基于WLAN的無線多跳Mesh網絡多信道實現

引言

無線局域網近年來在機場、酒吧、家庭等地方已實現WLAN的覆蓋，從而使用戶擺脫了有線上網的束縛而獲得了極大的方便。為了以無線的方式實現更大范圍的覆蓋，WLAN中的接入點AP應添加無線mesh路由功能，同時這種AP也將成為mesh路由器，以負責本地接入和其他AP的分組轉發，最終通過無線連接組成多跳的接入骨干網，也就是mesh網絡。

1 WLAN Mesh網絡結構

圖1所示是WLAN Mesh網絡結構示意圖。在圖1中，Mesh路由器通過無線連接組成接入骨干網再，骨干網通過mesh網關實現internet的接人。每個用戶節點在本地的具有AP功能的路由器上接入，然后通過路由器的路由功能多跳地接入inter-net，以實現WLAN的無線擴展。

Mesh網絡能夠避免無線局域網因節點的擺放位置而造成的覆蓋死角。由于mesh路由器是無線連接，因而可降低無線局域網AP有線接入inter-net的安裝成本和帶來的不便。另外，在一個社區或企業里，網絡接人一般采用電纜或DSL系列連接。有時最后一公里采用無線方式，通過無線路由器連接到電纜或DSL調制解調器。這種連接方式有很多弊端。即便是在小區內，用戶節點之間或者企業各辦公室之間共享信息也需要通過inter-net，這顯然會降低網絡資源的利用效率。而利用無線覆蓋用戶家庭或企業辦公室、不同辦公樓之間，往往會有很多覆蓋盲點，有時難以獲得無線服務。很多昂貴的寬帶網關又不能共享，必須在每個家庭或辦公樓分別安裝，這樣網絡鋪設的成本就會升高。為此，小區的每個家庭或在企業的一個辦公室、一棟樓里面也可以組成一個基于IEEE 802.11小型的網絡。它們之間不再用以太網的有線連接，而通過mesh路由器實現其連接。而mesh網正好可以實現多個無線局域網的無線互連，因而可以代替以太網的有線連接。

2 WLAN mesh網絡的信道實現

2.1 單電臺單信道WLAN Mesh網絡

傳統的WLAN Mesh路由器都是單電臺的，其組網模式如圖2所示。為便于分析，圖2中簡略了每個路由器連接的其它節點。圖中的單電臺路由器以ad-hoc模式組成骨干轉發網絡，也稱為類ad-hoc組網模式。每個路由節點的唯一一個電臺不僅為本地用戶提供接入服務，還負責為其它路由器轉發分組。像ad-hoc網絡那樣，該網絡所有的節點都在一個信道上工作，它們共享帶寬，也容易受到干擾。因此網絡的性能很低，可擴展性很差。

從圖2可以看出，使用單信道時，由于相鄰節點之間存在著干擾，所有節點不能同時接收或發送，故要在多跳范圍內用CSMA／CA MAC機制進行協調。在骨干網絡上，隨著跳數的增加，路由器分配到的帶寬將以1／n為底的指數遞減，這里，n是每個路由器本地服務的結點數加上它的下行鏈路所連接的路由器數。在圖2中，假設路由器1下行鏈路的帶寬為C，那么，路由器2平均只能分配l／4C的帶寬，這樣，路由器2的本地用戶以及路由器3共4個節點將在1／4C的帶寬上競爭接入路由器2。而路由器3的三個用戶將在(1／4)