無線Mesh網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

鐘成琦　陳鈞　張展翔

摘 要 WMN又稱為無線網(wǎng)狀網(wǎng)，是一種基于IP協(xié)議的具有高容量、高速率的新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)。它由位置相對固定的Mesh路由器和移動隨意性很大的Mesh客戶端組成，通常要與其它網(wǎng)絡(luò)連接才能提供用戶所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。從某種意義上講，WMN更是一種網(wǎng)絡(luò)接入架構(gòu)思想?！癕esh”原意是指所有的節(jié)點全部互連，而實際上絕大多數(shù)WMN只需部分節(jié)點互連。

關(guān)鍵詞 無線Mesh網(wǎng)絡(luò) 異常檢測 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP183 文獻標(biāo)識碼：A

1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)定義

目前，主要推動無線Mesh標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的是Wi-Mesh聯(lián)盟和SSEMesh組織。2009年形成的IEEE 802.11s標(biāo)準(zhǔn)草案（DraftD3.00）就是由它們兩聯(lián)合提出的。其它標(biāo)準(zhǔn)如IEEE 802.15，IEEE 802.16和IEEE 802.20 也都將引入WMN組網(wǎng)技術(shù)中。

移動性網(wǎng)絡(luò)拓撲健壯性網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及擴展性業(yè)務(wù)類型應(yīng)用 Mesh路由器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)主體，移動性較差，無功耗限制；Mesh客戶端移動性強，有功耗限制靜態(tài)或者弱移動的網(wǎng)絡(luò)拓撲強Mesh路由器數(shù)量較少，Mesh客戶端數(shù)量龐大?？梢詫崿F(xiàn)多種無線網(wǎng)絡(luò)的互連互通，擴展性強提供客戶端節(jié)點到網(wǎng)關(guān)節(jié)點的無線接入、無線子網(wǎng)到Internet的無線接入及多種無線網(wǎng)絡(luò)間的互連互通多為民用通信移動性較強的客戶端構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)主體，有功耗限制。

2無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

WMN通常由Mesh路由器和Mesh客戶端組成，先介紹這兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

2.1無線Mesh路由器

除了包含路由選擇功能外，無線Mesh路由器還具備傳統(tǒng)無線AP的正常接入功能。根據(jù)完成任務(wù)不同可以再細分為接入路由器、骨干網(wǎng)路由器和網(wǎng)關(guān)Mesh路由器。為確保Mesh路由器對采用相同或不同無線訪問技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)的兼容性，它會有多個不同的無線接口。在支持多跳通信的基礎(chǔ)上，Mesh路由器改進了它的MAC層協(xié)議和功率控制技術(shù)，使得其較傳統(tǒng)無線路由器在獲得同樣信號覆蓋范圍的前提下傳送功率更低。傳統(tǒng)無線路由器的專用硬件平臺和通用計算機平臺均可用來搭載Mesh路由器。

2.2無線Mesh客戶端

為滿足WMN靈活組網(wǎng)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的要求，一些Mesh客戶端必須具備一定的路由功能。Mesh客戶端的路由功能可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，但它一般僅有一個無線接口，因此不能用作網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋。筆記本、臺式電腦、PDA等設(shè)備均可當(dāng)作Mesh客戶端使用。

WMN根據(jù)組成它的節(jié)點功能不同，可以分為基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、客戶端結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和混合結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)三種。

2.2.1基礎(chǔ)設(shè)施/骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)中僅由多個Mesh路由器組成的網(wǎng)絡(luò)被稱為基礎(chǔ)設(shè)施或骨干網(wǎng)絡(luò)。Mesh客戶端間和其它傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)間通過骨干網(wǎng)絡(luò)中的Mesh路由器的網(wǎng)橋功能實現(xiàn)互聯(lián)。WMN通過Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)功能與Internet 相連，為用戶無線延伸了Internet服務(wù)?；A(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)WMN可以使用多種無線技術(shù)，如IEEE802.11，IEEE802.16等，并具備以太網(wǎng)接口。

2.2.2客戶端結(jié)構(gòu)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)又被稱為平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ仁絎MN，具有為Mesh客戶端提供點對點服務(wù)的功能。這種結(jié)構(gòu)中只有功能完全一致的Mesh客戶端，它的對等性與移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)相同。這種結(jié)構(gòu)中的Mesh客戶端為保證相互間通信順暢，采用的物理層和傳輸層協(xié)議及無線接口等都相同?？蛻舳私Y(jié)構(gòu)WMN的Mesh客戶端較其它結(jié)構(gòu)的Mesh客戶端在自我配置、終端應(yīng)用和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等方面性能更強，因此其組成簡單，易部署，適合臨時架設(shè)。

2.2.3混合結(jié)構(gòu)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)WMN和客戶端結(jié)構(gòu)WMN的特點，實現(xiàn)了擴大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相互間進行通信的功能。混合結(jié)構(gòu)WMN中，由Mesh路由器組成的骨干網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)采用不同通訊技術(shù)和結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)如Internet、WLAN、Wi-Fi及WSN等之間的互連互通。Mesh客戶端根據(jù)所處環(huán)境，可以直接連接到Mesh路由器，也可以通過其它Mesh客戶端經(jīng)過多跳連接到Mesh路由器。Mesh客戶端的這種路由功能可以從客戶端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部區(qū)域改善WMN的連通性，大大增大了無線信號覆蓋面積。

著名的“無線臺北” 就是典型的混合結(jié)構(gòu)WMN。美國的費城、芝加哥、舊金山、匹茲堡等地也有類似項目。

3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)特點

以上三種WMN結(jié)構(gòu)體系中，混合結(jié)構(gòu)WMN優(yōu)勢最明顯，下面以它為例介紹WMN的特點。

（1）具有自組織、自管理等能力。WMN支持Ad hoc方式網(wǎng)絡(luò)互連，各節(jié)點在接入WMN時利用自動組網(wǎng)功能與其它節(jié)點建立并維護連接，在多跳轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時實現(xiàn)無縫通信。

（2）具有無線多跳網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。首先，在不犧牲信道容量的前提下，多跳技術(shù)大大縮短了WMN中無線鏈路所需的長度，減少了節(jié)點間相互干擾，降低了發(fā)射功率，提高了頻率復(fù)用效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量；其次，Mesh路由器在源節(jié)點和目的節(jié)點間建立冗余路徑，用以解決單點故障、潛在路徑瓶頸問題，增強了網(wǎng)絡(luò)的健壯性和可靠性。

（3）具有很強的兼容性。WMN一般不獨立運行，而是與現(xiàn)有多種網(wǎng)絡(luò)通過Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)或橋接功能進行互聯(lián)。

（4）架設(shè)成本低、投資風(fēng)險小。無線網(wǎng)關(guān)和Mesh路由器投入使用后位置基本固定，因此一定區(qū)域內(nèi)不需設(shè)置多個。WMN各設(shè)備都可提供接入服務(wù)，投資者無需設(shè)定專用AP，短期內(nèi)便能收益。

（5）具有更細致的路由和配置功能劃分。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中所有終端節(jié)點都要為其他節(jié)點執(zhí)行路由和配置功能。而WMN的Mesh客戶端雖然也有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，但主要還是由Mesh路由器承擔(dān)。

（6）具有龐大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。WMN通信范圍覆蓋廣，在城市化的部署與信號覆蓋中為客戶端提供可靠的電信級通信服務(wù)。

參考文獻

[1] D.M.Shila，Y.Cheng，and T.Anjali.Channel-Aware Detection of Gray Hole Attacks in Wireless Mesh Networks[C].The Proceedings of IEEE Globecom，2009：1-6.

[2] 李宏建.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)鍵技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院，2011.

[3] 王高才，馮鵬，王淖，彭穎，黃書強.一種速率自適應(yīng)的能耗優(yōu)化路由策略研究[J].計算機學(xué)報，2015，38（3）：555-566.

[4] Loukas Lazos，Marwan Krunz：Selective jamming/dropping insider attacks in wireless mesh networks[J].IEEE Network 2011，25（1）：30-34