一種新的WLAN無線Mesh網(wǎng)絡(luò)測試床的設(shè)計與實現(xiàn)

無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用在給人們生活帶來便利的同時，也帶來了很多其它問題，如WLAN并不是真正意義上的“無線”；可靠性低；覆蓋能力有限；多數(shù)WLAN網(wǎng)絡(luò)在其有效距離內(nèi)具有“盲區(qū)”等等。而無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，則很好地解決了上述問題。它徹底擺脫了線纜的束縛，能夠?qū)崿F(xiàn)非視距傳輸，可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，魯棒性強，因而越來越受到人們的重視，對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究也逐漸增多。目前對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究，比較典型的有2種方法：a)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，建立無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network，WMN)協(xié)議模型和業(yè)務(wù)傳輸模型，進行協(xié)議的設(shè)計和性能分析。但對于真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，仿真還有一定局限性，畢竟它只是對現(xiàn)實環(huán)境的模擬。b)搭建測試床的方法，它基于無線Mesh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)，與真實環(huán)境基本相同，研究結(jié)果可直接運用到實際當(dāng)中，這也是目前許多國內(nèi)外研究機構(gòu)正在進行的研究工作。測試床研究方法中，比較典型的有卡靈頓大學(xué)的WMN。除此之外，還有普渡大學(xué)項目和西安電子科技大學(xué)的Mesh網(wǎng)絡(luò)性能測試平臺。在它們所搭建的測試床中，每一個被稱作MAP的Mesh路由器是一臺裝有兩塊無線網(wǎng)卡和一塊有線網(wǎng)卡的臺式機，有線網(wǎng)卡主要用來實現(xiàn)管理功能。這種設(shè)計對MAP節(jié)點的性能要求過高，也不利于Mesh網(wǎng)絡(luò)的擴展。鑒于此問題，本文在上述研究的基礎(chǔ)上，對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)測試床進行了改進。

1 現(xiàn)有的Mesh測試床分析
在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，MAP節(jié)點既是客戶端網(wǎng)絡(luò)的終點，又是Mesh骨干網(wǎng)的起點，將客戶端網(wǎng)絡(luò)和Mesh骨干網(wǎng)兩個邏輯上獨立的網(wǎng)絡(luò)實體，連接成一個功能上統(tǒng)一的整體。目前，大多數(shù)研究機構(gòu)在MAP節(jié)點結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，普遍遵循如下思想：用單獨一個節(jié)點實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)的連接，即用一臺裝有兩塊無線網(wǎng)卡的PC來實現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)和客戶端網(wǎng)絡(luò)的連接，該節(jié)點同時處于兩個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。其中一塊無線網(wǎng)卡實現(xiàn)AP功能，另一塊實現(xiàn)MP功能，兩塊網(wǎng)卡之間通過相應(yīng)的地址轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)卡間地址的轉(zhuǎn)換。
在實際搭建過程中，這種方案具有明顯的局限性，主要表現(xiàn)在以下3個方面：
a)網(wǎng)卡選擇：前期的探索性實驗證實了在一臺PC中安裝兩塊相同的無線網(wǎng)卡，由于驅(qū)動程序完全相同，沖突是在所難免的，它將導(dǎo)致兩塊無線網(wǎng)卡無法同時正常工作。另外，即使兩塊無線網(wǎng)卡不相同，若它們工作在同一頻段(2．4 GHz或者5GHz)，由于距離較近，也會產(chǎn)生很大的同頻干擾，從而影響了數(shù)據(jù)的正常傳輸。因此，該方案在很大程度上限制了無線網(wǎng)卡的自由選擇。
b)節(jié)點故障處理：在Mesh網(wǎng)絡(luò)的日常使用和維護過程中，節(jié)點隨時會出現(xiàn)故障。若采用該方案，一旦MAP節(jié)點出現(xiàn)問題，由于節(jié)點自身的復(fù)雜性，很難進行故障排除，如果需要對設(shè)備進行更換，成本相對較高。
c)網(wǎng)絡(luò)的擴展性：當(dāng)現(xiàn)有的WLAN網(wǎng)絡(luò)需要加入Mesh網(wǎng)絡(luò)時，在該方案下，必須破壞現(xiàn)有的WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有客戶端節(jié)點重新搜索MAP節(jié)點。若有多個WLAN網(wǎng)絡(luò)存在，處理方法也如此。這樣不但浪費了現(xiàn)有的硬件資源(WLAN的接入點AP)，而且由于所有欲加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都需要斷開并重新獲得網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，增加了網(wǎng)絡(luò)重建的復(fù)雜性。如圖1所示，WLAN網(wǎng)絡(luò)A和B欲加入Mesh網(wǎng)絡(luò)，接入點AP下的所有客戶端節(jié)點首先斷開與原AP的連接，接著在搜索到就近的MAP后重新建立連接，從而加入到Mesh網(wǎng)絡(luò)，最終得到如圖2所示的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

采用上述方案搭建Mesh網(wǎng)絡(luò)測試床的性價比是很低的，為了降低測試床實現(xiàn)的難度，方便后期測試床的維護和擴展，本文提出一種新的MAP實現(xiàn)方案。