一種新的WLAN無線Mesh網絡測試床的設計與實現

無線局域網(WLAN)技術的發展和大規模應用在給人們生活帶來便利的同時，也帶來了很多其它問題，如WLAN并不是真正意義上的“無線”；可靠性低；覆蓋能力有限；多數WLAN網絡在其有效距離內具有“盲區”等等。而無線Mesh網絡技術的出現，則很好地解決了上述問題。它徹底擺脫了線纜的束縛，能夠實現非視距傳輸，可靠性高，結構靈活，魯棒性強，因而越來越受到人們的重視，對無線Mesh網絡的研究也逐漸增多。目前對無線Mesh網絡的研究，比較典型的有2種方法：a)采用仿真方法開展研究工作，例如，基于NS-2和OPNET的仿真軟件，建立無線Mesh網絡(Wireless Mesh Network，WMN)協議模型和業務傳輸模型，進行協議的設計和性能分析。但對于真實的網絡環境，仿真還有一定局限性，畢竟它只是對現實環境的模擬。b)搭建測試床的方法，它基于無線Mesh網絡結構抽象出更小的網絡結構模型、業務模型及關鍵技術，與真實環境基本相同，研究結果可直接運用到實際當中，這也是目前許多國內外研究機構正在進行的研究工作。測試床研究方法中，比較典型的有卡靈頓大學的WMN。除此之外，還有普渡大學項目和西安電子科技大學的Mesh網絡性能測試平臺。在它們所搭建的測試床中，每一個被稱作MAP的Mesh路由器是一臺裝有兩塊無線網卡和一塊有線網卡的臺式機，有線網卡主要用來實現管理功能。這種設計對MAP節點的性能要求過高，也不利于Mesh網絡的擴展。鑒于此問題，本文在上述研究的基礎上，對無線Mesh網絡測試床進行了改進。

1 現有的Mesh測試床分析
在Mesh網絡中，MAP節點既是客戶端網絡的終點，又是Mesh骨干網的起點，將客戶端網絡和Mesh骨干網兩個邏輯上獨立的網絡實體，連接成一個功能上統一的整體。目前，大多數研究機構在MAP節點結構的設計上，普遍遵循如下思想：用單獨一個節點實現兩個網絡的連接，即用一臺裝有兩塊無線網卡的PC來實現骨干網絡和客戶端網絡的連接，該節點同時處于兩個網絡當中。其中一塊無線網卡實現AP功能，另一塊實現MP功能，兩塊網卡之間通過相應的地址轉換技術實現網卡間地址的轉換。
在實際搭建過程中，這種方案具有明顯的局限性，主要表現在以下3個方面：
a)網卡選擇：前期的探索性實驗證實了在一臺PC中安裝兩塊相同的無線網卡，由于驅動程序完全相同，沖突是在所難免的，它將導致兩塊無線網卡無法同時正常工作。另外，即使兩塊無線網卡不相同，若它們工作在同一頻段(2．4 GHz或者5GHz)，由于距離較近，也會產生很大的同頻干擾，從而影響了數據的正常傳輸。因此，該方案在很大程度上限制了無線網卡的自由選擇。
b)節點故障處理：在Mesh網絡的日常使用和維護過程中，節點隨時會出現故障。若采用該方案，一旦MAP節點出現問題，由于節點自身的復雜性，很難進行故障排除，如果需要對設備進行更換，成本相對較高。
c)網絡的擴展性：當現有的WLAN網絡需要加入Mesh網絡時，在該方案下，必須破壞現有的WLAN網絡結構，所有客戶端節點重新搜索MAP節點。若有多個WLAN網絡存在，處理方法也如此。這樣不但浪費了現有的硬件資源(WLAN的接入點AP)，而且由于所有欲加入網絡的節點都需要斷開并重新獲得網絡參數，增加了網絡重建的復雜性。如圖1所示，WLAN網絡A和B欲加入Mesh網絡，接入點AP下的所有客戶端節點首先斷開與原AP的連接，接著在搜索到就近的MAP后重新建立連接，從而加入到Mesh網絡，最終得到如圖2所示的Mesh網絡結構。

采用上述方案搭建Mesh網絡測試床的性價比是很低的，為了降低測試床實現的難度，方便后期測試床的維護和擴展，本文提出一種新的MAP實現方案。