一种新的WLAN无线Mesh网络测试床的设计与实现

无线局域网(WLAN)技术的发展和大规模应用在给人们生活带来便利的同时，也带来了很多其它问题，如WLAN并不是真正意义上的“无线”；可靠性低；覆盖能力有限；多数WLAN网络在其有效距离内具有“盲区”等等。而无线Mesh网络技术的出现，则很好地解决了上述问题。它彻底摆脱了线缆的束缚，能够实现非视距传输，可靠性高，结构灵活，鲁棒性强，因而越来越受到人们的重视，对无线Mesh网络的研究也逐渐增多。目前对无线Mesh网络的研究，比较典型的有2种方法：a)采用仿真方法开展研究工作，例如，基于NS-2和OPNET的仿真软件，建立无线Mesh网络(Wireless Mesh Network，WMN)协议模型和业务传输模型，进行协议的设计和性能分析。但对于真实的网络环境，仿真还有一定局限性，毕竟它只是对现实环境的模拟。b)搭建测试床的方法，它基于无线Mesh网络结构抽象出更小的网络结构模型、业务模型及关键技术，与真实环境基本相同，研究结果可直接运用到实际当中，这也是目前许多国内外研究机构正在进行的研究工作。测试床研究方法中，比较典型的有卡灵顿大学的WMN。除此之外，还有普渡大学项目和西安电子科技大学的Mesh网络性能测试平台。在它们所搭建的测试床中，每一个被称作MAP的Mesh路由器是一台装有两块无线网卡和一块有线网卡的台式机，有线网卡主要用来实现管理功能。这种设计对MAP节点的性能要求过高，也不利于Mesh网络的扩展。鉴于此问题，本文在上述研究的基础上，对无线Mesh网络测试床进行了改进。

1 现有的Mesh测试床分析
在Mesh网络中，MAP节点既是客户端网络的终点，又是Mesh骨干网的起点，将客户端网络和Mesh骨干网两个逻辑上独立的网络实体，连接成一个功能上统一的整体。目前，大多数研究机构在MAP节点结构的设计上，普遍遵循如下思想：用单独一个节点实现两个网络的连接，即用一台装有两块无线网卡的PC来实现骨干网络和客户端网络的连接，该节点同时处于两个网络当中。其中一块无线网卡实现AP功能，另一块实现MP功能，两块网卡之间通过相应的地址转换技术实现网卡间地址的转换。
在实际搭建过程中，这种方案具有明显的局限性，主要表现在以下3个方面：
a)网卡选择：前期的探索性实验证实了在一台PC中安装两块相同的无线网卡，由于驱动程序完全相同，冲突是在所难免的，它将导致两块无线网卡无法同时正常工作。另外，即使两块无线网卡不相同，若它们工作在同一频段(2．4 GHz或者5GHz)，由于距离较近，也会产生很大的同频干扰，从而影响了数据的正常传输。因此，该方案在很大程度上限制了无线网卡的自由选择。
b)节点故障处理：在Mesh网络的日常使用和维护过程中，节点随时会出现故障。若采用该方案，一旦MAP节点出现问题，由于节点自身的复杂性，很难进行故障排除，如果需要对设备进行更换，成本相对较高。
c)网络的扩展性：当现有的WLAN网络需要加入Mesh网络时，在该方案下，必须破坏现有的WLAN网络结构，所有客户端节点重新搜索MAP节点。若有多个WLAN网络存在，处理方法也如此。这样不但浪费了现有的硬件资源(WLAN的接入点AP)，而且由于所有欲加入网络的节点都需要断开并重新获得网络参数，增加了网络重建的复杂性。如图1所示，WLAN网络A和B欲加入Mesh网络，接入点AP下的所有客户端节点首先断开与原AP的连接，接着在搜索到就近的MAP后重新建立连接，从而加入到Mesh网络，最终得到如图2所示的Mesh网络结构。

采用上述方案搭建Mesh网络测试床的性价比是很低的，为了降低测试床实现的难度，方便后期测试床的维护和扩展，本文提出一种新的MAP实现方案。