一種新的WLAN無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )測試床的設計與實(shí)現

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)的發(fā)展和大規模應用在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了很多其它問(wèn)題，如WLAN并不是真正意義上的“無(wú)線(xiàn)”；可靠性低；覆蓋能力有限；多數WLAN網(wǎng)絡(luò )在其有效距離內具有“盲區”等等。而無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的出現，則很好地解決了上述問(wèn)題。它徹底擺脫了線(xiàn)纜的束縛，能夠實(shí)現非視距傳輸，可靠性高，結構靈活，魯棒性強，因而越來(lái)越受到人們的重視，對無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的研究也逐漸增多。目前對無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的研究，比較典型的有2種方法：a)采用仿真方法開(kāi)展研究工作，例如，基于NS-2和OPNET的仿真軟件，建立無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )(Wireless Mesh Network，WMN)協(xié)議模型和業(yè)務(wù)傳輸模型，進(jìn)行協(xié)議的設計和性能分析。但對于真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，仿真還有一定局限性，畢竟它只是對現實(shí)環(huán)境的模擬。b)搭建測試床的方法，它基于無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )結構抽象出更小的網(wǎng)絡(luò )結構模型、業(yè)務(wù)模型及關(guān)鍵技術(shù)，與真實(shí)環(huán)境基本相同，研究結果可直接運用到實(shí)際當中，這也是目前許多國內外研究機構正在進(jìn)行的研究工作。測試床研究方法中，比較典型的有卡靈頓大學(xué)的WMN。除此之外，還有普渡大學(xué)項目和西安電子科技大學(xué)的Mesh網(wǎng)絡(luò )性能測試平臺。在它們所搭建的測試床中，每一個(gè)被稱(chēng)作MAP的Mesh路由器是一臺裝有兩塊無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡和一塊有線(xiàn)網(wǎng)卡的臺式機，有線(xiàn)網(wǎng)卡主要用來(lái)實(shí)現管理功能。這種設計對MAP節點(diǎn)的性能要求過(guò)高，也不利于Mesh網(wǎng)絡(luò )的擴展。鑒于此問(wèn)題，本文在上述研究的基礎上，對無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )測試床進(jìn)行了改進(jìn)。

1 現有的Mesh測試床分析
在Mesh網(wǎng)絡(luò )中，MAP節點(diǎn)既是客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )的終點(diǎn)，又是Mesh骨干網(wǎng)的起點(diǎn)，將客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )和Mesh骨干網(wǎng)兩個(gè)邏輯上獨立的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體，連接成一個(gè)功能上統一的整體。目前，大多數研究機構在MAP節點(diǎn)結構的設計上，普遍遵循如下思想：用單獨一個(gè)節點(diǎn)實(shí)現兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )的連接，即用一臺裝有兩塊無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的PC來(lái)實(shí)現骨干網(wǎng)絡(luò )和客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )的連接，該節點(diǎn)同時(shí)處于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )當中。其中一塊無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡實(shí)現AP功能，另一塊實(shí)現MP功能，兩塊網(wǎng)卡之間通過(guò)相應的地址轉換技術(shù)實(shí)現網(wǎng)卡間地址的轉換。
在實(shí)際搭建過(guò)程中，這種方案具有明顯的局限性，主要表現在以下3個(gè)方面：
a)網(wǎng)卡選擇：前期的探索性實(shí)驗證實(shí)了在一臺PC中安裝兩塊相同的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，由于驅動(dòng)程序完全相同，沖突是在所難免的，它將導致兩塊無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡無(wú)法同時(shí)正常工作。另外，即使兩塊無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡不相同，若它們工作在同一頻段(2．4 GHz或者5GHz)，由于距離較近，也會(huì )產(chǎn)生很大的同頻干擾，從而影響了數據的正常傳輸。因此，該方案在很大程度上限制了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的自由選擇。
b)節點(diǎn)故障處理：在Mesh網(wǎng)絡(luò )的日常使用和維護過(guò)程中，節點(diǎn)隨時(shí)會(huì )出現故障。若采用該方案，一旦MAP節點(diǎn)出現問(wèn)題，由于節點(diǎn)自身的復雜性，很難進(jìn)行故障排除，如果需要對設備進(jìn)行更換，成本相對較高。
c)網(wǎng)絡(luò )的擴展性：當現有的WLAN網(wǎng)絡(luò )需要加入Mesh網(wǎng)絡(luò )時(shí)，在該方案下，必須破壞現有的WLAN網(wǎng)絡(luò )結構，所有客戶(hù)端節點(diǎn)重新搜索MAP節點(diǎn)。若有多個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò )存在，處理方法也如此。這樣不但浪費了現有的硬件資源(WLAN的接入點(diǎn)AP)，而且由于所有欲加入網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)都需要斷開(kāi)并重新獲得網(wǎng)絡(luò )參數，增加了網(wǎng)絡(luò )重建的復雜性。如圖1所示，WLAN網(wǎng)絡(luò )A和B欲加入Mesh網(wǎng)絡(luò )，接入點(diǎn)AP下的所有客戶(hù)端節點(diǎn)首先斷開(kāi)與原AP的連接，接著(zhù)在搜索到就近的MAP后重新建立連接，從而加入到Mesh網(wǎng)絡(luò )，最終得到如圖2所示的Mesh網(wǎng)絡(luò )結構。

采用上述方案搭建Mesh網(wǎng)絡(luò )測試床的性?xún)r(jià)比是很低的，為了降低測試床實(shí)現的難度，方便后期測試床的維護和擴展，本文提出一種新的MAP實(shí)現方案。