基于WLAN的无线多跳Mesh网络多信道实现

引言

无线局域网近年来在机场、酒吧、家庭等地方已实现WLAN的覆盖，从而使用户摆脱了有线上网的束缚而获得了极大的方便。为了以无线的方式实现更大范围的覆盖，WLAN中的接入点AP应添加无线mesh路由功能，同时这种AP也将成为mesh路由器，以负责本地接入和其他AP的分组转发，最终通过无线连接组成多跳的接入骨干网，也就是mesh网络。

1 WLAN Mesh网络结构

图1所示是WLAN Mesh网络结构示意图。在图1中，Mesh路由器通过无线连接组成接入骨干网再，骨干网通过mesh网关实现internet的接人。每个用户节点在本地的具有AP功能的路由器上接入，然后通过路由器的路由功能多跳地接入inter-net，以实现WLAN的无线扩展。

Mesh网络能够避免无线局域网因节点的摆放位置而造成的覆盖死角。由于mesh路由器是无线连接，因而可降低无线局域网AP有线接入inter-net的安装成本和带来的不便。另外，在一个社区或企业里，网络接人一般采用电缆或DSL系列连接。有时最后一公里采用无线方式，通过无线路由器连接到电缆或DSL调制解调器。这种连接方式有很多弊端。即便是在小区内，用户节点之间或者企业各办公室之间共享信息也需要通过inter-net，这显然会降低网络资源的利用效率。而利用无线覆盖用户家庭或企业办公室、不同办公楼之间，往往会有很多覆盖盲点，有时难以获得无线服务。很多昂贵的宽带网关又不能共享，必须在每个家庭或办公楼分别安装，这样网络铺设的成本就会升高。为此，小区的每个家庭或在企业的一个办公室、一栋楼里面也可以组成一个基于IEEE 802.11小型的网络。它们之间不再用以太网的有线连接，而通过mesh路由器实现其连接。而mesh网正好可以实现多个无线局域网的无线互连，因而可以代替以太网的有线连接。

2 WLAN mesh网络的信道实现

2.1 单电台单信道WLAN Mesh网络

传统的WLAN Mesh路由器都是单电台的，其组网模式如图2所示。为便于分析，图2中简略了每个路由器连接的其它节点。图中的单电台路由器以ad-hoc模式组成骨干转发网络，也称为类ad-hoc组网模式。每个路由节点的唯一一个电台不仅为本地用户提供接入服务，还负责为其它路由器转发分组。像ad-hoc网络那样，该网络所有的节点都在一个信道上工作，它们共享带宽，也容易受到干扰。因此网络的性能很低，可扩展性很差。

从图2可以看出，使用单信道时，由于相邻节点之间存在着干扰，所有节点不能同时接收或发送，故要在多跳范围内用CSMA／CA MAC机制进行协调。在骨干网络上，随着跳数的增加，路由器分配到的带宽将以1／n为底的指数递减，这里，n是每个路由器本地服务的结点数加上它的下行链路所连接的路由器数。在图2中，假设路由器1下行链路的带宽为C，那么，路由器2平均只能分配l／4C的带宽，这样，路由器2的本地用户以及路由器3共4个节点将在1／4C的带宽上竞争接入路由器2。而路由器3的三个用户将在(1／4)