【大学】信息通信专业 无线MESH网络的路由介绍ppt课件

1、无线MESH网络的路由引见纲要无线MESH网络Wireless Mesh Network (WMN)一、无线MESH网络概述二、多信道无线MESH网络MAC协议三、无线MESH网络的路由无线MESH网络概述n什么是无线MESH网络nWMN的三种构造nWMN的特点nWMN与传统WLAN的区别什么是无线MESH网络n无线Mesh网络，也称为“多跳multi-hop网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。n无线Mesh网络的中心指点思想是让网络中的每个节点都可以发送和接纳信号，与传统的无线局域网相比，具有更好的伸缩性和更强的强壮性。n在无线Mesh网络中，不是每个Mesh节点都需求有

2、线电缆衔接，这是它与有线AP最大的不同。 Mesh的设计目的就是将有线设备和有线AP的数量降至最低。WMN的构造骨干网Mesh构造这种可分为三层：接入节点和Internet构成最上层；中间层由无线路由器之间经过单跳或多跳通讯构成无线路由器网络，它们经过无线接人点(AP)构成无线Mesh网络的骨干网；用户结点层。WMN的构造客户端Mesh构造客户端Mesh构造是由Mesh客户端组成的在用户设备间提供点到点效力的WMN。客户端组成一个能提供路由和配置功能的网络,支持用户的终端运用。由于组成此网络的各节点不需求有网关或中继功能,所以这种无线网络中无需Mesh路由器。WMN的构造混合构造Mesh客户端

3、可以经过Mesh路由器接入骨干Mesh网络。这种构造提供了与其他一些网络构造的衔接,如因特网、WLAN、WiMAX、蜂窝和传感器网络。同时,客户端的路由才干可以为WMN加强衔接性和扩展覆盖范围WMN的特点1n在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为access pointAP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接纳信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进展直接通讯。传统的WLAN采用的是单跳访问方式，这就要求每个客户端在访问网络时都需求一条无线链路衔接AP，用户之间进展通讯时，必需首先访问一个固定的AP。n采用多跳访问的访问方式：假设最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么

4、数据可以自动重新路由到一个通讯流量较小的临近节点进展传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进展传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。WMN的特点2n与传统无线网络WLAN相比，WMN具有五大无可比较的优势：n1、快速部署和易于安装n2、非视距传输(NLOS)n3、强壮性n4、构造灵敏n5、高带宽n任何事物都不可防止的存在着缺乏，WMN也不例外。n1、互操作性没有一个一致的规范n2、通讯延迟多跳访问的访问机制n3、平安 多跳访问的访问机制WMN与传统WLAN的区别从拓扑构造上讲，WLAN是典型的点对多点网络，而且采取单跳方式，因此数据不可转

5、发。WLAN可在较小的范围内提供高速数据效力802.11b可达11 Mbit/s，802.11a可达54 Mbit/s，但由于典型情况下WLAN接入点的覆盖范围仅限于几百米，因此假设想在大范围内运用WLAN 的这种高速率的效力方式，本钱将非常高。而对于WMN，那么可以经过WR对数据进展不断转发，直至把它们送至目的节点，从而把接入点的覆盖效力延伸到几公里远。WMN的显著特点就是可以在大范围内实现高速通讯。 WMN的路由n1、WMN路由的重要性n2、WMN路由设计必需思索的要素n3、WMN路由设计的思绪n4、WMN路由协议的现状n5、 WMN vs. Ad Hoc从构造到路由WMN的路由设计的重要

6、性由于MESH网络的特殊性，路由协议对于WMN网络非常关键。首先，在多跳MESH网络中，路由协议不能仅仅根据最小跳数来进展路由选择，而是要综合思索多种性能目的来进展路由选择；其次，MESH路由需求提供网络容错性和强壮性支持；第三，MESH路由要能过利用流量工程技术，在多条途径间进展负载平衡，尽量最大限制地利用网络资源；第四，路由协议要能同时支持MESH路由器和MESH终端。因此，设计一种可靠、高效的MESH路由是WMN网络设计的关键之一。 WMN路由设计必需思索的要素n1、 路由判据：要能处理因途径质量差而影响网络吞吐量等性能的问题，且能正确反映出链路质量对各目的的影响n2、 负载平衡：WMN

7、 中,一切节点都经过路由协议共享网络资源，因此,WMN 路由协议必需满足负载平衡的要求。n 3、 路由容错：路由发生错误时, 要尽快完成路由重建,以防止效力中断。n4、 网络容量：由于网络规模的限制,广播机制进展路由查找的方法会耗费很多网络资源。同时,由于大规模网络建立途径时将破费很长时间,使端到端的延时变大,一旦途径建立起来,由于途径发生变化又需求耗费很大的网络资源进展路由重建。 n5、如何在WMN 中为用户提供QoS 保证也是路由设计时必需思索的一个关键问题。 WMN的路由设计的思绪WMN路由的设计主要有以下几种方法：1、运用多判据路由2、运用多径路由3、跨层路由另外，还有其他的方法，比如

8、，运用多信道路由，运用分级路由，根据QoS 路由，基于地理位置的路由等等。运用多判据路由所谓多判据路由即是运用多个路由准那么对WMN路由进展性能评价。例如，将平均传输次数ETX、 RTT和数据对延迟时间PKT Pair 与最小跳数HOP ( HopCount) 进展对比作为判据，然后设计出相对优化的路由协议运用多径路由多径技术可以很好地防止单径时网络震荡的影响，并在充分利用带宽等网络资源的同时实现负载平衡、路由迂回、容错等。当其中的某一链路，由于信道质量恶化而不能正常任务时，其他链路仍可以运用，因此，在路由出现缺点时，可以防止路由重建等操作。 跨层路由以往的研讨都集中在网络第三层上，其实验结果

9、并不理想。可以对此进展改良：从网络的第二层提取一些参数，作为路由判据，再思索合并MAC层与网络层之间的一些功能。跨层设计可以使路由协议搜集到节点底层实践数据的传输情况，并能做出正确的途径选择，它对网络性能的提高也有很大的意义WMN的路由WMN路由协议现状 由于WMN还比较“年轻，暂时还没有构成一个一致的规范，专门为无线MESH网路设计的路由协议比较少，目前主要有以下几种：1、支持多射频的链路质量源路由MR-LQSR2、可预测的无线路由协议PWRP3、基于链路质量选择路由的协议支持多射频的链路质量源路由它是微软公司研发的多信道WMN 路由协议，采用一种新的路由性能准那么：加权累计传输时间WCET

10、T，该准那么不但需求获得途径中节点和其邻居链路相关形状信息，而且还要综合链路形状信息来评价链路质量的优劣。WCETT 综合思索了带宽等链路性能参数以及最小跳数等要素。因此该协议能在吞吐量与延时之间获得一种平衡。可预测的无线路由协议该协议是基于传统的有线网络(如因特网) 路由协议OSPF 改良的，并针对Wi-Fi 无线网格小区运用而设计。它经过比较数据包错误率及其他网络条件来选择在特定环境下的最优途径。它选择可到达最大吞吐量的途径来传输到达有线网关的业务，经过选用性能最正确的途径，减小了射频干扰、途径缺点以及业务载荷等要素的影响。适用于大规模网络,具有路由开销小等优点。基于链路质量选择路由的协议

11、该协议以到达因特网接入点的途径质量为判据选择最优途径。一切节点接纳来自接入点的路由数据包,该数据包记录了到达接入点的路由信息。 该协议使节点在经过三次选择后获得最正确的路由通道。WMN vs. Ad Hocn构造及根底设备(Infrastructure/Backbone):n 两者构造的不同也是两者最大的区别： nAd Hoc是扁平构造，而Mesh网是分层和等级构造，n在每层内部是构成多个小Ad Hoc网络，不同层之间经过n无线串联起来。n因此，可称无线Mesh网络为分层Ad Hoc网络，是自n由动态组网和集中控制的有机结合体。WMN vs. Ad Hocn整合性能(Integration)

12、:nWMN可以整合现有的很多网络，如internet，wifi，蜂n窝网，传感器网络。并经过无线网络根底设备对不同网络n的用户提供效力。 但是Ad Hoc那么不具备这些性能。WMN vs. Ad Hocn路由和配置的专注性(Dedicated routing and configuration)：nAd Hoc中，由于一切终端用户承当了router和网络配n置的角色，每个用户都有负担(load)。n而WMN中的mesh router承当了路由和网络配置，从n而减轻了终端用户的负担，对终端用户提供了低能量耗费n和高运用容量，使能够的受能量限制的用户受害，减少了n参与网络中设备的本钱。WMN vs

13、. Ad Hocn挪动性(Mobility) ：nAd Hoc中，一切节点(终端用户)都具有不可知的挪动n性，网络拓扑构造变化大。这在路由和网络配置方面带来n挑战。n而WMN中，mesh router具有较低的挪动性(甚至很固n定)。整个WMN具有相对稳定的拓扑构造。 WMN vs. Ad Hocn多信道(Multiple radios)：n这里的多信道指的是物理设备上的通道(无线信号发射接纳器)。n由于具备了多通道，WMN中可以将路由和网络配置n经过mesh router间的一个通道进展传输，而将终端用户n的网络接入运用经过另一个通道进展传输。n而Ad Hoc中一切网络流量都需在终端用户间经

14、过同一n个信道进展传输。可见，WMN中多信道构造提高了网络n流量和承载才干。WMN路由 vs. Ad Hoc路由n由于WMN与Ad Hoc以上的诸多差别，两者的n路由设计思绪上也存在差别，详细表如今：n1、挪动性(Mobility) n2、能量约束(Power Management)n3、业务方式(Service Pattern)n4、支持多信道(Multichannel)挪动性(Mobility) nmesh网络能够衔接着不同类型的网络，而不同类型的网络节点具有不同的挪动性。nmesh router普通具有很小的挪动性,而mesh client那么可为固定节点或挪动节点。n在设计WMN 路由

15、协议时,可以弱化挪动性对该协议的影响。 能量约束(Power Management)n不同类型的节点具有不同的能量约束。nmesh router通常不以电池为动力,所以不需求思索能量约束。而mesh client那么需求运转一种能量运用效率较高的路由协议。 业务方式(Service Pattern)n而Ad hoc 网络主要业务是恣意一对节点之间的业务流。 nWMN 节点的主要业务是来自于因特网网关的业务。n对于WMN，假设条件允许,可以在接入点到恣意节点之间运用先应式路由机制,从而降低这些业务的传送时间。支持多信道(Multichannel)nWMN路由中支持多信道特性。n比如可以思索将me

16、sh router间路由和配置以一个信道传播，mesh client间的网络运用路由以另一个信道传播，以便发扬路由和配置的专注性。 为什么要用多信道由于无线信道上存在着传输干扰，包括同一途径上相邻节点的干扰以及不同途径之间的节点相互关扰，大大降低了无线信道的容量；另外路由协议的开销，也会影响信道容量。因此，无线信道的容量是有限的，为理处理这一问题，就必需想方法改良信道容量，由此，多信道应运而生。多信道无线MESH网络MAC协议近几年来,在多信道MAC协议上有很多成果,主要有以下几种:按控制信道分有公用控制信道的多信道MAC协议、无公用控制信道的多信道MAC协议。前者采用公用的射频(在控制信道上

17、)来传送控制信息,能更有效的传送控制信息,但信道的利用率不高;后者不能有效的传送控制信息。按节点射频分有多射频多信道MAC协议、单射频多信道MAC协议。前者每个节点有多个射频,节点可以同时在多个信道上传输数据,在多个信道上实现边说边听的功能,更有效的控制节点的传输。动态信道分配(DCA)多信道MAC协议动态信道分配(DCA)多信道MAC协议是有公用的控制信道、2个射频的多信道MAC协议。控制信道用来处理信道的冲突和为每个终端分配信道的问题;数据信道用来传输数据。每个终端有两个半双工的收发器,即控制收发器和数据收发器:控制收发器在控制信道上与其他终端交换控制信息,得到接入数据信道的权益;数据收发器动态地切换到一个数据信道上传输数据MMAC多信道MAC协议1MMACMulti-Channel MAC多信道MAC协议是没有公用控制信道、1个射频的多信道的MAC协议，采用单射频的方