無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(已修改)
2025-07-31 18:45 本頁(yè)面
【正文】 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) Wireless Mesh Network（ WMN） 無(wú)線用戶接入因特網(wǎng)的途徑 ? 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) ? 通過(guò) 2G的 GPSR技術(shù)或 3G網(wǎng)絡(luò) ? 覆蓋范圍廣 ? 建立基站的代價(jià)高，用戶上網(wǎng)費(fèi)用高，帶寬低 ? 無(wú)線局域網(wǎng)（ ） ? 帶寬高，組網(wǎng)成本低 ? 覆蓋范圍小 集 集 集 集 集 集集 集 集 集 集A PA PB S S 1B S S 2集 集 集無(wú)線用戶接入因特網(wǎng)的途徑（續(xù)） 寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò) WiMax 無(wú)線用戶接入因特網(wǎng)的途徑（續(xù)） ? 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)在自組網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，希望結(jié)合移動(dòng)通信網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 ? 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)利用無(wú)線 mesh路由器建立大范圍無(wú)線骨干，為各種有線與無(wú)線用戶提供多跳無(wú)線接入，被認(rèn)為是下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。 ? WMN可能的應(yīng)用包括無(wú)線寬帶服務(wù)、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)、高速城域網(wǎng)等。 1. 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)的組成 ? Mesh路由器： ? 具備 mesh組網(wǎng)能力，相互之間通過(guò)無(wú)線鏈路形成多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成 mesh骨干。 ? 具備作為網(wǎng)關(guān) /網(wǎng)橋的路由能力，允許其它網(wǎng)絡(luò)接入。 ? Mesh客戶： ? 可直接接入 mesh路由器， mesh客戶之間也可通過(guò)無(wú)線鏈路形成多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 ? 硬件平臺(tái)和軟件比 mesh路由器簡(jiǎn)單得多。 2. 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類型 [1] 架構(gòu) /骨干式（ Infrastructure/backbone WMN） 無(wú)線 mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類型（續(xù)） 對(duì)等式 WMN 無(wú)線 mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類型（續(xù)） 混合式 WMN WMN的特性（混合式） ? 雖說(shuō)是一種多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但有一個(gè)無(wú)線骨干，通過(guò)無(wú)線骨干很容易支持終端節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。 ? Mesh路由器較少移動(dòng)且專門執(zhí)行路由與配置功能，大大減輕了 mesh客戶與其它終端節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。 ? 可集成包括有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，支持多種類型網(wǎng)絡(luò)接入。 ? mesh路由器通常不移動(dòng)且有持久的電源供應(yīng)， mesh客戶則一般是移動(dòng)的且由電池供電。 ? WMN并不是獨(dú)立運(yùn)行的，需要與其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相兼容和互操作。 3. 一個(gè)架構(gòu)式 mesh網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例 — MeshCluster[2] ? 中繼節(jié)點(diǎn)： ? 中繼接口：構(gòu)造mesh主干； ? 接入接口：允許mesh客戶接入； ? 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)： ? 中繼接口：構(gòu)造mesh主干； ? 因特網(wǎng)回程接口：接入因特網(wǎng)。 AODVST路由協(xié)議 ? AODVspanning tree是一種混合路由協(xié)議： ? 采用主動(dòng)策略維護(hù)中繼節(jié)點(diǎn)到每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的最佳路由，減小中繼節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的路由發(fā)現(xiàn)延遲； ? 采用按需路由發(fā)現(xiàn)策略建立中繼節(jié)點(diǎn)之間的路由。 4. WMN的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素 [1] ? 無(wú)線技術(shù) ? 有向和智能天線、 MIMO系統(tǒng)、多射頻 /多信道系統(tǒng)、可重配置無(wú)線電、認(rèn)知無(wú)線電、軟件無(wú)線電等。 ? 高層協(xié)議需要進(jìn)行革命性的設(shè)計(jì)，尤其是 MAC層和路由協(xié)議。 ? 可擴(kuò)放性 ? 從 MAC層到應(yīng)用層的所有協(xié)議都必須是可擴(kuò)放的。 ? 網(wǎng)狀連接 ? 拓?fù)湔J(rèn)知的 MAC和路由協(xié)議可極大提高網(wǎng)絡(luò)性能。 WMN的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素（續(xù)） ? 寬帶和 QoS ? 必須考慮延遲抖動(dòng)、集合吞吐量、每節(jié)點(diǎn)吞吐量、丟包率等更多性能參數(shù)。 ? 安全 ? 針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)提出的安全方案不能適用于 WMN。 ? 易于使用 ? 所設(shè)計(jì)的協(xié)議必須使得網(wǎng)絡(luò)盡可能自治，要開(kāi)發(fā)有效的網(wǎng)絡(luò)管理工具。 ? 兼容性和互操作性 ? mesh路由器應(yīng)能夠集成異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。 5. 研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn) [1] ? 網(wǎng)絡(luò)容量的理論研究 ? 通信協(xié)議棧 ? 網(wǎng)絡(luò)管理 ? 安全 ? 跨層設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)容量的理論研究 ? [3]研究了無(wú)線自組網(wǎng)容量的理論上界和下界，據(jù)此給出了提高自組網(wǎng)容量的指導(dǎo)性方針。 ? [3]的分析方法推動(dòng)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的研究，但存在兩個(gè)缺點(diǎn)： ? 采用的模型較為簡(jiǎn)單，沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的影響 。 ? 網(wǎng)絡(luò)容量的理論邊界是基于漸近分析得到的，不能反映出給定規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的確切容量。 ? 分析結(jié)果能否應(yīng)用于 WMN還有待研究。 通信協(xié)議棧 —物理層 ? 先進(jìn)的物理層技術(shù) ? 利用不同調(diào)制技術(shù)與編碼速率的組合支持多傳輸速率，從而可為上層應(yīng)用提供自適應(yīng)容錯(cuò)能力。 ? 支持高速傳輸?shù)恼活l分多路復(fù)用（ OFDM）技術(shù)和超寬帶（ UWB）技術(shù)。 ? 提高信道容量和信道可靠性的多天線系統(tǒng)，如天線分集、智能天線、多輸入多輸出（ MIMO）系統(tǒng)等。 ? 可獲得更高頻譜利用率和可行頻率規(guī)劃的頻率捷變無(wú)線電（ frequencyagile radios）或認(rèn)知無(wú)線電（ cognitive radios），這些技術(shù)可動(dòng)態(tài)捕獲未占用的頻譜。 物理層的開(kāi)放問(wèn)題 ? 還需要除 OFDM和 UWB之外的新的寬帶傳輸技術(shù)； ? 多天線系統(tǒng)的復(fù)雜性和代價(jià)還太高，無(wú)法被大規(guī)模商業(yè)化； ? 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)還在發(fā)展初期； ? 允許高層協(xié)議訪問(wèn)或控制的物理層組件，軟件無(wú)線電應(yīng)是一種很有前景的技術(shù)。 通信協(xié)議棧 —MAC層 ? WMN與經(jīng)典無(wú)線網(wǎng)絡(luò) MAC層的主要差異在于多跳通信、多點(diǎn) 多點(diǎn)通信。 ? WMN的 MAC層協(xié)議可工作在單信道或同時(shí)工作在多個(gè)信道上。 ? WMN的 MAC層協(xié)議分為： ? 單信道 MAC協(xié)議 ? 多信道 MAC協(xié)議。 單信道 MAC協(xié)議 ? 修改已有的 MAC協(xié)議：只能獲得較低的端到端吞吐量。 ? 跨層設(shè)計(jì)： ? 基于有向天線的 MAC協(xié)議：可消除暴露節(jié)點(diǎn)，但會(huì)產(chǎn)生更多的隱藏節(jié)點(diǎn)；且面臨成本、系統(tǒng)復(fù)雜性、快速操控有向天線的實(shí)際問(wèn)題。 ? 具有功率控制的 MAC協(xié)議：使用較低的傳輸功率，減少暴露節(jié)點(diǎn)，但隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題可能變得更糟糕。 ? 提出新的 MAC協(xié)議：重新回到基于 TDMA或 CDMA來(lái)設(shè)計(jì)MAC層協(xié)議很有必要，但到目前為止幾乎沒(méi)有供 WMN使用的 TDMA或 CDMA MAC協(xié)議。 多信道 MAC協(xié)議 ? 多信道單收發(fā)器 MAC協(xié)議： ? 每電臺(tái)一個(gè)收發(fā)器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)任一時(shí)刻只能工作在一個(gè)信道上，但不同節(jié)點(diǎn)可同時(shí)工作在不同的信道上，需要相應(yīng)的 MAC協(xié)議。 ? 多信道多收發(fā)器 MAC協(xié)議： ? 一個(gè)電臺(tái)有多個(gè)并行的射頻前端芯片和基帶處理模塊，可同時(shí)支持幾個(gè)信道，但只需要一個(gè) MAC層模塊協(xié)調(diào)多個(gè)信道的活動(dòng)。到目前為止，尚沒(méi)有提出針對(duì) WMN的多信道多收發(fā)器 MAC協(xié)議。 ? 多電臺(tái) MAC協(xié)議
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