實例講解WMN的研究
WMN組網技術的研究,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網絡協議模型和業務傳輸模型,進行協議的設計和性能分析。與此同時,基于WMN網絡結構抽象出更小的網絡結構模型、業務模型及關鍵技術,實現一個實用的實驗網絡,即WMN試驗床,對一個WMN進行測試、性能分析,這也是目前許多國外研究機構正在進行的研究工作。
例如,微軟研究院建立了基于802.11的無線Mesh網實驗平臺,麻省理工學院(MIT)建立了Roofnet實驗網絡平臺,目的是使WMN提供因特網的接入服務。其中,微軟研究院構建的Mesh網絡平臺,在節點中的網絡層和MAC層之間增加一個Mesh連接層,DSR經過修改成為無線Mesh網的路由協議。
MIT構建Roofnet網絡,由20個左右的節點組成,每個節點配置一塊802.11b的無線網卡和一個全向天線,工作在同一信道上,基于Linux操作系統,路由協議采用類似于DSR路由協議的Srcc協議,Mesh客戶端通過DHCP動態獲得IP地址,經網關節點接入因特網。目前,IEEE 802.11無線傳輸技術很成熟,其產品價格低廉并得到廣泛應用,基于IEEE 802.11技術構建WMN實驗平臺,研究WMN組網技術是一種可行的并被廣為采用的方案。
為研究WMN組網技術、節點實現方案,擬構建一個WMN測試平臺。該平臺提供目前有線、無線的接入服務,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Mesh客戶節點數量較多時,可以構成一個因特網的子網,通過Mesh 路由器接入Mesh骨干網,而在某些區域,當Mesh客戶節點數量較少時,可以將接入網絡視為一個網段,通過Mesh網橋接入Mesh骨干網。Mesh網橋的功能類似于以太網的集線器或者交換機。Mesh網橋應該價格低廉,并且能夠在不同的無線網段之間有效地轉發數據幀。為此,我們定義了Mesh網橋功能并設計了該設備的實現方案。
Mesh網橋能夠實現不同接入節點的接入服務,包括WLAN接入,Ad hoc接入以及有線接入等多種接入服務,并且能夠實現不同接入方式之間的協議轉換。實現一個Mesh網橋的方案是:基于Intel x86筆記本電腦運行2.6.18版本的Redhat Fedora Core 6操作系統作為軟硬件平臺,筆記本電腦自帶的RJ45接口提供有線網絡連接接口,通過PCMCIA總線擴展一塊無線網卡提供無線接入。無線網卡的型號為DWL650,基于Intersil's Prism2/2.5/3芯片組,采用Host AP作為驅動程序,支持Host AP模式,能夠提供類似于AP的IEEE 802.11接入功能。
在此基礎上,構建一個WMN的最小驗證系統,如圖4所示。Mesh網橋的協議轉換功能采用基于Libpcap和Libnet技術來實現,其中,Libpcap技術實現數據幀的捕獲功能,而Libnet技術實現數據幀的發送功能。通過捕獲在傳輸鏈路上的數據幀,采用第二層(鏈路層)轉發技術,完成不同網段之間的數據轉發以及協議幀格式的轉換。由于系統采用了第二層轉發技術,而非Mesh路由器的第三層IP轉發技術,從而能夠加快不同網段之間數據轉發的速度,節省數據轉發時間。
該系統主要由兩部分組成:2個Mesh網橋和3個Mesh客戶端。其中,為Mesh網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,包括以太網接入或WLAN接入。另一端與Mesh骨干網連接,采用Ad hoc網絡的AODV路由協議,作為Mesh骨干網中的一個交換節點。Mesh客戶端分為兩類,一類是采用WLAN接入,另一類采用以太網接入。由于IEEE 802.11b支持11個信道,并且存在3個不相重疊的信道,因此,Mesh網橋的無線接入信道分別采用信道1和信道6,Mesh網橋之間的Ad hoc連接采用信道11,使各無線信道之間互不干擾。
在此系統中,可以實現任意兩個客戶端之間數據通信,并基于此系統,可以進一步對第二層路由交換算法進行研究。有文獻提出一種基于MAC地址的第二層交換路由算法(MARP),通過擴展地址解析協議(ARP)協議來完成路由請求和應答過程。本實驗系統的下一工作目標是,設計并實現一種有效的第二層交換算法,實驗驗證算法的性能。
WMN的研究實驗表明,WMN是一種可實現的用于無線接入的網絡結構,是一種有著廣闊應用前景的組網技術。
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