目前,無線網絡技術越來越受到人們的重視,其中,一種新型的寬帶無線網絡結構——無線Mesh網絡(WMN)正成為無線網絡研究中的一個熱點。WMN是移動AdHoc網絡(MANET)的一種特殊形態,是一種新型的寬帶無線網絡結構,它被看成是無線局域網和AdHoc網絡的融合,并兼具兩者的優勢。有關無線Mesh網絡的標準散見于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等標準草案中。目前國際標準化組織,特別是IEEE正致力于與學術界共同推動無線Mesh網絡的標準化工作,考慮在802.20、802.15.5等標準中引入Mesh組網技術。
使用WMN技術構建的網絡,其拓撲結構呈網格狀。在WMN中包括兩種類型的節點:無線Mesh路由器和無線Mesh終端用戶,其網絡主干由呈網狀結構分布的路由器連接而成。
WMN有兩種典型的實現模式:基礎設施Mesh模式和終端用戶Mesh模式。在基礎設施Mesh模式中,在Internet接入點(IAP)和終端用戶之間可形成無線的回路。在終端用戶Mesh模式中,終端用戶通過無線信道的連接形成一個點到點的網絡。終端設備在不需要其他基礎設施的條件下可獨立運行,它可支持移動終端較高速地移動,快速形成寬帶網絡。
WMN與移動AdHoc網絡的區別主要表現在兩方面:一是組網方式不同。移動AdHoc網絡是扁平結構,而WMN是分層和等級結構,在每層內部形成多個小Ad-Hoc網絡,不同層之間通過無線互連起來,做到集中控制管理和自由動態組網有機結合。二是它們解決的問題不同。移動AdHoc網絡設計的目的是為了實現用戶移動設備之間的對等通信,如在突發情況下快速布置網絡,而WMN看重的是為用戶終端提供無線接入,如與3G、WiMAX的用戶進行無線寬帶接入。
WMN設計中的一個關鍵問題是,開發能夠在兩個節點之間提供高質量、高效率通信的路由協議。由于其網絡節點的移動性使得網絡拓撲結構不斷變化,傳統的In-ternet路由協議無法適應這些特性,需要有專門的、應用于無線Mesh網絡的路由協議。在路由協議設計時,要考慮以下幾方面:
選擇合理的路徑算法。在選擇路徑時,不能只考慮最小跳數,還應該綜合考慮網絡的連接質量和往返時延等因素。
確保對連接失敗的可容錯性。WMN的目標之一就是在出現連接失敗時,確保網絡的健壯性。如果一個連接失敗了,路由協議必須很快選出另外一條路徑,以避免出現服務中斷。
實現網絡負載平衡。采用WMN的另一個目的是實現用戶對資源的共享。當WMN中的某一部分出現數據擁塞時,新的數據應該選擇流量較小的路徑。
能夠同時滿足不同類型節點的需求。在設計WMN路由協議時,要充分考慮路由器和終端用戶兩種節點的差異,分別滿足他們的需求。
如果僅考慮提高某一層面協議的性能,那么效果不明顯。目前,WMN發展的趨勢是跨層設計,即同時考慮多個層面間的影響。WMN的跨層設計要求打破傳統的OSI/RM參考模型中嚴格分層的束縛,針對各層相關模塊/協議的不同狀態和要求,利用層與層之間的相互依賴和影響,對網絡性能進行整體優化。具體來說,跨層設計就是充分、合理利用現有的網絡資源,達到系統總吞吐量的最大化、總傳輸功率的最小化、QoS的最優化等最終目的。
WMN技術可以應用于軍事指揮通信網、無線城域網、無線傳感器網絡、無線局域網等網絡的“最后一公里”。同時,WMN的構建涉及移動通信、計算機網絡和微電子技術等多領域,備受廣大運營商、設備供應商以及無線增值業務集成商的關注。但是,目前WMN技術還面臨著一些挑戰。
從無線技術上來看,移動用戶節點間的協作通信、共用頻譜資源等應用需求會帶來不同無線技術間的融合和互操作性問題;從WMN技術的標準化道路方面來看,是否考慮將現有的其他無線網絡技術標準融入到WMN技術中,還有很多不確定因素;從應用的角度來看,該技術還沒有被社會各界廣泛認知。今后,WMN技術的主要研究方向是解決挑戰問題。未來,WMN必將為無線寬帶應用帶來重大變革。