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1、,WiiSE 之 Mesh 研究背景WMN 的实质：是 WLAN 与移动 Ad Hoc 融合的一种网络；是 Ad Hoc 的商用版本；是因特网的一种无线版本。年度总目标：1.对 WMNs 的标准化、产业化进度进行严密跟踪。2.对 WMNs 中的关键技术现有研究成果进行深入学习。3.结合 WiiSE 大环境，对 CMCC 的无线 Mesh 组网解决方案形成需求框架。目录：,1.,标准化、产业化进度.2,1.1.,无线 Mesh 网络主要标准化组织：.2,1.1.1.1.1.2.1.1.3.1.1.4.1.1.5.,IEEE.2ITU.33GPP.3IETF.3IRTF.3,1.2.1.3.,现有
2、的经营商用无线 Mesh 网络公司：.31.2.1.Nortel.6现有的学院 WMNs 实验床.7,1.3.1.1.3.2.1.3.3.1.3.4.1.3.5.1.3.6.1.3.7.,MIT:RoofNet.7State University of New York:Hyacinth.7Georgia IT:BWN-Mesh.7Rice:TFA-Rice Wireless Mesh Deployment.7Tsinghua:CNGI 下一代因特网.7Microsoft Research.8Purdue：无线 Mesh 网拥塞控制项目.8,2.,WMNs 中的关键技术研究.8,2.1.2.2
3、.2.3.,物理层.8数据链路层.9网络层.11,2.3.1.2.3.2.,路由.11转发：公平性及 QoS.13,2.4.,传输层.13,2.4.1.2.4.2.2.4.3.,可靠数据传输.13实时业务传输.14待解决的问题.14,2.5.2.6.,应用层.15其他方面.16,2.6.1.2.6.2.,网络容量.16Provisioning.16,2.6.3.2.6.4.2.6.5.2.6.6.2.6.7.2.6.8.,安全性.17跨层设计.18可扩展性.19易于使用.19兼容性及互操作性.19异构网络融合.19,3.,CMCC 无线 Mesh 组网解决方案.19,3.1.3.2.3.3.,
4、无线 Mesh 网络的商业模式.19无线 Mesh 网络的行业应用模式.20CMCC WMNs 组网方案.21,4.5.,参考文献.21附录.23,5.1.,无线 Mesh 网络概念辨析.23,5.1.1.5.1.2.5.1.3.,无线 Mesh 网络与移动 Ad Hoc 网络的区别：.23无线 Mesh 网络与 WLAN（Wi-Fi）的区别.23无线 Mesh 网络与多跳网络的关系.23,5.2.,无线 Mesh 网络的组成和结构.24,5.2.1.5.2.2.,无线 Mesh 网络组成.24无线 Mesh 网络结构.24,1.标准化、产业化进度1.1.无线 Mesh 网络主要标准化组织：1
5、.1.1.IEEE802.11s ESS Mesh Networking Task Group网址：http:/www.ieee802.org/11/由 Inter 和 Firetide 倡导的 SEE-Mesh 提案以及 Nortel 提出的 Wi-Mesh 提案已于 2006 年 1 月合并为一个 Joint SEE-Mesh/Wi-Mesh Proposal，并于 2006年 3 月获得通过，以此作为 802.11s 标准的起点。预计将于 2008 年上半年末提交正式的 802.11s 标准。802.15 TG5 WPAN Mesh Networks网址：http:/grouper.ie
6、ee.org/groups/802/15/pub/802.16a/j 中继任务组网址：http:/grouper.ieee.org/groups/802/16/,1.1.2.ITUStrategy and Policy Unit网址：http:/www.itu.int/osg/spu/newslog/categories/meshnetworks/1.1.3.3GPP网址：http:/www.3gpp.org/1.1.4.IETFMONAMI6 工作组网址：www.ietf.org/inernet-drafts1.1.5.IRTFDelay-Tolerant Networking Resear
7、ch Group网址：http:/www.dtnrg.org1.2.现有的经营商用无线 Mesh 网络公司：Wi-Fi 近年来在全球市场取得了长足进展，迄今为止已经实现累计销售 5 亿多个芯片集。作为可以最充分利用 Wi-Fi 的城域及网状网（Mesh）2004 年起在新加坡、台北及美国旧金山、费城、新奥尔良等国家和地区已开始了大规模的商用部署，并于去年开始在国内城市中出现。在北京市公安局在西城区的公共安全覆盖、伙聚网对后海酒吧街地区的室外无线覆盖以及天津滨海开发区数字港口的建设等方面有了相关应用。,MEA,(Motorola/MeshNetworks),SYMBOL/Motorola,Wir
8、elessA,(Nortel),(Nokia),(Cisco),(STRIX Systems),(ARUBA),Skypilot(Skypilot),Tropos(Tropos),BelAir(BelAir),Hotpoint,(Firetide),MESHWORKS,(Radiantnetwork),(RoamAD),(Proxim)IEEE 802.11s 标准化的两大商业阵营是：,ll,Wi-Mesh Alliance(WiMA):Nortel,Accton technology,PhilipsSEE Mesh:Intel,Nokia,Motorola,Cisco,Firetide,Tr
9、opos,Texas,Instruments,NTT DoCoMo由 SEE Mesh 引入的 Mesh Portal 允许新旧无线标准技术被识别并整合进网络，从而为 WMNs 提供了互操作性。An incomplete list(Jan 2005),Microsoft Mesh Testbed,MeshDynamics,Motorola-MeshN,Cisco Systems,IMITRE,www.mitre.org/work/tech_transfer/mobilemesh/index.htmlNortel,3Com,ProximWireless N4g-Systems,http:/www
10、.4g-systems.biz/Intel,Engiminc.,FiretideN,AscentryT,NovaRoam,KiyonAutonomous Networks,Manchester Wireless,Champaign-Urbana Community Wireless NSeattleWireless,Bay Area Wireless Users Group(BAWUG)www.bawug.org/,Southampton Open Wireless Networkwww.sown.org.uk/NYC Wireless,Telco,www.freenetworks.org/,
11、1.2.1.Nortel,1.2.2.Cisco,Cisco WLAN Mesh 无线网络案例,1.3.现有的学院 WMNs 实验床,1.3.1.MIT:RoofNet,未配置及未规划。目前正在进行的研究包：802.11 链路级测量、在高丢失率链路条件下寻找高吞吐量路由、自适应比特速率选择、开发能够利用 radio特性的新协议,网址：http:/pdos.csail.mit.edu/roofnet/doku.php?id=roofnet,1.3.2.State University of New York:Hyacinth,1.3.3.Georgia IT:BWN-Mesh,目前正在开发和评估
12、 MAC、IP 及传输层上的自适应协议。BWN-Mesh 的另一目标是与其他网络融合，例如 Wi-Fi、WiMAX、蜂窝网络以及无线感知网络。BWN-Mesh 正向着下一代网络架构发展：将使用不同协议的不同类型无线网络融合起来的异构网络。,1.3.4.Rice:TFA-Rice Wireless Mesh Deployment,网址：http:/tfa.rice.edu/,1.3.5.Tsinghua:CNGI 下一代因特网,以 IPv6 测试为主，将包含部分 WLAN Mesh 的测试，目前 Motorola 已在清华,进行布点工作。,1.3.6.Microsoft Research网址：h
13、ttp:/Purdue：无线 Mesh 网拥塞控制项目,Roofnet,MIT,pdos.csail.mit.edu/roofnet/doku.php,BWN-Mesh,Georgia,Institute of,Technology,www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/mesh/work.html,UCSB,MeshNet,moment.cs.ucsb.edu/,Orbit Project,Rutgers,WinLab,www.winlab.rutgers.edu/pub/docs/focus/ORBIT.html,Digital,GangeticPlai
14、ns,Media Lab Asia,-KanpurLucknowLab,www.iitk.ac.in/mladgp/,Stony Brook Mesh,Router,www.cs.sunysb.edu/samir,Hyacinth(Stony,Brook),www.ecsl.cs.sunysb.edu/multichannel/,VMesh,University of,Thessaly,Volos,Greece vmesh.inf.uth.gr/,Wireless Networking Group,UIUC,www.crhc.uiuc.edu/wireless/,University of I
15、llinois at,Urbana-Champaign,802.11 Testbedfor,www.cs.washington.edu/homes/djw/,Transit Access,CooperationPointsRice,University,taps.rice.edu/taps-overview.html,Multi-radio Mesh,Networking Testbed,Rice University,Mesh Wireless,LANs,dvd1.ecs.umass.edu/wireless/publications/mesh/index.html,Quail,Ridge
16、Mesh,UC Davis,www.cs.ucdavis.edu/prasant/projects,2.WMNs 中的关键技术研究2.1.物理层WMN 技术理论上与物理层无关，然而，与所有的网络技术一样，物理层特性将影响 WMN 的性能。WMN 的物理层至少必须是可靠的。WMNs 的 MAC 层协议大多是基于竞争的，抗干扰能力对它来说比具有部分无竞争的 MAC 协议蜂窝网和 802.16要更重要一些。除了基本的可靠性要求外，还有其他几个特性对 WMNs 的性能有着重大影响：,l,Radio 技术：方向智能天线、MIMO、OFDM、UWB 以及 QDMA 技术，以及新近涌现出来 radio 技术
17、包括频率 agile/感知无线电、可重配置无线电以及软件无线电（可编程无线电）。虽然这些无线技术尚处于研究初期，但由于它们的动态控制能力，它们被期待成为未来无线网络的平台。这些先进的无线 radio,技术均要求高层协议的变革性设计，特别是 MAC 层和路由层协议。（为了进一步增大容量并减小衰落、时延扩展以及共信道干扰带来的损害，为无线通信提出了例如天线分集、智能天线和 MIMO 系统等多天线系统。在 WMNs 中使用这些技术是一个更具有挑战性的问题。例如，多节点之间的 mesh 组网使得系统模型比无线 LANs 或蜂窝网络中传统的 MIMO 系统复杂很多。为了在WMNs 中实现更好的频谱效率和
18、可变频率规划，频率敏感或感知无线电正在被研发以动态捕捉未被占用的频谱。FCC 已经注意到这项很有前途的技术，并正在推进它的全面实现。在一个软件射频平台上实现感知无线电是最强大的解决方案之一，因为射频的所有组成部分，例如 RF 带、信道接入模式以及信道调制，都是可编程的。软件射频平台还尚未成为一项成熟的技术，虽然已经存在物理实验床。然而在长期看来，它将成为无线通信的一项关键技术因为它可以实现所有先进物理层技术的可编程。）,lllllll,移动性：因为 WMNs 支持用户移动性，需要物理层支持频率 shift 以及 adaptto 快衰条件。链路自适应：当传输条件不理想时，采用更健壮的调制和纠错编
19、码以 restore链路的可靠性（以带宽为代价）。可变传输功率：可视为链路自适应算法的一个维度。然而，“最佳”传输功率只能够使用上层的信息来确定（取决于目标是以下的哪些指标最优化：最小化干扰、最小化时延、最大化网络容量等）。多 Transceivers：如果多个通信信道可用（i.e.，多个频率信道，多个 CDMA正交码字，UWB 等），可以想见一个设计的很好的 MAC 协议可以利用多个transceiver 同时在不同信道上进行发送和/或接收。方向天线：方向天线可以减少同时传输之间的干扰以改进链路 budget 和range，和/或减小发送功率。但是使用方向天线将大大增加上层设计的复杂度。链路
20、质量反馈：对于无线网络来说，链路质量信息可以有效地应用于高层以检测切换急迫性、路由决策以及容量优化等。这些信息的 availability 可以大大提高上层的效率。收发机性能：最后，收发机应该能够快速地在可用信道之间、收发模式之间,倒换，并能够快速获取同步。如果 preambles 和帧之间的间隔长，传输效率将大大降低，尤其是对短包而言。2.2.数据链路层在数据链路层，MAC 协议的设计对于 WMN 可能是最大的挑战。尽管存在一个集中实体（网关），但网关将不可能协调几跳之外的节点的 MAC 层。有大量为MANETs 设计的 MAC 协议，它们之中很多都能够在 WMNs 中工作得相当好。特别是M
21、ACAW，（802.11 中标准化的 RTS/CTS option），在避免隐藏节点问题的影响方面非常有效。WMNs（Ad Hoc）中一个有趣的问题是如何高效利用多个物理信道（如果物理层支持）。,l,信道分配：与信道数和路由器上收发机的个数有关。此外，一些技术（WCDMA、,UWB）能够提供选择信道容量的灵活性将进一步增大这个问题的复杂度：在WCDMA 和 UWB 中通过选择不同的码长，可以给不同的发送机分配不同的速率。,lll,单信道的 MAC 层：在为 WMNs 设计单信道 MAC 层协议时通常采用三种方法。修改现存的 MAC 协议：例如，在 IEEE 802.11 mesh 网络中，MA
22、C 协议可以通过调整 CSMA/CA 的参数得以改进，例如，竞争窗口大小，以及修改退避过程。然而，这样的解决方案只能实现一个低的端到端吞吐量，因为它不能在很大程度上减小邻居节点之间竞争的可能性；跨层设计：这类方法中有两个主要方法，基于方向天线的 MACs 以及具有功率控制的 MACs。第一种设置在天线波束完美的假设条件下消灭了暴露节点。然而，由于方向性传输，产生了更多的隐藏节点。这些机制同时也面临着其他例如开销、系统复杂度和快速可调节方向天线的可行性等困难。第二种设置减少了暴露节点，特别是在密集网络中，使用低的传输功率以提高 WMNs 中的频率空间复用因子。然而，隐藏节点的问题可能会更加严重，
23、因为低的传输功率降低了检测到潜在干扰节点的可能性。提出新的 MAC 协议：由于在多跳网络中可扩展性差，诸如CSMA/CA 等随机接入协议不是高效的解决方案。因此，基于 TDMA 或 CDMA 重新修订 MAC 协议的设计是非常有必要的。到现在为止，几乎没有 TDMA 或 CDAMMAC 协议可供 WMNs 使用，大致是由于两个因素。一是开发一个 TDMA 或 CDMA分布式协作 MAC 的复杂度和开销。另外是 TDMA（或 CDMA）MAC 与现有的 MAC协议的兼容性。例如，在 IEEE 802.16 中，原始的 MAC 协议是集中的 TDMA方式，但仍然缺少一个 IEEE 802.16 m
24、esh 的分布式 TDMA MAC。在 IEEE 802.11WMNs 中，如何设计一个在 CSMA/CA 之上的分布式 TDAM MAC 协议是一个有趣但具有难度的问题。多信道的 MAC 层：在没有假定特定的 MAC 协议的情况下，一个具有收发信道控制功能的标准 802.11 收发机就能够满足。但是，如果采用一种新的 MAC协议（或者高层能够细致有效地控制标准 MAC 层的行为），那么网络的容量可能通过相对静态的解决方案得以改进。如果 MAC 层能够改变信道，并且节点有多套收发机，那么就可以同时发送和接收或者使用多个信道进行一个传输。这种自由可以以更复杂的 MAC 层和更昂贵的物理层为代价提
25、高整个网络的性能。基于不同的硬件平台，需要开发不同的多信道 MAC 协议。多信道单收发机 MAC：如果需要考虑开销和兼容性，在一个 radio 上一套收发机是更好的硬件平台。既然只有一套收发机可供使用，在每个网络节点中某一时间只能有一个信道处于激活状态。然而，不同的节点可以同时运行在不同的信道上。为了在这种情况下协调网络节点之间的传输，需要多信道 MAC 协议。多信道多收发机 MAC：在这种场景下，一个 radio 包含多个并行的 RF 前端芯片和基带处理单元以支持几个同时信道。在物理层之上，仅需要一个 MAC 层模块来协调多个信道的功能。多 Radio MAC：在这种场景下，一个网络节点有多
26、个 radio，每个 radio 有其自己的 MAC 和物理层。这些 radio 的通信之间完全独立。这样，需要一个在 MAC 层之上的虚拟 MAC 协议，例如多 radio统一协议（MUP），来协调所有信道中的通信。事实上，一个 radio 在这种情况下可以拥有多个信道。然而，为了设计和应用的简单，通常每个 radio 配置一个固定信道。智能天线的 MAC 层：智能天线（软件可控方向天线）是 3G 标准的一部分。它们的优点与传统的方向天线非常相似（增加链路预算，增大传输范围，减,小传输功率，增大可靠性等），增加了诸如能够改变天线方向所以能够在不同邻居之间 switch 以及跟踪用户的优点。为
27、智能天线设计 MAC 层协议非常复杂，要求发 送机和接收机在时 空上 很好的协 调，以及新 节点 加 入的provision。对于支持移动节点的 WMNs 而言，这个问题尤其复杂。有待解决的问题：,lll,可扩展 MAC：就我们所知，在多跳 ad hoc 网络中的可扩展性问题尚未完全得到解决。绝大多数现存的 MAC 协议仅解决整个 issue 中的一部分问题，但又导致其他的问题。为使得 MAC 协议真正可扩展，必须提出新的分布式协作机制以保证网络性能（例如吞吐量和甚至 QoS 参数，例如时延和时延抖动）不随着网络规模的扩大而恶化。明显地，多信道 MAC 协议能够比单信道 MAC 达到更高的吞吐
28、量。然而，为了真正实现好的频谱效率并提高每信道吞吐量，可扩展 MAC 协议需要考虑在多个信道上的整个性能提升。所以，开发一个可扩展多信道 MAC 比单信道 MAC 更具挑战性。MAC/Physical 跨层设计：当使用先进物理层技术，例如 MIMO 和感知无线电时，需要提出新的 MAC 协议，特别是多信道 MAC，以利用物理层提供的敏感度。MAC 层的网络融合：WMNs 中的 Mesh 路由器负责各种不同无线技术的融合。,因此，需要在 MAC 实现先进网桥功能，使得不同的无线 radios，例如 IEEE802.11、802.16、802.15 等，能够无缝地一起工作。可重配置/软件无线电及相
29、关的无线资源管理机制可能成为这些桥接功能的最终解决方案。2.3.网络层2.3.1.路由路由协议是任何网络的一个重要因素，但对 WMNs 来说意味着成败的关键，因为 WMNs 与其竞争技术相比较的好几个优势都是由路由协议带来的。由于 WMNs 中节点分为不同类型（Mobile Router 以及 Mobile Client）并具有不同的移动性、能量约束及业务模式，所以对路由协议也有相应的不同要求。主要要求包括：,llllll,可扩展性/高效性可靠性：快速重路由、快速重配置、多网关支持移动用户连接性：支持快速切换灵活性：能够适应不同的网络拓扑QoS：除了通过 MAC 层和/或转发引擎来支持外，为不
30、同的流量类别选择最佳路由也是 QoS 支持的一个重要部分。高效 Mesh 基础网络路由：考虑到 mesh 路由器很小的移动性以及在供电上无限制，mesh 路由器中的路由协议应当比 Ad Hoc 网络中的路由协议简单很多。有了 mesh 路由器提供的 mesh 基础网络，mesh 客户端的路由协议也可以被设计得简单。,目前出现的 WMN 路由协议方案，主要有以下类型：多判据路由、多信道路由、多径路由（与多连接相关，可实现负载均衡、路由容错）、分级路由、跨层路由、QoS 路由以及基于地理位置信息的路由。目前比较重要的 WMNs 路由协议包括：802.11s 默认的 HWMP 协议、802.11s可
31、选的 RA-OLSR 协议、微软公司研发的 MR-LQSR 协议、Tropos 公司开发的 PWRP协议等。,l,多性能判据路由协议：性能判据对路由协议的影响在,7中进行了研究，,链路质量源路由（LQSR）依据链路质量判据选择一条路由路径。三个性能判据，如，预期传输数（ETX），每跳 RTT，和每跳数据包对，是分别实现的。将使用这三种判据的路由协议的性能与使用最小跳数的方法进行了比较。对WMNs 中的静止节点，ETX 达到了最好的性能，而最小跳数的方法在节点移动,时比其他三种链路质量判据性能要好。这个结果表明,7中使用的链路质,量判据在考虑到移动性时仍然是不足够应用于 WMNs 的。,l,多
32、Radio 路由：在,8中提出了一种多 radio LQSR（MR-LQSR），集成了一,种称为加权累计期望传输时间（WCEET）的新的性能判据。WCEET 同时考虑到了链路质量判据以及最小跳数，达到了时延和吞吐量之间一个好的折衷。MR-LQSR 假定各节点上的所有 radio 都调整到互不干扰的信道上，信道分配的改变不频繁。,l,多径路由：使用多径路由的主要目的是更好地做负载均衡以及提供高的容错率。在源和目的点之间选择多条路径。当一条路径上的一条链路由于坏的信道质量或移动性断掉，可以选择在现存的路径集合中的另一条路径。这样，不需要等待建立一条新路由路径，端到端时延、吞吐量以及容错率均可以得到
33、 改 善。然 而，在 给定 的 性 能 判 据下，改 善依赖 于 源 和 目的 点 之间node-disjoint 路径的存在。多路径路由的另一缺点是其复杂度高。,l,分层路由：在分层路由,9中，采用了一种自组织方法将网络节点划分为,簇。每个簇有一个或多个簇头。一个簇中的节点距离簇头可能有一跳或两跳距离。因为需要簇之间的连通性，一些节点作为网关能够与多个簇通信。当节点密度较高，分层路由协议能够达到好很多的性能，因为更少的开销、更短的平均路由路径和更快的路由路径建立过程。然而，保持分层的复杂度可能使得该路由协议的性能降低。此外，在 WMNs 中，必须避免 mesh 客户端称为簇头因为它可能因为能
34、力有限而成为瓶颈。,l,地理位置路由：与基于拓扑的路由方式不同，地理位置路由方法仅使用附近节点和目的节点的位置信息进行数据包转交。这样，拓扑的改变对于地理位置路由的影响比对其他的路由协议的影响要小。早期的地理位置路由算法是一类单路径贪婪路由方法，在这类方法中数据包转发决定是依据当前转发节点、它的邻居以及目的节点的位置信息作出的。然而，所有的贪婪路由算法都存在一个共同的问题，即，即时源和目的节点之间存在一条路径也不能够保证 delivery。为了保证 delivery，近期提出了基于平面图的地理位置路,由算法,10。然而这些算法通常比单路径贪婪路由算法带来的通信开销要,高很多。待解决的问题：,l
35、,可扩展性：由于分层路由协议的复杂度以及难以管理，它只能够部分地解决,这个问题。地理位置路由依赖于 GPS 或类似定位技术的存在，增加了开销和WMNs 的复杂度。因此，需要开发新的可扩展路由协议。,lll,更好的性能判据：需要开发新的性能判据，并且需要将多个性能判据整合到一个路由协议中以达到最佳的整体性能。路由/MAC 跨层设计：路由协议需要与 MAC 层进行交互以改善其性能。在路由协议中采用多个层二的性能判据是个例子。然而，MAC 层与路由层之间的交互是如此紧密，仅仅在它们之间交换参数是不够的。将 MAC 和路由协议的某些功能进行合并是一个有前景的研究方向。高效的 mesh 路由：由于有 m
36、esh 的基础结构，需要为 WMNs 开发一个比 Ad Hoc,路由协议简化很多并且更加高效的路由协议。2.3.2.转发：公平性及 QoS所有经典的转发问题在 WMNs 中都存在，只是流的数量规模相对较小。WMNs 只有一个无线接口来同时处理其自身的流和转发其他节点的流引入了新的问题。这种不公平效应在所有使用单转发队列的实例都将出现。公平性问题一个很明显的扩展是以为用户提供多类服务的形式提供 QoS（例如，居民/商用或者银金铂金类）。与传统的 Ad Hoc 网络不同，WMNs 的绝大多数应用都是具有不同 QoS 要求的宽带业务。所以除了端到端传输时延和公平性，通信协议必须考虑更多的性能判据，例
37、如时延抖动、汇聚吞吐量、每节点吞吐量和丢包率。2.4.传输层为有线网络设计和完善的 TCP 协议即使在单跳无线网络中 TCP 性能也很差（当发生传输错误或延迟时不必要地减少其传输速率）。而在如 WMNs 的多跳环境中，TCP 的表现将非常差，因为 WMNs 比单跳无线网络发生丢包的几率要大得多得多（每个数据包经过几次无线传输，以及中间路由器的移动性等）。此外，即使是在相对简单的场景下，TCP 也以一些链路为代价不公正地偏向某些链路。迄今为止，还尚未有专为 WMNs 提出的传输层协议。然而，存在大量的 Ad Hoc网络传输层协议。研究这些协议能够帮助我们设计 WNMs 传输层协议。非实时业务和实
38、时业务需要不同的传输层协议。2.4.1.可靠数据传输可靠的传输协议可以进一步分为两类：TCP 变体和新的传输协议。TCP 变体通过处理以下问题以改善传统 TCPs 的性能。,l,非阻塞性的数据包丢失：传统的 TCP 不对拥塞跟非拥塞的丢失进行区分。结果，当非阻塞的丢失发生时，网络吞吐量由于不必要的阻塞避免而快速下降。此外，当无线信道正常工作后，传统 TCP 不能够快速恢复。需要一种反馈机,制以区分不同的数据包丢失。,lll,未知的链路失败：因为所有的节点都在移动，在移动 Ad Hoc 网络中链路失败频繁发生。而 WMNs 中链路失败的问题不像移动 Ad Hoc 网络中那样严重，因为 WMN 的
39、基础网络避免了单点失败的问题。但是由于无线信道和 mesh 客户端的移动性，需要对链路失败进行检测。网络不对称：网络不对称定义为网络的前向传输与反向传输在带宽、丢包率和时延等方面有很大不同的情况。这样，它将影响 ACKs 的传输。因为 TCP在很大程度上依赖于 ACK，其性能将由于网络不对称而严重下降。虽然，诸如 ACK 过滤、ACK 阻塞控制等方法能够帮助解决网络不对称问题，它们应用于 WMNs 尚需要进一步研究。RTT 变化大：考虑到移动性、可变链路质量、业务负载的波动以及 WMNs 中的其他因素，路由路径的变化可能是频繁的，并且可能导致 RTT 的巨大变化。这将降低 TCP 性能，因为
40、TCP 的正常工作依赖于 RTT 的平滑测量。,为了进一步改善传输层协议，研究者开始研发全新的传输层协议。在,11,中，转为 Ad Hoc 网络提出了 Ad Hoc 传输协议（ATP）。ATP 中的传输是基于速率的，初始速率估计采用快速启动。拥塞检测是一种基于时延的方法，所以能够避免拥塞丢包和非拥塞丢包之间的不明确的影响。此外，在 ATP 中没有重传超时，拥塞控制与可靠性相分离。新的传输层协议例如 ATP 比 TCP 变体在性能上（例如时延、吞吐量和公平性）要好很多。然而，对于 WMNs 全新的传输层协议并不是很好的解决方案。WMNs 将与 Internet 以及其他很多无线网络整合到一起，所
41、以WMNs 的传输层协议需要与 TCPs 相兼容。2.4.2.实时业务传输为了支持实时业务的端到端传输，需要速率控制协议（RCP）与 UDP 一起工,作。尽管针对有线网提出了很多的 RCPs，但没有 WMNs 可用的。近期，在,12,中为移动 Ad Hoc 网络提出了一种自适应检测速率控制（ADTFRC）方法，在这种方法中为 TCP 友好速率控制机制开发了一种端到端多判据联合检测方法。然而，要真正支持多媒体业务的实时传输，这种检测方法的准确度仍然不够。此外，由不同问题造成的非拥塞数据包丢失的处理方法相同，这可能会降低速率控制机制的性能。2.4.3.待解决的问题为了 WMNs 中的可靠传输，除了
42、上述提到的问题的更好解决方案外，还需要对其他几个问题进一步研究。,ll,网络不对称的跨层解决方案：TCP 性能下降的所有问题实际上都与下层协议相关。例如，路由协议决定了 TCP 数据包和 ACK 包的路径。为了避免数据包和 ACK 包的不对称性，需要路由协议为数据和 ACK 包选择最佳的路由。此外，链路层性能将直接影响丢包率。为了减小网络不对称的可能性，MAC 和错误控制需要对 TCP 数据和 ACK 包区分对待。自适应 TCP：WMNs 也将与 Internet 以及其他无线网络进行融合，例如 IEEE,802.11，802.16，802.15 等。这些网络之间的异构性使得相同的 TCP 对
43、所有的网络都效率低下。在不同的网络中应用不同的 TCP 是一种复杂并且开销很大的解决方案。所以，自适应的 TCP 是最具有前景的解决方案。因此，需要为 WMNs 提出自适应的传输协议。,l,对实时传输，需要结合 WMNs 的特性开发全新的 RCPs。此外，需要开发与 RCPs,一起工作的新的丢失区分机制。因为 WMNs 将与各种不同的无线网络以及Internet 整合，所以我们还需要自适应速率控制协议。2.5.应用层视频流媒体业务的自适应编码与传输。WMNs 支持的大量应用可以被划分为几大类。,llllll,因特网接入：各种各样的因特网应用为人们提供重要的即时信息，使生活更加便捷，并提高工作效
44、率及生产率。在一个家庭或中等商务环境，最流行的解决方案仍然是 DSL 或者 cable modem 和 IEEE 802.11 接入点。然而，与这些方法相比，WMNs 具有很多潜在优势：低开销、高速、安装更简易。分布式信息存储及共享：回程接入因特网在这类应用中是不需要的，用户仅需要在 WMNs 内部通信。一个用户可能想要在磁盘存储别的用户的大量数据，基于 P2P 网络机制从别的用户磁盘下载文件，以及询问/获取位于分布式数据库服务器中的信息。WMNs 中的用户之间可能想要视频聊天以及一起玩游戏。多个无线网络之间的信息交互：例如，一个蜂窝网电话需要通过 WMNs 与一个 Wi-Fi 的电话进行通话
45、，或者一个 Wi-Fi 网络用户可能希望监测在一个无线感知网络中几个传感器的状态。总的来说，在应用层存在三个研究方向。改进现有的应用层协议：在一个有线网络中，底层协议不能为应用层提供完善的支持。例如，从应用层的角度来看，丢包率可能不总是为零，数据包时延可能有较大的时延抖动等。这些问题在 WMNs 中将由于 Ad Hoc 以及多跳通信而变得更为严重。这些问题可能使得很多在有线网络中工作的很好的因特网应用在 WMNs 中不能工作。为分布式信息共享提出新的应用层协议：目前，有很多在因特网上进行信息共享的 P2P 协议。然而，这些协议在 WMNs 中不能达到令人满意的性能表现，因为 WMNs 有很多不
46、同于 Internet 的特性。为 WMNs 开发新的应用：这样的应用必须为用户带来巨大的好处，并且只能在 WMNs 中才能达到最好的性能。这样的应用将使得 WMNs 成为一种独特的网络技术，而不只是作为无线网络的又一种可选项。,2.6.其他方面2.6.1.网络容量到目前为止，已经对于 Ad Hoc 网络的容量进行了很多的研究活动。考虑到WMNs 与 Ad Hoc 网络的相似性，这些研究的成果能够应用于 WMNs 容量的研究。,Ad Hoc 网络容量的上下限已经在,5中得出，这篇文献指出了作为改善 Ad,Hoc 网络容量方针的一个重要的提示：节点仅与其邻近的节点通信。为使这个想,法得以应用，,
47、5中建议了两个主要方法：,吞吐量容量能够通过部署中继节点得以增加。节点需要被划分为簇。换句话说，一个节点与其他不相邻的节点通信必须通过中继节点或者簇。然而，考虑到诸如 Ad Hoc 网络或 WMNs 这样的分布式系统，节点分簇或安排中继节点是很具有挑战性的任务。,5中的这个提示在,6中也有体现。,6中提出的方法通过利用节点,移动性增加了 Ad Hoc 网络的网络容量。源节点只有当目标节点更为接近它的时候才会发送其数据包。这样，通过节点移动性，一个节点仅与其邻近的节点通信。这个方法有一个局限性：传输时延相当大，一个节点所需的缓存可能变得无穷大。,5,6中的分析方法在很大程度上驱动了无线网络容量的
48、研究进程。这,些方法的一个局限性在于网络协议没有被恰当地捕获。不同的媒体接入控制，功,率控制和路由协议很大地影响一个无线网络的容量。然而,5,6在分析方法,中，它们仅通过过分简化的模型进行表示。现有的分析方法的另一个局限性是理论上的容量限制是基于渐进分析得到的。然而这些结果没有反映给定节点数目的网络的确切容量，尤其是当节点数较少时。原因在于在渐近分析中关于网络规模以及节点密集度的假设与 WMNs 的实际规模不符；无论一个 WMNs 如何部署，网络规模以及节点密集度都不会趋于无限。此外，由于 WMNs 与 Ad Hoc 网络的差异，Ad Hoc 网络的分析结果可能不能直接应用于 WMNs。所以，
49、需要针对 WMNs 找到新的分析结果。2.6.2.Provisioning在多接入点部署中 provisioning WLAN 是非常复杂的。在 WMNs 中，这个问题又要困难很多。通常，主要的 provisioning 问题是在 mesh 拓扑和网络负载给定的情况下，决定每个用户能分到多少带宽。在简化的网络模型和假设的情况下（例如单通信信道全向天线）初步的研究结果已经发表。采用更真实的模型和更通用的物理层以及 MAC 层的这个问题正有待于解决。一个 WMN 的容量随着连接到各个网关上的用户数量的增加而增加。ISP（运营商）应当在某些点通过增加一个或多个网关来升级设备。在这种情况下的问题是，决
50、定增加这个网关的位置以最大化网络容量。另 一 个 有 趣 的 问 题 是 在 什 么 地 方 种（安 装 网 关 和 repeaters）一 个neighborhood（给定一组潜在用户或者一组已经登记的用户和潜在用户）。,2.6.3.网络管理为保持 MWNs 的正常运转，需要很多的管理功能。,lll,移动性管理：WMNs 需要一个分布式移动性管理机制。然而，由于存在骨干网络，WMNs 的分布式机制可以比移动和 Ad Hoc 网络的更为简单。如何利用网络骨干为 WMNs 设计一个 light-weight 分布式移动性管理机制还需要进一步研究。移动性管理与多层网络协议密切相关，所以开发多层移动
