基于WLAN的無線多跳Mesh網(wǎng)絡(luò)多信道實(shí)現(xiàn)

引言

無線局域網(wǎng)近年來在機(jī)場、酒吧、家庭等地方已實(shí)現(xiàn)WLAN的覆蓋，從而使用戶擺脫了有線上網(wǎng)的束縛而獲得了極大的方便。為了以無線的方式實(shí)現(xiàn)更大范圍的覆蓋，WLAN中的接入點(diǎn)AP應(yīng)添加無線mesh路由功能，同時這種AP也將成為mesh路由器，以負(fù)責(zé)本地接入和其他AP的分組轉(zhuǎn)發(fā)，最終通過無線連接組成多跳的接入骨干網(wǎng)，也就是mesh網(wǎng)絡(luò)。

1 WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1所示是WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，Mesh路由器通過無線連接組成接入骨干網(wǎng)再，骨干網(wǎng)通過mesh網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)internet的接人。每個用戶節(jié)點(diǎn)在本地的具有AP功能的路由器上接入，然后通過路由器的路由功能多跳地接入inter-net，以實(shí)現(xiàn)WLAN的無線擴(kuò)展。

Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠避免無線局域網(wǎng)因節(jié)點(diǎn)的擺放位置而造成的覆蓋死角。由于mesh路由器是無線連接，因而可降低無線局域網(wǎng)AP有線接入inter-net的安裝成本和帶來的不便。另外，在一個社區(qū)或企業(yè)里，網(wǎng)絡(luò)接人一般采用電纜或DSL系列連接。有時最后一公里采用無線方式，通過無線路由器連接到電纜或DSL調(diào)制解調(diào)器。這種連接方式有很多弊端。即便是在小區(qū)內(nèi)，用戶節(jié)點(diǎn)之間或者企業(yè)各辦公室之間共享信息也需要通過inter-net，這顯然會降低網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。而利用無線覆蓋用戶家庭或企業(yè)辦公室、不同辦公樓之間，往往會有很多覆蓋盲點(diǎn)，有時難以獲得無線服務(wù)。很多昂貴的寬帶網(wǎng)關(guān)又不能共享，必須在每個家庭或辦公樓分別安裝，這樣網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)的成本就會升高。為此，小區(qū)的每個家庭或在企業(yè)的一個辦公室、一棟樓里面也可以組成一個基于IEEE 802.11小型的網(wǎng)絡(luò)。它們之間不再用以太網(wǎng)的有線連接，而通過mesh路由器實(shí)現(xiàn)其連接。而mesh網(wǎng)正好可以實(shí)現(xiàn)多個無線局域網(wǎng)的無線互連，因而可以代替以太網(wǎng)的有線連接。

2 WLAN mesh網(wǎng)絡(luò)的信道實(shí)現(xiàn)

2.1 單電臺單信道WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的WLAN Mesh路由器都是單電臺的，其組網(wǎng)模式如圖2所示。為便于分析，圖2中簡略了每個路由器連接的其它節(jié)點(diǎn)。圖中的單電臺路由器以ad-hoc模式組成骨干轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，也稱為類ad-hoc組網(wǎng)模式。每個路由節(jié)點(diǎn)的唯一一個電臺不僅為本地用戶提供接入服務(wù)，還負(fù)責(zé)為其它路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組。像ad-hoc網(wǎng)絡(luò)那樣，該網(wǎng)絡(luò)所有的節(jié)點(diǎn)都在一個信道上工作，它們共享帶寬，也容易受到干擾。因此網(wǎng)絡(luò)的性能很低，可擴(kuò)展性很差。

從圖2可以看出，使用單信道時，由于相鄰節(jié)點(diǎn)之間存在著干擾，所有節(jié)點(diǎn)不能同時接收或發(fā)送，故要在多跳范圍內(nèi)用CSMA／CA MAC機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)。在骨干網(wǎng)絡(luò)上，隨著跳數(shù)的增加，路由器分配到的帶寬將以1／n為底的指數(shù)遞減，這里，n是每個路由器本地服務(wù)的結(jié)點(diǎn)數(shù)加上它的下行鏈路所連接的路由器數(shù)。在圖2中，假設(shè)路由器1下行鏈路的帶寬為C，那么，路由器2平均只能分配l／4C的帶寬，這樣，路由器2的本地用戶以及路由器3共4個節(jié)點(diǎn)將在1／4C的帶寬上競爭接入路由器2。而路由器3的三個用戶將在(1／4)