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关于无线MESH网络路由协议的分析与研究

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陆忠树

摘要：无线Mesh网络近年来出现的一种新型无线多跳型网络，该网络很好的结合了WLAN和Adhoc网络各自的优点，具有广泛的生存空间。该文针对Mesh网络的路由协议进行分类对比和研究，在阐述了Mesh网络路由协议设计的基本原则之后，分析了目前在Mesh网络中使用的各种路由协议的特点，探讨了这些协议各自的应用优势和适用场合，为Mesh网络路由设计工作提供了一定的参考价值和借鉴意义。

关键词：无线Mesh网；WLAN；Adhoc网络；路由协议

：TP393：A：1009-3044（2016）21-0033-02

1概述

无线Mesh网（WirelessMeshNetworks，WMN）的全称为无线网状网，也有文献称其为无线网格网，是一种无线带宽大、吞吐量高、多跳型的分布式网络[1]，其最大的优势就是铺设及维护成本低、安装便捷、可靠性较好，且组网方式灵活，是无线网络实现最后一公里信息传输功能的主要模式，也是未来无线终端网络的发展方向。该网络在移动Adhoc网络的基础上进行了改进，将无线局域网络WLAN的一些成熟协议融合进了该网络的协议族[2]，因此从这一点来看，Mesh网络可以看作是Adhoc网络和无线局域网络的结合体，但从运行机制和数据通信模式上来看，Mesh网络仍旧是Adhoc网络的改进版。

2Mesh网络路由协议设计原则

由于多跳型网络本身具有的高度灵活性，使得数据在该网络中传输时面临的路由选择更加的多样化，因此，针对不同的使用环境，设置合理的路由选择协议就成为了影响Mesh网络性能的关键环节。由于Mesh网络在结构上均不同于以往的其他类型网络，因此不能简单的将属于其他无线网络的通信协议直接拿来使用，必须重新设计。无线Mesh网络的结构如图1所示，在骨干网上，路由器基本为固定有源节点，可以不考虑能耗问题，带宽也可根据需要进行扩充[3]；而在终端网络中，节点均为电池供电，且计算、存储、通信能力和能耗均受限，因此，在设计Mesh网络协议时必须考虑到这些关键因素。

在参考了大量文献以及实际应用案例后，总结出无线Mesh网络路由协议的设计工作应当充分考虑以下重要因素：

（1）路由度量：无论是互联网，还是Adhoc网络，大多数都采用数据包在节点群众的最小跳数来衡量一条路由的优劣，而此方式显然不适用与Mesh网络，因为这可能导致节点群中的某些常用节点迅速耗光能量而成为黑洞，从而影响了整个网络的性能[4]。

（2）负载均衡：基于能耗平均以及避免网络拥塞的双重考虑，路由协议应当能够使得通信量平均分布在节点群中，同时也必须设置冗余路由发现机制，以备某条路由发生拥塞时能及时更换新的路由。

（3）网络容量：随着网络规模的扩大，某节点在发现路由阶段耗费的资源也会随之增长，这会导致网络时延的增大，因此必须考虑网络容量带来的影响。

（4）服务质量机制QoS：由于无线Mesh网络承担的是最后一公里的数据传输，即该类网络是直接面对用户多样化的数据通信需求的，因此路由协议必须兼顾到绝大多数的用户体验问题。

（5）可扩展性：面对快速的网络发展，无线Mesh也必须拥有良好的可扩展性和兼容性，以应对这种快速发展带来的挑战。

3Mesh网络路由协议分析

由于Mesh网络应用场合繁多，因此针对不同的应用特点，目前存在多种不同的路由协议，这些协议各具特色，从设计过程角度来分类，可以分为以下两类，即根据Adhod网络协议改进而来，和单独为Mesh网络设计得到的专用协议。表1分别列出了改进版和单独设计的几款Mesh网络路由协议，并将这些协议的进行了对比，随后选取其中具有代表性的几款协议分别进行介绍。

3.1Adhoc网络协议

无线Adhoc网络是一种典型的自组织网络，节点群中的每一个节点都具备计算、存储和转发功能，即相当于一个路由节点，且所有节点地位平等。目前最经典的Adhoc路由协议有以下几种：动态源路由协议DSR和按需距离向量协议AODV。DSR的优点是无需周期性广播路由信息，路由的建立和释放都是动态的，即有需要时才临时生成，这就大大减少了节点群中的广播数据量，且支持单项链路，提高了网络的连通性；AODV协议中的路由发现机制同DSR几乎类似，但在此基础上加入了逐跳路由、目的节点序号等机制，进一步降低了网络开销。

目前Adhoc网络中的路由协议的研究已经趋于成熟，在对无线Mesh网络路由协议的设计过程中，研究人员理所当然的会去参考一些优秀的Adhoc路由协议，在此基础上进行一些调整和改进，使之符合无线Mesh网络通信的特点，从而形成了多种改进版的通信协议，而其中被利用最多的协议就是DSR和AODV[5]。

3.2改进后的Mesh路由协议

（1）多径源路由协议MSR

多径源