无线多跳网络(WMN).
网罗无线通信技术之无处不在的无线Mesh网络.
网罗无线通信技术之无处不在的无线Mesh网络无线Mesh网络基本结构目前，无线网络技术正越来越受到人们的重视，其中，一种新型的宽带无线网络结构—无线Mesh网络(WMN)正成为无线网络研究中的一个热点。
WMN是移动AdHoc网络(MANET)的一种特殊形态，是一种新型的宽带无线网络结构，它被看成是无线局域网和AdHoc网络的融合，并兼具两者的优势。
有关无线Mesh网络的标准散见于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等标准草案中。
目前国际标准化组织，特别是IEEE正在致力于与学术界共同推动无线Mesh网络的标准化工作,在802.20、802.15.5等标准中也正在考虑引入Mesh组网技术。
无线Mesh网络基本原理使用WMN技术构建的网络，其拓扑结构呈网格状(如图所示)。
在WMN中包括两种类型的节点：无线Mesh路由器和无线Mesh终端用户，其网络主干由呈网状结构分布的路由器连接而成。
WMN有两种典型的实现模式：基础设施Mesh模式和终端用户Mesh模式。
在基础设施Mesh 模式中，在Internet接入点(IAP)和终端用户之间可形成无线的回路。
IAP通过路由选择及管理控制等功能，为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径。
同时，移动终端通过IAP可与其他网络，如Wi-Fi、WiMAX和传感器网络等的连接，提高网络自身的兼容性。
在终端用户Mesh模式中，终端用户通过无线信道的连接形成一个点到点的网络。
终端设备在不需要其他基础设施的条件下可独立运行，它可支持移动终端较高速的移动，快速形成宽带网络。
终端用户兼具主机和路由器的角色：一方面，节点作为主机运行相关的应用程序；另一方面，节点作为路由器运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等操作。
WMN与移动AdHoc网络的区别主要表现在两方面：一是组网方式不同。
移动AdHoc网络是扁平结构，而WMN是分层和等级结构，在每层内部形成多个小AdHoc网络，不同层之间通过无线互连起来，做到集中控制管理和自由动态组网有机结合。
一种新的无线Mesh网络拥塞控制机制
一种新的无线Mesh网络拥塞控制机制李显萍;王勇【摘要】针对无线Mesh网络的拥塞问题, 提出一种新的链路自适应速率控制机制LLAP(Link Layer Adaptive Pacing), 通过网关的链路层队列调度机制进行包的调度和MAC通告, 利用Mesh网关控制从有线到无线数据流的发送速率, 避免了过多数据传输产生跳路间的严重干扰. 控制机制在链路层完成, 不需要修改现有的传输或路由协议. 利用网络仿真软件NS2对LLAP控制下的Mesh网络性能进行了分析和测试, 仿真实验结果表明, LLAP控制下的网络性能得到了明显改善.【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2010(048)003【总页数】5页(P456-460)【关键词】无线Mesh网络;拥塞控制;多跳【作者】李显萍;王勇【作者单位】吉林省经济管理干部学院,国际商务系,长春,130012;吉林大学,计算机科学与技术学院,长春,130012【正文语种】中文【中图分类】TP39无线Mesh网络(Wireless Mesh Network, WMN)是一种多跳无线网络, 在不减少当前信道容量的情况下, 扩展无线网络的覆盖范围及为处于非视距范围的用户提供非视距连接是WMN的主要目标. 通过Mesh方式的网络连接, 只需短距离的链路, 经较少的干扰, 即可为网络提供较高的吞吐量和频谱复用效率[1]. 目前无线多跳技术已得到广泛应用, WMN中的网关或网桥等使WMN与现有的蜂窝网、无线传感器网、 WLAN、 WiMAX和WiMedia等结合, 使用户获得透明的网络连接. WMN可以利用多跳无线网状拓扑结构提供Internet宽带接入.多跳特性是无线Mesh网络区别于一般网络的重要特征. 多跳无线链路同时工作，且处于相同或相互重叠的信道时, 整体性能会受到较大影响[2]. 如果TCP发送过多的包则会加大MAC的重传，由于MAC的竞争会使大量数据被丢弃，且MAC竞争产生的丢包率太小， TCP窗口将不能稳定在一个合适值，故网络常处于激烈的竞争状态[3-6]. 本文针对Mesh网络的多跳性, 设计一种新的链路自适应速率控制机制(Link Layer Adaptive Pacing, LLAP), 通过修改网关的链路层队列调度机制, 优化了网络性能.1 链路层自适应控制方案LLAPMesh网络通过网关接入Internet, 借助网关实现对网络的有效控制[7]. LLAP算法利用4跳传输延时控制发送速率, 做了如下改进:(1) 现有算法数据流的参数通过RTT(用TRTT表示)控制, 由于TRTT是对数据整个传输过程的测量, 因此只能观察到数据流的整体情况, 而忽略了节点的局部状态. 如果在网关控制发送速率, 就要结合网关的局部特性解决不同跳路各节点竞争程度相差较大的问题. 但重传次数却能实时、准确地反映链路竞争程度, 而且对发送速率有较好的预警作用, 因此本文在现有算法的基础上, 引入重传次数以加强节点竞争程度对传输速率的作用.(2) 现有算法只适用于4跳以上的长跳数据流[8], 对于4跳以下的短跳数据流并不具备空间复用性, 导致现有算法不能对这些数据流进行合理的控制. 而在Mesh网络中, 短跳数据流占主要地位, 因此必须解决这类数据的传输. 本文针对短跳路径空间寄存为1跳的特性, 直接由TRTT计算平均传输延迟, 并对短跳数据流进行合理的控制.(3) 现有的算法都局限于TCP拥塞控制, 但当UDP数据流出现且发送速率较大时, TCP不再稳定传输甚至不能传输. 因此, 按照公平性原则, 对UDP数据流也应进行自适应速率控制, 从而保证网络的整体性能.图1 节点结构Fig.1 Node structure假设骨干网中的所有核心节点有一个单独输入队列, 该队列中的所有包都传向同一出口节点, 并在同一传输队列中传送, 包在输入队列与传输队列间流动, 两个队列对包都采用先进先出的服务方式. 所有输入数据包都被放入相应的输入队列, 这些数据包将通过输入队列到达特定的出口节点. 此信息可以通过路由层获得. 每个节点都存有数据包在该出口节点和下游节点的平均时间, 分别是HT和NHT. 包从输入队列到传输队列的调度就是基于HT和NHT的值. 如果节点的NHT大于出口节点的HT, 即增加了额外的包从输入队列移动到传输队列的时延. 图1为包含队列和调度的节点架构.用WMA(Weighted Moving Average)法计算HTd:其中: 相邻两个分别从各自输入队列向传送队列移动的信息包间的延迟称为PD, PD在中心节点处计算; 拥塞信息的传播需要在每个节点处做HT和NHT估计; HTd为信道空间复用上限, 当信息发送时, 如果能精确调度并达到没有竞争状态, 这时网络处于最大的空间复用程度, 此时的最大传输速率即为网络带宽上限; 根据发送速度和竞争程度间的反比关系, 可知实际发送速率还要根据当前竞争加以限制; 为使信息流速率更稳定, 需进行平滑处理, 针对不同的网络环境, 平滑因子α=0.7～0.9.算法1.1 接口队列的调度算法.(1) 收到一个信息包后, 依靠其目的地找到该目的客户机所连接的出口节点, 并将该信息包放到相应的输入队列中; 如果针对这个出口节点的输入队列不存在, 则需建立一个然后将其放入;(2) 把相邻节点间传输在MAC层的信息包以串音方式估计每个出口节点的NHT;(3) 为每个输入队列创建计时器值等于PD的计时器, 且在中心节点和入口节点分别有各自的值;(4) 只要有任何输入队列的计时器停止, 即将信息包从相应的输入队列移到传送队列中, 并用现有PD的估计值重新启动计时器;(5) 一个信息包由MAC层传输成功后, 再传输传送队列中的下一个信息包.算法1.2 MAC层的HT和NHT估计算法.(1) 当一个信息包从上游节点到达其他节点时, 更新信息包的到达时间(Ta(n));(2) 只要一个信息包成功的经由MAC层传输到相应的出口节点, 得到当前时间, 信息包到达下游节点的时间(Ta(n+1))减去信息包传输的时间, 得到信息包从当前节点出发的时间(Td(n));(3) HT=Td(n)-Ta(n), 用WMA法计算平均值;(4) 当通过下游节点进行串音信息包传递时, 保持信息包的标识以进行比较;(5) 一旦信息包传递串音, 收到信息包, 如果信息包标识可用, 得到当前时间, 它给出了信息包成功传递到下游节点的时间(Td(n+1));(6) 从节点删除信息包标识;(7) NHT=Td(n+1)-Ta(n+1), 用WMA法计算平均值;(8) 4×NHT周期内如果信息包还没有串音, 则信息包可能已经在下游节点处丢失, 或者信息包在下游节点处排队等候了更长时间, 或者节点当时忙, 此时, 将信息包的标识从节点中删除, NHT样本值取4×NHT.2 算法的整体结构图2 LLAP网关的调度结构Fig.2 LLAP gateway scheduling structure在Mesh网络中, 有线和无线的连接通过网关实现, 因此, 网关非常重要. 如图2所示的网关结构中, 每个数据流对应一个独立的队列, 并为每个队列设置一个出队定时器. 当网关收到有线网络发来的数据时, 链路层将包压入相应的队列, 然后由出队定时器负责包的调度和MAC通告. 在包入队时, 用包头中的源地址、目的地址、源端口号和目的端口号区别每个数据流, 并根据其有无ACK回应选择数据流类型及相应控制算法.算法描述如下：Proc LAPQueue∷recv( ){read (seq,sip,dip,sp,dp)from packet headerget flow_id i match with (sip,dip,sp,dp)if packet type is Data and send down to wireless nodebuffer packet in Flow_Queue (i)else if packet type is ACK and send up to wired node{Set TRTT=tnow-tdequeue at GWif (flow_hop (i)>4)else{if(seq==last_send_seq) and Dequeue_Timer (i) is on{dequeue Flow_Queue (i) and send pkt to MACcancel and restart Dequeue_Timer (i)}}}}对网关中的每个数据流i(1≤i≤N):Proc Dequeue_Timer∷Timeout( ){dequeue packet from Flow_Queueset packet transmission time tsequeue at GW=tnowsend packet to MAC layerif flow i is not an acknowledged flowupdate flow rate R using (caculated by a global measurement periodically) start Dequeue_Timer using current R}3 仿真结果3.1 拥塞场景分析下面建立一个仿真场景, 分别由节点A向节点B、节点C向节点D、节点E向节点F、节点G向节点H发送数据包, 即设置4个源节点、 4个接收节点. 发送速率为600 Kb/s, 包的大小为512 b. 发送报的时间分别为1.4,10.0,20.0,30.0 s.仿真结果为: 随着共享网络资源节点数的增加, 丢包率逐渐增大, 在1.4～10.0 s的丢包率为0, 因为在此期间只有一个节点独享网络资源. 但随着其他节点开始共享网络资源, 丢包率、延迟增大, 网络的性能逐渐下降.3.2 速率、跳数对网络性能影响的仿真利用NS2建立拓扑结构分别分析跳数、发送速率对网络性能的影响. 通过UDP流量发生器建立CBR流量. 数据包的大小为1 Kb, 对MAC层进行分析.3.2.1 速率对网络性能的影响在相同的仿真环境下设置CBR传输速率分别为0.5,1.0,1.5 Mb/s. 由节点A向节点H发送数据包.仿真结果为: (1) 当发送速率为0.5 Mb/s时, 延迟约为0.3 ms; (2) 当发送速率为1.0 Mb/s时, 延迟约为0.4 ms; (3) 当发送速率为1.5 Mb/s时, 延迟约为4.5 ms. 由仿真结果可见, 随着发送速率的增大, 网络的性能逐渐降低, 延迟逐渐变大, 丢包现象也逐渐增加, 网络的吞吐量逐渐下降. 因此, 有效的拥塞控制必须选择适当的发送速率, 使网络性能达到最优.3.2.2 跳数对网络性能的影响由节点A向节点E发送数据包, 即采用4跳网络, 发送速率为1 Mb/s, 其他仿真条件与7跳网络相同. 仿真结果为: 4跳网络的丢包率、延迟明显比7跳下的低, 4跳下的吞吐量稳定在700 b/s左右, 7跳下的吞吐量只有300 b/s. 这是因为随着跳数的增加, 跳路间的竞争更加激烈, 节点间的干扰加剧, 产生拥塞, 使网络性能下降. 由于Mesh网络具有多跳性, 因此Mesh网络中的多跳数据流对网络的性能有较大影响.4 LLAP算法的优越性本文利用NS2建立的Mesh网络如图3所示. 无线信道带宽设为11 Mb/s, 发送UDP/CBR数据流, 包大小设为1 Kb. 仿真结果如图4和图5所示.图3 NS场景中的Mesh网络Fig.3 Mesh network of NS scene图4比较了在加入LLAP的Mesh网络和一般的Mesh网络中吞吐量和网络负载的关系. 由图4可见, 在负载达到160 Kb/s时出现了一个折点. 一般情况下, 当负载超过该折点值时, 吞吐量会剧烈下降. 而在LLAP控制下的Mesh网络中, 即使负载超过折点值也能使吞吐量稳定在一个较高值. 由图5可见, 延迟随网络负载的增大而增大, 但在LLAP控制下的延迟明显比一般情况下小. 当负载为1 000 Kb/s时, 在LLAP控制下的延迟只有1.4 ms；而一般情况下, 当负载仅在50 Kb/s时, 延迟即达到了2.2 ms. 因此, LLAP算法有效地降低了节点间的竞争, 合理利用了信道带宽, 使网络的性能得到很好地改善.综上, 本文通过对一种新的链路层拥塞控制机制LLAP的分析, 用Mesh网络的网关节点控制发送速率, 使节点间能相互协调通信, 从而解决了网络竞争. 利用仿真软件NS2分析了多跳无线网络的性能, 并研究了发送速率和跳数对网络性能的影响. 仿真结果证明LLAP算法能有效控制多跳数据流产生的跳路间拥塞, 从而提高了网络的整体性能.图4 吞吐量与网络负载的关系Fig.4 Relationship between throughput and network load图5 端到端延迟与网络负载间的关系Fig.5 Relationship between end to end delay and network load参考文献【相关文献】[1] ZENG Wei-jun. Research on Congestion Control Mechanism for Ad Hoc Network [D]: [Master’s Degree Thesis]. Xi’an: Xidian Science Technology University, 2006. (曾伟军. Ad Hoc网络拥塞控制机制研究 [D]: [硕士学位论文]. 西安：西安电子科技大学, 2006.)[2] JIANG Feng. Congestion Control in Wireless Multihop Networks [D]: [Master’s Degree Thesis]. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology, 2005. (姜峰. 无线多跳网络的拥塞控制 [D]: [硕士学位论文]. 武汉：华中科技大学, 2005.)[3] FU Zheng-hua, LUO Hai-yun, Zerfos P, et al. The Impact of Multi-hop Wireless Channel on TCP Performance [J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2005, 4(2): 209-221.[4] WANG Yu-lei. Analysis of the Key Technology of Wireless Mesh Networks [J]. Network Security Technology & Application, 2007(4)： 92-94. (王玉磊. 无线Mesh网关键技术分析 [J]. 网络安全与技术应用, 2007(4)： 92-94.)[5] 方旭明. 下一代无线因特网技术：无线Mesh网络 [M]. 北京：人民邮电出版社, 2006.[6] YANG Yan. Research on TCP/IP Congestion Control Strategies [D]: [Master’s Degree Thesis]. Wuhan： Huazhong Normal University, 2005. (杨燕. 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wan的系统结构和网络应用
无线网格网WMN由Mesh Router和Mesh Client组成。
Mesh Router只具有很小的移动性并且组成了WMN的基本骨干结构。
它们为mesh client和传统的客户端提供网络接入。
通过设置mesh router为网关并利用桥接功能，wmn可以和现存的大多数网络如Internet，蜂窝网，IEEE802.11，IEEE 802.15，IEEE802.16，IEEE802.20等进行集成。
Mesh client既可以是固定节点，也可以是移动节点。
在Mesh Router的协助下，这些或固定或移动的客户端形成了网格网络。
WMN架构一开始的提出就是为了提高Ad Hoc，WLAN（Wireless local area networks），WPANs（Wireless personal area networks）和WMANs（Wireless metropolitan area networks）等这些无线网络的性能，并解决无线技术固有的限制。
WMN在不同的区域为不同的用户提供不同的无线服务。
如家庭个人用户，校园用户，城市商业用户等。
尽管目前在无线网格网领域内进行了大量的研究，但是几乎在所有的协议层上都遇到了挑战。
1．本文首先描述近来在WMN领域的最新研究。
2．重点讨论WMN的系统结构和网络应用，因为它们影响着协议的设计。
3．网络的理论容量和各种协议4．最后会谈到WMN测试环境，产业应用和当前的标准。
在WMN中，节点是由mesh router和mesh client两种类型的节点构成的。
每个节点既要担当主机（host）的角色，也要担当路由器的角色。
转发来自其他接点的数据包将是一个最常见的任务，因为目标节点不总是在单跳的无线传输范围之内。
WMN中所有节点都具有自组织和自配置的能力。
它们能自动建立并维护由它们自己构成的网格网络的连接性。
事实上，这个行为完全等同于建立并维护有效的Ad Hoc网络。
无线分布式网络(Wireless Distributed Nerworks)
络节点同时具有终端和路由器的双重功能。
ad hoc网络不依赖预设的基础设施而临时组建，可以通
过无线连接构成任意的网络拓扑。
可独立工作，也可与Internet或蜂窝无线网络连接。
6
Ad Hoc无线网络
网络为“特定 称Ad Hoc网络为“ 自
传感器网络的节点数量大、密度高
由于传感器网络节点的微型化, 每个节点的通信
和传感半径很有限, 一般为几十米范围之内, 而 且为了节能, 传感器节点大部分时间处于睡眠状 态, 所以往往需要铺设大量的传感器节点。 传感器网络的节点数量和密度都要比ad hoc 网络 高几个数量级，甚至多到无法为单个节点分配 统一的物理地址。这会带来一系列问题, 如信号 冲突、信息的有效传送路径的选择、大量节点 之间如何协同工作等。
Golden Gate Bridge – San Francisco
A thin arch dam - Switzerland
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WSN应用举例（续）
3. Equipment Health Monitoring in Semiconductor Lab
Intranet
Intranet isolation
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无线分布式网络的发展
随着ad hoc 网络研究和应用的不断深入， 衍生
出了无线传感器网络（WSN）和无线Mesh 网 络（WMN）； WSN和WMN它们也采用分布式、自组织组网 思想，但在特定应用环境下具有不同于ad hoc 网络的特性； 随着技术不断发展, 无线分布式网络变为一个非 常宽泛的概念，主要由ad hoc 网络、无线传感 器网络和无线Mesh 网络 3种网络组成。
Mesh
１ ． １ Ｍｅ ｓ ｈ网络 结构
Ｍｅ ｓ ｈ网络 中的节 点设备 按照功能划分可 以分为 Ｍｅ ｓ ｈ 路 由器和 Ｍｅ ｓ ｈ客户端 。根据节 点的功能， Ｍｅ ｓ ｈ网络又可 以划 分为 Ｍｅ ｓ ｈ骨干 网结构 、 Ｍｅ ｓ ｈ客户端结构 以及基于上述 ２种 结构 的混 合组网结构 。 （ １ ） Ｍｅ ｓ ｈ骨干 网结构。Ｍｅ ｓ ｈ骨干 网结构主要 由 Ｍｅ ｓ ｈ路 由器组成 ， Ｍｅ ｓ ｈ路 由器之 间通过无线链路组成 Ｍｅ ｓ ｈ骨干网 ， Ｍｅ ｓ ｈ骨干网通过 Ｍｅ ｓ ｈ路 由器的网关功能实现 以太 网接入 。 Ｍｅ ｓ ｈ骨干网结构如 图 １中“ Ｍｅ ｓ ｈ骨干 网结构” 所示 。 （ ２ ） Ｍｅ ｓ ｈ客户端 结构。Ｍｅ ｓ ｈ客户端 结构由 Ｍｅ ｓ ｈ客户端 组成 ， 支持路 由、 网络配置 以及终端应用等功能 。 Ｍｅ ｓ ｈ客户端 结构如 图 １中“ Ｍｅ ｓ ｈ客 户端结构” 所示 。 （ ３ ） 混合组网结构。在 上述两种 Ｍｅ ｓ ｈ网络结构的基础之
１ ＷＭ Ｎ 技 术
Ｍｅ ｓ ｈ网络 基 于 Ｗ Ｌ Ａ Ｎ 和 Ａｄ Ｈｏ ｃ 是一 种 多跳 网状 网络 ，
数据在 Ｍｅ ｓ ｈ网络 中可经过多次传输后到达 目的地 ， Ｍｅ ｓ ｈ 网络 中的任意节 点设备可 同时作为接入设备和路由设备。 Ｍｅ ｓ ｈ网 络 的组 网方式类似于 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ ，由数据传输发起点到接 收点可
的地 。若与 Ｗｉ ． Ｆ ｉ 、 无线传 感器等技术联合组网 ， 可实现广泛
的网络覆盖范围 。
和稳定性不受单个节备可 以通过 多个短跳路由连接至骨干 网， 设备发射功率更 低， 对相 邻节 点的信号干扰更小 ， 有利于提高整体网络质量 。 （ ３ ） 网络带宽 。在无线网络 中， 用户 设备距 离接入 设备越
MESH及星型网络结构
mesh编写Mesh 网络即〞无线网格网络〞,它是“多跳〔multi-hop 〕〞网络，是由 ad hoc 网络睁开而来，是解决“最后一公里〞问题的重点技术之一。
在向下一代网络演进的过程中，无线是一个不能缺的技术。
无线 mesh 能够与其他网络共同通讯。
是一个动向的能够不断扩展的网络架构，任意的两个设备均能够保持无线互联。
目录1简介1.Mesh 网络的五大优势引2.MESH组网方案3.应用4.安全方案2MATLAB函数1.函数简介2.模块功能3.程序比方3晶体学名词4医学主题词5Live Mesh1简介.无线网状网 (WMN)技术是面向基于 IP 接入的新式无线搬动通讯技术，适合于地区环境覆盖和宽带高速无线接入。
无线 Mesh 网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和共同，拥有宽带高速和高频谱效率的优势，拥有动向自组织、自配置、自保护等突出特点Mesh 网络的五大优势引1.快速部署和易于安装2.非视距传输 (NLOS)3.强壮性4.结构灵便5.高带宽MESH组网方案Mesh 组网需综合考虑信道搅乱、跳数选择、频率采用等因素。
本节将以基于的WLAN MESH为例，解析实质可能的各种组网方案。
下面重点解析单频组网和双频组网方案及性能。
单频 MESH 组网单频组网方案主要用于设备及频率资源受限的地区，分为单频单跳及单频多跳。
单频组网时，所有的无线接入点 Mesh AP 和有线接入点 Root AP 的接入和回传均工作于同一频段，以图 2 为例，可采用上的信道 g 进行接入和回传。
依照产品实现方式及组网时信道搅乱环境的不同样，各跳之间采用的信道可能是完好独立的无搅乱信道，也可能是存在必然搅乱的信道〔实质环境中多为后者〕。
此时由于相邻节点之间存在搅乱，所有节点不能够同时接收或发送，需要在多跳范围内用CSMA/CA的 MAC 体系进行协商。
随着跳数的增加，每个 Mesh AP 分配到的带宽将急剧下降，实质单频组网性能也将碰到很大限制。
无线网格网络
无线网格网络摘要:无线网格网(W irelessMesh Network,WMN)是一种新型的无线宽带接入网络,它融合了无线局域网(Wireless LAN,WLAN)和Ad Hoc网络的优势,是一种大容量、高速率、覆盖范围广的网络,成为宽带接入的一种有效手段。
本文详细介绍了无线网格网的概念、特点、研究现状、应用需求、与其他无线宽带接入的区别和优势、关键技术方案以及最后的应用前景等方面的问题。
关键词: 无线网格网; 宽带接入; 关键技术0、引言随着人们对网络通信需求的不断提高, 人们希望不论何时、何地、与何人都能够进行快速、准确的通信,为了提高工作效率,并且克服现有通信系统的缺点,达到通信的“无所不在”,最近,人们提出了一种新型的宽带无线网络结构无线网格网(WMN) [1,2] 。
WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态,它的早期研究均源于移动Ad Hoc 网络的研究与开发。
它是一种高容量高速率的分布式网络,不同于传统的无线网络,可以看成是一种WLAN和Ad Hoc网络的融合,且发挥了两者的优势,作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构。
WMN技术作为一项能够实现灵活组网的技术以及它本身的诸多优势必将给无线宽带领域带来重大变革。
1、无线网格网的背景1.1无线网格网的概念无线网格网是一种全新的无线网络技术, 是移动Ad Hoc 网络的一种特殊形态。
其核心是让网络中的每个节点都发送和接收信号, 使普通无线技术过去一直存在的可扩充能力低和传输可靠性差等问题迎刃而解。
网络中大量终端设备能自动通过无线连成网状结构, 网络中的每个节点都具备自动路由功能, 每个节点只和邻近节点进行通信, 因此是一种自组织、自管理的智能网络, 不需主干网即可构筑富有弹性的网络。
传统无线通信网络必须预先设计和布置网络, 它的传输路径是固定的, 而网格网络的传输路径是动态。
无线网格网通过共享网络、相互连接的传感器、移动电话以及其他的能够互联和通过有线网格互联的相关设备组成。
无线Mesh网络的概念及关键技术
无线Mesh网络的概念及关键技术作者：电信快报祁超摘要无线Mesh网络是一种新型的无线宽带接入网络，它融合了无线局域网和Adhoc网络的优势，具有自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等智能优势以及移动宽带、无线定位等特点，成为无线宽带接入的一种有效手段。
文章简要介绍无线Mesh网络的概念和系统特性，详细阐述摩托罗拉Mesh技术的系统结构、频率配置和关键技术等。
0、引言无线Mesh网络（WMN）技术曾是一项军事技术，战场上的移动网络需要很高的数据速率、很低的被检出概率和防止人为干扰的能力，而Mesh技术就具备了这些能力。
随着人们对802.11a、802.11b和802.11g 等局域网（LAN）技术了解的深入，Mesh技术才逐步成为企业界和消费者瞩目的焦点，并沿着不同的分支演进。
目前，业界讨论最多的“无线网状网”技术是一种灵活的广域无线局域网（WLAN）解决方案，它突破了Wi-Fi技术对每个接入点的有线连接要求，将多个接入点通过无线方式连接在一起，无需进行布线就可形成一个无线网络或“热区”，从而在室内和室外提供宽广的无线覆盖。
目前，许多知名厂商（如摩托罗拉、思科、Strix、Tropos等）都已经有成熟产品问世，促进各个行业组织制订标准，以推进网状网技术的可操作性。
目前，基于Mesh技术的无线网络集成了健壮的安全性和全面的可管理性，可提供移动宽带和灵活的自组网通信，并拥有对局部区域可靠和安全的覆盖能力，已成为符合国际电联（ITU）公众保护及救灾（PPDR）业务要求的一项优秀解决方案。
Mesh网络不仅有助于改善城市信息化的应用环境，而且对提升城市的综合服务能力也有十分明显的作用。
1、无线Mesh网络的概念无线Mesh网络是基于IP协议的无线宽带接入技术，它融合了WLAN和Adhoc网络的优势，支持多点对多点的网状结构，具有自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等智能优势以及移动宽带、无线定位等特点，是一种大容量、高速率、覆盖范围广的网络，成为宽带接入的一种有效手段。
(Wireless multi-hop mesh networks)无线多跳mesh网络
Summary of wireless multi-hop mesh networks The technology of wireless networks is developing fast, and the applications of wireless networks offer the publics and society much convenience. But, at present the traditional wireless net is just used to replace the cable simply.
Ⅰ. Traditional WLAN Along with the expanding of the wireless net’s scale, the requiring of wired connection for each access-point in WLAN makes it meet a lot of challenges and in convenience in the environment of lack of cable infrastructure. The traditional WLAN shows it’s insufficient gradually. The disadvantages of traditional WLAN: a. The poor reliability: In the traditional WLAN, several users get access to the wireless net through one access-point directly—it is call “single-hop” networks. So long as one stoppage can breakdown the whole networks.
无线广域网中的无线多跳网络技术研究
无线广域网中的无线多跳网络技术研究无线多跳网络技术在无线广域网中的研究随着移动互联网时代的到来，无线广域网技术的发展已经从3G、4G时代过渡到了5G时代。
无线广域网可以为人们提供便捷的无线互联体验，改变着人们生活和工作的方式和方式，实现了对信息的实时化获取和交换。
而无线多跳网络技术就是无线广域网技术中不可或缺的一部分。
无线多跳网络技术是指在无线广域网中，通过多个中继节点直接互联的一种网络协议，它可以实现不限于直线范围内的无线网络传输。
它是一种通过多跳转发消息到目标节点的方式，减少网络拥堵的网络传输技术。
目前，无线多跳网络技术正在得到越来越广泛的应用，尤其在物联网领域发挥着重要的作用。
在无线广域网中，无线多跳网络技术具有很多优点。
首先，它可以通过中继节点加强无线信号，扩大网络覆盖范围，减少信号延迟和丢包率。
其次，它可以提高网络的可扩展性和可靠性，即使部分节点失效也不会影响网络的整体运行。
此外，由于节点连接方式的灵活性，无线多跳网络技术还可以支持节点移动和网络拓扑动态调整等应用场景。
在无线多跳网络技术中，如何有效地选择合适的中继节点，调整网络拓扑结构并优化传输效率一直是研究的重点。
随着技术的发展，出现了越来越多的无线多跳网络路由协议和算法。
其中最常见且应用最广泛的是距离向量路由算法（DVR）和链路状态路由算法（LSR）。
距离向量路由算法中，每个节点会保存到其他节点的距离信息，通过不断的传递更新，最终实现网络最优路由的选择；而链路状态路由算法中，每个节点会发送Hello消息检测和交换链路状态信息，并根据链路状态信息构建网络拓扑，选择最优的网络路由。
除了路由算法之外，无线多跳网络技术还涉及到其他多个方面的研究，如数据包分片、多路径传输、数据链路层协议等。
在数据包分片方面，无线多跳网络技术需要根据实际传输情况，对传输的数据包进行分片，确保数据包传输尽可能完整、无丢失。
在多路径传输方面，无线多跳网络可以通过同时选择多条路径，实现数据传输的负载均衡和保障网络可靠性。
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Introduction to Wireless Multi-hop Networks
由磊 天津大学 电子信息工程学院 2010-3-26
youlei@
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络设计的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
无线多跳网络的概念 无线单跳网络
BS
VS.
无线多跳网络
MS
MS
无线单跳网络中所有源节点的数据报文只能发送给在其 通信范围内的一个集中式节点（如基站），由该节点通 过有线方式转发到目的节点。（如蜂窝网络，WiFi无 线局域网络）
无线多跳网络常见类型 移动ad hoc网络 无线mesh网络 无线传感器网络 无线中继网络
1. 移动ad hoc网络
由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成 网络中每个移动终端自由移动 网络中所有移动终端地位相等 可以在任何时候、任何地点快速构建 不需要现有信息基础网络设施的支持 是一个多跳、临时、无中心网络
Direct Transmission
BS
RS
MS
Relaying Transmission
无线多跳网络的历史发展（1）
移动Ad hoc网络是其他多跳的基础。
20世纪70年代，美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了 “战场环境中的无线分组数据网”项目，研究在战场环境下利用 分组无线网进行数据通信。 1983年和1994年，DARPA又分别于启动了抗干扰自适应网络 SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统 GloMo(GlobleMobile Information Systems)项目，对能够满足军 事应用需要的移动通信系统进行更深入的研究。 后来，IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描 述这种特殊的自组织无中心多跳无线网络结构，Ad hoc网络由此 诞生。 无线mesh网络 由ad hoc 网络发展而来 本世纪初期被提出，是军用转民用的典型技术 主要用于宽带无线局域网或城域网的扩展覆盖、灵活低成本组网 和维护等 。
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系பைடு நூலகம்构
无线多跳网络的历史发展（3）
标准化工作： Ad hoc: IEEE 802.11, IETF MANET Mesh: IEEE 802.11s, 802.16-2004 Sensor: IEEE802.15.4、ZigBee、 IETF 6LoW-PAN 中继： IEEE 802.16e-2005
4 无线中继网络
基于中继的无线网络是由多个与特定基站关联的低成本无线中 继组成，一般小规模较少。 为了便于控制和降低传输时延，基站与其控制范围内的中继采 用树形路由，中继到基站最大跳数一般限制在2-3跳。 部署中继有两个作用：增加基站的覆盖范围和提高基站所辖小 区的接入容量。
应用：未来移动通信网络性能增强
无线多跳网络的历史发展（2）
无线传感器网络
由美国DARPA资助的项目（如分布式传感器）发展而来 随着无线通信的发展，在上世纪90年代末被提出 本世纪前十年出现了一系列的丰富的研究成果 是物联网的基础技术之一
美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展报告中将无线 传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大 技术之一。 传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 美国的《技术评论》将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术 《商业周刊》 预测的未来4大新技术中，无线传感器网络也列入 其中等
无线多跳网络中源节点的数据报文通过多个相继的无线 链路，以无线多跳的方式发送到目的节点。
4
无线多跳网络的优势和特点（1）
为什么要用无线多跳网络？ 功率一定，提高传输速率 传输速率一定，节省功率 简单举例
1400 m
0.01 0.009 Direct Transmission Only Relay Transmission Only
2000 m
Power assumption of MSs /W
0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 200 400 600
800 1000 1200 Distance to BS /m
1400
1600
1800
2000
无线多跳网络的优势和特点（2） 即时通信 容易部署 节省能量或带宽资源 自组织能力 容错性强，具有自愈能力 组网成本低
应用： 宽带家庭网络互连 社区网络互连 企业网络互连 城域网络互连
3 无线传感器网络
各个无线节点静态地随机分布在某一个区域。传感器负责收集区域内 的声音、电磁或地震信号等多种信号，将它们发送到网关节点。 网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息；并有更大的发送范围 ，可将信息送往某个大型网络使远程用户检测到该信息。 Sensor数量多、分布稠密、网络拓扑经常变化、能量、计算能力和 存储空间有限 应用： 军事 环境观测和预报系统 医疗护理 智能家居 建筑物状态监控
MS
应用 特殊环境（空旷） 临时会议/紧急情况 科学考察/探险/军事战场 接入网络服务商比需的时间和成本 现有服务和架构的性能或者能力 用户可远离网络基础设施而保持与网络的连接
2.无线mesh网络
由mesh路由器和mesh客户端组成 mesh路由器：相对静态部署、组成无线多跳骨干网络 无线多跳骨干网络与外部网络（Internet）通过网关相连。 mesh客户端：与相邻的mesh路由器进行无线通信 以无线多跳方式扩展传统无线移动通信网络覆盖范围、同时可 以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性