WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

1、WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介 一種簡(jiǎn)單、可靠的移動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Eric Wang 2009/09/03 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 什么是WaveMesh協(xié)議 WaveMesh是一種移動(dòng)自組網(wǎng)（MANETs Mobile Ad Hoc Networks）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 WaveMesh定義了完備的鏈路層（MAC）和網(wǎng)絡(luò)層（NWK）協(xié)議規(guī)范。 WaveMesh不限制物理層（PHY）的無(wú)線信號(hào)的和工作頻率和調(diào)制方式，可以運(yùn)行在多種射頻 芯片上。 WaveMesh協(xié)議棧具有體積小、路由健壯、網(wǎng)絡(luò)吞吐量高、節(jié)點(diǎn)功耗低、全部節(jié)點(diǎn)都可以睡眠、 完全對(duì)等的peer-to-pee

2、r Mesh網(wǎng)絡(luò)、支持快速變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)、所有 的設(shè)備都可以休眠，能夠快速喚醒整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，易于部署。 WaveMesh可以應(yīng)用在無(wú)線抄表AMR/AMI、家庭自動(dòng)化、智能樓宇、工業(yè)控制、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)等。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 輕量 健壯 實(shí)時(shí) 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 自適應(yīng)性 低功耗 高吞吐量 易于部署 WaveMesh設(shè)計(jì)理念 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh協(xié)議特點(diǎn)（1） 輕量輕量 極小的代碼尺寸（4K字節(jié)代碼空間+幾十字節(jié)內(nèi)存空間），是ZigBee協(xié)議棧尺寸的十分之一 WaveMesh可以運(yùn)行在目前市場(chǎng)上

3、幾乎所有的MCU、DSP芯片上 健壯性健壯性 采用私有的OLDM路由協(xié)議，是多徑（multipath）路由協(xié)議。每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)維護(hù)到任何其它 節(jié)點(diǎn)盡可能多的路由，路由健壯性好。 路由的建立和維護(hù)速度快，占用的無(wú)線資源少 支持快速拓?fù)渥兓囊苿?dòng)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)的裁剪性好，部分節(jié)點(diǎn)癱瘓網(wǎng)絡(luò)仍可以正常工作 可以有效抵抗其它無(wú)線信號(hào)的同頻干擾 實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性 私有的全網(wǎng)MAC層異步喚醒算法，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)喚醒全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，達(dá)到同步的目的 采用多徑路由、多物理信道并發(fā)數(shù)據(jù)，大大減少了節(jié)點(diǎn)間報(bào)文發(fā)送的延時(shí) 精心優(yōu)化的MAC層算法，在盡可能減少報(bào)文碰撞的同時(shí)最大程度提高吞吐量 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的

4、移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh協(xié)議特點(diǎn)（2） 吞吐量高吞吐量高 全連接的mesh網(wǎng)絡(luò)，每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間都可以建立點(diǎn)到點(diǎn)的路由。不需要像ZigBee等分簇的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)報(bào)文 必須有路由器轉(zhuǎn)發(fā)。 采用多徑OLDM路由協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)到其它節(jié)點(diǎn)的盡可能多的路由，可以多條路徑并發(fā)數(shù)據(jù)，提高了吞吐量。 MAC層協(xié)議對(duì)減小報(bào)文碰撞、提高吞吐量做了精心的優(yōu)化。 采用多條物理信道并行收發(fā)數(shù)據(jù)，在不改變無(wú)線信道波特率的前提下提高了物理帶寬，增加了系統(tǒng)的吞吐量 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠鄻泳W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠鄻?WaveMesh是全連接的mesh網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以動(dòng)態(tài)的感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化 WaveMesh的MAC層

5、和NWK層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)選擇最佳的碰撞避免算法和最優(yōu)的路由 支持最少2個(gè)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，多至幾萬(wàn)、十幾萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò) 支持多達(dá)幾百、幾千跳（路由的）的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?支持非常稀疏和非常密集的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?省電省電 網(wǎng)絡(luò)中的全部節(jié)點(diǎn)都可以睡眠，由全網(wǎng)異步喚醒算法喚醒網(wǎng)絡(luò)完成節(jié)點(diǎn)間的同步 所有的設(shè)備都可以由電池供電，并且可以長(zhǎng)時(shí)間（10年以上）待機(jī) WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh協(xié)議特點(diǎn)（3） 全連接的全連接的Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 所有的設(shè)備都是平等的 每個(gè)設(shè)備都具備路由的功能 每?jī)蓚€(gè)設(shè)備之間都可以有建立點(diǎn)到點(diǎn)的路由 純粹的分布式網(wǎng)絡(luò)，健壯

6、性、自愈性好 高可靠性高可靠性 采用有鏈接的方式收發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，保證數(shù)據(jù)報(bào)文的正確性 MAC層支持多信道、自適應(yīng)波特率以及功率控制等算法，提高了無(wú)線信道的可靠性 擴(kuò)展性好擴(kuò)展性好 可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)路由選擇算法、QOS算法進(jìn)行擴(kuò)展 可以根據(jù)實(shí)際不同無(wú)線信道PHY層的特點(diǎn)對(duì)MAC層參數(shù)進(jìn)行調(diào)整 易于部署易于部署 WaveMesh僅定義了一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，設(shè)備類型單一，易于生產(chǎn)維護(hù)，有效降低成本 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有設(shè)備都即插即用，不需要手工配置 所有設(shè)備都可以由電池供電，可以應(yīng)用在缺乏電力供應(yīng)的環(huán)境如災(zāi)區(qū)、野外等 WaveMesh支持移動(dòng)速度比快、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的網(wǎng)絡(luò)，容易部署在機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的環(huán)境下如軍隊(duì)、移動(dòng)

7、車隊(duì)、醫(yī)院病 人監(jiān)護(hù)、監(jiān)獄等 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh MAC層協(xié)議簡(jiǎn)介 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Ad Hoc MAC層簡(jiǎn)介 MAC層協(xié)議的作用 定義移動(dòng)自組網(wǎng)中無(wú)線節(jié)點(diǎn)怎樣有效的共同使用有限的無(wú)線帶寬。 MAC層協(xié)議對(duì)于移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)的性能非常重要，需要可慮的性能指標(biāo) 有： 吞吐量和延時(shí) 公平性 效率 由于無(wú)線信號(hào)在共享的傳輸介質(zhì)中是以廣播方式的進(jìn)行傳輸，對(duì)無(wú)線鏈 路的搶占和報(bào)文碰撞會(huì)比有線介質(zhì)要激烈。另外，并且無(wú)線信號(hào)往往都 是以半雙工的方式，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不可能同時(shí)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，因此 給傳統(tǒng)的基

8、于CSMA/CD鏈路層的算法帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，需要解決的問(wèn)題有： 隱終端問(wèn)題 暴露終端問(wèn)題 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Ad Hoc MAC層的問(wèn)題 隱終端問(wèn)題 A、C不能檢測(cè)對(duì)方發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，但它們的無(wú) 線信號(hào)卻有重疊的區(qū)域。如下圖所示，當(dāng)A和 C同時(shí)向B發(fā)送無(wú)線信號(hào)則發(fā)生碰撞。 暴露終端問(wèn)題 A和C都能監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自B的信號(hào)，但是A和C檢測(cè)不 到彼此的信號(hào)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)B想及節(jié)點(diǎn)A發(fā)送消息 的同時(shí)，節(jié)點(diǎn)C試圖想節(jié)點(diǎn)D發(fā)送消息。根據(jù) CSMA算法，C會(huì)檢測(cè)到B的信號(hào)認(rèn)為無(wú)線信 道忙，為了避免碰撞產(chǎn)生便推遲向D發(fā)送數(shù) 據(jù)。但事實(shí)上C向D發(fā)送數(shù)據(jù)并不會(huì)與B向A 發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)

9、生碰撞。暴露終端問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致 網(wǎng)絡(luò)吞吐量的下降。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 MAC層協(xié)議的分類 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh MAC層采用的技術(shù) 載波檢測(cè)碰撞避免載波檢測(cè)碰撞避免CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance） 無(wú)線碰撞避免無(wú)線碰撞避免MACAW （Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless） 采用5步握手方式收發(fā)數(shù)據(jù)RTS-CTS-DS-DATA-AC

10、K 解決隱終端的問(wèn)題 多信道多信道MAC (Multi-Channel MAC) WaveMesh至少需要2個(gè)物理信道，一個(gè)握手信道和一個(gè)到多個(gè)數(shù)據(jù)信道 相對(duì)單信道的系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)一下優(yōu)勢(shì)： 在不改變物理信道的波特率的前提下，多信道可以提供額外的無(wú)線帶寬，增加物理層的信道容 量，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。 由于在不同的信道中發(fā)送報(bào)文是互不干擾的，將報(bào)文分散到不同的信道中發(fā)送可以大大的降低 碰撞的概率。 容易的實(shí)現(xiàn)QOS特性WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh MAC層的特點(diǎn) 智能碰撞避免算法智能碰撞避免算法 WaveMesh中的設(shè)備可以實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓途W(wǎng)絡(luò)

11、中設(shè)備的疏密程度，包括相鄰設(shè)備 的狀態(tài)（sleep或active） MAC層算法會(huì)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓悄軆?yōu)化碰撞避免算法，在避免碰撞的同時(shí)減少對(duì)無(wú) 線資源的浪費(fèi)，以提高吞吐量 WaveMesh碰撞避免算法經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的仿真、實(shí)測(cè)反饋，做了大量的優(yōu)化，在效率、公平 性等方面都有優(yōu)異的表現(xiàn)。 易于擴(kuò)展易于擴(kuò)展 WaveMesh MAC層采用RTS-CTS-DS-DATA-ACK的5級(jí)握手方式。很多新的需求、特性可以 容易的在RTS-CTS-DS這個(gè)階段進(jìn)行擴(kuò)展。比如：密匙、物理波特率、QOS等信息可以在DS 報(bào)文中增加一些域容易實(shí)現(xiàn)。 能夠工作在不同的能夠工作在不同的PHY層之上層之上 Wav

12、eMesh MAC對(duì)PHY層的調(diào)試方式不做任何限制，可以與FSK、MSK、QAM、DSSS、 FHSS、OFDM、MIMO等調(diào)試方式協(xié)同工作。 WaveMesh MAC層協(xié)議可以根據(jù)實(shí)際的PHY調(diào)制方式、波特率靈活地進(jìn)行配置 與與WaveMesh NWK層緊密結(jié)合層緊密結(jié)合 WaveMesh MAC和NWK層協(xié)議能夠緊密結(jié)合，在增加代碼效率的同時(shí)減小了代碼尺寸 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh MAC層全網(wǎng)異步喚醒技術(shù) 為什么需要全網(wǎng)異步喚醒技術(shù)為什么需要全網(wǎng)異步喚醒技術(shù) WaveMesh支持全部設(shè)備都能夠休眠，設(shè)備在休眠時(shí)需要周期性的醒來(lái)并且檢測(cè)

13、是否有來(lái)自 其它設(shè)備的信號(hào)。在設(shè)備檢測(cè)到來(lái)自其它設(shè)備的數(shù)據(jù)請(qǐng)求或者命令時(shí)會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，在工作 完成時(shí)候繼續(xù)休眠。然而，允許節(jié)點(diǎn)睡眠會(huì)帶來(lái)致命的問(wèn)題是會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)鏈路的不確定性， 給網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來(lái)不可接受的延時(shí)。 WaveMesh網(wǎng)絡(luò)缺少像ZigBee中永不休眠的設(shè)備-路由器和協(xié)調(diào)器，也就不能采用ZigBee那 樣由超級(jí)幀進(jìn)行時(shí)鐘同步的技術(shù)。 WaveMesh網(wǎng)絡(luò)需要全網(wǎng)異步喚醒技術(shù)在需要時(shí)使網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備同時(shí)保持在工作狀態(tài)，減小 網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延時(shí)、增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量。 為什么選擇為什么選擇MAC層而不是層而不是PHY層層 WaveMesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠兼容不同PHY層調(diào)試方式，因此盡可能

14、的對(duì)PHY層不 做任何限制。 MAC層有完整的報(bào)文格式，容易可以進(jìn)行擴(kuò)展 MAC層喚醒報(bào)文可以和NWK層以及MAC層的其它報(bào)文緊密結(jié)合 WaveMesh MAC層全網(wǎng)異步喚醒技術(shù)的特點(diǎn)層全網(wǎng)異步喚醒技術(shù)的特點(diǎn) 是WaveMesh網(wǎng)絡(luò)所特有的獨(dú)創(chuàng)技術(shù) 能夠在極短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確喚醒全部或者部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 能夠與MAC層其它協(xié)議、NWK層協(xié)議報(bào)文結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)很多特性 對(duì)PHY層不做要求，也可以應(yīng)用到非WaveMesh網(wǎng)絡(luò)中 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh NWK層協(xié)議簡(jiǎn)介 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

15、 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒(méi)有特定組織結(jié)構(gòu)的自我組織、自我配置、自我控制 的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱作MANET（mobile ad hoc network）是由無(wú)線連接的移動(dòng)設(shè)備組網(wǎng)的自制域網(wǎng)絡(luò)，所有組網(wǎng)的無(wú)線 設(shè)備可以獨(dú)立的向各個(gè)方向移動(dòng)，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是時(shí)刻變化的。 MANET網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)設(shè)備都兼作路由器的功能，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào) 文的工作。如何在不停變化的拓?fù)湎戮S護(hù)正確的路由信息是設(shè)計(jì)移動(dòng)自 組網(wǎng)路由協(xié)議的主要挑戰(zhàn)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)： 獨(dú)立自治，分布式網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 無(wú)線通信速率低 電源受限 設(shè)備硬件資源有限 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的

16、移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Ad Hoc路由協(xié)議分類 Ad Hoc路由協(xié)議分類：路由協(xié)議分類： 自適應(yīng)/非自適應(yīng) 主動(dòng)（路由表驅(qū)動(dòng)）/被動(dòng)（按需）/混合 距離矢量/鏈路狀態(tài) 平面/分級(jí)/分簇 基于地理位置/基于方向 統(tǒng)一（節(jié)點(diǎn)地位均等）/非統(tǒng)一（有特殊的節(jié)點(diǎn)） 全連接/部分連接 基于歷史/基于預(yù)測(cè) 單播/廣播 反向鏈路（link-reversal routing）/源路由（source-routing） 單徑（unique-path）/多徑（multipath） Ad Hoc路由的選擇方式：路由的選擇方式： 電源的電量/信號(hào)的能量 鏈路的穩(wěn)定性/最短路徑/反向鏈路 鏈路狀態(tài)/距離矢量 方向/地理位置

17、 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh NWK層協(xié)議簡(jiǎn)介 NWK的功能的功能 提供路由和尋址的功能，使網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)設(shè)備能夠相互通信并且決定最佳鏈 路，并具有一定的擁塞控制和流量控制的能力。 WaveMesh NWK層采用的路由協(xié)議層采用的路由協(xié)議 OLDM（On-demand Light-weight Dynamic Multipath Routing Protocol）私有路由協(xié)議 OLDM的特點(diǎn) 多徑路由（multipath） 路由健壯性好 路由維護(hù)開(kāi)銷少 路由實(shí)時(shí)更新 多種路由的選擇算法 沒(méi)有路由回路 支持的超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò) 所占資源極少 可擴(kuò)展性

18、好 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議簡(jiǎn)介 OLDM協(xié)議是針對(duì)硬件資源條件苛刻的移動(dòng)自組網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種Ad Hoc路由協(xié)議。并且適用于節(jié) 點(diǎn)移動(dòng)速度快、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)刻變化的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。 常見(jiàn)的AODV、OLSR等路由協(xié)議都是“單徑（unique-path）”路由協(xié)議 - 每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅維護(hù)一 條到其他節(jié)點(diǎn)的路由，一但這條路由被破壞必須被動(dòng)重建路由，重建路由時(shí)需要消耗無(wú)線資源 并帶來(lái)延時(shí)。OLDM創(chuàng)新性的采用利了“多徑（multipath）”路由的方式 - 每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)維護(hù) 盡可能多的到其他節(jié)點(diǎn)的路由。由于多條路由的冗余性，部分路由失效，節(jié)點(diǎn)之間仍然能夠進(jìn)

19、行通信。 OLDM協(xié)議創(chuàng)新性地解決了目前流行的路由協(xié)議在反復(fù)重建路由過(guò)程中帶來(lái)路由效率低下的難 題。OLDM能夠在目前路由失效之前，主動(dòng)地、提前尋找新的可替代路由。新的路由的尋找可 以在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文的同時(shí)進(jìn)行，充分利用無(wú)線鏈路廣播的特性，OLDM路由的維護(hù)幾乎不占用 額外無(wú)線帶寬，幾乎沒(méi)有延時(shí)。 OLDM路由協(xié)議具有穩(wěn)定性好、延時(shí)小、實(shí)時(shí)性好、維護(hù)開(kāi)銷少、沒(méi)有路由回路、支持的網(wǎng)絡(luò)規(guī) 模大、擴(kuò)展性好、所占資源極少等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在無(wú)線抄表（AMR/AMI）、智能樓宇、智能 家居、工業(yè)控制、安防、傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，給用戶帶來(lái)前所未有的新體驗(yàn)。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)

20、自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（1） 多徑路由（多徑路由（multi-path） OLDM中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)維護(hù)盡可能多的到其它節(jié)點(diǎn)的路由。“多徑”會(huì)大 大提高路由的穩(wěn)定性，降低路由的重建的開(kāi)銷。 圖中的連線代表兩節(jié)點(diǎn)之間有直接的無(wú)線鏈路，如果 節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)H發(fā)送報(bào)文，則可能的路徑會(huì)有9種：A- B-E-H, A-B-F-H, A-B-G-H, A-C-E-H, A-C-F-H, A-C- G-H, A-D-E-H, A-D-F-H, A-D-G-H。如果B, C和E, F 四個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)移動(dòng)位置或者出現(xiàn)意外斷電，A和H之間 仍然有穩(wěn)定的路由A-D-G-H，而不需要進(jìn)行路由重建。 并且可以在

21、A和H按照路由A-D-G-H進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?時(shí)尋找A-H的其它新的可能路由，使得當(dāng)A-D-G-H這 條鏈路失效后A-H之間仍然可達(dá)路由。這樣以來(lái)A和H 之間的數(shù)量傳輸就會(huì)是連續(xù)和可靠的。 另外，對(duì)于“多徑”路由協(xié)議，可以在多條路徑之間 動(dòng)態(tài)選擇，多條路徑并行發(fā)送報(bào)文，使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量 最大化。如果A-H的某條鏈路或者某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生擁塞， 則會(huì)旁路發(fā)生擁塞的路由，將鏈路擁塞帶來(lái)的問(wèn)題降 到最低。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（2） 單徑（unique path）路由協(xié)議的情況如圖所示： A向H發(fā)送消息，“單徑”路由協(xié)議會(huì)根據(jù)某種算法選 擇A到H

22、的一條最佳路由A-C-F-H，而對(duì)別的額外可能 的路由視而不見(jiàn)。如果中間節(jié)點(diǎn)C或者F任何一個(gè)改變位 置或者掉電，則會(huì)導(dǎo)致A-H的鏈路不可達(dá)。這時(shí)必須被 動(dòng)地重新尋找A-H之間的路由。路由的重新建立過(guò)程會(huì) 占用網(wǎng)路的帶寬并且在重建路由的期間A-H的鏈路是不 可達(dá)的，因此會(huì)帶來(lái)A-H傳輸?shù)臅r(shí)延。 “單徑”路由協(xié) 議不能很好的利用網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬。同時(shí)在應(yīng)對(duì)鏈路擁 塞、QOS等問(wèn)題的解決也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及“多徑”路由協(xié)議。 “單徑”路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)： 路由表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需要的內(nèi)存開(kāi)銷少 代碼實(shí)現(xiàn)、維護(hù)起來(lái)比較容易 容易處理路由回路（loop）的問(wèn)題，用報(bào)文序號(hào)（sequence）等方法 “單徑”路由協(xié)議的缺點(diǎn)：

23、 需要消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)間去重新建立路由。如果網(wǎng)路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的速度很快，需要不 停地路由重建，帶來(lái)不能接受的時(shí)延并消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，甚至導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。 不能充分利用無(wú)線資源，由于只有一條鏈路，容易產(chǎn)生鏈路擁塞，很難保證QOS等特性 不適合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 單徑路由（unique path)簡(jiǎn)介 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（3） “多徑多徑”路由的特點(diǎn)路由的特點(diǎn) “多徑多徑”路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)： 吞吐量高，充分利用無(wú)線資源，使用盡可能多的鏈路并行發(fā)送報(bào)文，最大程度避免擁塞 的發(fā)生。 路由的建立和維護(hù)所消耗有效網(wǎng)絡(luò)帶寬

24、很小、延時(shí)少。 新的路由會(huì)在現(xiàn)有鏈路失效之前便可以被發(fā)現(xiàn)并且建立，能夠輕松應(yīng)對(duì)路由的頻繁變化。 很適合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) “多徑多徑”路由協(xié)議的缺點(diǎn)：路由協(xié)議的缺點(diǎn)： 設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)和建立盡可能多的 路由 怎樣處理路由回路（loop）的問(wèn)題 路由表結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、內(nèi)存開(kāi)銷增加 “多徑”路由協(xié)議在目前流行的Ad Hoc路由協(xié)議中十分罕見(jiàn)，幾乎找不到能參考的成熟路由協(xié)議 的前例。 OLDM路由協(xié)議在設(shè)計(jì)上克服了“多徑”路由協(xié)議的復(fù)雜性高及有路由回路的缺點(diǎn)， 使 其兼具“多徑”和“單徑”路由的雙重優(yōu)點(diǎn)。 OLDM路由協(xié)議采用“多徑”路由方式是一種創(chuàng)新

25、性的挑戰(zhàn)。綜上所述“多徑”路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，OLDM路由協(xié)議比采用AODV、OLSR等路由協(xié)議 更適合應(yīng)用在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的移動(dòng)自組網(wǎng)系統(tǒng)中。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（4） 路由的維護(hù)無(wú)線資源開(kāi)銷少路由的維護(hù)無(wú)線資源開(kāi)銷少 OLDM在設(shè)計(jì)上盡可能的減少在路由的搜索、維護(hù)等算法對(duì)無(wú)線資源的消耗。OLDM作為路 由協(xié)議可以與MAC層緊密結(jié)合，并且利用無(wú)線信號(hào)生來(lái)具有的廣播特性可以在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行路由的更新維護(hù)。 路由的選擇方法多樣路由的選擇方法多樣 OLDM的路由選擇方式可以多種多樣，也可以多種方法配合使用。由于不同的無(wú)線

26、自組網(wǎng)的應(yīng) 用場(chǎng)景是可能完全不同。有些網(wǎng)路可能需要最穩(wěn)定的鏈路以確保報(bào)文的延時(shí)抖動(dòng)??；而有些網(wǎng) 路需要考慮節(jié)點(diǎn)的電池電量，盡可能的使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電池消耗達(dá)到平衡；有些網(wǎng)絡(luò)則需要達(dá)到 最大的吞吐量，需要選擇最近和信號(hào)強(qiáng)度最佳的路由。 OLDM在每發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文前都根據(jù)需要實(shí)時(shí)計(jì)算出那一時(shí)刻的最佳路由。路由的計(jì)算方法 可以是距離矢量、信號(hào)的能量、鏈路質(zhì)量以及電源的電量等等。 路由失效之前發(fā)現(xiàn)新的路由路由失效之前發(fā)現(xiàn)新的路由 由于移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系是動(dòng)態(tài)變化的，也許之前建立好的最佳路由可 能變得不是最佳、甚至變成無(wú)效路由。OLDM可以實(shí)時(shí)跟蹤網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，動(dòng)態(tài)的選擇 最優(yōu)的

27、路由，在當(dāng)前的路由失效之前完成新路由的尋找和建立工作。而不是像常見(jiàn)路由協(xié)議如 AODV等在鏈路遭到破壞時(shí)才去進(jìn)行路由的重建工作。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（5） 沒(méi)有路由回路沒(méi)有路由回路 避免路由回路的問(wèn)題是Ad Hoc路由協(xié)議需要解決的難題，很多路由協(xié)議并不能避免路由回路 的產(chǎn)生比如AODV。OLDM是一種多徑的路由協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)著盡可能多的到其它節(jié)點(diǎn)的 路由，這些路由往往錯(cuò)綜復(fù)雜。并且OLDM同時(shí)支持多種路由的選擇方法，一些路由選擇算法 本身并不能避免路由回路的產(chǎn)生，這給OLDM路由協(xié)議解決路由回路問(wèn)題帶來(lái)了重重困難。 OLDM

28、路由協(xié)議不但能夠完美的解決路由回路這個(gè)難題，而且OLDM路由協(xié)議是對(duì)路由回路 完全免疫的，在任何時(shí)間點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中都不會(huì)產(chǎn)生路由回路。 路由穩(wěn)定性好、延時(shí)小、更新速度快路由穩(wěn)定性好、延時(shí)小、更新速度快 由于OLDM路由協(xié)議采用了“多徑”技術(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)著到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的盡可能多的路由。 并且新路由的發(fā)現(xiàn)是在原有路由仍然有效的情況下進(jìn)行的，具有超前的意識(shí)，使得新舊路由的 更迭平滑順暢。相對(duì)諸如AODV等路由協(xié)議，OLDM的路由算法具有路由穩(wěn)定性好、延時(shí)小以 及更新速度快的優(yōu)勢(shì)。 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單所需資源極少實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單所需資源極少 OLDM路由協(xié)議可以運(yùn)行在只有幾十個(gè)字節(jié)的內(nèi)存的MCU上，簡(jiǎn)單的OLDM的現(xiàn)實(shí)僅需

29、要4K 字節(jié)的代碼空間。這樣低的硬件資源的要求，可以使OLDM運(yùn)行在目前幾乎所有的嵌入式設(shè)備 上，在市場(chǎng)上提供最具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)的解決方案。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 OLDM路由協(xié)議特點(diǎn)（6） 網(wǎng)絡(luò)吞吐量高網(wǎng)絡(luò)吞吐量高 由于OLDM路由協(xié)議采用了“多徑”技術(shù)，可以同時(shí)使用盡可能多的 鏈路發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)報(bào)文，最大程度避免網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的擁塞情況提 高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。 支持超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)支持超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò) 由于OLDM路由協(xié)議具有占用資源少、路由算法延時(shí)小、可靠性高、 網(wǎng)絡(luò)吞吐量高等優(yōu)點(diǎn)，因此OLDM路由協(xié)議能夠輕松管理超大規(guī)模的 網(wǎng)絡(luò)。比如：6553

30、5+個(gè)節(jié)點(diǎn)；255+級(jí)路或更大的網(wǎng)絡(luò)。 擴(kuò)展性好擴(kuò)展性好 基于OLDM路由協(xié)議，可以對(duì)路由協(xié)議報(bào)文進(jìn)行擴(kuò)展，容易實(shí)現(xiàn) QOS、信道選擇、自適應(yīng)波特率等特性。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh與ZigBee的比較 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ZigBee簡(jiǎn)介 ZigBee是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，主要由ZigBee Alliance制定，底層是采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體存取層與 實(shí)體層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支援大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、 快速、可靠、安全。 ZigBee的主要特點(diǎn)是在的基礎(chǔ)之上在2.4G

31、Hz頻段采用DSSS調(diào)制技術(shù)。終端節(jié)點(diǎn)可以睡眠，但肩負(fù) 路由工作的路由器不能睡眠，另外還需要啟動(dòng)和管理網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器。ZigBee有三種不同的版本 :2004，2006和2007。ZigBee2004不再使用并且ZigBee2006有很多重要缺陷。ZigBee2007進(jìn)入 了許多新的特性：頻率的靈活分配、報(bào)文的分段、增加了密鑰的管理使系統(tǒng)的安全性增加。網(wǎng)絡(luò)拓 撲采用分簇的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，每簇由一個(gè)路由器加上多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成星型結(jié)構(gòu)。路由協(xié)議采用AODV 算法在路由器之間尋找路由。 ZigBee協(xié)定層從下到上分別為物理層（PHY）、鏈路層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層 （APL）等。網(wǎng)絡(luò)裝置的角色

32、可分為ZigBee Coordinator、ZigBee Router、ZigBee End Device 等三種。支援網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆蠸tar、Tree、Mesh等三種。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的功能： 協(xié)調(diào)器Coordination：?jiǎn)?dòng)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)之后擔(dān)任路由器的工作。 路由器Router：中繼轉(zhuǎn)發(fā)終端之間的報(bào)文， 終端End Device：不參與路由，與路由器有著類似與子女-父母的關(guān)系。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ZigBee的特點(diǎn) ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示，其中協(xié)調(diào)器 和路由器不能由電池供電，只有節(jié)點(diǎn)可以睡眠。 組網(wǎng)的規(guī)則如下： 1

33、.終端設(shè)備必須與路由器或協(xié)調(diào)器相連 2.所有終端設(shè)備由路由器和協(xié)調(diào)器鏈接在一 起 3.路由器或協(xié)調(diào)器不能睡眠，并且需要緩沖 來(lái)自于終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 4.終端節(jié)點(diǎn)之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 5.ZigBee2007 Pro規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中的路由器設(shè) 備數(shù)量為500+個(gè)，每個(gè)路由器可以管理 32-64個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。 ZigBee的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)： 1.終端節(jié)點(diǎn)非常省電 2.Cluster-Tree拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供非常有效的路由 3.支持大規(guī)模大組網(wǎng) 4.ZigBee是一個(gè)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè) 備可能進(jìn)行通信 ZigBee的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)： 1.路由器和協(xié)調(diào)器不能睡眠 2.Cluster-Tree拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化是重建路 由是非常消耗無(wú)線帶寬和時(shí)間的，不適合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng) 常變化的網(wǎng)絡(luò) 3.不適合網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大的網(wǎng)絡(luò)，報(bào)文碰撞和丟包嚴(yán)重 4.一旦協(xié)調(diào)器不能正常工作會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓 5.正因?yàn)閆igBee是一個(gè)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，其聯(lián)盟廠家很多， 標(biāo)準(zhǔn)日趨復(fù)雜化，增加了采用ZigBee設(shè)備的成本。 WaveMesh協(xié)議簡(jiǎn)介一種簡(jiǎn)單、可靠的移 動(dòng)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 WaveMesh的特點(diǎn) WaveMesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示， WaveMesh只有一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型，是 一種完全對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。相對(duì) ZigBee，WaveMesh支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(