商用的无线网络系统 前面介绍无线网终发展历史的时候已经提过许多公司致力于无线终的市 场开发。目前口绎投入到商用的七家公司的无线 系统见表。 表主要的商用无线 网终系统比较 用户 协路由 产品名称公司 速率 物坦层频段节点范围 技术 议 位置支持 美国 视距非视距同步第层 协议 第层 关国 室外室内 山国科技记又在 多信道第层 美国 非视距 (加拿大) 主干用户 第层 加拿大 主千用户 第层 美国 室外室内 第层 (英国) 室外 无线 网络的应用前景 无线网终可以应用于许多方面,应用方式主要有无线接入、无线传输和简单组网 它的主要应用既可以针对家庭用户,实现以家庭为单位无线上网,也包括商务用户,企业、 学校、甚至个城市都可以构建无线网络,实现内部联网或无线访问因特网。由此可 见,无线网络的市场潜力是巨大的。当然,在实际商用的时候还有·些问题需要解决, 比如査找网络的故障点、购买大量接入点设备()的花费等等。相对应的解决策略也是 商家积极攻关的课题 结论 木文介绍了无线网络的基木框架、组网方式和路由协议等,并且给出了现有的商 用情况。无线网络能够与现在沇行的 等网络实现融合,提供更加 泛的无线接入覆盖,带领更大的网络带宽,全面提升无线网络的服务质量。有专家称之为 未来第四代移动通信的热门技术。相信随着无线网络的大规模应用,我们将更加体会 到无线网络带给我们的方便快捷。 参考文献 方旭明.下一代无线因特网技术:无线网终,北京:人民邮电出版社 姜红旗,康凯,林孝康.拓展宽带接入的无线网技术[].电信科学, 陈荣第.无线关键技术与实证[].中国教育网络, 方旭明,何蓉.短距离无线与移动通信网络[].北京:人氏邮电出版社, 山国科技记又在统 作者简介:李曦,女,年生,硕士研究生,要研究方向包括,移动 网络 以及无线网终等。

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