陸忠樹(shù)

摘要：無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型無(wú)線多跳型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)很好的結(jié)合了WLAN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的生存空間。該文針對(duì)Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進(jìn)行分類(lèi)對(duì)比和研究，在闡述了Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的基本原則之后，分析了目前在Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用的各種路由協(xié)議的特點(diǎn)，探討了這些協(xié)議各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)合，為Mesh網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)工作提供了一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)線Mesh網(wǎng)；WLAN；Adhoc網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）21-0033-02

1 概述

無(wú)線Mesh網(wǎng)（Wireless Mesh Networks，WMN）的全稱為無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)，也有文獻(xiàn)稱其為無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)，是一種無(wú)線帶寬大、吞吐量高、多跳型的分布式網(wǎng)絡(luò)[1]，其最大的優(yōu)勢(shì)就是鋪設(shè)及維護(hù)成本低、安裝便捷、可靠性較好，且組網(wǎng)方式靈活，是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最后一公里信息傳輸功能的主要模式，也是未來(lái)無(wú)線終端網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。該網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN的一些成熟協(xié)議融合進(jìn)了該網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議族[2]，因此從這一點(diǎn)來(lái)看，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以看作是Adhoc網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合體，但從運(yùn)行機(jī)制和數(shù)據(jù)通信模式上來(lái)看，Mesh網(wǎng)絡(luò)仍舊是Adhoc網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)版。

2 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)原則

由于多跳型網(wǎng)絡(luò)本身具有的高度靈活性，使得數(shù)據(jù)在該網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)面臨的路由選擇更加的多樣化，因此，針對(duì)不同的使用環(huán)境，設(shè)置合理的路由選擇協(xié)議就成為了影響Mesh網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于Mesh網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上均不同于以往的其他類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)，因此不能簡(jiǎn)單的將屬于其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議直接拿來(lái)使用，必須重新設(shè)計(jì)。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在骨干網(wǎng)上，路由器基本為固定有源節(jié)點(diǎn)，可以不考慮能耗問(wèn)題，帶寬也可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充[3]；而在終端網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)均為電池供電，且計(jì)算、存儲(chǔ)、通信能力和能耗均受限，因此，在設(shè)計(jì)Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)必須考慮到這些關(guān)鍵因素。

在參考了大量文獻(xiàn)以及實(shí)際應(yīng)用案例后，總結(jié)出無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)工作應(yīng)當(dāng)充分考慮以下重要因素：

（1）路由度量： 無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)，還是Adhoc網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)都采用數(shù)據(jù)包在節(jié)點(diǎn)群眾的最小跳數(shù)來(lái)衡量一條路由的優(yōu)劣，而此方式顯然不適用與Mesh網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)群中的某些常用節(jié)點(diǎn)迅速耗光能量而成為黑洞，從而影響了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能[4]。

（2）負(fù)載均衡： 基于能耗平均以及避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的雙重考慮，路由協(xié)議應(yīng)當(dāng)能夠使得通信量平均分布在節(jié)點(diǎn)群中，同時(shí)也必須設(shè)置冗余路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制，以備某條路由發(fā)生擁塞時(shí)能及時(shí)更換新的路由。

（3）網(wǎng)絡(luò)容量： 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，某節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)路由階段耗費(fèi)的資源也會(huì)隨之增長(zhǎng)，這會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的增大，因此必須考慮網(wǎng)絡(luò)容量帶來(lái)的影響。

（4）服務(wù)質(zhì)量機(jī)制QoS： 由于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的是最后一公里的數(shù)據(jù)傳輸，即該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)是直接面對(duì)用戶多樣化的數(shù)據(jù)通信需求的，因此路由協(xié)議必須兼顧到絕大多數(shù)的用戶體驗(yàn)問(wèn)題。

（5）可擴(kuò)展性： 面對(duì)快速的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，無(wú)線Mesh也必須擁有良好的可擴(kuò)展性和兼容性，以應(yīng)對(duì)這種快速發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

3 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分析

由于Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)合繁多，因此針對(duì)不同的應(yīng)用特點(diǎn)，目前存在多種不同的路由協(xié)議，這些協(xié)議各具特色，從設(shè)計(jì)過(guò)程角度來(lái)分類(lèi)，可以分為以下兩類(lèi)，即根據(jù)Adhod網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改進(jìn)而來(lái)，和單獨(dú)為Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)得到的專用協(xié)議。表1分別列出了改進(jìn)版和單獨(dú)設(shè)計(jì)的幾款Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，并將這些協(xié)議的進(jìn)行了對(duì)比，隨后選取其中具有代表性的幾款協(xié)議分別進(jìn)行介紹。

3.1 Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

無(wú)線Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種典型的自組織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)群中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備計(jì)算、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能，即相當(dāng)于一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，且所有節(jié)點(diǎn)地位平等。目前最經(jīng)典的Adhoc路由協(xié)議有以下幾種：動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議DSR和按需距離向量協(xié)議AODV。DSR的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需周期性廣播路由信息，路由的建立和釋放都是動(dòng)態(tài)的，即有需要時(shí)才臨時(shí)生成，這就大大減少了節(jié)點(diǎn)群中的廣播數(shù)據(jù)量，且支持單項(xiàng)鏈路，提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性；AODV協(xié)議中的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制同DSR幾乎類(lèi)似，但在此基礎(chǔ)上加入了逐跳路由、目的節(jié)點(diǎn)序號(hào)等機(jī)制，進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。

目前Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議的研究已經(jīng)趨于成熟，在對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)過(guò)程中，研究人員理所當(dāng)然的會(huì)去參考一些優(yōu)秀的Adhoc路由協(xié)議，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一些調(diào)整和改進(jìn)，使之符合無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)，從而形成了多種改進(jìn)版的通信協(xié)議，而其中被利用最多的協(xié)議就是DSR和AODV[5]。

3.2 改進(jìn)后的Mesh路由協(xié)議

（1）多徑源路由協(xié)議MSR

多徑源路由協(xié)議MSR是在DSR的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。DSR的一大缺陷就是雖然其發(fā)現(xiàn)機(jī)制可以找到多條路由，但在路由選擇時(shí)依舊執(zhí)行簡(jiǎn)單的最短路由策略，這在自組織網(wǎng)絡(luò)中是不適用的，容易造成網(wǎng)絡(luò)震蕩。MSR采用延遲作為路徑狀態(tài)的度量來(lái)衡量當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的多條路由的優(yōu)劣，并使用帶權(quán)重的循環(huán)調(diào)度算法，很好地將通信負(fù)荷分?jǐn)偟讲煌亩鄺l路由上，充分利用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)群的整體性能，避免了個(gè)別節(jié)點(diǎn)能耗過(guò)早耗盡。

（2）多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議MR-LQSR

該協(xié)議是由微軟公司在DSR路由協(xié)議的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)并推向市場(chǎng)的，屬于多信道無(wú)線通信協(xié)議。該協(xié)議創(chuàng)新的采用加權(quán)的累計(jì)傳輸時(shí)間作為關(guān)鍵因素，計(jì)算得到某條鏈路的狀態(tài)信息，并以此作為衡量路由優(yōu)劣的判據(jù)，有效提高了多信道信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）基于AODV的改進(jìn)的單收發(fā)器多信道路由協(xié)議MCRP

該種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通常情況下都是針對(duì)企業(yè)用戶和較為特殊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用戶和應(yīng)用群體，進(jìn)而制定出特殊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用策略。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)用戶并不會(huì)受到該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間存在的差異，但是對(duì)于特殊的網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)使用者需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用安全性。以此來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部數(shù)據(jù)和信息穩(wěn)定不受侵?jǐn)_。因?yàn)樘厥獾木W(wǎng)絡(luò)使用用戶需要考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用安全性，所以需要在技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中充分提高加密保護(hù)處理效果，展示出技術(shù)加密應(yīng)用的安全性優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部信息數(shù)據(jù)安全[5]。

3.2 虛擬專用撥號(hào)網(wǎng)技術(shù)

在現(xiàn)階段，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐步開(kāi)始在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域推廣，雖然過(guò)去該種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)沒(méi)有受到關(guān)注和重視，但是現(xiàn)階段，該技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越提高了省級(jí)中心服務(wù)器的系統(tǒng)連接水平，綜合提高了數(shù)據(jù)應(yīng)用專線的應(yīng)用效果，進(jìn)而通過(guò)撥號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)了市中心的服務(wù)裝置連接模擬處理效率提升。例如，在部分福利彩票中心，通過(guò)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行不同時(shí)段的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞連接服務(wù)，然后再經(jīng)過(guò)市中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)連通。在該過(guò)程存在的最大弊端就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛯?shí)際效率不理想，因?yàn)樵诟鞯貐^(qū)的彩票投注站購(gòu)買(mǎi)人數(shù)較多，數(shù)據(jù)處理總量較大。但是數(shù)據(jù)傳輸處理的難度也較大，所以增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的難度，導(dǎo)致了關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)的處理問(wèn)題頻發(fā)，影響了整體彩票開(kāi)獎(jiǎng)的順利進(jìn)行。通過(guò)虛擬專用撥號(hào)程序在該領(lǐng)域中的應(yīng)用可以提升數(shù)據(jù)傳輸速度，將隔級(jí)數(shù)據(jù)傳輸程序進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提升了整體的行業(yè)管理工作效率。

虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用發(fā)展帶動(dòng)了整體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展水平不斷提高，實(shí)現(xiàn)了虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣發(fā)展，在計(jì)算機(jī)虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展到過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)代人的生活和工作都帶來(lái)了重要影響，帶動(dòng)了整體企事業(yè)單位運(yùn)作效率的提高。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整體的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源共享逐漸達(dá)成，可以帶動(dòng)了不受時(shí)間和地域限制的溝通交流發(fā)展，帶動(dòng)了人們?cè)谏詈凸ぷ髦械男畔鬟f效率提高。

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)技術(shù)的應(yīng)用具有重要的低成本優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了公共問(wèn)你咖喱數(shù)據(jù)信息傳遞的成本有效降低。同時(shí)通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)加密處理也避免了信息數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)中的傳遞出現(xiàn)問(wèn)題，避免信息被非法竊取，提升了整體信息網(wǎng)絡(luò)的隱私性和信息安全性。凸顯了信息登錄認(rèn)證和身份認(rèn)證功能的重要優(yōu)勢(shì)。

4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景和方向

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步發(fā)展速度不斷加快，不同因素的影響下，人們的生活方式也在不斷出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，所以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐步融合進(jìn)入了人們的工作和生活，打破了人們工作和生活中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的空間和時(shí)間限制。在社會(huì)發(fā)展過(guò)程中也因?yàn)槿藗兊膶?shí)踐生產(chǎn)水平的不斷提升帶動(dòng)了整體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用水平提高。在現(xiàn)階段的城市化發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高效率特點(diǎn)可以滿足人們快節(jié)奏的生活與工作需要，所以通過(guò)充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以解決好人們?cè)谏鐣?huì)生產(chǎn)生活中遇到的突發(fā)性問(wèn)題，可以帶動(dòng)企業(yè)生存在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中獲得新的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及在實(shí)踐中的應(yīng)用是需要關(guān)注和重視的重要問(wèn)題，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用普遍性提高也帶動(dòng)了人們傳統(tǒng)的工作和生活方式發(fā)生變化，提高了生活與生產(chǎn)發(fā)展的便捷程度性提高，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬專用撥號(hào)技術(shù)的推廣可以提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用效果，提高技術(shù)應(yīng)用的便捷性和安全性。

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