无线网状网WMN(Wireless Mesh Network)由节点组成,节点分成网状路由器(mesh routers)和网状客户机(mesh clients),每个节点都可以转发分组。
WMN可以动态自组织和自配置,节点自动建立与维护其间的网状连接。其优点包括:先期投入低;渐进部署;易维护;健壮;可靠服务覆盖。配备无线网卡的节点可以直接、没有无线网卡的可以通过以太网等连接到无线网状路由器。WMN有助于实现任何时间、任何地点、总在线的理想状态。网状路由器的网关/网桥功能支持WMN和各种不同无线网络如蜂窝、无线传感器、Wi-fi、WiMAX、WiMedia的集成。WMN对很多应用来说是一项非常有前途的无线技术,比如宽带家居网络、小区网络、企业网络和楼宇自动化等等。
学术界已经开始从WMN的角度重新思考现有无线网络,特别是IEEE 802.11网络、移动自组织网络和无线传感器网络等的协议设计。标准化组织正在积极制定有关网状网的规范。
网状节点与WMN体系结构
网状路由器的主要功能如下:网关/网桥/重发器功能;支持网状联网(网状路由器通常安装多块不同/相同无线接入技术网卡);通过多跳通信可以用较低功率达到相同的覆盖区域;增强型MAC协议,以支持在多跳网状环境下达到高可伸缩性。
网状客户机可以是笔记本、台式机、PDA、IP电话机和RFID阅读器等。一般只安装一块无线网卡,具备必要的网状联网功能,硬软件平台都比网状路由器简单,可以重发分组,但一般没有网关/网桥功能。
基于节点功能,可以把WMN体系结构分成三类。第一类是基础设施/主干WMN。网状路由器之间形成自配置与自愈合链路网。网状路由器具备网关/网桥功能,可连接现有无线网络,可接入Internet。网状路由器构成WMN基础设施/主干,供客户机连接。WMN基础设施/主干可以采用多种不同类型无线电技术构建。典型情况下,网状路由器使用两种无线电,一种用于主干通信,一种用于用户通信。典型应用在小区网络中。第二类是客户机WMN。客户机组成实际网络,支持客户机之间的P2P联网,执行路由和配置功能,不需要网状路由器。它的特点是分组可能需要通过多个中间节点转发才能到达目的节点。通常基于同一种无线电技术构成,同基础设施/主干WMN相比,对客户机的要求提高。第三类是混合WMN,它是前两者的结合,网状客户机可以通过网状路由器访问网络,也可以直接与其他网状客户机联网,尽管WMN主干提供对其他网络的连通性,如Internet、Wi-fi、WiMAX、蜂窝和传感器网络等,但是客户机的路由能力可以改善WMN内的连通性和覆盖能力,从这个角度来看,混合结构最有应用前景。
WMN主要特征
WMN作为多跳无线网络可以增大现有无线网络的覆盖范围,同时不牺牲信道容量,可以在没有视线链路的用户之间提供非视线连通性。网状风格的多跳连通性必不可少,可以使用较短的链路距离实现更高的吞吐量而不牺牲有效无线电范围,同时节点间干扰更小,频率重用更有效。
支持自组织联网,具备自形成、自组织和自愈合能力。WMN对网络性能的增强包括:灵活的网络体系结构;易于部署与配置;容错;网状连通;多点通信。而且WMN对前期投入要求低,可以按需渐进增长。
WMN的移动性依赖于网状节点类型。通常,网状路由器具有最小的移动性,网状客户机可以是静止节点或移动节点。
WMN支持多种网络接入类型,支持访问Internet和P2P通信,支持WMN与其他无线网络的集成,而且可以通过WMN向这些无线网络的用户提供服务。
WMN的功耗约束依赖于网状节点类型。网状路由器通常对功耗没有严格限制,网状客户机可能要求功耗节约型协议,对网状路由器优化的MAC或路由协议可能不适合网状客户机。
在与现有无线网络的兼容性和互操作性方面,基于IEEE 802.11技术构建的WMN必须与IEEE 802.11标准兼容,以同时支持具备网状联网能力的客户机和Wi-fi客户机,同时还需要和其他无线网络互操作,如WiMAX、Zig-Bee和蜂窝网络。
(本文根据王兴伟在CERNET第十二届学术年会上的演讲整理,有删节)