混合WMN路由基础知识详解

（一）混合WMN基础知识

1.混合WMN的网络架构

多跳无线网络WMN作为有前景的无线接入网络包括Mesh客户端、Mesh路由器和网关三种节点类型。WMN网络具有高传输速率、广覆盖、快速配置、灵活组网和可扩展性特点，能够有效解决一些有线网络和传统的无线网络无法解决的问题。此外，WMN可以与无线蜂窝网、WLAN（Wireless Local Area Networks）等其他无线网络组成异构无线网络，实现无缝覆盖。因此与其他传统的无线网络相比，WMN具有更多样的网络特性。WMN网络依据节点的功能可以分为三种架构：客户端WMN、基础设施WMN和混合WMN。

客户端WMN是由Mesh客户端多跳通信组成的，Mesh客户端具有路由和配置功能，能够为客户提供用户端的应用。因此，在客户端Mesh网络中没有Mesh路由器参与组网。基础设施WMN与客户端WMN架构不同，基础设施WMN通过Mesh路由器组成骨干网为客户端提供接入点。Mesh客户端在基础设施WMN中没有路由功能，并且不能互相直接通信。如果客户端想要接入因特网业务或者与其他客户端通信都需要接入骨干路由器通过骨干网实现。

混合WMN是基础设施WMN与客户端WMN融合组网而成的，混合WMN兼具基础设施WMN和客户端WMN的网络特点，Mesh客户端可以通过Mesh路由器或其他Mesh客户端进行因特网接入业务和与目的Mesh客户端进行通信。当骨干传输网络负载量较大或瘫痪时，Mesh客户端能够路由和转发数据，有助于消除传统的基础设施Mesh网络完全依靠骨干网络传送信息的限制，增大网络的覆盖范围。因此，混合WMN既具有基础设施Mesh网络的稳健性又具有客户端Mesh网络的灵活性，且混合WMN更贴近实际网络环境，覆盖更广，能够解决客户端一跳无法接入到骨干网的问题。综上，混合WMN是一种具有广泛应用前景的网络架构。

2.混合WMN架构特点和应用场景

目前，混合WMN架构因其具有更大的覆盖范围和更强的网络连接性受到国内外大量的科研机构及国际标准化研究组织的关注。笔者通过阅读混合WMN相关文献，总结了混合WMN的网络架构的特点如下。

（1）Mesh客户端具有移动性，骨干Mesh路由器相对静止和稳定。

（2）Mesh客户端具有能量限制，需要考虑节能问题，骨干Mesh路由器与Mesh客户端相比不具有能量限制。

（3）Mesh客户端具有转发能力，即具有相当于路由器的转发功能，能够参与Mesh网络通信。

（4）Mesh客户端一般配置单接口单信道，Mesh路由器一般配置多接口多信道。(www.xing528.com)

（5）Mesh路由器处理能力及容量高于Mesh客户端。

混合WMN中的业务流量类型主要有两种：因特网导向型业务和客户端导向型业务。因特网导向型业务是客户端经过网关接入到因特网的业务流量；客户端导向型业务是两个客户端端到端之间的通信。因为混合WMN中的客户端具有路由转发功能，所以这两种业务类型的路由都可以通过Mesh客户端，而不像基础设施Mesh网络，客户端只能通过骨干网通信。由于Mesh网络主要的业务流量来自因特网业务流量，因此主要是针对因特网业务流量进行路由研究。WMN在公共安全、应急通信、智能运输系统和社区网络应用广泛。近年来，WMN的应用领域被大量商业化，如宽带家庭和社区网络，城域网和企业网络。混合WMN因其具有更强的网络连接性还可被用于地下环境，如：矿井通信、隧道通信、应急通信等。此外，随着客户端的容量及处理能力的不断增强，混合WMN作为更适合实际场景的网络架构有望应用到各个领域。

（二）AODV-MR路由协议

1.AODV-MR路由协议选路原理及运行过程

目前，路由协议依据路由方式的不同可以分为主动式路由协议、反应式路由协议和混合路由协议三种类型。路由协议通常根据网络架构特点来设计，以期在源节点和目的节点之间选择最优的路径，提高网络吞吐量、丢包率、端到端时延等性能。AODV-MR路由协议是反应式路由协议AODV的多接口扩展协议，因其能够在动态的网络环境下保证网络的连接性被广泛应用于混合WMN。下面主要通过路由发现和路由维护介绍AODV-MR协议的选路原理。

Mesh网络场景中每个Mesh路由器有多个接口，每个接口被分配一个非重叠的信道。当网络中有节点向其他节点发起通信请求时，该节点被称为源节点，所请求的节点被称为目的节点。源节点首先检测路由表内是否有到目的节点的路由，如果有则直接发送数据包；如果没有，则进行路由发现并通过所有接口广播带有源节点IP和目的节点IP等信息的路由请求（Route Request，RREQ）包给它的邻居节点。ID字段唯一的标识RREQ，序列号表明RREQ包的新旧程度避免环路。跳数是源节点和目的节点间的路径长度，在这里是AODV协议的路由度量。当中间节点接收到最新的RREQ包时，它从除了接收RREQ包接口外的所有接口将RREQ包广播出去并建立和保存到源节点的反向路由。当RREQ包到达一个节点，该节点IP地址与RREQ中携带的目的IP地址相匹配或具有最新到达目的节点的路由时，就沿路由发现过程中建立的反向路由向源节点单播路由回复（Route Reply，RREP）消息。

2.AODV-MR存在的不足

AODV-MR旨在利用WMN的网络架构中路由器可以装有多接口来降低干扰并提高吞吐量，从而改善传统AODV的性能。但是，AODV-MR不区分节点的类型，只是在网络中寻找跳数最短的路径。在混合WMN中，骨干网Mesh路由器移动性低且能量不受限，客户端具有转发特性，但是客户端具有移动性并且能量受限。因此采用现有的AODV-MR协议中跳数做度量并没有考虑到Mesh客户端和Mesh路由器的性能特点，不能够充分利用高吞吐量的Mesh路由器作为主要转发节点，易造成链路断裂和路径的延长。

此外，Mesh路由器的多接口多信道特性会造成RREQ包和HELLO包等控制包的大量转发，客户端的转发特性会使网络中重复RREQ包数量增多，进一步增加了网络中的路由开销。客户端的移动性和能量受限特性容易造成链路中断，从而导致路由的修复或重新发现，增加网络中的RREQ、RRER等控制包的数量。同时客户端及路由器的大量转发会造成全网控制开销的增加，更高的开销会消耗更多的能量，因此降低网络开销可以帮助节省Mesh客户端能量。