0 引言

　　Mesh網起源于海灣戰爭時期美國的軍事領域，作為一種新型的公共無線城域網解決方案，已經在美國等地被廣泛用于市政、公共安全、教育、醫療、物流等領域。它提供持續的連接，并且當鏈路中斷或者阻塞時可以通過“多跳”的形式從一個節點跳到另一節點，直到目的地址。與其他網絡不同的是Mesh網的各個組成部分通過多跳的形式彼此連接，一般來說這些節點是不移動的(這點與adhoc網絡不同)。Mesh 網可以看作是adhoc網絡的一種。因此移動adhoc網(MANet)和mesh網之間有緊密聯系。但移動adhoc網還需要考慮各個節點的移動性。

　　1 WMN網絡特點

　　無線網狀網(WMN)是移動adhoc網絡的一種特殊形態，它繼承了adhoc網絡的特點，具有自配置、自組織與自管理等特性，能以很低的發射功率提供無處不在的寬帶服務。WMN是動態自組織自配置的網絡系統。其網絡節點能夠自動形成類似于adhoc一樣的網絡并保持網絡的連通。因此，WMN不僅是 adhoc網絡的另一種形態，而且能使adhoc網絡更多樣化。

　　2 WMN中的MAC層

　　2．1 WMN與無線網絡的不同

　　WMN網絡的MAC協議與典型的無線網絡的MAC協議是不一樣的。WMN的MAC協議關注的是大于一跳時的通信。典型的MAC協議僅局限于單跳通信而路由協議則需考慮多跳通信的問題。該假設使協議設計簡單化。但是這種方法不適用WMN，因為在WMN內數據的發送和接收不僅受單跳節點的影響，兩跳甚至多跳外的節點都有影響。多跳無線局域網中的隱藏節點問題就是個例子。MAC層是分布式互相協作共同完成多點到多點間的通信。在WMN網絡中，沒有中央控制器。 MAC功能通過分布式的方法來完成。所以MAC協議在傳輸時能保證所有的節點相互協作，任何具有Mesh網絡功能的網絡節點都能與其鄰居節點通信。因此，在這些節點之間可以建立多點對多點通信。網絡的自組織性對MAC層來說是必需的。

　　2．2 在單通道MAC層中改進現有的MAC協議

　　通過提高CSMA／CA協議，人們提出了很多多跳adhoc網絡的MAC協議。這些方案通常都是調整CSMA／CA參數，比如調整競爭窗口的大小或者更改回退機制等。這些方案可提高單跳通信機制的吞吐量。但對于像WMN這樣的多跳網絡來講，那些方案并不能顯著減少相鄰節點之間競爭的可能。一旦競爭頻繁發生，就不停的有回退等待的情況，由于各節點之間的累積效應，端到端的吞吐量會顯著下降。

　　2．3 為單通道MAC層提出新的MAC協議

　　為從根本上解決WMN網絡端到端之間吞吐量低的問題，必需提出新的設計方案。到目前為止幾乎沒有TD-MA或者CDMA的MAC協議是針對WMN提出的。這可能有兩方面原因：一方面是因為用TDMA或者CDMA開發一個分布式相互協作的MAC協議非常復雜，開銷很大。另一方面可能由于TDMA或者CDMA 與目前的MAC協議存在兼容性問題。例如，IEEE802．16中，最初的MAC協議都是TDMA方案。適用于IEEE802．16的分布式 TDMAMAC協議仍在研究。在基于IEEE802．11的wMN中，如何設計一個涵蓋CSMA／CA的分布式TDMAMAC協議還是一個相當有挑戰的問題。因為要設計一個分布式TDMA或者CSMAMAC協議有許多問題需要考慮，比如基于網絡拓撲和功率控制的網絡自組織能力等。

　　2．4 多通道MAC協議

　　多通道MAC能在多種不同的硬件平臺上實現，在各平臺上實現的方式也有所不同。如果主要關注成本和兼容性，那么多通道的無線單收發機是首選的硬件平臺。該網絡中每個網絡節點一次只能使用一個收發機和一條信道。然而，為了提高系統容量，不同節點可能同時使用不同信道。為了協調該情況下不同節點之間信息的發送，就需要多信道MAC協議。

　　每個網絡節點在多無線電MAC體系中都有各自的MAC層和物理層。這些無線電之間的通信是完全獨立的。因此，虛擬的MAC協議比如多射頻MAC協議 (MUP)要求在MAC層頂端以便協調各通道之間的通信。事實上一個無線電可以有多條信道。然而為了簡化設計和應用，每個無線電只用一條信道。

　　3 WMN中的網絡層

　　3．1 設計路由協議

　　盡管目前adhoe網絡已有許多路由協議，但是專門為WMN網絡設計路由協議仍然有其積極意義。首先，新的性能指標需要去開發和利用以提高路由協議的性能。另外，現存的路由協議仍有很多的局限性。此外，必須考慮跨層交互以提高WMN網絡中路由協議的性能。更重要的是WMN和adhoc網絡對節點的功率和移動性都存在很大的區別。在WMN網絡中，骨干網中的網絡節點幾乎不移動并且在功耗方面沒有限制，而客戶端節點對移動性和功率等都要考慮。

 　　3．2 WMN網絡的路由協議

　　基于對現存adhoc網絡路由協議性能和WMN網絡需求的特殊性的考慮，WMN網絡理想的路由協議必須包括性能指標，具有鏈接失敗負載平衡的容錯能力，可測量性以及支持Mesh路由器和客戶端等特點。許多現存的路由協議都用最小跳數作為路由選擇的標準。該方案已被證明在很多情況下并不是最好的方法。假設兩個具有最小跳數的節點之間鏈路質量很差，如果用最小跳數作為選擇標準的話，這兩個節點之間的吞吐量將會很低。為了解決該問題，性能指標還需要考慮鏈路質量問題。一旦發生擁塞現象，最小跳數也不是精確的性能指標。通常往返時間(RTT)也是衡量網絡性能的一個性能指標。路由路徑的選擇需要考慮多個性能指標。

 　　設計WMN網絡時目標之一是保證鏈接失敗后網絡的健壯性。如果某條鏈路斷開了，路由協議要迅速找到另一條鏈路以避免服務中斷。WMN網絡的另一個目標是實現不同用戶之間網絡資源的共享。當部分WMN網絡發生擁塞時，新的數據流應避開該部分網絡。性能指標如RTT等有助于實現負載平衡，但并不是總是有效，因為RTT可能被鏈路質量所影響。在大范圍的無線網絡中建立一條路由路徑可能需要很長時間，并且端到端的延遲會增大。此外，即使路由路徑已建立，路徑上各網絡節點的狀態也會變動。因此，在WMN網絡中測量路由非常困難?？紤]骨干網中路由器幾乎不移動和沒有功耗限制的特點，路由器的路由協議可以設計的比現存的 adhoc路由協議簡單的多。但是對客戶端來說，路由協議必須有adhoc路由協議的全部功能。因此，有必要為WMN網絡設計有效的路由協議使其不僅適應路由器同時也支持客戶端。

　　3．3 網橋和路由

　　網橋用于控制數據流。其工作于MAC層，網橋是一個相關的數據移動的過程，依賴于三個F：泛洪搜索(Flood-ing)，轉發 (Forwarding)，過濾(Filtering)。網橋是通過創建端口地址表來運作的。當網橋中的某個端口收到數據幀時，它檢查其目的地址并與端口地址表比較。如果網橋不能找到合適的目的地址它會以泛洪的方式向周圍的所有端口發送幀。另外，網橋關注數據幀的源地址和幀進入網橋的端口，利用該信息更新它的端口地址表。

　　路由方法是網絡層控制數據流的方法。與第二層MAC層的網橋相比，有兩個關鍵的不同之處，一是網橋是自適應設備，而路由要手動配置。從本質上來講網橋是一個即插即用設備，安裝好后無需手動配置。而路由器需要為每個接口定義地址以及其他的配置數據，或手動輸入數據或從先前定義的配置列表中選擇。第二個不同是路由器可以平衡通信量改變路由，因此路由器需要能通過網絡改變數據流的機制。路由器使用路由協議使數據從源地址通過中間設備發送至目標地址。當通信阻塞或者現存的路徑不起作用時中間路由器能改變路由尋找更合適的路徑。相比較而言，位于第二層的網橋只能簡單的檢查MAC地址或者轉發，泛洪搜索或過濾數據包，而不能改變數據流的發送路徑。

　　4 總結

　　到目前為止，多跳adhoc網絡的可擴展性問題一直沒能很好解決。大部分現存的基于CSMA／CA的MAC協議只能解決部分問題。除了CSMA／CA技術，如果開發一套分布式方案能部分消除TDMA或CDMA在adhoc網絡應用中的困難，那么基于TDMA和CDMA的網絡技術也可應用于WMN。為了設計一個可擴展的MAC方案使之適用于WMN網絡，還需考慮論文先前討論的WMN網絡與無線局域網的區別。關于WMN的擴展性可以在MAC層中通過兩種方式實現。第一種是改善現存的MAC協議或者提出新的MAC協議以提高單信道網絡節點間端到端的吞吐量。第二種方式是允許每個網絡節點能多信道傳輸。在以后的研究中，將分別研究現存的單信道MAC協議和多信道MAC協議。IEEE802．11協議是一項廣泛應用于WMN網絡的無線電技術，因此以后研究的焦點也會集中在IEEE802．11MAC協議，例如帶RTS／CTS的CSMA／CA協議。多播應用中的路由是另一個重要的研究課題。對于該路由協議研究先前只關注第三層的功能，這樣的路由協議可能不能滿足當前狀況。第二層的MAC協議和第三層的路由協議之間應采用多種性能指標。然而媒體訪問控制和路由的交互如此緊密僅僅靠改變協議層的一些參數是遠不夠的，或許融合媒體訪問控制和路由的部分功能是個有效的方法。