基于WMN的應(yīng)急通信組網(wǎng)方法研究*

王海濤，陳暉

(解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇南京 210007)

0 引言

無線通信網(wǎng)絡(luò)分為有中心網(wǎng)絡(luò)和無中心網(wǎng)絡(luò)，前者通常需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如蜂窩網(wǎng)絡(luò);后者不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施，如Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)［1］?，F(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)大多采用的是點(diǎn)到多點(diǎn)的通信組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、可擴(kuò)展和靈活性受限，而無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(wireless Mesh network，WMN)恰好能彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的這些缺陷。WMN也稱無線多跳網(wǎng)狀網(wǎng)，是一種新型寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋范圍大、傳輸速率高、部署方便、配置靈活和擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，尤其適用軍事通信和應(yīng)急通信等場(chǎng)合［2］。

WMN源于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最早是一種應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的分組無線多跳網(wǎng)絡(luò)，采用全分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可隨意移動(dòng)，但是這種網(wǎng)絡(luò)的信道帶寬和傳輸速率非常有限，并且民用領(lǐng)域受限。針對(duì)上述問題，在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上衍生出容量大、速率高、易部署的WMN。自從WMN提出之后，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，已成為一種有前途的寬帶無線接入技術(shù)，人們期待WMN能夠在網(wǎng)絡(luò)接入和互聯(lián)、泛在網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算、寬帶信息傳輸以及應(yīng)急通信系統(tǒng)構(gòu)建等眾多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用［3］。近10年以來，MeshNetworks等公司相繼開發(fā)出適用于商業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品，Skypilot公司將智能天線技術(shù)應(yīng)用于WMN，極大提高了頻譜利用率。2004年，IEEE 802.11工作組成立了網(wǎng)狀網(wǎng)研究任務(wù)組，這標(biāo)志著WMN技術(shù)正式邁上了標(biāo)準(zhǔn)化之路。由于WMN的迅速發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織為其制定了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要有 IEEE 802.11s，802.15，802.16，802.16e 和 802.20 等標(biāo)準(zhǔn)［4］。

近年來，WMN在校園網(wǎng)、城域網(wǎng)等實(shí)際應(yīng)用上取得了一些成果。2004年摩托羅拉公司收購(gòu)了MeshNetworks，以便向客戶提供更多的解決方案以建設(shè)可伸縮性的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可提供包括數(shù)據(jù)、視頻、定位信息和IP語音等業(yè)務(wù)在內(nèi)的新一代服務(wù)內(nèi)容。美國(guó)的舊金山、費(fèi)城等城市已采用WMN覆蓋整個(gè)城市，提供無處不在的無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)及大量新興的公眾服務(wù)。在中國(guó)，WMN市場(chǎng)還處于初級(jí)探索階段，由于核心技術(shù)、芯片生產(chǎn)都掌握在歐美公司手中，大部分WMN設(shè)備是進(jìn)口產(chǎn)品。汶川大地震搶險(xiǎn)救災(zāi)期間，在青川縣關(guān)莊鎮(zhèn)等地成功搭建了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)用于應(yīng)急通信指揮，取得了很好的應(yīng)用效果［5］。另外，天津開發(fā)區(qū)采用WMN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)部署，覆蓋大約30 km2的無線監(jiān)控［6］。可以預(yù)見，隨著WMN的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的日益成熟，WMN的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來越廣。

1WMN技術(shù)概述

1.1 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

WMN中包含可以固定安置或動(dòng)態(tài)移動(dòng)的無線骨干路由器，可以靈活應(yīng)用于多種無線環(huán)境。在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(wireless local area network，WLAN)中，節(jié)點(diǎn)之間的通信需要通過一個(gè)叫做接入點(diǎn)(access point，AP)的固定接入點(diǎn)完成，將這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。在WMN中任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)AP，與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行通信。WMN可以充分發(fā)揮WLAN數(shù)據(jù)傳輸速率高和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多跳自組織的優(yōu)勢(shì)，是一種高容量、高速率的新型寬帶無線分布式網(wǎng)絡(luò)［2］。由于有冗余AP和冗余路徑存在，WMN中的數(shù)據(jù)傳輸比較可靠。當(dāng)某段網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，WMN可以自適應(yīng)地選擇鄰居負(fù)載較輕的路徑來減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞。此外，WMN易于和其他網(wǎng)絡(luò)融合，且融合方式靈活多變。表1比較了 WMN，WLAN和移動(dòng) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(mobile Ad Hoc network，MANET)的技術(shù)特點(diǎn)。

具體來說，WMN有如下顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)［5-6］:

(1)傳輸速率高

由于采用多跳傳輸，減小了每跳的傳輸距離，使得路徑損耗大大降低，從而獲得較高的傳輸速率。

(2)覆蓋范圍大

WMN支持多跳中繼，終端用戶可以通過路由器或其他節(jié)點(diǎn)中繼接入網(wǎng)絡(luò)，從而大大拓展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并且可以根據(jù)需求快速布置接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋。

(3)可靠性高

WMN中存在多條冗余路由，其中一條鏈路中斷，數(shù)據(jù)包可自動(dòng)重新尋路繼續(xù)傳輸，不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，從而可避免了單點(diǎn)故障造成的服務(wù)中斷問題。

表1 WMN，WLAN和MANET的技術(shù)特點(diǎn)比較Table 1 Comparison between the technology traits of WMN，WLAN and MANET

(4)靈活、易配置

WMN組網(wǎng)方便靈活，只需部署Mesh路由器即可，而且設(shè)備小巧輕便，易于配置。再者由于其網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力，網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)也變得簡(jiǎn)單易行。

(5)易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合

WMN可以方便地實(shí)現(xiàn)與多種網(wǎng)絡(luò)的融合，如傳感器網(wǎng)絡(luò)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)，因特網(wǎng)，IEEE802.11，IEEE802.15，IEEE802.16等，從而提高傳輸效率。

(6)投資成本低

WMN建設(shè)成本低，并可隨用戶增加逐步擴(kuò)容。Mesh路由器相對(duì)便宜，并且通常可以使用免費(fèi)頻段通信，有助于降低成本與風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 WMN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WMN組網(wǎng)靈活多樣，但是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和終端設(shè)備的類型和數(shù)量，WMN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本可分為3種類型［7］:客戶端 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、骨干 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和混合Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。客戶端Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指由各個(gè)對(duì)等的終端設(shè)備互聯(lián)提供對(duì)等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不需要Meth路由器，主要用于支持終端的應(yīng)用，不提供接入Internet的服務(wù)。骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是指無線Mesh路由器互聯(lián)構(gòu)成的無線干線網(wǎng)，為普通客戶端提供網(wǎng)絡(luò)接入功能?；旌螹esh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即是結(jié)合了上述2種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既包括普通客戶終端又包括提供Internet接入服務(wù)的無線Mesh路由器。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)分析

1.3.1 MAC(media access control)協(xié)議

WMN是WLAN和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)融合的產(chǎn)物，其MAC協(xié)議在IEEE 802.11 MAC協(xié)議基礎(chǔ)上做了針對(duì)性改動(dòng)，主要考慮了信息多跳傳輸和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性。IEEE 802.11 MAC協(xié)議通過分布式協(xié)調(diào)功能(distributed coordinated function，DCF)和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(point coordinated function，PCF)實(shí)現(xiàn)對(duì)MAC子層的接入控制。其中，DCF是基于 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance)的單信道MAC協(xié)議，而PCF是一種由AP集中控制的MAC協(xié)議，能夠提供一定服務(wù)質(zhì)量保證［1］。在WMN中，單信道MAC協(xié)議很難消除隱藏終端/暴露終端問題，并且會(huì)限制網(wǎng)絡(luò)吞吐量，難以提供服務(wù)質(zhì)量保證，為此目前WMN傾向采用多信道MAC協(xié)議。

多信道MAC可以分為兩大類:多信道單無線電(multiple channel single radio，MCSR)和多信道多無線電(multiple channel multiple radio，MCMR)。對(duì)于MCSR，節(jié)點(diǎn)需要在無線電接口上頻繁切換信道以便與不同節(jié)點(diǎn)通信，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)間干擾變化劇烈，難以維持網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡和服務(wù)質(zhì)量，而配備多個(gè)無線電臺(tái)的MCMR可以較好解決上述問題。典型的多信道MAC協(xié)議有動(dòng)態(tài)信道分配MAC協(xié)議(dynamic channel assignment，DCA)、基于主信道分配的多信道MAC協(xié)議(primary channel assignment multiple channel，PCAM)，多射頻統(tǒng)一協(xié)議(multi-radio unification protocol，MUP)等［6］。采用多信道可給WMN帶來多種好處，如減少鏈路干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減少端到端時(shí)延，獲得更好的負(fù)載平衡并公平性。但是必須解決2個(gè)關(guān)鍵問題:一是節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同傳輸問題，多信道MAC協(xié)議必須能夠保證節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸是協(xié)同工作的，當(dāng)發(fā)送者將信道切換到接收者的信道時(shí)，應(yīng)避免接收者將接收信道切換到別的信道而造成數(shù)據(jù)丟失;二是信道分配問題，多信道MAC協(xié)議要根據(jù)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為不同節(jié)點(diǎn)合理分配信道，以有利于消除信息傳輸干擾，提升通信質(zhì)量。

1.3.2 路由協(xié)議

WMN的路由協(xié)議可以基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，但必須考慮其自身特點(diǎn):Mesh客戶網(wǎng)有能量限制，而Mesh骨干網(wǎng)通常沒有這種限制，并且計(jì)算和處理能力較強(qiáng);Mesh網(wǎng)絡(luò)的大量業(yè)務(wù)往返于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與Mesh客戶端之間;Mesh網(wǎng)絡(luò)的多信道傳輸機(jī)制也增加了路由協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。另外，WMN路由協(xié)議需要消除路由環(huán)路，盡量減少路由開銷和保證網(wǎng)絡(luò)有效性等。

常用的WMN路由協(xié)議包括:目的序號(hào)距離矢量路由協(xié)議(destination sequenced distance vector routing，DSDV)、動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議(dynamic source routing，DSR)、按需距離矢量路由協(xié)議 (Ad hoc ondemand distance vector routing，AODV)、多徑源路由協(xié)議 (multi-path source routing，MSR)、多射頻鏈路質(zhì)量源路由協(xié)議(multiple radio-link quality source routing，MR-LQSR)等［5］。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫芄?jié)點(diǎn)信道分配的影響，多信道WMN中的路由選擇問題較為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的路由受到信道分配機(jī)制的影響。因此，多信道WMN中的路由選擇算法必須和下層的信道分配機(jī)制進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。此外，目前大多數(shù)WMN路由協(xié)議都是以最小跳數(shù)為選路的標(biāo)準(zhǔn)，但是該指標(biāo)無法真實(shí)反映無線環(huán)境中路徑的質(zhì)量。因此，WMN路由協(xié)議應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況和業(yè)務(wù)需求選擇合適的路由度量指標(biāo)，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用率、平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和改善業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。相關(guān)研究表明采用考慮鏈路條件的具有無線信道意識(shí)的路由指標(biāo)可以獲得更好的系統(tǒng)性能。在多信道WMN中，路由指標(biāo)必須考慮信道的多樣性，同時(shí)必須平衡網(wǎng)絡(luò)吞吐量和每節(jié)點(diǎn)吞吐量，如可以選用加權(quán)累積期望傳輸時(shí)間(weighted cumulating expected transmission time，WCETT)和歸一化瓶頸鏈路容量(normalized bottleneck link capacity，NBLC)作選路指標(biāo)［8］。

1.3.3 安全機(jī)制

WMN的安全性是限制其推廣應(yīng)用的一種重要因素。首先，無線信道使得WMN易于遭受被動(dòng)竊聽和主動(dòng)干擾等攻擊;其次，移動(dòng)設(shè)備容易被捕獲和劫持而造成信息泄密甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓;第三，WMN往往采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，沒有可信的中心授權(quán)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)分發(fā)密鑰。但是，如果WMN擁有集中式的認(rèn)證服務(wù)器來授權(quán)客戶訪問網(wǎng)絡(luò)，則可以使用RADIUS(remote authentication dial in user service)協(xié)議的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)(authentication authorization accounting，AAA)。目前，主要從加密算法、數(shù)字簽名機(jī)制、認(rèn)證和授權(quán)方案、入侵檢測(cè)方法和安全路由協(xié)議等方面入手來加強(qiáng)WMN網(wǎng)絡(luò)的安全性［9］。

2 基于WMN的應(yīng)急通信組網(wǎng)方法

2.1 需求分析

應(yīng)急通信是指在發(fā)生重大自然災(zāi)害和公共突發(fā)事件的情況下有關(guān)部門協(xié)調(diào)各種力量，進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)等突發(fā)性事件處置而開展的通信活動(dòng)［10］。在傳統(tǒng)的常規(guī)通信過程中，主要的通信手段是有線通信和蜂窩無線通信，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)急通信的需要，建設(shè)新型的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)迫在眉睫。應(yīng)急通信具有時(shí)間突發(fā)性、地點(diǎn)不確定性、業(yè)務(wù)緊急性、信息多樣性和過程短暫性等顯著特點(diǎn)，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)必需充分考慮上述特點(diǎn)，能夠快速部署，易于維護(hù)、升級(jí)和擴(kuò)展并提供可靠的預(yù)期服務(wù)，以便輔助救援人員及時(shí)有效開展救援行動(dòng)。具體而言，ECN(emergency communication network)包括以下要求和特點(diǎn)［11-12］:

(1)快速部署:網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和部署過程必須簡(jiǎn)單和快捷，并且盡量不依賴專業(yè)人員和復(fù)雜的配置過程。

(2)健壯性和可擴(kuò)展性:快速部署和頻繁變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能提出了極大挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)必須具有較高的容錯(cuò)性，能夠及時(shí)適應(yīng)環(huán)境變化，并能滿足用戶數(shù)量不斷增加的需求。

(3)便捷性和可移植性:網(wǎng)絡(luò)部署的快速性要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作便捷，不提倡使用專用的設(shè)備，而是鼓勵(lì)使用商用產(chǎn)品。

(4)安全性:大規(guī)模的救援行動(dòng)需要各種救援團(tuán)隊(duì)，涉及大量敏感信息，必須保護(hù)這些信息的安全性。

(5)低成本:網(wǎng)絡(luò)的部署和維護(hù)成本要盡量低，應(yīng)廣泛采用商用成熟技術(shù)和產(chǎn)品。

(6)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持用戶的高速移動(dòng)性，能夠與異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并提高可靠的信息傳輸服務(wù)。

從上述WMN的技術(shù)特點(diǎn)不難看出，WMN具有諸多適合構(gòu)建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠滿足應(yīng)急通信系統(tǒng)的一般要求:WMN的部署容易，不依賴于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)情況設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的Mesh路由器，為終端用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入;WMN能夠提供較大的覆蓋范圍和較高的傳輸速率;WMN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本相對(duì)低廉，并且支持終端用戶的移動(dòng)性;能夠提供較為安全和可靠的通信服務(wù)，并可以方便地與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián);可以針對(duì)不同的應(yīng)用提供一定的QoS保證。此外，WMN的多路由多信道冗余特性可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性，具有很強(qiáng)的生存能力，在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)救援需要隨時(shí)允許特定的用戶接入網(wǎng)絡(luò)，為救援提供更多的支持。

2.2 基于WMN的應(yīng)急通信組網(wǎng)方案

當(dāng)發(fā)生重大自然災(zāi)害或突發(fā)公共事件時(shí)，固定的有線通信網(wǎng)絡(luò)和無線蜂窩基站很容易遭受破壞，使得應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的用戶群體無法有效接入網(wǎng)絡(luò)或者與后方指揮中心建立可靠的通信連接，而且重新鋪設(shè)常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)又要花費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，不能適應(yīng)應(yīng)急通信快速處置的要求。在這種情況下，可以基于WNM技術(shù)迅速構(gòu)建靈活高抗毀的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，作為現(xiàn)有常規(guī)通信網(wǎng)的有效補(bǔ)充，WMN通過多跳傳輸可以減少干擾、降低功耗，提高頻率重用和增加無線覆蓋范圍，從而為應(yīng)急通信場(chǎng)合的各類用戶提供必要的通信服務(wù)保障。如前所述，WMN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有3種類型，但是最常用的當(dāng)屬混合式Mesh網(wǎng)絡(luò)。圖1給出了一種典型的基于WMN的混合式應(yīng)急通信組網(wǎng)方案，具體組網(wǎng)時(shí)可再對(duì)此方案進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化、擴(kuò)展和改進(jìn)。

圖1 基于WMN的應(yīng)急通信組網(wǎng)方案Fig.1 Emergency communication networking methods based on WMN

在通信基礎(chǔ)設(shè)施缺乏或受損的地區(qū)，用戶個(gè)人移動(dòng)終端、應(yīng)急通信車及其他各種通信設(shè)備之間可以互連構(gòu)成WMN進(jìn)行信息交互，保持密切聯(lián)系以協(xié)同完成應(yīng)急通信指揮任務(wù)。WMN是一個(gè)高帶寬無線通信網(wǎng)絡(luò)，能夠提供語音、數(shù)據(jù)、視頻傳輸，還可以與其他各種應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)、蜂窩網(wǎng)和Internet連接。圖1中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為多層分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以劃分為3個(gè)層次:最底層既包括殘存的無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)以及臨時(shí)部署的無線Mesh客戶網(wǎng);中間是由無線路由器互聯(lián)構(gòu)成的健壯可靠的無線Mesh骨干網(wǎng);最上層是IP骨干網(wǎng)，Mesh骨干網(wǎng)通過充當(dāng)網(wǎng)關(guān)的路由器可以接入IP骨干網(wǎng)。這種分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是大大減少了參與網(wǎng)絡(luò)自組織和動(dòng)態(tài)路由的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，大大降低了網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)開銷，易于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和管理，同時(shí)也適合應(yīng)急通信Mesh網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的通信系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)和協(xié)同工作。

WMN中Mesh路由器的移動(dòng)性通常較低，而Mesh客戶終端則可是任意移動(dòng)。另外，Mesh路由器(如車載AP)通常由外部供電，功耗限制不嚴(yán)格，而Mesh客戶終端需要考慮節(jié)能機(jī)制。還要指出的是，Mesh骨干網(wǎng)為了實(shí)現(xiàn)路由和中繼功能，每個(gè)無線Mesh路由器至少配備有2個(gè)以上的無線網(wǎng)卡，其中一個(gè)工作在接入網(wǎng)絡(luò)信道，負(fù)責(zé)Mesh客戶網(wǎng)的接入，其余的網(wǎng)卡工作在骨干網(wǎng)絡(luò)信道，構(gòu)成Mesh骨干網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。利用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，可以顯著降低對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施的依賴性，有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的健壯性和通信可靠性。具體來說，當(dāng)Mesh骨干網(wǎng)中某條路徑或者某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，可以選擇其他可用的路徑作為替代路徑，提高了應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的生存能力。例如，圖1中當(dāng)R1損壞或離開時(shí)，無線Mesh客戶網(wǎng)可以利用R2接入Mesh骨干網(wǎng)，體現(xiàn)出很強(qiáng)的自愈性。另外，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不能滿足需要，比如某一偏遠(yuǎn)地區(qū)有一個(gè)客戶機(jī)需要接入骨干網(wǎng)絡(luò)以便與外界交互獲得更多的援助時(shí)，可以根據(jù)需要架設(shè)Mesh路由器R3為客戶機(jī)C1提供網(wǎng)絡(luò)接入。

當(dāng)Mesh骨干網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)，可以考慮將網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)簇以便于管理網(wǎng)絡(luò)資源和改善網(wǎng)絡(luò)性能。例如，圖1中將Mesh骨干網(wǎng)分成了4個(gè)簇，并且簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)一跳可達(dá)?；诜执鼐W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以由簇頭協(xié)調(diào)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的信道分配并且代表簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)參與路由計(jì)算，從而簡(jiǎn)化了信道分配和路由算法，并有助于提高業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量［8］。

3 結(jié)束語

WMN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、傳輸距離遠(yuǎn)、接入速率高、成本低、部署簡(jiǎn)便靈活、支持終端移動(dòng)性且受地理環(huán)境等客觀條件限制少等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注?；赪MN的應(yīng)急通信系統(tǒng)主要包括Mesh客戶網(wǎng);無線Mesh骨干網(wǎng)和其他可以融合互通的通信系統(tǒng)。這種基于WMN的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)靈活方便，易于網(wǎng)絡(luò)的部署和管理，可以實(shí)現(xiàn)視頻、話音、圖像和數(shù)據(jù)的可靠傳遞，通過與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)融合互通可以構(gòu)成一個(gè)全網(wǎng)覆蓋的功能完備的一體化通信系統(tǒng)，具有很好的健壯性和可擴(kuò)展性，非常適合于在缺乏基礎(chǔ)設(shè)施支持或原有基礎(chǔ)設(shè)施受損的應(yīng)急通信場(chǎng)合中提供多樣化的通信服務(wù)，為搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)得以順利實(shí)施提供技術(shù)保障。

［1］ 鄭少仁，王海濤，趙志峰，等.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［M］.北京:人民郵電出版社，2005.ZHENG Shao-ren，WANG Hai-tao，ZHAO Zhi-feng，et al.Ad Hoc Network Technology［M］.Beijing:People’s Post Press，2005.

［2］ RAYNER K.Mesh Wireless Networking［J］.IEEE Communications Engineer，2003，1(5):44-47.

［3］ WHITEHEAD P.Mesh Networks:A New Architecture for Broadband Wireless Access Systems［C］∥IEEE RAWCON 2000，Denver，Oct，2000:43-46.

［4］ LEE M.Emerging Standards for Wireless Mesh Technology［J］.IEEE Wireless Communication，2006，13(2):56-63.

［5］ 陳遼.WMN應(yīng)急通信及AODV協(xié)議改進(jìn)研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2009.CHEN Liao.Study on WMN Emergency Communication and Improvement on AODV Protocol［D］.Dalian:Dalian University of Technology，2009.

［6］ 張海軍.應(yīng)急指揮mesh網(wǎng)絡(luò)信道優(yōu)化研究［D］.長(zhǎng)沙:國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.ZHANG Hai-jun.Research on Channel Optimization of Emergency Command Mesh Network［D］.Changsha:National University of Defense Technology，2009.

［7］ CHENG Ho-ting，ZHUANG Wei-hua.Joint Power-Frequency-Time Resource Allocation in Clustered Wireless Mesh Networks［J］.IEEE Network，2008，22(1):45-50.

［8］ LIU Te-huang，LIAO Wan-jun.On Routing in Multichannel Wireless Mesh Networks:Challenges and Solutions［J］.IEEE Network，2008，22(1):13-18.

［9］ Lakshmi Santhanam，XIE Bin.Selfishness in Mesh Networks:Wired Multihop Manets［J］.IEEE Wireless Communications，2008，7(8):16-25.

［10］ 張雪麗，王睿，董曉魯，等.應(yīng)急通信新技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.ZHANG Xue-li，WANG Rui，DONG Xiao-lu，et al.E-mergency Communication New Technologies and System Applications［M］.Beijing:Mechanical Industry Press，2010.

［11］ 王海濤.應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.通信對(duì)抗，2009，6(3):3-7.WANG Hai-tao.Design of Emergency Communication Network and Its Key Technologies［J］.Countermeasures，2009，6(3):3-7.

［12］ WANG Hai-tao，SONG Li-hua.Conceive of Integrative Emergency Communication Network for Dealing with Unexpected Events［C］∥ Taiyuan:ICCNT2011，F(xiàn)ebruary，2011:477-481.