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1、基于MESH技术的校园无线网络设计方案摘要：近年来无线网络发展迅猛，但现有技术带宽容量低、WLAN接入点(AP)的覆盖范围有限等缺点阻碍了人们对无线网络的需求扩展。作为“最后一公里”宽带无线接入非常重要的技术之一，无线Mesh网络(WMN)作为一种新型大容量、高速率的分布式无线宽带网络，它拥有可改善无线网络的性能，提高网络的覆盖范围以及易于管理等特点。 本文在分析对比传统无线网络技术和MESH网络技术后，针对现有校园网络提出了一个基于MESH技术并结合了校园有线骨干网络优化措施的设计方案，并针对本网络设计提出了相关的管理、安全及计费方案。在方案的基础上做出了简易的测试。关键字：IEEE； 无线
2、Mesh网络；校园网；安全管理The Design Plan for College Network Based on The Technology of Wireless Mesh Net workAbstract: In recent years, the technology of wireless network developed rapidly,but traditional technology of wireless network has its disadvantages,such as the coverage of access point is limited,whi
3、ch increase the cost for the construction of wireless network and limited the development of the technology.wireless mesh networks (WMNs) are considered a promising solution to last mile broadband access thanks to its low upfront cost, easy network maintenance, robustness, and reliable service cover
4、age.The thesis drew up an action plan to design a college network which combined with the technology of wireless mesh network and some optimizing measures for the backbone area of the network after contrasted the traditional technology of wireless network and technology of wireless mesh network ,and
5、 drew up some measures for the safety management and charging.At last,some simple tests were done basd on the paln.Keywords: IEEE，Wireless Mesh Network ，College network，Safety Management目 录第1章 绪论51.1 课题研究背景51.2 课题研究目的和意义51.3 无线网络发展及现状61.3.1 无线网络应用及研究61.3.2 无线网络专利技术71.3.3 无线网络应用系统集成71.4 本论文研究内容7第2章 无
6、线MESH网络技术82.1 传统无线网络技术82.1.1 802.11协议家族82.1.2 其他标准92.2 无线MESH网络技术102.2.1无线MESH网络特点112.2.2无线MSEH网络协议标准112.2.3 无线MESH网络结构132.2.4 无线MESH网络拓展性152.2.5 无线MESH网络路由技术152.2.6 MESH网络与其它无线网络区别17第3章 校园无线网络需求分析193.1 校园无线网络的应用需求分析193.2 校园无线网络设计思路21第4章 校园无线MESH网络部署及管理244.1校园无线MESH网络部署244.1.1 现有校园网络技术244.1.2 校园无线ME
7、SH网络254.1.3校园网络部署264.2 校园无线MESH网络管理324.2.1无线MESH网络设备选择324.2.2 校园无线MESH网络设备管理334.2.3校园无线MESH网络安全管理344.2.4校园无线MESH网络计费管理35第5章 模拟实验375.1 实验内容375.2 实验工具375.3 实验过程375.4 实验总结44总结与展望45致谢46参考文献47第1章 绪论1.1课题研究背景当今社会信息技术尤其是网络通信技术发展迅猛，相比于传统的有线互联网环境，基于无线网络环境的应用给予了教师和学生一种新的工作和学习方式。而如何有效的结合有线网络和无线网络以满足学生和老师日益增长的在
8、学习、娱乐和工作上对于网络的需要和依赖，组建基于数字化、交互式的无线网络教学平台已经成为我们必须面对和解决的问题。因为一个优秀的无线网络教学平台不仅能够有效促进信息的获取、提升教学质量以及吸引优秀生源还能对学校的教学模式、教学理念及教学管理产生深远的影响。随着国力提升，在综合大学的教学科研水平不断提高，学术交流活动、学生社团活动的日益增多的背景下，在体育场、综合教学楼、学生教师公寓、图书馆、自习室、行政楼、公共绿地甚至食堂等公共开放性场所提供网络接入环境的需求也越来越强烈，而随着移动终端设备诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑逐渐普及，传统的布线建设受环境影响，周期长、费用高、施工难度大等诸多问
9、题在的在特定的场所也显得更加突出。改进校园网现有的管理模式已经迫在眉睫，必须提供一个新的环境来满足用户的需求。为此，众多学校启动了无线校园网计划，旨在建成高速度、广覆盖、易管理和安全可靠的校园无线网络，满足校园网可持续发展的要求，进一步提升学校的综合实力，为师生带来前所未有的无线体验。1.2课题研究目的和意义我校建校10年以来，校园网的组建已趋于稳定而高效，成为校园生活不可缺少的一部分，是教师和学生获取资源和信息的主要途径之一，它把学校中的学生、院系和社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一起。然而经过行业多年技术的改进和提升，学校目前稳定的有线网络也逐渐显示其扩展性等方面的不足，例如维护
10、复杂，很多教学楼、图书馆网络端口数量有限，寝室内区域学生宿舍一般只留有2个的固定有线端口，不能满足日益增长上网的需求从而出现了一个寝室要买1-2个集线器的情况；有些建筑物具有一定的历史意义，不适合钻孔布线；西科大主校区分东西新老校区，若铺设线路成本费用较大等。传统校园网还存在着诸多“网络盲点”，比如在图书馆自习室、演播厅、体育场等许多不宜网络布线的场馆设施如何联网以及如何突破网络节点限制等。这些情况成为了和师生日益对校园网依赖性增长、对随时随地与互联网相连的这样的新需求的矛盾体现。为了实现使用户能够在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线、由固定向移动、由单
11、一业务向多媒体发展，由此无线网络技术得到了快速的发展。无线网络以其易接入、易部署和高宽带的优势，可以突破有线网络节点限制，大大地增加了校园网络信息点，为师生提供多样的信息获取途径，提升学校的信息化水平，为教育信息化平台提供了新的平台。1.3无线网络发展及现状2004年1月，IEEE802.11 Working Group正式专门成立了MESH研究组（Mesh Study Group），同年3月又成立了MESH任务组（Mesh Task Group），由此WMN技术迈上了广泛标准化道路。另外，其他标准如802.15.3a、802.15.4和专用短程通信（DSRC）也开始探索如何通过网格嵌入式设备
12、来改进其现有技术，IEEE802.16已经将网格技术纳入其MAC层协议标准中。51.3.1无线网络应用及研究近10来，包括移动Ad Hoc网络和WMN在内的许多研究，已经取得了众多成果，主要有以下方面：1) 路由协议的研究，协议的核心是适应网络无中心控制和网络时变的特征；2) 媒体接入控制（MAC）协议的研究，主要是解决隐藏终端和提高接入能力等问题，如MACA协议、控制信道和数据信道分裂的双信道方案和基于定向天线的MAC协议等；3) 在网络连接性方面的研究，主要的背景是无线传感器网络，探讨问题的核心是节点密度与分布问题；4) 在多播/组播协议、TCP协议、地址和带宽等网络资源分配、功率（节能）
13、控制、安全性问题、分布式算法、QoS等方面有一些研究成果，但各部分的数量相对较少；5) 一些针对WMN的协议和系统仿真与实验研究有了一些新的结果。在短距离Ad Hoc网络的构建上，最近一些学者正在研究蓝牙散射网等关键技术。71.3.2无线网络专利技术与WMN相关的专利技术目前主要掌握在一些美国公司及研究机构手中，例如Mesh Networks公司2002年6月获得专利“为端到端和端到基础设施的通信网络提供无线业务消息存储转发的系统和方法”。该专利提出了一种实现不在彼此传输范围内的移动节点和无线基础设施部件间进行无线通信的系统和方法，基本思想是利用了中间移动节点所具有的存储转发信息的能力。200
14、4年4月，该公司获得专利“无线端到端Ad Hoc网络路由中对IP地址到MAC地址映射及所存在网关的自动配置和发现的系统和方法”。该专利的主要思想是采用一个Hash函数将IP地址变换为一个6字节的MAC地址，并附加在路由广播中主动传输给其他节点。此外，摩托罗拉公司在2003年10月获得专利“在Ad Hoc网格网络中提高服务效率的方法和设备”，其中涉及在WMN中增强业务有效性的通信系统与设备。另外在2002年3月Caly公司获得专利“网格无线网络中包数据通信协议”，其中主要涉及网格无线网络节点之间包数据的通信方法。1.3.3无线网络应用系统集成 近年来，由于无线通信需求的推动以及相关电子技术领域的
15、快速发展，无线通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术等多种无线网络技术均取得了令人瞩目的成就。行业界认为未来的4G系统网络是各种不同网络拓扑结构的集成，其中包括未来的蜂窝移动通信网络、卫星网络、公共电话交换网络、WLAN网络等，这些网络均集成到因特网骨干网或通过WMN集成到因特网中，有此WMN可看作“因特网的无线版”，该技术将是未来无线通信领域重大技术革新。1.4本论文研究内容本文依据当今无线网络现状以及西南科技大学的实际情况，在重点研究无线MESH技术的前提下，提出一种综合现有无线网络技术、无线MESH网络技术和有线骨干网络体系结构的校园无线MESH网络，提出规划方案以及管理方案。
16、第2章 无线MESH网络技术随着人们对网络通信需求的不断提高，人们希望不论何时、何地、与何人都能够进行快速、准确的通信，为了提高工作效率，并且克服现有通信系统的缺点，达到通信的“无所不在”，最近，业界提出了一种新型的宽带无线网络结构无线MESH网络(Wireless Mesh Network)。WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态，早期研究源于移动Ad Hoc网络的研究与开发。它是一种高容量高速率的分布式网络，被认作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构。WMN被写入了IEEE相关的诸多标准中。WMN技术作为一项能够实现灵活组网的技术以及它本身的诸多优势必将给无线宽带领域带来
17、重大变。2.1 传统无线网络技术 目前，在传统无线网络标准和规范方面,主要有IEEE802.11协议家族、HomeRF、HyperLAN2以及蓝牙技术等，它们各有特点，其应用领域也不尽相同。2.1.1 802.11协议家族作为无线局域网协议族中最成熟的IEEE8021lb主要是工作在24GHz频段，频段范围为242483GHz，物理层的调制方式为CCK(补码键控)的DSSS。80211b规定的是动态速率，允许数据速率根据噪音状况进行自动调整。这就意味着8021lb设备在噪声的条件下将以比正常速率11Mbps更低的速率，如1Mbps、2Mbps、55Mbps等多种速率进行传输。多速率机制的MAC
18、(介质接人控制)确保当工作站之间距离过长、干扰太大或信噪比低于某个门限时，传输速率能够从11Mbps自动降到55Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。IEEE8021la扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带，频段范围为：515525、525535及57255825GHz，采用OFDM(正交频分复用)来传输数据，其物理层的吞吐量分别为6、12、18、24、36、48、54Mbps。高端的58GHz频段，由于输出功率高，适于建筑物之间或室外环境的无线应用；低端的52GHz和中部的53GHz频段特别适合于建筑物内的产品，对于52GHz的设备必须使用集成天线。1另外
19、IEEE在2002年初新推出的试验型8021lg技术，采用的调制方式有两种，包括IEEE8021la中采用的OFDM(正交频分复用)与IEEE8021lb中采用的CCK(补码键控)。8021lg其实是一种混合标准，它既能适应传统的8021lb标准，在24GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率，也符合8021la标准在5GHz频率下提供54Mbit/s数据传输率。8021lg不但能够兼容80211b，保护现有的设备投资，而且还可以达到54Mbit/s的速率。8021lg技术现在还没有芯片厂家提供，提供成熟的大规模可商用产品还需一段时间，但有可能会对双频无线局域网设备产生影响。目前正在制订
20、中的标准有：8021li：MAC层安全性增强规范(2004年6月24日已获批准)；8021lh：动态频道选择和发射功率控制；8021le：MAC层增强一服务质量保证(QoS)；8021ln：下一代无线新标准，该标准希望将无线局域网的传输速度增加至100Mbps以上。IEEE802.11协议四大物理结构:1)分发系统(Distrbution system):是协议中的一个逻辑部件，它用来连接一定数量的AP，从而完成把数据帧传递到分发系统内的目的地。在IEEE802.11中并没有为分发系统指定任何特定的技术。2)接入点(Access Point，AP):EIEE802.11网络的数据帧必须经过转换
21、后才能传递给其他类型的网络。AP就负责有线到无线的网桥功能。当然，AP也有其它一些功能，但桥接是其主要功能。3)无线媒介(Wierless mdeium):为了把帧从一个工作站传到另一个工作站，协议定义了无线媒介的概念。在协议中定义了几种不同的物理层，而且该系统结构允许开发多种物理层来支持802.11MAC层。4)移动站(station):也即最终的用户。移动站是具有无线网络接口的设备，典型的有笔记本电脑和手持计算机。当然，安装了无线网卡的台式机，也一样可作为移动站。22.1.2 其他标准HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合，由HomeRF工作组开发，是在家庭区域范围内的任何地方
22、，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。它提供了对流媒体的支持。由于流媒体采用了带有优先权的重发机制并规定了较高的优先级，这样就确保了实时播放流媒体所需的带宽、低干扰、低误码，从而降低了语音数据的成本。与前几种802.11协议一样，使用开放的2.4GHz频段。采用跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒, 共有75个带宽为1MHz的跳频信道，室内覆盖范围为45米。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种，采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。2FSK方式下，最大数据的传输速率为1Mbps；4FSK方式下，速率可达2Mbps。在新的Home
23、RF 2.x标准中，采用了宽带调频技术（WBFH）来增加跳频带宽，由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/秒，数据峰值达到10Mbps。HomeRF把共享无线接入协议（SWAP）作为未来家庭联网的技术指标，基于该协议的网络是对等网，因此该协议主要针对家庭无线局域网。其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准，沿用类似于以太网技术中的冲突检测的载波侦听多址技术（CSMA/CD）。不过由于HomeRF技术标准没有公开，仅获得了数十家公司的支持，并且在抗干扰能力等方面与其它技术标准相比也存在不少欠缺，从而导致了HomeRF标准应用和发展前景有限，又加上市场营
24、销策略失当、后续研发与技术升级进展迟缓，HomeRF技术在2000年以后便走上了下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30%，尤其在2003年行业巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对802.11b标准的支持后，HomeRF的失败已成定局。HiperLAN主要针对即实时视频服务。由欧洲电信标准化协会(ETSI)的宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定，已推出HiperLANl和HiperLAN2。除了IEEE，欧洲电信标准协会（ETSI）也在针对欧洲市场，制订名为“HiperLAN”的无线接入标准。所制订的主要标准有针对室内无线主干系统的Hiper
25、Link和用于无线局域网接入的HiperLAN1和HiperLAN2。蓝牙技术则用于提供低价、强壮的、大容量的语音和数据网络。其本质其实是一种替代线缆的技术而不是纯正的无线网络技术，因为它面向的是移动设备间的小范围连接。2.2无线MESH网络技术作为“最后一公里”宽带无线接入非常重要的技术之一，无线Mesh网络(WMN)作为一种新型大容量、高速率的分布式无线宽带网络，它拥有可以和多种无线网络系统，如无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)以及无线城域网(WMAN)等相结合，改善无线网络的性能，提高网络的覆盖范围以及易于管理等特点。随着无线Mesh网络技术的广泛应用，IEEE 802 的相
26、关标准组正在致力于推动WMN技术的发展，制订相关的技术标准。目前，WMN标准已经出现在IEEE 802.11s、802.15、802.16、802.20中，预示着这门技术将在将来得到广泛的运用。2.2.1无线MESH网络特点WMN的网络组织方式与传统蜂窝网络迥然不同，WMN技术作为一项能够实现灵活组网的技术与其它宽带接入技术相比，具有投资少，建设周期短，提供业务快。总的来说，其特性包括：1） 覆盖广；2） 可靠性强；3） 自配置能力优秀；4） 建设与维护简便；5） 投资灵活，风险下降；2.2.2无线MSEH网络协议标准无线Mesh网络技术正在世界范围内得到越来越多的应用，而实现大规模应用所必需
27、的重要环节就是技术标准化。目前，无线Mesh网络标准散见于802.16、802.11s等标准草案中。2.2.2.1 IEEE 802.11s Mesh标准 传统IEEE 802.11在大规模应用时遇到的一个难点是WLAN受发射功率的限制，其覆盖范围一般在100米范围内。通常需要通过增加AP的办法来实现扩大网络的覆盖，无疑增加了建设成本。无线Mesh网络作为一种新的组网技术为解决上述问题提供了新的途径。 IEEE802.11s任务组，主要研究为WMN定义媒体接入控制(MAC)层和物理层协议的无线分布式系统（WDS）的协议，以实现无线网络在多个AP之间通过自配置多跳的方式组网，提高无线网络覆盖范围
28、。WDS是802.11网络的一部分，用来作中继桥接的功能，可以让无线AP之间通过无线进行中继桥接，使网络具备混合的无线局域网工作模式，可以支持点对点、点对多点的数据传输。IEEE 802 .11s提出了无线Mesh网络的参考体系结构。Mesh媒体接入协调功能组件(MMACFC)位于物理层之上、Mesh路由组件之下，负责竞争接入和调度WMN中多跳节点间数据包发送接收。当安全的Mesh链路建立以后，Mesh节点需要与其他Mesh节点协调以解决竞争和共享无线媒体的问题，来保证该节点本身及其他节点的数据包通过多跳的WMN有效转发。直观上看，MMACFC等同于802.11 WLAN中的分布式协调功能(D
29、CF)或802.11e中增强的分布式信道接入机制(EDCA)。对DCF或EDCA加以必要的改进，可高效地工作于多跳Mesh网络中。MMACFC需要解决的问题有：隐藏终端问题、暴露终端问题、在多跳Mesh路径上从源节点到目的节点的流量控制、在多跳转发路径上的有效调度、对多跳多媒体业务(视频或语音)分布式允许接入控制、分布式保证服务质量(QoS)的业务管理、本地业务和转发业务的有效处理、不同网络环境下的可升级性、Mesh节点间信道工作接入的调度、使用多信道提高Mesh网络的性能等。IEEE802.11s的目标是突破传统AP功能上的限制，使之具有Mesh路由器的功能，业务流转发给邻近的AP进行的多跳
30、传输。这种方式决定了WMN具有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本等特点。这样，在新的WLAN架构中，WLAN的AP自动形成WLAN的WMN骨干网。IEEE 802.11 Mesh网络可以是骨干网Mesh结构，也可以是客户端Mesh结构。客户端Mesh结构中，所有设备工作在WLAN 的Ad hoc网络模式下，WMN通过自动配置实现节点间的互联，摆脱了以往对AP的依赖。2.2.2.2 IEEE802.16 Mesh标准 IEEE802.16标准定义了无线城域网空中接口规范，为无线城域网(WMAN)提供“最后一公里”接入，是一种点对多点技术。鉴于无线Mesh网技术的不断发展，IEEE802.
31、16标准工作组将Mesh结构纳入最近推出的IEEE802.16d/e 标准中。无线Mesh网络是对IEEE802.16标准中的点到多点(P2MP)网络结构的补充。网络中的每个节点都与周围邻居节点形成多条链路，并且可以选择其中的一条链路，用来传输来自本节点或其他节点的信息。这样，连接断开的可能性要远低于P2MP模式。同时，随着节点数的增加，IEEE802.16 Mesh网络的健壮性加强，覆盖范围扩大。IEEE802.16 Mesh网络支持两种不同的物理层，支持自适应调制和编码，因此链路速率随着信道条件的变化而变化。对基于无线Mesh结构的WMAN来说，用户站(SS)间可直接或间接通信，不必通过基
32、站(BS)中转。由于每个SS可以作为一个中转站，信号是以逐跳方式传输的，增加了网络的覆盖范围，当增加用户时不必再增加BS，其拓扑结构可以动态改变。另外，Mesh系统可以利用地形和建筑物，使用低传输功率和相对短的链路来减少干扰。还可使用方向性天线来大大地减少干扰和传输功率。减少内部干扰可以增加频率的再使用，提供频谱利用率；减少外部干扰，可以减少保护频带。同时，SS之间距离的缩短减小了室外天线功率和体积，降低了SS通信设备的成本。Mesh拓扑结构在可靠性、覆盖面积、规划用户和前期的低投入方面都有很好的表现。 另外，IEEE802.16 Mesh的集中式调度是基于时分多址(TDMA)方式的，可提供全
33、面有效的资源利用率。为了支持用户的可移动性，在IEEE802.16d的基础上制定了新的标准IEEE802.16e。802.16e支持本地和地区的移动性，支持漫游和切换，移动速度可达到150 km/h。 目前，IEEE802.16工作组内新组建的Mesh Ad hoc特别委员会正在研究点到点数据传输的支持、信号障碍穿越等问题。WMN可使数据从一点绕过障碍物跳跃到另一点，只需少量网格即可带来单个基站覆盖范围的大幅度改进。如果这一小组的提案得以采纳，它们将成为特别任务组f着手IEEE802.16f标准的开发，将推动WiMAX获得更大的发展。2.2.2.3 IEEE802.20 Mesh网络标准 IE
34、EE802.20，即移动宽带无线接入 (MBWA)工作组，主要研究为移动用户开发的标准。制定802.20 标准的目的：一是兼取固定无线接人网络的高数据传输速率和蜂窝网络的高移动性之优势，解决固定无线接入的低移动性和高速移动业务需求增长之间的矛盾；二是实现低成本、随时随地接入，各种IP业务共存的移动宽带无线接入网在全世界范围内的配置。这个标准的频谱利用效率很高，可以提供更高的QoS通信保障，支持在3 GHz频带可靠地进行高速无线数据传输，有望为以250 km/ h速度移动的用户提供高达1 Mb/s的高带宽数据传输，这将允许高速列车上的用户使用视频会议等应用。802. 20 填补了当前802. 1
35、6 的低移动性高数据速率与蜂窝网高移动性低数据速率之间的性能空间。IEEE802.20网络是一个基于纯IP的网络。在室内、外环境中，802. 20均支持WMN结构。在这种网络结构中，移动节点之间可以直接或间接通信，避免“三角路由”的出现，改善移动网络性能，同时能迅速地接入主干网络，为移动用户提供快捷准确的服务。2.2.3无线MESH网络结构无线Mesh网络作为一种新的关键技术近两年开始崭露头角。他拥有动态自组织的和自配置的特点，网络中的节点自动建立和维护它们之间的Mesh连接。这个特性为无线Mesh网络带来了诸如低成本、易维护、可靠服务覆盖等很多优点。无线Mesh网络主要结构由Mesh路由器和
36、Mesh客户端组成。除了有传统无线路由器的网关/中继功能外，无线Mesh路由器还有支持Mesh网络的路由功能。为了进一步提高Mesh网络的灵活性，Mesh路由器通常多个使用相同无线访问技术或者不同无线访问技术的无线接口并以较低的传输能量实现相同覆盖范围的多跳通信。Mesh客户端通常只有一个无线接口没有网关或者网桥的功能。无线Mesh网络的网络架构根据节点的功能主要可以分为三类。1）骨干无线Mesh网络这种无线Mesh网络由Mesh路由器为连接到它们上的客户端形成了一个基础结构。除了最常用的IEEE相关技术标准外，无线Mesh网络的基础骨干可以使用各种不同的无线电技术。Mesh路由器在它们自己之
37、间形成了一个自组织、自愈合的Mesh网络。Mesh路由器可以通过网关功能与Internet相连，为传统客户端提供骨干网并使无线Mesh网络通过Mesh路由器的网关/网桥功能与现有的无线网络的融合。有以太网接口的传统客户端可以通过以太网链路与Mesh路由器连接。对于那些与Mesh路由器使用相同无线电技术的传统客户端，它们可以直接与Mesh路由器通信。如果它们使用不同的无线电技术，客户端必须通过与Mesh路由器有以太网连接的基站进行通信。骨干无线Mesh网络是最常用的类型。例如社区和邻居网络就可以用这种类型:Mesh路由器放在社区的房顶上，作为房间里和路上的用户的访问点。2) 客户端无线Mesh网
38、络Client Meshing提供了客户端设备之间的对等网络。在这种架构类型下，客户端节点构成了实际的网络以完成路由和和配置功能，同时为客户提供终端用户应用。因此在这种网络中不需要Mesh路由器。在客户端无线Mesh网络中，发向网内节点的数据包通过多个节点转发到目的地。客户端无线Mesh网络通常使用一种无线电技术的设备。此外，与基础结构无线Mesh网络相比，对终端用户设备要求增加了，因为在客户端无线Mesh网络中终端用户设备必须有路由和自配置等额外的功能。3)混合无线Mesh网络 这个结构是上面两种网络的结合。Mesh客户端在与其他Mesh客户端进行直接Mesh通信的同时，可以通过Mesh路由
39、器访问网络。而基础结构提供了与其他网络，诸如Internet, Wi-Fi, WiMAX、蜂窝网、传感器网络等的互联;客户端的路由能力在无线Mesh网络中提供了更好的连通性和更大的覆盖范围。混合架构将是最有应用前景的方案。2.2.4 无线MESH网络拓展性WLAN Mesh网络是一个2层的网络，对于其他网络和高层协议来说，它在功能上应等同于广播以太网。所以，它必须呈现出似乎所有的MPs和MAPS直接和链路层相连，必须使Mesh和其他网络相连时既使用2层的桥接又要使用3层的Internet网络连接方式。图2-1中图例a显示了两个WLAN Mesh网与802.3桥接的例子。在图例中，每一个MP集中
40、于一个MPP，这个MPP就像一个桥，使用标准的桥接协议连接Mesh网与其他网络。它们共同组成了一个子网。图b显示了两个无线 Mesh网与802.3网使用J层路由协议进行连接。其中MPPs的功能就像IP网关路由器。结果相互连接的几个子网。图2-1mesh网络与其他网络的互联 另外，当应用不同路由协议或配置不同的WLAN Mesh网需要互相通信时，可以通过MPP来实现这些WLAN Mesh网的互联。2.2.5无线MESH网络路由技术无线MESH网络技术的核心是移动跳接式路由技术，是其能实现移动宽带的根本。无线网状网是低功率的多级跳点(multihop)系统，它们处理消息的方式是把信息包从一个节点传
41、递到另一个节点，直到信息包到达目的地。点到点网络节点过滤掉所有信息包，只留下自己的信息包，与此不同的是，网状网节点接收要传给其它节点的信息包，并把它们再次传送出去。多跳网络运行方式很象因特网，并提供从源头到目的地的多条冗余通信路径。如果一条路径由于硬件故障或干扰而停止工作，网状网会自动改变信息包的路由，使它们穿过一条替代路径。无线网状网由一组具有路由功能的节点组成，不依靠预设的网络设施或者可以依靠的设施能力有限。由于无线电波随着距离衰减，节点的传输范围有限，因此源节点在向目的节点发送数据的时候，通常需要其他节点的协助，所以在无线网状网中，路由协议是不可缺少的部分。从功能上讲，路由协议是通信网络
42、中一套将业务数据从源节点指引到目的节点的机制。路由协议设计的目标是满足应用的需求，同时尽量减少系统的复杂度，降低开销，更有利地利用资源。(1)无线Mesh网络路由协议分类目前出现的一些WMN路由协议方案，主要有以下类型:1)多判据路由2)多信道路由3)多径路由4)分级路由5)跨层路由6)QoS路由7)基于地理位置信息的路由(2)自适应无线路由协议自适应无线路由协议(AWR)是专为无线网状组网设计的自适应的、分布式的主动式路由协议。在AWR中，每个路由器都维持一个包含所有必要信息的路由表，以便将数据转发到其目的地。每个路由表的条目都经过了特别的处理，能够相互分辨出是旧有的还是新的路由，从而有效避
43、免路由环路。在AWR中，每个节点都持续跟踪其与周边节点的连接状况，并敏感地发现断掉的连接。为在动态变化的网络中保持路由表的一致性，每个节点都周期性地与周边节点相互沟通并交换信息，还会在出现重要新信息时立刻进行再沟通。除了路由环路避免机制(该机制消除了致使大多数距离向量路由协议备受困扰的路由环路问题)外，一个特殊的消息机制也被引入，用于进一步加强收敛速度，以及通过让路由尽可能本地化来减少路由开销。为进一步改善路由的自适应性和稳定性，AWR维持多条到达每个目的地的路由，这是为了快速的错误恢复和负载均衡。在任何时刻，所有的路由都保证是不会发生环路的。AWR在移动和固定的无线网状网络中都表现出色。它综
44、合了多种具有吸引力的特点：1) 完全分布式结构，提供链路和节点运作性能短时异常后的自我恢复，确保没有系统级的单点故障。区分由移动性、路由器故障等造成的暂时性无线信号衰减和实质性的无线链路丢失的能力，每个目的地拥有多条无环路的路由以便快速故障恢复和负载平衡。2) 动态性，自适应性，自动组网，自我恢复，对拓扑结构和链接质量的变化灵活自适应，通过考虑链路质量，最大化用户的吞吐量，保证高移动性和大幅度提升服务能力。3) 支持多电台、多跳的无线网状网络；高度的可扩展性(低的计算和通讯开销)。对于铺设大规模的无线网状网来说尤其重要。4) 安全性，对所有路由包都有加密和认证。2.2.6MESH网络与其它无线
45、网络区别1.与蜂窝移动通信系统的区别：1)可靠性提高在无线Mesh网络中，链路为网格结构，如果其中的某一条链路出现了故障，节点便可以自动转向其他可接入的链路，因而对网络的可靠性有了很大程度的提高;但是在采用星型结构的蜂窝移动通信系统中，一旦某条链路出现故障，可能造成大范围的服务中断。2)传输速率大大提高在采用无线Mesh网络技术的网络中，可融合其他网络或技术仁如Wi-Fi,UWB等，速率可以达到54 Mbit/ s，甚至更高。而目前正在发展的3G技术，其传输速率在高速移动环境中仅支持144 Kbit/s，步行慢速移动环境中支持384 Kbit/s，在静止状态下才达到2 Mbit/s 。3)降低
46、成本在无线Mesh网络中，大大节省了骨干网络的建设成本，而且AP等基础设备比起蜂窝移动通信系统中的基站等设备便宜得多。2.与Ad hoc网络的区别：无线Mesh网络与Ad-hoc网络在结构上均是点对点网络，两者主要区别在于无线Mesh网络与移动Ad hoc网络的业务模式不同，对于前者，节点的主要业务是来往于因特网网关的业务;而对于后者，节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流，而且Ad hoc主要应用在军事上，还未进行大规模的商用。3.与WLAN的区别：WLAN在结构上是典型的采取单跳方式的点对多点网络，因而数据不可转发。WLAN可在较小的范围内提供高速数据服务，如802.11b可达11Mbi
47、t/s 、 802.11 a可达54 Mbit/s，通常情况下WLAN接入点的覆盖范围仅限于几百米，因此如果想在大范围内应用WLAN的这种高速率的服务模式，建设成本将非常高。而对于无线Mesh网络，则可以通过WR对数据进行不断转发，直至把它们送至目的节点，从而把接入点的覆盖服务延伸到几公里远。无线Mesh网络的显著特点就是可以在大范围内实现高速通信。第3章 校园无线网络需求分析3.1校园无线网络的应用需求分析随着校园网应用的普及和应用水平的不断提高，学校中工作和生活与网络的关系越来越密切，而学校中的网络终端资源却很有限，越来越难以满足师生的需求。无线局域网技术的日趋成熟可以为此提供更加高效灵活
48、的解决方案，通过无线网络，可以在校园的任何地方方便地访问校园内外网，可以较少的投资获得空前的应用灵活性。为更方便、快捷的服务于校区教学工作，满足服务于师生日常信息查询需求和校园安全监控，以下基于无线网络的应用需求显得越来越迫切。1)移动宽带移动宽带是无线校园网的基础应用之一，其突出特点是：允许用户随时随地接入校园局域网和互联网，获取自己所需要的信息，大吞吐量的带宽能够保证多个用户同时进行网络资源的访问。通过这样一个移动宽带将校园内外资源整合起来，校园内外的资源利用效率可得到很大的提高，弥补了目前校园资源一般比较紧张的现状。例如：由于扩招的影响，现有教室、实验室等方面的资源就存在相对不够用的情况，但扩建不仅需要时间、资金，也会影响到校园内部的秩序，而且不可能无限制地扩建。通过移动宽带这样的方式，不需要每个学生都在同一时间在同一教室上课，完全可以在不同的地点、不同时间通过网络的方式上课，这实际上扩展了学校教学资源的空间，提高了
