无线Mesh网络基础知识

钟成琦　陈钧　张展翔

摘 要 WMN又称为无线网状网，是一种基于IP协议的具有高容量、高速率的新型分布式无线网络。它由位置相对固定的Mesh路由器和移动随意性很大的Mesh客户端组成，通常要与其它网络连接才能提供用户所需的网络服务。从某种意义上讲，WMN更是一种网络接入架构思想。“Mesh”原意是指所有的节点全部互连，而实际上绝大多数WMN只需部分节点互连。

关键词 无线Mesh网络 异常检测 RBF神经网络

中图分类号：TP183 文献标识码：A

1无线Mesh网络定义

目前，主要推动无线Mesh标准发展的是Wi-Mesh联盟和SSEMesh组织。2009年形成的IEEE 802.11s标准草案（DraftD3.00）就是由它们两联合提出的。其它标准如IEEE 802.15，IEEE 802.16和IEEE 802.20 也都将引入WMN组网技术中。

移动性网络拓扑健壮性网络规模及扩展性业务类型应用 Mesh路由器构成网络主体，移动性较差，无功耗限制；Mesh客户端移动性强，有功耗限制静态或者弱移动的网络拓扑强Mesh路由器数量较少，Mesh客户端数量庞大。可以实现多种无线网络的互连互通，扩展性强提供客户端节点到网关节点的无线接入、无线子网到Internet的无线接入及多种无线网络间的互连互通多为民用通信移动性较强的客户端构成网络主体，有功耗限制。

2无线Mesh网络拓扑结构

WMN通常由Mesh路由器和Mesh客户端组成，先介绍这两种网络设备。

2.1无线Mesh路由器

除了包含路由选择功能外，无线Mesh路由器还具备传统无线AP的正常接入功能。根据完成任务不同可以再细分为接入路由器、骨干网路由器和网关Mesh路由器。为确保Mesh路由器对采用相同或不同无线访问技术的网络的兼容性，它会有多个不同的无线接口。在支持多跳通信的基础上，Mesh路由器改进了它的MAC层协议和功率控制技术，使得其较传统无线路由器在获得同样信号覆盖范围的前提下传送功率更低。传统无线路由器的专用硬件平台和通用计算机平台均可用来搭载Mesh路由器。

2.2无线Mesh客户端

为满足WMN灵活组网和转发数据的要求，一些Mesh客户端必须具备一定的路由功能。Mesh客户端的路由功能可以实现数据的转发，但它一般仅有一个无线接口，因此不能用作网关或网桥。笔记本、台式电脑、PDA等设备均可当作Mesh客户端使用。

WMN根据组成它的节点功能不同，可以分为基础设施结构网络、客户端结构网络和混合结构网络三种。

2.2.1基础设施/骨干网结构无线Mesh网络

该网络中仅由多个Mesh路由器组成的网络被称为基础设施或骨干网络。Mesh客户端间和其它传统无线网络间通过骨干网络中的Mesh路由器的网桥功能实现互联。WMN通过Mesh路由器的网关功能与Internet 相连，为用户无线延伸了Internet服务。基础设施结构WMN可以使用多种无线技术，如IEEE802.11，IEEE802.16等，并具备以太网接口。

2.2.2客户端结构无线Mesh网络

该网络又被称为平面结构网络或对等式WMN，具有为Mesh客户端提供点对点服务的功能。这种结构中只有功能完全一致的Mesh客户端，它的对等性与移动Ad hoc网络相同。这种结构中的Mesh客户端为保证相互间通信顺畅，采用的物理层和传输层协议及无线接口等都相同。客户端结构WMN的Mesh客户端较其它结构的Mesh客户端在自我配置、终端应用和数据转发等方面性能更强，因此其组成简单，易部署，适合临时架设。

2.2.3混合结构无线Mesh网络

该网络结合了基础设施结构WMN和客户端结构WMN的特点，实现了扩大网络规模和异构网络相互间进行通信的功能。混合结构WMN中，由Mesh路由器组成的骨干网络主要实现采用不同通讯技术和结构的网络如Internet、WLAN、Wi-Fi及WSN等之间的互连互通。Mesh客户端根据所处环境，可以直接连接到Mesh路由器，也可以通过其它Mesh客户端经过多跳连接到Mesh路由器。Mesh客户端的这种路由功能可以从客户端网络的内部区域改善WMN的连通性，大大增大了无线信号覆盖面积。

著名的“无线台北” 就是典型的混合结构WMN。美国的费城、芝加哥、旧金山、匹茲堡等地也有类似项目。

3无线Mesh网络特点

以上三种WMN结构体系中，混合结构WMN优势最明显，下面以它为例介绍WMN的特点。

（1）具有自组织、自管理等能力。WMN支持Ad hoc方式网络互连，各节点在接入WMN时利用自动组网功能与其它节点建立并维护连接，在多跳转发数据时实现无缝通信。

（2）具有无线多跳网络拓扑结构。首先，在不牺牲信道容量的前提下，多跳技术大大缩短了WMN中无线链路所需的长度，减少了节点间相互干扰，降低了发射功率，提高了频率复用效率和网络吞吐量；其次，Mesh路由器在源节点和目的节点间建立冗余路径，用以解决单点故障、潜在路径瓶颈问题，增强了网络的健壮性和可靠性。

（3）具有很强的兼容性。WMN一般不独立运行，而是与现有多种网络通过Mesh路由器的网关或桥接功能进行互联。

（4）架设成本低、投资风险小。无线网关和Mesh路由器投入使用后位置基本固定，因此一定区域内不需设置多个。WMN各设备都可提供接入服务，投资者无需设定专用AP，短期内便能收益。

（5）具有更细致的路由和配置功能划分。Ad hoc网络中所有终端节点都要为其他节点执行路由和配置功能。而WMN的Mesh客户端虽然也有路由转发功能，但主要还是由Mesh路由器承担。

（6）具有庞大的网络规模。WMN通信范围覆盖广，在城市化的部署与信号覆盖中为客户端提供可靠的电信级通信服务。

参考文献

[1] D.M.Shila，Y.Cheng，and T.Anjali.Channel-Aware Detection of Gray Hole Attacks in Wireless Mesh Networks[C].The Proceedings of IEEE Globecom，2009：1-6.

[2] 李宏建.无线Mesh网络安全关键技术研究[D].国防科学技术大学研究生院，2011.

[3] 王高才，冯鹏，王淖，彭颖，黄书强.一种速率自适应的能耗优化路由策略研究[J].计算机学报，2015，38（3）：555-566.

[4] Loukas Lazos，Marwan Krunz：Selective jamming/dropping insider attacks in wireless mesh networks[J].IEEE Network 2011，25（1）：30-34