大学课件信息通信专业无线Mesh网WirelessMeshNetworkWMN.ppt

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1、无线Mesh网(Wireless Mesh Network)无线Mesh网o 无线Mesh网是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构，具有移动宽带的特性，同时其本身可以动态地不断扩展，具有自组网、自管理、自动修复、自我平衡等优越特性，有望跃升为未来无限网络的主流技术。WMN的结构o WMN 由mesh路由器和mesh客户端两类节点构成。根据节点功能可以把WMN结构分为三类：Infrastructure/Backbone WMNs、Client WMNs、Hybrid WMNs。基础设施/主干线无线mesh网络 Infrastructure/Backbone WMNs 基础设施/主干线无线

2、mesh网络 Infrastructure/Backbone WMNso 除了IEEE 802.11技术外，还可以其它各种无线技术。为传统客户端提供主干线，并且能够和其他无线网络融合。有以太网接口的传统客户端可以通过以太网与mesh网络连接，而具有和mesh路由器具有相同无线技术的传统客户端可以直接和mesh网络连接。如果采用了不同的无线技术，客户端必须和与mesh路由器连接的以太网基站通信。客户端无线mesh网络Client WMNs 客户端无线mesh网络Client WMNso 为客户端设备之间提供p2p网络，各节点同时具有服务器和路由器功能。与前一种相比，终端用户必须提供诸如路由器功能

3、和自配置功能。混合无线mesh网络Hybrid WMNs 混合无线mesh网络Hybrid WMNso 把前两种结构结合在一起，mesh客户端可以直接或者通过mesh路由器与其它mesh客户端进行连接，而基础设施提供与其它网络的连接。无线mesh网络的优点o 快速低成本部署，易于安装。o 非视距传输(NLOS)。o 健壮，支持ad hoc网络和自组织、自愈合。o 结构灵活。o 高带宽。o 传输数据所需要的功率小。o 信号干扰小，信道质量和信道利用效率高。无线mesh网络的不足o 与已存网络的兼容性和互操作性。o 通信延迟。o 安全性。无线mesh网络的应用o 家庭应用无线mesh网络的应用o

4、企业应用无线mesh网络的应用o 城市中的移动应用WMN的MAC协议和其它无线网络不同点 o WMN的MAC是涉及到多于一跳的通信。经典的MAC协议都是限在一跳的通信。o MAC 是分布式的、协作的多点对多点的通信。o 网络自组织对于MAC层是必须的。o 移动性影响MAC的性能。如何解决？单信道MACo 改善现有的MAC协议，例如CSMA/CA。o 采用现代物理层技术的跨层设计。这种策略有两种主要的方法：基于有向天线的MAC；采用功率控制的MAC。o 提出新的MAC协议。比如多信道MAC。多信道MACo 多信道单接收器MAC。o 多信道多接收器MAC。o 多射频(Multi-radio)MAC

5、。WMN的网络层o WMN路由协议应该具有以下特征：n 有效的性能度量参数。n 链路失效的错误容忍度，即当链路失效时能及时选择另外一个通路。n 负载均衡。n 具有可扩展性。n 能够自适应支持Mesh 路由器和客户端。WMN的路由协议 o 带有不同性能度量参数的路由协议。o Multi-radio routing。o 多路径路由，实现较好的负载均衡和提供较高的错误容差。o 根据WMN的特点实现分层路由，地理路由。o 可扩展性。一种基于IEEE 802.11的多信道无线mesh网络的结构及算法o 实际中用户通过mesh网络来接入Internet或者通过mesh网络来实现不同网络之间的互联，或者把m

6、esh网络作为局域网的骨干网络，因此mesh中的路由器一般只有很少的移动性。网络结构 o 这里我们考虑的mesh网络（WMN）由固定的路由器构成，每个路由器都有一个汇聚接入点用来给它的覆盖范围内的移动终端提供接入。这些路由器构成多跳的Ad Hoc网络，有些WMN节点作为WMN和一个有线网的网关。o 在多信道WMN中每一个节点都有多个符合802.11规格的网络接口卡，在较长的时间段内每一个接口卡都分配一个专门的无线信道，移动节点只有一个接口卡来和接入设备通信。信道分配 o 在一个多信道WMN中信道分配的目的是按照链路上的流量给网络接口卡分配相应带宽的无线信道。信道分配问题可以分为两个子问题：（a

7、）邻居节点和网络接口卡的绑定，（b）无线信道和接口卡的绑定。信道分配o 信道分配算法的前提条件及要求：n 一个WMN节点能够分配到的不同信道数由它的网络接口卡的个数所决定。n 两个相互直接通信的节点至少分享一个公共信道。n 在一个有干扰区域内一个无线信道的信道容量是有限的。n 无线信道数是有限的。流量均衡路由 o 信道按照每个链路上的流量进行分配，链路上的流量由路由决定。由于大部分WMN节点主要和有线网上的节点进行通信，因此路由算法的目的主要是决定汇聚接入设备和有线网节点之间的路由，这个路由能够均衡mesh网络上的负载。评估尺度 o 信道分配和路由算法的最终目的是使得网络的吞吐量最大，即单位时

8、间内汇聚接入设备与和有线网络相连的网关之间的传输比特数。集中式信道分配算法 o 首先估计每条虚链路上的负载，然后信道分配算法按照链路负载递减的顺序查找所有的虚链路。每查找一条虚链路，算法会为其分配一个信道，这个信道和干扰区域内其他已经分配了信道的邻居节点有最小的干扰和碰撞。分布式路由及信道分配算法o 负载均衡路由：由于WMN上大部分的负载是来自或者到有线网络的，因此每个WMN节点需要找到一条到达一个或多个有线网关的路径。逻辑上网关节点作为生成树的根结点，每个WMN节点要加入一个或者多个生成树，这些生成树用有线网相互连接。这里我们讨论每个节点只加入一个生成树只有在出错恢复中用到其他树。分布式路由

9、及信道分配算法 o 负载均衡路由 n 路由树的构造：n 路由Metric：我们使用三个不同的cost Metric：（a）WMN节点和网关节点之间的跳数。（b）网关到有线网络的信道容量，（c）WMN节点到网关的信道容量。分布式路由及信道分配算法o 分布式已知负载信道分配 n 邻居节点和网络接口的绑定：设计一个分布式信道分配算法的关键问题是节点间信道的相互依赖，如图所示，当一个节点发现一个信道上的负载过重需要更换一个负载轻的信道，这时所有用到前信道的链路都要更新。分布式路由及信道分配算法o 分布式已知负载信道分配n 这里我们对WMN节点作了一些限制，节点上和父节点通信的接口卡我们称为UP-NICs，和子节点通信的接口卡称为DOWN-NICs，每个节点负责为它的DOWN-NICs分配信道。分布式路由及信道分配算法o 网络接口和信道的绑定n 一个WMN节点的UP-NICs由它的父节点来分配信道。它负责分配DOWN-NICs的信道，需要首先估计它的临机冲突域中信道的使用情况。分布式路由及信道分配算法o 虚拟控制网络n 一个多信道WMN中节点和它们物理上的邻居节点之间没有公共信道。一个选择是在每一个节点上增加一个网络接口卡，给它分配一个公共信道组成一个控制网络来传输控制数据包。可以通过在多信道mesh网络上构造一个虚拟控制网络来传输控制数据包，从而节省额外的硬件接口。Thank you!