一種新的WLAN無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了很多其它問(wèn)題，如WLAN并不是真正意義上的“無(wú)線”；可靠性低；覆蓋能力有限；多數(shù)WLAN網(wǎng)絡(luò)在其有效距離內(nèi)具有“盲區(qū)”等等。而無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，則很好地解決了上述問(wèn)題。它徹底擺脫了線纜的束縛，能夠?qū)崿F(xiàn)非視距傳輸，可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，魯棒性強(qiáng)，因而越來(lái)越受到人們的重視，對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究也逐漸增多。目前對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究，比較典型的有2種方法：a)采用仿真方法開(kāi)展研究工作，例如，基于NS-2和OPNET的仿真軟件，建立無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network，WMN)協(xié)議模型和業(yè)務(wù)傳輸模型，進(jìn)行協(xié)議的設(shè)計(jì)和性能分析。但對(duì)于真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，仿真還有一定局限性，畢竟它只是對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬。b)搭建測(cè)試床的方法，它基于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抽象出更小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型、業(yè)務(wù)模型及關(guān)鍵技術(shù)，與真實(shí)環(huán)境基本相同，研究結(jié)果可直接運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，這也是目前許多國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行的研究工作。測(cè)試床研究方法中，比較典型的有卡靈頓大學(xué)的WMN。除此之外，還有普渡大學(xué)項(xiàng)目和西安電子科技大學(xué)的Mesh網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試平臺(tái)。在它們所搭建的測(cè)試床中，每一個(gè)被稱作MAP的Mesh路由器是一臺(tái)裝有兩塊無(wú)線網(wǎng)卡和一塊有線網(wǎng)卡的臺(tái)式機(jī)，有線網(wǎng)卡主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)管理功能。這種設(shè)計(jì)對(duì)MAP節(jié)點(diǎn)的性能要求過(guò)高，也不利于Mesh網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。鑒于此問(wèn)題，本文在上述研究的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床進(jìn)行了改進(jìn)。

1 現(xiàn)有的Mesh測(cè)試床分析
在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，MAP節(jié)點(diǎn)既是客戶端網(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)，又是Mesh骨干網(wǎng)的起點(diǎn)，將客戶端網(wǎng)絡(luò)和Mesh骨干網(wǎng)兩個(gè)邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，連接成一個(gè)功能上統(tǒng)一的整體。目前，大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)在MAP節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，普遍遵循如下思想：用單獨(dú)一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接，即用一臺(tái)裝有兩塊無(wú)線網(wǎng)卡的PC來(lái)實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)和客戶端網(wǎng)絡(luò)的連接，該節(jié)點(diǎn)同時(shí)處于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。其中一塊無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)AP功能，另一塊實(shí)現(xiàn)MP功能，兩塊網(wǎng)卡之間通過(guò)相應(yīng)的地址轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡間地址的轉(zhuǎn)換。
在實(shí)際搭建過(guò)程中，這種方案具有明顯的局限性，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
a)網(wǎng)卡選擇：前期的探索性實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在一臺(tái)PC中安裝兩塊相同的無(wú)線網(wǎng)卡，由于驅(qū)動(dòng)程序完全相同，沖突是在所難免的，它將導(dǎo)致兩塊無(wú)線網(wǎng)卡無(wú)法同時(shí)正常工作。另外，即使兩塊無(wú)線網(wǎng)卡不相同，若它們工作在同一頻段(2．4 GHz或者5GHz)，由于距離較近，也會(huì)產(chǎn)生很大的同頻干擾，從而影響了數(shù)據(jù)的正常傳輸。因此，該方案在很大程度上限制了無(wú)線網(wǎng)卡的自由選擇。
b)節(jié)點(diǎn)故障處理：在Mesh網(wǎng)絡(luò)的日常使用和維護(hù)過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障。若采用該方案，一旦MAP節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，由于節(jié)點(diǎn)自身的復(fù)雜性，很難進(jìn)行故障排除，如果需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換，成本相對(duì)較高。
c)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性：當(dāng)現(xiàn)有的WLAN網(wǎng)絡(luò)需要加入Mesh網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在該方案下，必須破壞現(xiàn)有的WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有客戶端節(jié)點(diǎn)重新搜索MAP節(jié)點(diǎn)。若有多個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò)存在，處理方法也如此。這樣不但浪費(fèi)了現(xiàn)有的硬件資源(WLAN的接入點(diǎn)AP)，而且由于所有欲加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都需要斷開(kāi)并重新獲得網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，增加了網(wǎng)絡(luò)重建的復(fù)雜性。如圖1所示，WLAN網(wǎng)絡(luò)A和B欲加入Mesh網(wǎng)絡(luò)，接入點(diǎn)AP下的所有客戶端節(jié)點(diǎn)首先斷開(kāi)與原AP的連接，接著在搜索到就近的MAP后重新建立連接，從而加入到Mesh網(wǎng)絡(luò)，最終得到如圖2所示的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

采用上述方案搭建Mesh網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床的性價(jià)比是很低的，為了降低測(cè)試床實(shí)現(xiàn)的難度，方便后期測(cè)試床的維護(hù)和擴(kuò)展，本文提出一種新的MAP實(shí)現(xiàn)方案。