關(guān)于無線MESH網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的分析與研究

陸忠樹

摘要：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)近年來出現(xiàn)的一種新型無線多跳型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)很好的結(jié)合了WLAN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)點，具有廣泛的生存空間。該文針對Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進行分類對比和研究，在闡述了Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計的基本原則之后，分析了目前在Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用的各種路由協(xié)議的特點，探討了這些協(xié)議各自的應(yīng)用優(yōu)勢和適用場合，為Mesh網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計工作提供了一定的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：無線Mesh網(wǎng)；WLAN；Adhoc網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0033-02

1 概述

無線Mesh網(wǎng)（Wireless Mesh Networks，WMN）的全稱為無線網(wǎng)狀網(wǎng)，也有文獻稱其為無線網(wǎng)格網(wǎng)，是一種無線帶寬大、吞吐量高、多跳型的分布式網(wǎng)絡(luò)[1]，其最大的優(yōu)勢就是鋪設(shè)及維護成本低、安裝便捷、可靠性較好，且組網(wǎng)方式靈活，是無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)最后一公里信息傳輸功能的主要模式，也是未來無線終端網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。該網(wǎng)絡(luò)在移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行了改進，將無線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN的一些成熟協(xié)議融合進了該網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議族[2]，因此從這一點來看，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以看作是Adhoc網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合體，但從運行機制和數(shù)據(jù)通信模式上來看，Mesh網(wǎng)絡(luò)仍舊是Adhoc網(wǎng)絡(luò)的改進版。

2 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計原則

由于多跳型網(wǎng)絡(luò)本身具有的高度靈活性，使得數(shù)據(jù)在該網(wǎng)絡(luò)中傳輸時面臨的路由選擇更加的多樣化，因此，針對不同的使用環(huán)境，設(shè)置合理的路由選擇協(xié)議就成為了影響Mesh網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于Mesh網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上均不同于以往的其他類型網(wǎng)絡(luò)，因此不能簡單的將屬于其他無線網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議直接拿來使用，必須重新設(shè)計。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在骨干網(wǎng)上，路由器基本為固定有源節(jié)點，可以不考慮能耗問題，帶寬也可根據(jù)需要進行擴充[3]；而在終端網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點均為電池供電，且計算、存儲、通信能力和能耗均受限，因此，在設(shè)計Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時必須考慮到這些關(guān)鍵因素。

在參考了大量文獻以及實際應(yīng)用案例后，總結(jié)出無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計工作應(yīng)當(dāng)充分考慮以下重要因素：

（1）路由度量： 無論是互聯(lián)網(wǎng)，還是Adhoc網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)都采用數(shù)據(jù)包在節(jié)點群眾的最小跳數(shù)來衡量一條路由的優(yōu)劣，而此方式顯然不適用與Mesh網(wǎng)絡(luò)，因為這可能導(dǎo)致節(jié)點群中的某些常用節(jié)點迅速耗光能量而成為黑洞，從而影響了整個網(wǎng)絡(luò)的性能[4]。

（2）負載均衡： 基于能耗平均以及避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的雙重考慮，路由協(xié)議應(yīng)當(dāng)能夠使得通信量平均分布在節(jié)點群中，同時也必須設(shè)置冗余路由發(fā)現(xiàn)機制，以備某條路由發(fā)生擁塞時能及時更換新的路由。

（3）網(wǎng)絡(luò)容量： 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，某節(jié)點在發(fā)現(xiàn)路由階段耗費的資源也會隨之增長，這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時延的增大，因此必須考慮網(wǎng)絡(luò)容量帶來的影響。

（4）服務(wù)質(zhì)量機制QoS： 由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的是最后一公里的數(shù)據(jù)傳輸，即該類網(wǎng)絡(luò)是直接面對用戶多樣化的數(shù)據(jù)通信需求的，因此路由協(xié)議必須兼顧到絕大多數(shù)的用戶體驗問題。

（5）可擴展性： 面對快速的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，無線Mesh也必須擁有良好的可擴展性和兼容性，以應(yīng)對這種快速發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)。

3 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分析

由于Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場合繁多，因此針對不同的應(yīng)用特點，目前存在多種不同的路由協(xié)議，這些協(xié)議各具特色，從設(shè)計過程角度來分類，可以分為以下兩類，即根據(jù)Adhod網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改進而來，和單獨為Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計得到的專用協(xié)議。表1分別列出了改進版和單獨設(shè)計的幾款Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，并將這些協(xié)議的進行了對比，隨后選取其中具有代表性的幾款協(xié)議分別進行介紹。

3.1 Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種典型的自組織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點群中的每一個節(jié)點都具備計算、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能，即相當(dāng)于一個路由節(jié)點，且所有節(jié)點地位平等。目前最經(jīng)典的Adhoc路由協(xié)議有以下幾種：動態(tài)源路由協(xié)議DSR和按需距離向量協(xié)議AODV。DSR的優(yōu)點是無需周期性廣播路由信息，路由的建立和釋放都是動態(tài)的，即有需要時才臨時生成，這就大大減少了節(jié)點群中的廣播數(shù)據(jù)量，且支持單項鏈路，提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性；AODV協(xié)議中的路由發(fā)現(xiàn)機制同DSR幾乎類似，但在此基礎(chǔ)上加入了逐跳路由、目的節(jié)點序號等機制，進一步降低了網(wǎng)絡(luò)開銷。

目前Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議的研究已經(jīng)趨于成熟，在對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計過程中，研究人員理所當(dāng)然的會去參考一些優(yōu)秀的Adhoc路由協(xié)議，在此基礎(chǔ)上進行一些調(diào)整和改進，使之符合無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信的特點，從而形成了多種改進版的通信協(xié)議，而其中被利用最多的協(xié)議就是DSR和AODV[5]。

3.2 改進后的Mesh路由協(xié)議

（1）多徑源路由協(xié)議MSR

多徑源路由協(xié)議MSR是在DSR的基礎(chǔ)上改進而來。DSR的一大缺陷就是雖然其發(fā)現(xiàn)機制可以找到多條路由，但在路由選擇時依舊執(zhí)行簡單的最短路由策略，這在自組織網(wǎng)絡(luò)中是不適用的，容易造成網(wǎng)絡(luò)震蕩。MSR采用延遲作為路徑狀態(tài)的度量來衡量當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的多條路由的優(yōu)劣，并使用帶權(quán)重的循環(huán)調(diào)度算法，很好地將通信負荷分攤到不同的多條路由上，充分利用了無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點群的整體性能，避免了個別節(jié)點能耗過早耗盡。

（2）多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議MR-LQSR

該協(xié)議是由微軟公司在DSR路由協(xié)議的基礎(chǔ)上加以改進并推向市場的，屬于多信道無線通信協(xié)議。該協(xié)議創(chuàng)新的采用加權(quán)的累計傳輸時間作為關(guān)鍵因素，計算得到某條鏈路的狀態(tài)信息，并以此作為衡量路由優(yōu)劣的判據(jù)，有效提高了多信道信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）基于AODV的改進的單收發(fā)器多信道路由協(xié)議MCRP

該種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通常情況下都是針對企業(yè)用戶和較為特殊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用戶和應(yīng)用群體，進而制定出特殊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用策略。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)用戶并不會受到該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間存在的差異，但是對于特殊的網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)使用者需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用安全性。以此來保障網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部數(shù)據(jù)和信息穩(wěn)定不受侵擾。因為特殊的網(wǎng)絡(luò)使用用戶需要考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用安全性，所以需要在技術(shù)應(yīng)用的過程中充分提高加密保護處理效果，展示出技術(shù)加密應(yīng)用的安全性優(yōu)勢，以此來保障網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部信息數(shù)據(jù)安全[5]。

3.2 虛擬專用撥號網(wǎng)技術(shù)

在現(xiàn)階段，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐步開始在各個行業(yè)和領(lǐng)域推廣，雖然過去該種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)沒有受到關(guān)注和重視，但是現(xiàn)階段，該技術(shù)已經(jīng)越來越提高了省級中心服務(wù)器的系統(tǒng)連接水平，綜合提高了數(shù)據(jù)應(yīng)用專線的應(yīng)用效果，進而通過撥號的方式實現(xiàn)了市中心的服務(wù)裝置連接模擬處理效率提升。例如，在部分福利彩票中心，通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用進行不同時段的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞連接服務(wù)，然后再經(jīng)過市中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)連通。在該過程存在的最大弊端就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛯嶋H效率不理想，因為在各地區(qū)的彩票投注站購買人數(shù)較多，數(shù)據(jù)處理總量較大。但是數(shù)據(jù)傳輸處理的難度也較大，所以增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的難度，導(dǎo)致了關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)的處理問題頻發(fā)，影響了整體彩票開獎的順利進行。通過虛擬專用撥號程序在該領(lǐng)域中的應(yīng)用可以提升數(shù)據(jù)傳輸速度，將隔級數(shù)據(jù)傳輸程序進一步簡化，提升了整體的行業(yè)管理工作效率。

虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用發(fā)展帶動了整體計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展水平不斷提高，實現(xiàn)了虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣發(fā)展，在計算機虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展到過程中，對現(xiàn)代人的生活和工作都帶來了重要影響，帶動了整體企事業(yè)單位運作效率的提高。通過利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整體的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源共享逐漸達成，可以帶動了不受時間和地域限制的溝通交流發(fā)展，帶動了人們在生活和工作中的信息傳遞效率提高。

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)撥號技術(shù)的應(yīng)用具有重要的低成本優(yōu)勢，實現(xiàn)了公共問你咖喱數(shù)據(jù)信息傳遞的成本有效降低。同時通過應(yīng)用數(shù)據(jù)加密處理也避免了信息數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)中的傳遞出現(xiàn)問題，避免信息被非法竊取，提升了整體信息網(wǎng)絡(luò)的隱私性和信息安全性。凸顯了信息登錄認證和身份認證功能的重要優(yōu)勢。

4 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景和方向

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，整體社會經(jīng)濟進步發(fā)展速度不斷加快，不同因素的影響下，人們的生活方式也在不斷出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，所以在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的情況下，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐步融合進入了人們的工作和生活，打破了人們工作和生活中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的空間和時間限制。在社會發(fā)展過程中也因為人們的實踐生產(chǎn)水平的不斷提升帶動了整體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用水平提高。在現(xiàn)階段的城市化發(fā)展過程中，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高效率特點可以滿足人們快節(jié)奏的生活與工作需要，所以通過充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以解決好人們在社會生產(chǎn)生活中遇到的突發(fā)性問題，可以帶動企業(yè)生存在市場經(jīng)濟發(fā)展中獲得新的發(fā)展競爭優(yōu)勢。

5 結(jié)語

綜上所述，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及在實踐中的應(yīng)用是需要關(guān)注和重視的重要問題，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用普遍性提高也帶動了人們傳統(tǒng)的工作和生活方式發(fā)生變化，提高了生活與生產(chǎn)發(fā)展的便捷程度性提高，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬專用撥號技術(shù)的推廣可以提升計算機網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用效果，提高技術(shù)應(yīng)用的便捷性和安全性。

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