實(shí)例講解WMN的研究
WMN組網(wǎng)技術(shù)的研究，主要有兩種方法。一種是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WMN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型和業(yè)務(wù)傳輸模型，進(jìn)行協(xié)議的設(shè)計(jì)和性能分析。與此同時(shí)，基于WMN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抽象出更小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型、業(yè)務(wù)模型及關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，即WMN試驗(yàn)床，對(duì)一個(gè)WMN進(jìn)行測(cè)試、性能分析，這也是目前許多國外研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行的研究工作。
例如，微軟研究院建立了基于802.11的無線Mesh網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，麻省理工學(xué)院(MIT)建立了Roofnet實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，目的是使WMN提供因特網(wǎng)的接入服務(wù)。其中，微軟研究院構(gòu)建的Mesh網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在節(jié)點(diǎn)中的網(wǎng)絡(luò)層和MAC層之間增加一個(gè)Mesh連接層，DSR經(jīng)過修改成為無線Mesh網(wǎng)的路由協(xié)議。
MIT構(gòu)建Roofnet網(wǎng)絡(luò)，由20個(gè)左右的節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置一塊802.11b的無線網(wǎng)卡和一個(gè)全向天線，工作在同一信道上，基于Linux操作系統(tǒng)，路由協(xié)議采用類似于DSR路由協(xié)議的Srcc協(xié)議，Mesh客戶端通過DHCP動(dòng)態(tài)獲得IP地址，經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入因特網(wǎng)。目前，IEEE 802.11無線傳輸技術(shù)很成熟，其產(chǎn)品價(jià)格低廉并得到廣泛應(yīng)用，基于IEEE 802.11技術(shù)構(gòu)建WMN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究WMN組網(wǎng)技術(shù)是一種可行的并被廣為采用的方案。
為研究WMN組網(wǎng)技術(shù)、節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方案，擬構(gòu)建一個(gè)WMN測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)提供目前有線、無線的接入服務(wù)，如基于IEEE 802.11的WLAN接入，包括有中心方式通過AP接入以及Ad hoc接入，基于IEEE 802.3的有線接入等，如圖下圖所示。
在WMN中，當(dāng)Mesh客戶節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，可以構(gòu)成一個(gè)因特網(wǎng)的子網(wǎng)，通過Mesh 路由器接入Mesh骨干網(wǎng)，而在某些區(qū)域，當(dāng)Mesh客戶節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時(shí)，可以將接入網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)網(wǎng)段，通過Mesh網(wǎng)橋接入Mesh骨干網(wǎng)。Mesh網(wǎng)橋的功能類似于以太網(wǎng)的集線器或者交換機(jī)。Mesh網(wǎng)橋應(yīng)該價(jià)格低廉，并且能夠在不同的無線網(wǎng)段之間有效地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。為此，我們定義了Mesh網(wǎng)橋功能并設(shè)計(jì)了該設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案。
Mesh網(wǎng)橋能夠?qū)崿F(xiàn)不同接入節(jié)點(diǎn)的接入服務(wù)，包括WLAN接入，Ad hoc接入以及有線接入等多種接入服務(wù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)不同接入方式之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)一個(gè)Mesh網(wǎng)橋的方案是：基于Intel x86筆記本電腦運(yùn)行2.6.18版本的Redhat Fedora Core 6操作系統(tǒng)作為軟硬件平臺(tái)，筆記本電腦自帶的RJ45接口提供有線網(wǎng)絡(luò)連接接口，通過PCMCIA總線擴(kuò)展一塊無線網(wǎng)卡提供無線接入。無線網(wǎng)卡的型號(hào)為DWL650，基于Intersil's Prism2/2.5/3芯片組，采用Host AP作為驅(qū)動(dòng)程序，支持Host AP模式，能夠提供類似于AP的IEEE 802.11接入功能。
在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)WMN的最小驗(yàn)證系統(tǒng)，如圖4所示。Mesh網(wǎng)橋的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能采用基于Libpcap和Libnet技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，其中，Libpcap技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的捕獲功能，而Libnet技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送功能。通過捕獲在傳輸鏈路上的數(shù)據(jù)幀，采用第二層(鏈路層)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，完成不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及協(xié)議幀格式的轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)采用了第二層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，而非Mesh路由器的第三層IP轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，從而能夠加快不同網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速度，節(jié)省數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。
該系統(tǒng)主要由兩部分組成：2個(gè)Mesh網(wǎng)橋和3個(gè)Mesh客戶端。其中，為Mesh網(wǎng)橋配置了兩種通信傳輸接口，一種用于提供Mesh 客戶端接入服務(wù)，包括以太網(wǎng)接入或WLAN接入。另一端與Mesh骨干網(wǎng)連接，采用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的AODV路由協(xié)議，作為Mesh骨干網(wǎng)中的一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。Mesh客戶端分為兩類，一類是采用WLAN接入，另一類采用以太網(wǎng)接入。由于IEEE 802.11b支持11個(gè)信道，并且存在3個(gè)不相重疊的信道，因此，Mesh網(wǎng)橋的無線接入信道分別采用信道1和信道6，Mesh網(wǎng)橋之間的Ad hoc連接采用信道11，使各無線信道之間互不干擾。
在此系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)客戶端之間數(shù)據(jù)通信，并基于此系統(tǒng)，可以進(jìn)一步對(duì)第二層路由交換算法進(jìn)行研究。有文獻(xiàn)提出一種基于MAC地址的第二層交換路由算法(MARP)，通過擴(kuò)展地址解析協(xié)議(ARP)協(xié)議來完成路由請(qǐng)求和應(yīng)答過程。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的下一工作目標(biāo)是，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種有效的第二層交換算法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的性能。
WMN的研究實(shí)驗(yàn)表明，WMN是一種可實(shí)現(xiàn)的用于無線接入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種有著廣闊應(yīng)用前景的組網(wǎng)技術(shù)。
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