前言：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是從移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)分離出來的，繼承了部分WLANs技術(shù)發(fā)展中較新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。嚴(yán)格地說，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMNs)是一種多跳、具有自組織和自愈特點(diǎn)的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即一種高容量、高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)有較大差別[1]。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)必須首先訪問集中的接入點(diǎn)(AccessPoint，AP)才能進(jìn)行無線連接。這樣的話，即使兩個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)，它們也必須通過接入點(diǎn)才能進(jìn)行通信。而在WMNs中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。“Mesh”這個(gè)詞原來的意思就是指所有節(jié)點(diǎn)都互相連接[2]。
　　關(guān)鍵詞：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；無線城市
　　1、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議的分類及探究
　　在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究中，路由協(xié)議是其中的關(guān)鍵內(nèi)容。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)可以看作一個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)，它的分組處理不需要通過網(wǎng)絡(luò)層，而主要使用的是數(shù)據(jù)鏈路層的信道接入控制。而Mesh網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多跳網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)包選擇哪條路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)非常重要。
　　1.1多信道路由協(xié)議
　　多信道資源可在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中充分利用，而多信道方式又可分為單收發(fā)器和多收發(fā)器。它們對提高WMN的網(wǎng)絡(luò)吞吐量有較大作用。有關(guān)單收發(fā)器和多收發(fā)器多信道的協(xié)議主要有：
　　1)使用單收發(fā)器多信道路由協(xié)議MCRP(Multi．ChannelRoutingProtoc01)能在彼此不受干擾的情況下在同一區(qū)域中使用多信道資源。由于單個(gè)節(jié)點(diǎn)只能偵聽一個(gè)信道，信道的分配工作必須由路由協(xié)議完成。
　　2)MR．LQSR[3]，微軟公司提出的一種使用多收發(fā)器多信道的路由協(xié)議，WCETT(WeightedCumu]afiveExpecledTransmissionTime)為其中適應(yīng)多信道條件下的路由判斷依據(jù)。WCETT綜合考慮了最小條數(shù)和鏈路性能質(zhì)量，較好地平衡了時(shí)延和吞吐量。
　　1.2路由選擇多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
　　最小條數(shù)是現(xiàn)有的許多路由協(xié)議的路由判據(jù)，但其有效性在實(shí)際應(yīng)用中未能令人滿意。路由選擇多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議因此出現(xiàn)，它能解決路徑質(zhì)量差而導(dǎo)致的影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量等性能問題，正確反映出鏈路質(zhì)量對各個(gè)指標(biāo)的影響。
　　基于DSR的LQSR(LinkQualitySourceRouting)就是這樣一種路由協(xié)議。LQSR以ETX、RTT和PktPair作為三種判斷的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)鏈路質(zhì)量尋找路由。試驗(yàn)表明，最小跳數(shù)路由和分別以這三種標(biāo)準(zhǔn)為路由選擇依據(jù)做比較，可以得出：對于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的固定節(jié)點(diǎn)，ETX效果最好。但對于移動節(jié)點(diǎn)，最小跳數(shù)方案效果最佳。這是由于在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的移動時(shí)，ETX方式無法快速跟蹤到鏈路質(zhì)量的變化。可見，對于移動的節(jié)點(diǎn)，路由選擇的依據(jù)若采用上述的標(biāo)準(zhǔn)，效果差強(qiáng)人意，必須要綜合考慮多種因素。
　　1.3多速率路由協(xié)議
　　無線Mesh網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議可使用多速率傳輸機(jī)制。在實(shí)際應(yīng)用中,長距離鏈路可以相應(yīng)減少跳數(shù)，但傳輸速率低，短距離鏈路可以提高傳輸速率，但跳數(shù)增加。因此路由協(xié)議在多速率機(jī)制里的影響必須予以考慮。
　　
　　媒體時(shí)間度量MTM(MediumTuneMetric)就是為了解決多速率路由選擇的問題而提出。網(wǎng)絡(luò)吞吐量與數(shù)據(jù)包發(fā)送路徑上占用的媒質(zhì)時(shí)間成反比。根據(jù)媒質(zhì)占用時(shí)間，MTM路由協(xié)議給網(wǎng)絡(luò)中每條傳輸鏈路分配相應(yīng)權(quán)值。具有最小權(quán)重值的路徑就是路由算法選擇的優(yōu)化路徑[4]。
　　1.4多路徑路由協(xié)議
　　在多路徑路由中：源地址和目的地址之間的多條可用路徑由路由選擇算法確定，數(shù)據(jù)包可任意選擇其中一條路徑進(jìn)行傳輸。當(dāng)出現(xiàn)連接失敗時(shí)，數(shù)據(jù)包能立刻從由路由算法確定的其他路徑重新傳輸。
　　當(dāng)前的兩類多路徑協(xié)議：分離多徑路由SMR(SplitMultipathRoutingwithMaximallyDisjointPaths)和多徑源路由協(xié)議MSR(MuMpathSourceRouting)。SMR是在DSR的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲取較多的非獨(dú)立路徑，缺點(diǎn)是發(fā)送RREQ包較多。MSR是在DSR的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來的，著重分析了在QoS方面就如何在多路徑上進(jìn)行負(fù)載分配來獲得最小延時(shí)，但路由發(fā)現(xiàn)策略并沒有實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的多路徑是其不足之處。
　　2、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建無線城市中的應(yīng)用
　　無線城市提供遍布城市的無線提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在市政、公共設(shè)施、辦公樓、學(xué)校、住宅小區(qū)等場所為各種數(shù)據(jù)、語音和視頻終端提供無線接入，如PDA、筆記本、攝像頭、Wi-Fi手機(jī)、環(huán)境感應(yīng)器等等。借助無線網(wǎng)絡(luò)，可以為公眾提供更便捷的服務(wù)。
　　
　　2.1工作方式
　　無線城市是由成百上千的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使用multi-channel、multi-radio的方式組建Mesh無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)，Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保證任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間鏈路視距可達(dá)，避免了高大建筑等阻擋物。每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用多個(gè)不同的信道同時(shí)工作，全網(wǎng)充分利用了2．4GHz和5GHz頻段，提供效能并且避免大規(guī)模覆蓋的干擾，而且每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)置多個(gè)功能不同的模塊，分別處理用戶接入和Mesh骨干業(yè)務(wù)，每跳帶寬損耗低。
　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)發(fā)決策由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊的分布式處理機(jī)制決定，通過在多個(gè)光纖接口實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控流在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的流量均衡。
　　2.2影響因素
　　在無線城市的建設(shè)過程中，各方面的原因都會產(chǎn)生不同的影響因素，而每一個(gè)因素都會影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，這就要求在建設(shè)過程中充分考慮。以下就常見的鏈路信號強(qiáng)度預(yù)算，在移動中怎么防止多普勒效應(yīng)的影響以及無線漫游三個(gè)方面分析一下它們?nèi)绾斡绊懙骄W(wǎng)絡(luò)的性能。
　　1)鏈路信號強(qiáng)度預(yù)算
　　一般來說，由于存在較多的高大建筑物，在城市范圍內(nèi)部署無線網(wǎng)絡(luò)都會受到非視距(LineofSight)問題的困擾，而這使得無線網(wǎng)絡(luò)的中心基站與邊緣基站之間存RF射頻衰減因子模型為：
　　
　　節(jié)點(diǎn)之間的連接最大范圍基于明確的視線條件，在天線波束(FresnelZone)路徑中沒有任何障礙物。基于RF衰減公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)際的射頻情況進(jìn)行精確的計(jì)算和規(guī)劃設(shè)計(jì)。
　　在橋接長距離的情況下，必須考慮到地球的曲率因素所引起的地表障礙情況，應(yīng)該架高天線，減小信號與地表接觸所導(dǎo)致的信號削弱的可能，而且由于無線信號的傳送不是完全直線的(FresnelZone現(xiàn)象)，在架設(shè)天線的時(shí)候還必須考慮到Fresnel半徑問題。因此天線的高度的確定必須結(jié)合此兩種因素，從而保證無線連接的穩(wěn)定高效[5]。
　　2)多普勒效應(yīng)
　　當(dāng)波源與接受方存在速度差異時(shí)，頻率會有不同程度的“扭曲”，這就是多普勒效應(yīng)。對于高速移動和快速切換的應(yīng)用中，需要考慮多普勒效應(yīng)的影響，多普勒效應(yīng)對電磁波(RF信號)同樣具有影響。
　　如波源靜止，觀察者相對于媒質(zhì)運(yùn)動：
　　
　　如上圖，當(dāng)觀察者向著波源運(yùn)動時(shí)(v0>0)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，原來處在觀察者處的波面向右移動U的距離，同時(shí)觀察者自己向左移動了vo距離。這就相當(dāng)于波通過觀察者的總距離為(u+v0)，因此，在單位時(shí)問內(nèi)，觀察者接收到的“完整波”數(shù)目等于(u+v0)距離內(nèi)的完整波數(shù)目，即觀察者收到的頻率為
　　
　　式中v為波的頻率。由于波源在媒質(zhì)中靜止，波的頻率等于波源頻率，因此有
　　
　　這表明，當(dāng)觀察者以速度v0向著靜止波源運(yùn)動時(shí)，接收到的頻率為波源頻率的(1+v0／u)倍。當(dāng)觀察者背離波源運(yùn)動(v0<0)時(shí)，上式仍然適用，只要將v0以負(fù)值帶入即可，那時(shí)觀察者接收到的頻率要小于波源頻率。當(dāng)v0=-u時(shí)，則u0=0，相當(dāng)于觀察者隨著原來的波陣面一起運(yùn)動，也就接受不到振動了。
　　3)無線漫游
　　無線Mesh網(wǎng)的漫游在無線城市的設(shè)計(jì)中非常重要，這個(gè)提法有些類似與互聯(lián)網(wǎng)的二層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)，在這里將無線Mesh網(wǎng)也劃分為兩種類型：基于網(wǎng)絡(luò)二層的無線Mesh網(wǎng)和基于網(wǎng)絡(luò)三層的無線Mesh網(wǎng)。[6]
　　在OSI的網(wǎng)絡(luò)分層模型里，第二層是數(shù)據(jù)鏈路層，第三層是網(wǎng)絡(luò)層。從TCP/IP的角度來看的話，基于網(wǎng)絡(luò)二層的無線Mesh網(wǎng)是把整個(gè)無線Mesh網(wǎng)當(dāng)作一個(gè)IP子網(wǎng)。這個(gè)IP子網(wǎng)是一個(gè)完整的廣播域。而基于網(wǎng)絡(luò)三層的無線Mesh網(wǎng)則允許把整網(wǎng)劃分為多個(gè)IP子網(wǎng)。各子網(wǎng)之間的通信是通過IP路由來實(shí)現(xiàn)的。雖然基于二層的無線Mesh網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起來可能簡單一些，但卻有很多的缺點(diǎn)。比如一個(gè)IP子網(wǎng)是一個(gè)完整的廣播域，在網(wǎng)絡(luò)中，廣播的流量是相當(dāng)耗費(fèi)資源的東西，所以應(yīng)盡量地限制一個(gè)廣播域的范圍，否則網(wǎng)絡(luò)的性能將不可忍受。而人們將整個(gè)因特網(wǎng)劃分成如此多個(gè)IP子網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)就是因?yàn)橹挥羞@樣才能限制一個(gè)個(gè)廣播域的范圍，使之便于管理，提高因特網(wǎng)的可擴(kuò)展性。同理，無線Mesh網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)的一種，同樣要限制廣播域的范圍。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模還非常小的時(shí)候，基于二層的方法可能還沒有大問題，但如果無線Mesh網(wǎng)要覆蓋稍大的區(qū)域時(shí)，就只有基于網(wǎng)絡(luò)三層的無線Mesh網(wǎng)才可以。
　　因此在無線城市設(shè)計(jì)及建設(shè)中，基于三層的無線網(wǎng)狀網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性及網(wǎng)絡(luò)性能方面具有明顯優(yōu)勢，這也是三層的跨子網(wǎng)漫游能夠獲得支持的主要原因。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]方旭明等，“下一代無線因特網(wǎng)技術(shù)：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，”北京：人民郵電出版社，2006年5月．
　　
　　[2]許建，楊庚．無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究．江蘇通信技術(shù)，2006．V0122．No．3：11．15