（通信与信息系统专业论文）无线网状网媒体访问控制及路由协议研究.pdf

摘要 近年来，无线技术得到飞速发展，无线弼络的应用日益普及越来越多的人希望提供无 处不在的、高质量的无线通信。对需要高带宽支持、有q o s 保证的应用( 如实时性较强的视 频传输) 的需求日益增长，有力地推动了无线接入网的技术变革。 无线网状网如i r e l e s sm e s hn e t w o r k ，删) 是一种新型的宽带无线网络架构，它由对 等的骨干节点构成多跳环境，单跳无线链路距离较短。可以实现较高的带宽且对节点的发射 功率要求不高，因而建设成本较低。由于w m n 具备不同于传统无线网络的特点，该技术在鲁 棒性、灵活组网、提高网络覆盖率、增加网络容量、减少前期投资等诸多方面都显现出很大 的优势，尤其适合用于宽带无线接入骨干网目前眦q 在世界范围内迅速引起了学术界与工 程界的关注，成为一项热点技术可以肯定，删必将成为下一代因特网技术的重要组成部 分 在w 心中，多信道分配策略、m a c 协议以及路由协议是非常重要的研究课题。高效的 倍道分配策略能充分利用有限的信道资源，显著提高网络吞吐量；有效支持多跳数据包转发 的m a c 协议对提高w m n 的性能至关重要；脚q 路由协议的关键在于能够自适应删中常见 的快速变化( 如链路质量的变化) ，迅速转发报文 本文着重研究w m n 中m a c 协议和路由协议，其主要内容包括：无线网状网介绍、支持 无线网状网结构的i e e e z 系列协议、多信道分配策略、多信道m a c 协议以及自适应路 由策略。论文的主要研究工作和创新如下： 第二章介绍和分析了可以构建覆盖不同范围无线网状网的i e e e8 0 2 系列协议。既包括 了可用于建立城域网的i e e e8 0 2 1 6 协议，也包括了构建个域网状网的i e e e8 0 2 1 5 5 协议 草案重点讨论了无线局域网状网标准草案i e e e8 0 2 1l s 第三章介绍了有代表性的集中式信遒分配策略和分布式信道分配策略。集中式信道分配 策略需要先获得网络流量模型，扩展性差，不能自适应网络流量的变化。分布式信道分配策 略虽然扩展性较好，但也存在信道依赖性等问题。第三章最后提出了基于干扰模型的多信道 分配策略，仿真结果表明，该策略可以有效地降低整个网络的信道干扰，从而提高网络的吞 吐量。 第四章分析了一些典型的m a c 协议。基于竞争的分布式单信道i e e e8 0 2 1 1d c f 协议在 激活的节点数目增加时。吞吐量会显著下降。2 p 协议的不足之处是主干链路使用同一信道， 形成整个网络吞吐量的瓶颈。i e e e8 0 2 11 s 草案提出的共同信道框架下单接口多信道m a c 协 议的性能受共同控制信道的制约第四章设计了一种新的多信道无线网状网m a c 协议m e s h m a c ，该协议通过有向天线构建删相邻骨干节点间的链路，使得聊能覆盖较大的区域， 并提高多个正交信道的空间复用度。为实现全网内可靠的数据转发，第四章提出了一种新的 时间同步机制。通过仿真表明，与i e e e s 0 2 1 1 及2 p 协议相比，s h m a c 协议在性能和效 率上有着大幅度的提高。 中国科学技术大学博士学位论文 无线网状网的路由协议需要自适应快速多变的环境，如动态变化的流量以及快速多变的 无线链路质量等。那些为有线网络所设计的传统路由协议，并不能很好处理无线网状网中常 见的快速变化。 第五章首先介绍了与无线网状网路由协议关联性较强的a dh o c 路由协议，然后分析了 比较有代表性的无线网状网路由协议，最后提出了一种基于干扰模型的无线网状网自适应路 由策略i b a r ，通过选择具有最小干扰的路径，显著提高路由的效率。为适应动态变化的网 络环境，i b a r 定期对路由进行分布式自适应调整，在w m n 网关节点进行负载均衡。为解 决自适应路由策略引起的路由振荡，本文提出了行之有效的解决方法。通过仿真表明，与 a o d v 和h w m p 协议相比，i b a r 能显著改善咖q 吞吐量等性能。 论文中提出的算法和机制经过了理论分析和计算机仿真的验证，可以用于无线网状网络 中，对设计无线网状网m a c 协议和路由协议也具有较高的参考价值。 关键词：无线网状网( 舢) ，信道分配，m c 协议，路由协议，干扰，自适应 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h et r e m e n d o u sd e v e l o p m e mi nw i r e l e s st e c h n o l o g y , w i r e l e s sn e t w o r k h a sb e e nw i d e l ya p p l i e d m o r ea n dm o l ep e o p l ee x p e c t e a s y - t o - a c c e s sq u a l i t yw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n t h e r ei s8 1 1i n c r e a s i n gd e m a n df o rs 翻m c e st h a tn e e dh i g hb a n d w i d t hs u p p o r ta n d q o s 母场期姗 s u c ha sv i d e oi r a m m i s s i o n ，w h i c hp u s h e sf o r w a r dt h et o e h n i e a li n n o v a t i o no f w i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k s w t r e l e s sm e s hn e t w o r k ( w m 町i 3an e wb r o a d b a n dw i r e l e s sn e t w o r kf r a m e w o r k i ti sa m u l t i - h o pn e t w o r kf o r m e db yp e e r - t o - p e e rb a e k b o n on o d e s b e c a u s eo ft h es h o r td i s t a n c ew i t h i n o n eh o p n o d e si nw m n 锄u a n s m i tw i t hl o w e rp o w e ra n dh i g h e rb a n d w i d t hc 缸b ea e h i , o c k w h i e l ar e d u c et h ec o s t b 删l s eo fi t sr o b u s t n e s s ，e a s yd e p l o y , w i d e rn e t w o r kc o v e r a g e ，l a r g e r n e t w o r kc a p a c i t y , a n dl o w e re a r l yp h r a s ei n v e s t m o n t , w v l ni sa d v a n c e dt o 也et r a d i t i o n a lw i r e l e s s n e t w o r k s i ti sp a r t i c u l a r l ys u i t a b l ef o rb r o a d b a n dw i r e l e s s 瓢惝b a c k b o n en e t w o r k s w m qh a s d r a w nt h ea t t e n t i o n sf o r mb o t ht h ew o r l do f a c a d e m ya n dt h ew o r l do f e a g i n e o r i n g , t h u si , o m i n g ah o tt e e l a n o l o g ， w m nw i l ld e f i n i t e l yb e c o m e 锄e s s e n t i a lp a r to ft h ei l n 啪e to ft h en e x t g e n e r a t i o n i nw m n ，m u l t i p l ec h a n n e la l l o c a t i o ns l r a t e g i e s , m a cp r o t o c o l s ，a n dr o u t i n gp r o t o c o l s 黜 v e r yi m p o r t a n tr o u e s ：h i g he f f e c t i v ec h a n n e la l l o c a t i o ns t r a t e g i e sc 锄t a k ef u l la d v a n t a g eo ft h e l i m i t e dc h a n n e lt e $ o u r c ma n dh i g h l ye n h a n c et h en e t w o r kt h r o u g h p u t 1 1 m a cp r o t o c o lt h a t e f f e c t i v e l ys u p p o r t sm u l t i - h o pd a t ap a c k e t sf o r w a r a i n gi sc r u c i a lt oo n h a n t h ep e r f o r m a a c eo f w l v i n t h ek e yt ow m nr o u t i n gp r o t o c o l si st oa u t o m a t i c a l l ya d a p tt ot h ef r e q u e n tr a p i de l a a n g e s i nw l v l na n dt oq u i e l d yf o r w a r dt h ep a c k e t s 1 1 l i sd i s 8 e n 崩f o c u s e so i lt h em a c p r o t o c o l sa n d 耐【i i i 鸩p r o t o c o l si nw m n a n di n c l u d e s t h ef o l l o w i n gp a r t s ：a l li n t r o d u c t i o nt ow m n ，i e e e s 0 2s e r i e sp r o t o c o l s ，m u l t i p l ec h a n n e l a u o e a t i o ns l r s t e g i e s 。m u l t i p l em a cp r o t o c o l s ，a n ds e l f - a d a p t i v er o u t i n gs t r a t e g i e st h a ts u p p o r t w v l ns l a a l e t t m 1 1 r e s r e ht o p i c sa n de o n l r i b u f i o n sa 地够f o l l o w s ： i nc h a p t e rt w o 。ii n l r o d u e ea n da n a l y z et h ew m n 正：e b 8 0 2s e r i e sp r o t o c o l st h a tc a nc o v e r d i f f e r e n tg e o g r a p h i cr a n g e s t h e s ep r o t o c o l sc o n s i s to fi e i ! e s 0 2 1 6f o rc o n s t r u c t i n gm e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k sa n di e e e 8 0 2 1 5 5f o rb u i l d i n gp e r s o n a l 微n e t w o r k s n 圯f o c u si so i lw i r e l e s s l o c a la r e an e t w o r ks t a n d a r dd r a f t 正e e8 0 2 1 l s c h a p t e rt h r e ed i s c u s s e st h er e p r e s e n t a t i v ee e n t r a l i z e ac h a n n e la l l o c a t i o ns t r a ：i e g i e sa n d d i s l f i b u t e de h a r m e la l l o c a t i o ns t r a t e g i e s c e n t r a l i z e dc h a n n e la l l o c a t i o ns l r a t e g i e 镕r e , q u i r et h e n e t w o r kt r a f f i cm o d e li na d v a n c e t h e ya 糟o fl o w e re x t e n s i o na n d 啪n o ts e l f - a d a p tt on o t w o r k 自阻伍cc h s n g l $ a l t h o u 曲d i s t r i b u t e dc h a n n e la l l o c a t i o ns t r a t e g i e 8 h a v eg o o de x t e n s i o n , p r o b l e m sm c h a n n e ld e p e n d e n c es t i l le x i s t t h e r e f o r e am u l t i p l ec h a n n e la l l o c a t i o ns l r a t o g y h i 中国科学技术大学博士学位论文 b a s e d0 1 1 i n t e r f e r e n c em o d e li sp r o p o s e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t ot h a tt h i ss t r a t e g yc ：8 1 1 e f f e c t i v e l yr e d u c ee h a r m e li n t e r f o r e n e ei nt h ew h o l en e t w o r k , a n dt h e r e f o r ea ：l h a n t h en e t w o r k t h r o u g h p u t c h a p t e rf o u re x a m i n e s $ o l l a c t y p i c a lm a cp r o t o c o l sa n dp o i n t so u tt h e i rw e a k n e s s w h e n t h en u m b e ro f a c t i v es t a t i o n si n c r e a s e s ，t h et h r o u g h p u tp e l f o r m a n c eo f d i s t r i b u t e ds i n g l ee h a r , n e l i e e e 8 0 2 1i d c fp r o t o c o lb a s e do nc o n t e n t i o nd o t e r i o r a t e ss i g n i f i e m l t l y 1 1 1 0d i s a d v a n t a g ef b r2 p p r o t o c o li st h a tt h eb a c k b o n el i n k ss h a r eac o m m o l le h a n n c l ，r e s u l t i n gi nt h eb o t t l e n e c ko ft h e n e t w o r kt h r o u g h p u tt h ep e r f o r m a n c eo ft h es i n g l ei n t e r f a c em u l t i p l ec h a n n e lm a cp r o t o c o l u n d e rc o m m o ne h a x m lf r a m e w o r kp r o p o s e di ni e e e 8 0 2 1 l sd r a 盘i sr o s l r i e t e db yt h ec o m m o n c o n t r o lc h a n n e l an e wm u l t i p l ec l a a n lw m nm a cp r o t o c o lm e s h - 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a d a p t i v er o l l t i i l g3 t 随嗡酣b a s e do ni n t e r f e r e n c em o d e l ( m a r ) b y s e i e a i n gm i n i n l l l m 细由玎f b f i r o u t e , i tn o t a b l yi m p r o v e sr o u t i n go f f e e t i v e n e s s i no r d e rt oa d a p t t ot h e d y n a m i c a l l yc h a n g i n gn e t w o r ke n v i r o n m e n t , i b a rp e r i o d i c a l l y 喇u s t s t h er 0 1 1 l e s s e l f - a d a p l i v c l ya n db a l a n c et h el o a di nw m ng a t e w a yn o d e s a no f f e e t i v em e t h o di sp r o p o s e dt o s o l v et h eo s e i l l a l i o nc a u s e db ys e l f - a c l a p t i v ei o u 蛞n gs m i t e 9 3 , b ys i m u l a t i o n , i b a ri m p r o v e s w l v l n t h r o u g h p u tp e r f o r m a n c en o t a b l yc o m p a r e d t oa o d va n di - i w l v l pp r o t o c o l s t h en o v e la l g o r i t h m sa n dm e c h a n i s m sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nh a v eb e e nt h c o l - l i e a l l y e x p l o r e da n dv e r i f i e db yc o m p u t e rs i m u l a t i o n s t h e yc a nb ea p p l i e dt ot h ed e s i g n i n go fw m n m a ca n d 加删l l gp r o t o c o l s k e yw o r d s ：w i r e l e s sm e s hn e t w o r k ( w m n ) ，c h a n n e la l l o c a t i o n , m a cp r o t o c o l ，r o u t i n gp r o t o c o l ， i n t e 幅e r e n c , e ，s e l f - a d a p t i v e i v 图表索目 图1 一l 图1 2 图l 一3 图卜一4 图l 一5 图1 6 图l - - 7 图2 一l 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 - - 1 0 图2 一n 图2 一1 2 图2 一1 3 图2 一1 4 图2 一1 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 圈3 7 图3 8 图3 9 图3 一1 0 图3 1 1 图表索引 w m n 拓扑图1 2 客户端网络结构1 4 混合无线网状网1 5 下一代无线网络1 5 w h m a x 作为w i f i m e s h 拓扑的回程1 6 w m 4 a x 作为m e s h 拓扑内的回程。1 7 w n v t a x 作为客户端的接入网1 7 网状网拓扑结构2 4 w h m a xm e s h 网络帧结构：2 5 包含m p s ，m a p s ，a n ds t a s 的无线局域网状网2 8 无线局域网状网中统一信道图2 9 无线局域网状网与其它类型局域网互连3 0 无线局域网状网互连参考模型3 1 无线局域网状网上m a c 数据传输3 1 核心系统体系结构3 2 麟8 0 2 1 5 1 - 2 0 0 5 拓扑示例3 4 8 0 2 1l b 8 0 2 1 5 1 综合a w m a 和p t a 合作共存机制的结构3 5 8 0 2 1 5 3 微微网的构成部件3 6 8 0 2 1 5 3 微微网的超帧3 6 星型拓扑和对等实体拓扑示例3 7 集中式寻径示例3 8 m e s h e da r t 3 8 隐终端问题。4 2 暴露终端问题。4 2 载波侦听对多跳网络的影响4 3 单信道网络同一路径和不同路径问的干扰4 4 室外测试拓扑图4 5 多跳带宽( t c p 情况) 4 5 多跳带宽( u d p 情况) 4 5 u d p 丢包率与跳数关系示意图4 6 u d p 时延与跳数关系示意图4 6 网络分割示例：4 7 无线网状网中邻居分组方案4 8 i x 中国科学技术大学博士学位论文 图3 - - 1 2 多信道网状网中信道分配及路由流程5 0 图3 - - 1 3 信道分配和路由流程5 l 图3 1 4w m n 体系结构5 2 图3 - - 1 5 用于在删节点和有线网关间建立路径的分布式路径发现和更新协议5 3 图3 - - 1 6 信道依赖性5 3 圈3 一1 7 网状网络分层。5 6 图3 - - 1 8 链路( ，b ；2 ) 与链路( c ，d ；2 ) 干扰5 6 图3 - - 1 9 多接口多信道对网络吞吐量的影响。6 3 图3 2 0 网关数和接口数的增加对网络吞吐量的改善“ 图4 一l 帧间间隔和随机退避过程6 8 图4 - - 28 0 2 1 1 的分布式协调功能( d c f ) 6 8 图4 3 i e e e $ 0 2 1 1 的点协调功能( p c f ) 6 9 图4 4 8 0 2 1 l e 增强d c f ( e d c f ) 的业务分类6 9 图4 5 i e e e8 0 2 1 l e 超帧示例7 1 图4 6拓扑场景7 2 图4 7 a 向b 发送报文时a 向c 发送7 2 图4 8 节点a 到节点f 多跳r t s 报文传输示例。7 3 图4 9 8 0 2 1 1 网状网：节点每链路一个接口7 4 图4 1 0 2 p 协议的两个状态：同时发送和同时接收。7 4 图4 一l lm j p 结构图7 6 圈4 1 2 基于共同信道的动态信道选择7 7 图4 一1 3 信道协调机制7 8 图4 一1 4 多信道单接口m a c 的隐藏终端问题7 9 图4 一1 5 网状网络分层8 0 图4 1 6 图1 中w m n 各链路时间同步关系b l 图4 - - 1 7 链路e f ( 图1 ) 主从节点同步8 1 图4 - - 1 8 饱和吞吐量“ 图4 - - 1 9t c p 性能。8 5 图4 2 0 数据包传输成功率与数据包到达率8 5 图4 - - 2 1 数据包传输延时与数据包到达率8 5 图5 - 1 a o d v 路由发现过程8 9 图5 2 多物理连接闻的复用结构图9 3 图5 3网状网络分层1 0 1 图5 4网状网网关负载均衡示例1 0 4 图5 - - 5汇聚吞吐量1 0 5 图5 6 平均端到端延时1 0 5 圈5 - - 7归一化路由开销1 0 6 x 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：牲 印年圳日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着网络与无线通信技术的发展，越来越多的入使用性能日益增强的手机、pda 和笔 记本电脑，他们对通信的需求越来越高，希望提供“无处不在”的通信以及更高的速率，迫 切要求无线网络支持各种宽带业务的接入，特别是高速因特网业务的接入。这种日益增强的 社会需求极大地推动着无线网络技术的进一步发展由此可见，无线宽带接入网络有着广阔 的发展前景。 目前无线通信系统主要有蜂窝通信系统、移动a dh o c 网络以及无线局域网( w l a n ， w i l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ，w i f i ) 。 传统的蜂窝通信系统是基于基站方案的无线通信系统，在广阔的范围内为用户提供话音 和数据通信业务。但它只适用于用户数较多、有长期用户业务需求的地区。它对移动状态下 的用户仅提供有限的带宽支持，不能满足用户对视频等高带宽应用的需求，而且弼络基础设 施建设成本较高。 对于用户移动性较大、不适于建立大功率基站的应用场合，例如，在发生地震等自然灾 害后及时组织营救，在偏远地区、太空环境中科考与作业等，移动a dh o c 网络技术得到了 很好的应用，并取得了许多重要研究成果o 1 2 1 1 3 1 4 1 。a d h o c 网络具有以下显著特点： ( i ) 无中心和自组织性a d h o c 网络中没有绝对的控制中心。所有节点地位平等，都 兼有路由器和主机的功能，通过分布式的网络协议协同完成特定的任务。节点可以随时加入 和离开网络。 ( 2 ) 动态变化的拓扑结构在无线自组网中，节点的移动、无线接口的状态变化、无 线信道问的相互干扰因素、地形因素等，都会导致网络拓扑结构不同程度的变化。 ( 3 ) 多跳路由由于节点发射功率的限制，其信号覆盖范围有限。当试图与传输范围 以外的节点通信时，需要借助中闻节点的转发，即通过多跳路由完成。 ( 4 ) 无线信道特征无线信道自身的物理特性使自组网的带宽相对有线方式要低得多， 另外，无线信道竞争时所产生的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰等因素，使得实际网络吞 吐量远小于理论的无线单跳带宽。 ( 5 ) 移动终端的有限性移动终端便于携带，但存在能源受限、内存较小、c p u 处理能 力较低和成本较高等缺陷。 ( 6 ) 安全性不足由于a dh o c 网络采用无线信道、分布式控制等技术，它更易受到被 动窃听、主动入侵和拒绝服务等网络攻击。 虽然具有上述特点的a dh o e 网络技术可以用于军事应用、传感器网络及临时场合等些 特殊场景，但如何把a dh o e 网络技术应用于民用通信领域，为广大无线用户提供因特网业务， 却是一项极具现实意义的工作。 中田科学技术大学博士学位论文 近年来，无线局域网的发展已进入技术成熟期。它有效延伸了因特网的覆盖范围，赋予 了用户一定的移动性。但w l a n 在技术上也存在缺陷。w l a n 中移动终端主要通过接入点 ( a p a c c e s sp o i n t ) 接入固定网络，其无线链路只有一跳( 无线单跳) ，受无线链路传输距 离的限制，w l a n 无法实现像蜂窝网络一样无处不在的信号覆盖。 为了实现无线通信中无处不在的( l j b i q u i t o t m ) 通信目标，为无线用户提供包括v o p 业 务在内的因特网业务，需要在移动a dh o c 网络的技术基础上，开发出一种完全适用于民用 通信的无线多跳网络技术，无线网状网( m o l ：w i r e l e s sm c 8 hn e t w o r k s ) 正是这种社会需求的 产物。 1 2 无线网状网结构 删由皿s h 客户端( c l l e n t ) 、接入点( p ：a c t e s s p o i n t ) 、m e s h 路由器和网关等构成 m e s h 客户端除了具备网状连网所必须的功能外，也可以作为路由器来工作，但不需要网桥 和网关的功能。通常m e s h 客户端只有一块无线接口，因此，m e s h 客户端的软、硬件平台比 m e s h 路由器要简单。m e s h 客户端种类较多，可以是笔记本电脑、p d a 、i p 电话、r f i d 阅读 器和b a c n e t ( 楼宇自动化和控制网络) 控制器等。m e s h 路由器可以是普通的p c ，也可以是 专用的嵌入式系统，如a 脚( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 等。除了支持传统无线路由器的网 关和中继器的功能外，m e s h 路由器还包含了支持m e s h 连网的功能。为改善m e s h 网络的灵 活性，m e s h 路由器可配置多个无线接口，各个接口可以使用相同的接入技术，也可以使用 不同的接入技术。与传统无线路由器相比，m e s h 路由器可以使用较小的传输功率通过多跳 环境实现相同的覆盖范围另外，l i e 8 h 路由器的m a c 功能得到增强，以便在多跳环境下具 2 第一章绪论 根据节点的不同功能，删可分为以下三种结构”： ( 1 ) 基础设施骨干网的网络结构 这种类型的网状网结构如图l 一1 所示“，m e s h 路由器构成客户端连接网络的基础设施。 除了常用的i e e e8 0 2 1 1 技术外，基础设施骨干网可用其他多种无线技术构建。m e s h 路由 器通过自动配置、自动愈合的链路在其中形成网状拓扑。通过网关功能，m e s h 路由器可被 连入i n t e r n e t 。此种模式也称作基础设施网状网( i n f r a s t r u c t u r em e s h i n g ) ，通过m e s h 路由器中网关网桥功能为传统的客户端提供骨干网的功能，并且使得帅和现有的无线网 络能集成工作。具有以太接口的传统客户端可以通过以太链路连接至m e s h 路由器。对于和 m e s h 路由器具有同样无线技术的传统客户端可直接与m e s h 路由器通信。 ( 2 ) 客户端网状网 客户端网状网提供对等( p e e r - - t o - - p e e r ) 的网络结构“，构成网络的客户端设备具有 对等的属性，具有路由和配置功能并为客户提供端用户应用的功能。因此这类网络不需要 m e s h 路由器。基本结构如图l 一2 所示客户端网状网通常在客户端设备上使用同一种类型 的无线接口。与基础设施网状网相比，客户端网状网对端用户设备的要求要高，这是由于其 端用户必须支持路由和自动配置等其他功能。 ( 3 ) 混合网状网 如图1 3 所示，混合网状嗣是基础设施网状网和客户端网状网的结合“】。m e s h 客户端 相互间或者经由m e s h 路由器也能构成客户端网状网。网络的基础设施提供与i n t e r n e t 、w i - - f i 、w i m a x 、蜂窝网络以及传感器等网络的连接，而客户端的路由功能进一步改善了网状 网内的连接性和覆盖范围。我们认为混合网状网结构最具有应用前景。 1 3 无线网状网的特点 无线网状网具有如下一些特点” 町： ( 1 ) 多跳无线网络。在不牺牲当前信道容量的情况下，扩展当前无线网络的覆盖范围 是舢最重要的目标之一w m n 的另一个目标是为处于非视距范围的用户提供非视距连接 要满足这些要求，多跳、m e s h 方式是必不可少的，因为此种连接方式只需要短距离的链路， 经受较少的干扰，在不牺牲有效的无线信号范围的情况下，就可以实现较高的吞吐量和较高 的频谱复用效率。 ( 2 ) 支持a d h o c 网络结构，具有自行成、自愈和自组织的能力。w 心灵活的网络结构、 容易布置和配置、容错能力以及支持多点对多点通信的网状互连特性，增强了网络的性能。 由于上述特性，w 删的前期投资较少，可以根据需要逐步扩展 ( 3 ) 移动性依赖于节点的类型。m e s h 路由器具有较少的移动性，m e s h 客户端可以是静 止的也可以是移动的节点。 ( 4 ) 支持回程等多种类型的网络接入。回程链路( b a c k h a u l ) 是指从接入网络或者小 区站点( c e l l s i t e ) 到交换中心的连接，它位于接入网络和骨干网络之间。在w m n 中。既可 以支持回程到因特网的接入，也可以支持端到端( p e e r - - t o - - p e e r ) 方式的通信。另外，通 中田科学技术大学博士学位论文 过砌q 与其他无线网络的集成，向终端用户提供服务。 ( 5 ) 功耗限制依赖于节点的类型。w 麟的m e s h 路由器不受能量的约束，而m e s h 客户 端需要有节能机制的协议。为m e s h 路由器优化设计的m a c 或路由协议不一定适合于m e s h 客户端 ( 6 ) 与现有无线网络的兼容性和互操作性。例如，基于i e e e8 0 2 1 1 技术构建的删 必须和i e e e8 0 2 1 1 系列标准兼容，既要支持网状网客户端，也要支持传统的客户端。此类 网状网还需要和其他无线网络( 如w i m a x 和蜂窝网络等) 具有互操作性。 由于有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本，w m n 作为一种可以解决无线 接入“最后一公里”瓶颈问题的新的方案。被写入到m e e8 0 2 1 6 ( w i m a x ) 无线城域网 ( w m a n ，骶e l e s s m u n i c i p a l a x e a n e t w o r k ) 标准和i ! e e 8 0 2 1 5 系列标准之中，目前也纳 入到i i ；e e8 0 2 1 l