一種針對鏈狀網絡實現WiFi回傳和自適應組的網方法研究

田曉陽

（鄭州大學，河南 鄭州 450000）

一種針對鏈狀網絡實現WiFi回傳和自適應組的網方法研究

田曉陽

（鄭州大學，河南 鄭州 450000）

文章從分析鏈狀網絡的網絡架構入手，對鏈狀WiFi網絡架構及運營需求進行分析探討，并且針對性地提出了新的WiFi回傳的自組網方法，同時提出新的適應鏈狀網絡的優化路由算法及針對WDS的優化。

WiFi回傳；wireless mesh network；MULTIWAN；路由算法

在傳統的無線局域網（WLAN）［1］中，每個客戶端均通過一條與AP（Access Point）相連的鏈路來訪問網絡，形成一個局部的基站子系統（Base Station Subsystem，BSS）［2］。用戶如果要進行相互通信的話，必須首先訪問一個固定的接入點（Access Point，AP），這種網絡結構被稱為單跳網絡。

由于無線終端只能和AP通信，而AP又必須與有線網絡相連接，這樣就極大地制約了WLAN的覆蓋范圍。當前集中式拓撲WLAN的應用一般只局限在小范圍場景，而且周圍必須有固定線路以便AP能夠連入有線網絡。

在無法布線的空曠地區，移動區域，傳統的WLAN網絡無法滿足網絡接入服務。

無線Mesh網絡作為一種對傳統WLAN的技術創新，是一種多跳網絡，它與傳統的單跳網絡的最大不同之處在于無線Mesh網絡中的AP不僅提供用戶接入功能，還可以轉發無線信號。多個AP構成一個網狀結構，信號在網內從一個AP路由到另一個AP，最后通過與固定線路相連的AP傳送到有線網絡。

無線Mesh網絡可以顯著提高WLAN網絡的覆蓋范圍，但是由于網絡的自組織性，導致網絡不確定性及網絡結構的復雜。網絡中數據通過中間節點進行多跳轉發，每一跳至少會帶來一些延遲，隨著無線Mesh網絡規模的擴大，跳接越多，積累的總延遲就會越大。

這種網絡架構不適于蜂窩回傳的WiFi運營，特別不適于發揮火車等鏈狀網絡自身的特點。

本文通過優化針對鏈狀結構的路由算法，減少網絡更新的消耗，提升效率；增加獨立WiFi回傳模塊，擴大了物理帶寬；共享各個設備本地存儲，減少本地內容更新帶寬消耗，提升用戶體驗。

1 空口WiFi的網絡架構

1.1 物理接入層架構

如圖1所示，空口轉WiFi的網絡架構分為兩個方面。一方面是運營商蜂窩網絡（3G，4G）回傳結構，另一方面是WiFi接入下的用戶使用模式，WiFi接入與有線轉WiFi模式一樣。

圖1 空口WiFi的網絡架構

1.2 內容前置（CDN）架構

在空口流量高昂的費用與相對有線的速度劣勢都影響用戶體驗，WiFi運營者都在AP上集成媒體服務與本地內容，引導用戶在訪問互聯網同時也能感知訪問AP存儲的本地內容，以達到節省費用提升體驗。

2 通過自組網WiFi網絡達到優化運營目的

針對鏈狀網絡（例如：火車，長隧道等）的具體情況，利用采用Mesh網絡的原理，通過增加3G/4G回傳模塊來適應移動場景，通過固定的網絡結構來簡化路由算法，利用Multiwan同時支持蜂窩和WiFi的WAN口，減少網絡時延，增加內容服務來提升用戶訪問體驗，尤其對于一些視頻點播服務，可以釋放大量帶寬，節約空口流量。

2.1 增加3G/4G回傳模塊［3］

回傳模塊不指定運營商，可以根據當地的情況，選擇網絡狀況比較好的運營商。對于移動的場景，如：高鐵、動車、火車。可以選擇多家運營商同時接入。系統能夠根據網絡狀況切換到當地比較好的網絡環境，保證空口的回傳質量。

同時，也可以采取在一個鏈狀網絡的不同結點采用不同的運營商網絡，這樣可以實現鏈路的備份功能。

2.2 增加WiFi回傳模塊

WiFi回傳模塊主要用于在無法布線的環境下，擴大網絡的覆蓋范圍。通常用2.4G頻段的模塊做用戶覆蓋，用5G頻段的模塊做WiFi回傳。并且，可以根據網絡容量和性能需要，增加多個回傳模塊。最大可以采用3個5G信道，2個2.4G的WiFi信道作為回傳信道。

2.3 增加本地存儲

考慮到應用場景的高流量訪問的需要，如視頻類，可以預存一些內容在本地結點。不同結點內容可以相同，也可以不同，這樣可以最大限度地緩存內容，提高用戶的訪問體驗，減少網絡擁塞和對空口資源的占用。如圖2所示，邏輯上，結點A，B，C構成了一個集群服務，所以所有終端都可以訪問內容A，內容B，內容C。

圖2 增加本地存儲的集群服務

2.4 針對性的路由算法［4］

該種組網方式中，只有兩類結點，一類的邊結點（結點A，結點C），一類是中間結點（結點B）。邊結點有3種可能的路選：

本地內容：最快捷，體驗最好；

互聯網：通過3G/4G網絡；

其他結點：通過WiFi回傳到下一跳；對于邊結點，只有一個下一跳結點；

實現說明（以結點A為例子）：

結點A地址：192.168.1.1；

結點B地址：192.168.1.2；

結點C地址：192.168.1.3；

互聯網出口：ppp0；

WiFi下一跳：wlan0；

路由表：

192.168.1.1 255.255.255.255 lo

192.168.1.2 255.255.255.0 wlan0

192.168.1.3 255.255.255.0 wlan0

Default ppp0

中央結點有4中可能的路選：

本地內容：最快捷，體驗最好；

互聯網：通過3G/4G網絡；

左邊結點：通過WiFi回傳到左邊下一跳結點；

右邊結點：通過WiFi回傳到右邊下一跳結點；

實現說明（以結點C為例子）：

結點A地址：192.168.1.1；

結點B地址：192.168.1.2；

結點C地址：192.168.1.3；

互聯網出口：ppp0；

WiFi左下一跳：wlan0；

WiFi右下一跳：wlan1；

路由表：

192.168.1.2 255.255.255.255 lo

192.168.1.1 255.255.255.255 wlan0

192.168.1.3 255.255.255.255 wlan1

Default ppp0

3 結語

本文通過采用針對鏈狀結構的路由算法，減少路由更新的網絡消耗；增加獨立WiFi回傳模塊，最大利益2.4G，5G下的5個信道作為MULTIWAN回傳自組網信道，擴大了物理帶寬；共享各個設備本地存儲，減少本地內容更新帶寬消耗。火車等WiFi運營企業已經在采用本文建議技術構建火車等WiFi自組網運營網絡，提升運營與用戶體驗。

［1］電氣和電子工程師協會.IEEE802.11標準［Z］.北京：電氣和電子工程師協會，1997.

［2］華為技術有限公司.華為WLAN MESH技術白皮書［Z］.深圳：華為技術有限公司，2013.

［3］華為技術有限公司.華為HRC高鐵信息化解決方案［Z］.深圳：華為技術有限公司，2013.

［4］FORHAD R，TAUFIQUR R，AFSER U，et al.An Efficient Wireless Mesh Network：A New Architecture［D］.Bangladesh：Department of Computer Science & Engineering，Shah Jalal University of Science & Technology Sylhet，2006.

A study on the return and adaptive networking method of WiFi chain network

Tian Xiaoyang

（Zhengzhou University，Zhengzhou 450000，China）

This paper started from the analysis of the chain network network architecture，to analyze the chain WiFi network architecture and operational requirements，and put forward a new method of ad hoc WiFi return，and put forward to optimize routing algorithm and chain network for WDS new.

WiFi return；wireless mesh network；MULTIWAN；routing algorithm

田曉陽（1994—），女，河北秦皇島，本科；研究方向：電子信息工程。