無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究

摘要無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，主要用于因特網(wǎng)的無線接入。路由是WMN中的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文先介紹路由技術(shù)的概念以及一般有線網(wǎng)絡(luò)的路由，然后以Adhoc為例介紹無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的路由，并比較它們與有線網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)別。接著著重介紹WMN路由協(xié)議。最后本文詳細介紹分析一種適用于無線網(wǎng)狀接入網(wǎng)的TBR協(xié)議及其改進協(xié)議。

關(guān)鍵詞WMN；Adhoc；路由協(xié)議；TBR1引言

如今，無線通信技術(shù)正以前所未有的速度發(fā)展著，并日益廣泛地融入到人們的生活之中。蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)比較成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力強，然而它在數(shù)據(jù)業(yè)務支持方面明顯不足。無線局域網(wǎng)在近年來得到了較快的發(fā)展，成為無線接入的有效手段，但是它的覆蓋范圍又很有限。下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)究竟該朝哪個方向發(fā)展？雖然還沒有定論，但能同時提供大覆蓋范圍、高數(shù)據(jù)速率和移動性支持則是共識。近年來，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（WirelessMeshNetwork，WMN）以其特有的優(yōu)勢引起了人們的廣泛關(guān)注，并可能成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的重要組成部分。2WMN概述

WMN是一種從移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展起來的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此也是一種動態(tài)自組織、自配置的多跳寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。與Adhoc網(wǎng)絡(luò)不同，WMN可以通過位置相對固定的無線路由器，將多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行互聯(lián)，并提供高速的骨干網(wǎng)。該結(jié)構(gòu)已經(jīng)被納入到802.16e，802.11s等標準中。WMN作為未來無線城域核心網(wǎng)最理想的方式之一，具有可能挑戰(zhàn)3G技術(shù)的能力，是構(gòu)建B3G/4G的潛在技術(shù)之一。

WMN由客戶節(jié)點、路由器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點組成?？蛻艄?jié)點也可以分為普通WLAN客戶節(jié)點和具有路由與信息轉(zhuǎn)發(fā)功能的客戶節(jié)點兩類。與傳統(tǒng)的無線路由器相比，WMN路由器在很多地方均作了增強，除了提升多跳環(huán)境下的路由功能外，對MAC協(xié)議、多無線接口等技術(shù)也有所改進。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有到Internet有線寬帶的連接，WMN通過其網(wǎng)關(guān)節(jié)點接入Internet。WMN接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。按照結(jié)構(gòu)層次，WMN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點均為對等結(jié)構(gòu)，適用于節(jié)點數(shù)少又不連入核心網(wǎng)的場合；多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為上下層兩個部分，上層為MESH結(jié)構(gòu)的路由器網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，下層為普通WLAN客戶節(jié)點，它們只能通過接入上層的網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)相互間的通信；混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即以上兩種結(jié)構(gòu)的混合，網(wǎng)絡(luò)也分為上下兩層，但其下層是具有路由與信息轉(zhuǎn)發(fā)功能的客戶節(jié)點。3Internet路由協(xié)議與Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

路由是WMN中的一項關(guān)鍵技術(shù)，本文主要針對無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進行研究。3.1路由技術(shù)的概念

路由技術(shù)是計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展而發(fā)展。簡而言之，路由技術(shù)是指采用一種或多種策略，為數(shù)據(jù)分組從源地址到目的地址的轉(zhuǎn)發(fā)選擇一條或幾條理想的路徑。它是通過在路由設(shè)備（如路由器等）上運行路由協(xié)議來實現(xiàn)的。路由器間可進行相互通信，從而在每個路由器都建立一張路由表，用于存放網(wǎng)絡(luò)中的路由轉(zhuǎn)發(fā)信息。通過查找路由表中相應表項（下一跳地址等）來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。3.2Internet路由協(xié)議

Internet路由協(xié)議根據(jù)其設(shè)計理念，主要分為為兩大類：距離向量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路協(xié)議。距離向量路由協(xié)議（如RIP）主要優(yōu)點是簡單且有效率，但是，這種方法存在收斂慢、易出現(xiàn)路由環(huán)路等問題。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（如OSPF）的特點是，所有路由器均保存全網(wǎng)絡(luò)拓撲信息并做周期更新，并且任何一個環(huán)節(jié)的改變引發(fā)即時更新。相對于傳統(tǒng)的距離向量路由協(xié)議，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議有全網(wǎng)拓撲信息，因此可以防止出現(xiàn)路由環(huán)路且收斂速度較快。然而，這種協(xié)議通過全網(wǎng)廣播來傳遞最新信息，因此，尤其是在高移動性（或嚴重無線電干擾）造成鏈路狀態(tài)改變的時候，此類協(xié)議會耗費大量的網(wǎng)絡(luò)資源并產(chǎn)生過多的控制開銷，而使其變得不可行。

傳統(tǒng)的Internet路由協(xié)議（如OSPF，RIP）是專為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的。它們不能夠很好處理無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境中常見的拓撲結(jié)構(gòu)和鏈接質(zhì)量的快速變化。因此，在無線網(wǎng)絡(luò)中不能直接使用傳統(tǒng)的Internet路由協(xié)議，而要使用為無線網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)計的路由協(xié)議。3.3Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的無線移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均由移動主機構(gòu)成，移動主機之間可以直接通信，移動主機既是主機又是路由器，通過移動主機自由的組網(wǎng)實現(xiàn)通信。

如圖2所示，根據(jù)發(fā)現(xiàn)路由的驅(qū)動模式不同，Adhoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議一般分為以下兩種：一種稱為表驅(qū)動（TableDriven）路由，或者預先式（Proactive）路由，如DSDV（DynamicDestination-SequencedDistanceVector）是一種典型的表驅(qū)動路由協(xié)議，基于Bellman-Ford算法；另一種稱為按需（OnDemand）路由，或者反應式（Reactive）路由，如DSR（DynamicSourceRouting）是一種典型的按需路由協(xié)議。此外，還有一種混合式路由協(xié)議——ZRP（ZoneRoutingProtocol）[1]。表驅(qū)動路由協(xié)議通過連續(xù)地檢測鏈路質(zhì)量，時刻維護準確的網(wǎng)絡(luò)拓撲和路由信息。其優(yōu)點是發(fā)送報文時可立即得到正確的路由信息，然而表驅(qū)動路由需要大量的控制報文，開銷太大，不具有良好的擴展性。而按需路由協(xié)議則有所不同，其節(jié)點僅當需要時才查找相應路由，節(jié)省了路由維護的開銷，但在進行數(shù)據(jù)傳輸時需要尋找路由，造成不可預測的路由延遲，因而不適應對時延敏感性應用[2]。從上述的分析中可以看出，無論是表驅(qū)動路由還是按需路由，對規(guī)模較大的自組織網(wǎng)絡(luò)的支持都不是很好，而混合式又過于復雜而不適合實際應用。4WMN路由協(xié)議4.1WMN與Adhoc的比較

雖然在WMN的路由設(shè)計時可以參考一些現(xiàn)有的用于adhoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。但事實上WMN與移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）還是有較大區(qū)別的。主要體現(xiàn)在：

（1）MANET的網(wǎng)絡(luò)拓撲注重的是移動，而WMN的移動性低，網(wǎng)絡(luò)拓撲總體呈現(xiàn)靜態(tài)或弱移動。

（2）MANET的節(jié)點能量有限，功率節(jié)省是其路由設(shè)計的一個重要方面，而WMN關(guān)注的是高吞吐量的路由協(xié)議，側(cè)重無線寬帶大容量傳輸。

（3）MANET的業(yè)務側(cè)重于網(wǎng)內(nèi)通信，而WMN的業(yè)務側(cè)重于網(wǎng)間通信，主要用于因特網(wǎng)或?qū)拵Ф嗝襟w接入。

（4）此外，MANET的節(jié)點類型單一，即兼具路由與主機功能、地位平等的客戶端節(jié)點，而WMN的節(jié)點類型一般有三種。

正是由于WMN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)兩者之間的差別決定了為AdHoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的路由協(xié)議可能不適合WMN，因此，我們必須充分考慮WMN的特點，設(shè)計最適合WMN的路由協(xié)議，以提高WMN的性能。4.2WMN路由協(xié)議的設(shè)計因素