基于WLAN的無(wú)線(xiàn)多跳Mesh網(wǎng)絡(luò )多信道實(shí)現

引言

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)近年來(lái)在機場(chǎng)、酒吧、家庭等地方已實(shí)現WLAN的覆蓋，從而使用戶(hù)擺脫了有線(xiàn)上網(wǎng)的束縛而獲得了極大的方便。為了以無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現更大范圍的覆蓋，WLAN中的接入點(diǎn)AP應添加無(wú)線(xiàn)mesh路由功能，同時(shí)這種AP也將成為mesh路由器，以負責本地接入和其他AP的分組轉發(fā)，最終通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接組成多跳的接入骨干網(wǎng)，也就是mesh網(wǎng)絡(luò )。

1 WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò )結構

圖1所示是WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò )結構示意圖。在圖1中，Mesh路由器通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接組成接入骨干網(wǎng)再，骨干網(wǎng)通過(guò)mesh網(wǎng)關(guān)實(shí)現internet的接人。每個(gè)用戶(hù)節點(diǎn)在本地的具有AP功能的路由器上接入，然后通過(guò)路由器的路由功能多跳地接入inter-net，以實(shí)現WLAN的無(wú)線(xiàn)擴展。

Mesh網(wǎng)絡(luò )能夠避免無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)因節點(diǎn)的擺放位置而造成的覆蓋死角。由于mesh路由器是無(wú)線(xiàn)連接，因而可降低無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)AP有線(xiàn)接入inter-net的安裝成本和帶來(lái)的不便。另外，在一個(gè)社區或企業(yè)里，網(wǎng)絡(luò )接人一般采用電纜或DSL系列連接。有時(shí)最后一公里采用無(wú)線(xiàn)方式，通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由器連接到電纜或DSL調制解調器。這種連接方式有很多弊端。即便是在小區內，用戶(hù)節點(diǎn)之間或者企業(yè)各辦公室之間共享信息也需要通過(guò)inter-net，這顯然會(huì )降低網(wǎng)絡(luò )資源的利用效率。而利用無(wú)線(xiàn)覆蓋用戶(hù)家庭或企業(yè)辦公室、不同辦公樓之間，往往會(huì )有很多覆蓋盲點(diǎn)，有時(shí)難以獲得無(wú)線(xiàn)服務(wù)。很多昂貴的寬帶網(wǎng)關(guān)又不能共享，必須在每個(gè)家庭或辦公樓分別安裝，這樣網(wǎng)絡(luò )鋪設的成本就會(huì )升高。為此，小區的每個(gè)家庭或在企業(yè)的一個(gè)辦公室、一棟樓里面也可以組成一個(gè)基于IEEE 802.11小型的網(wǎng)絡(luò )。它們之間不再用以太網(wǎng)的有線(xiàn)連接，而通過(guò)mesh路由器實(shí)現其連接。而mesh網(wǎng)正好可以實(shí)現多個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)互連，因而可以代替以太網(wǎng)的有線(xiàn)連接。

2 WLAN mesh網(wǎng)絡(luò )的信道實(shí)現

2.1 單電臺單信道WLAN Mesh網(wǎng)絡(luò )

傳統的WLAN Mesh路由器都是單電臺的，其組網(wǎng)模式如圖2所示。為便于分析，圖2中簡(jiǎn)略了每個(gè)路由器連接的其它節點(diǎn)。圖中的單電臺路由器以ad-hoc模式組成骨干轉發(fā)網(wǎng)絡(luò )，也稱(chēng)為類(lèi)ad-hoc組網(wǎng)模式。每個(gè)路由節點(diǎn)的唯一一個(gè)電臺不僅為本地用戶(hù)提供接入服務(wù)，還負責為其它路由器轉發(fā)分組。像ad-hoc網(wǎng)絡(luò )那樣，該網(wǎng)絡(luò )所有的節點(diǎn)都在一個(gè)信道上工作，它們共享帶寬，也容易受到干擾。因此網(wǎng)絡(luò )的性能很低，可擴展性很差。

從圖2可以看出，使用單信道時(shí)，由于相鄰節點(diǎn)之間存在著(zhù)干擾，所有節點(diǎn)不能同時(shí)接收或發(fā)送，故要在多跳范圍內用CSMA／CA MAC機制進(jìn)行協(xié)調。在骨干網(wǎng)絡(luò )上，隨著(zhù)跳數的增加，路由器分配到的帶寬將以1／n為底的指數遞減，這里，n是每個(gè)路由器本地服務(wù)的結點(diǎn)數加上它的下行鏈路所連接的路由器數。在圖2中，假設路由器1下行鏈路的帶寬為C，那么，路由器2平均只能分配l／4C的帶寬，這樣，路由器2的本地用戶(hù)以及路由器3共4個(gè)節點(diǎn)將在1／4C的帶寬上競爭接入路由器2。而路由器3的三個(gè)用戶(hù)將在(1／4)