无线mesh网络中网络编码技术的研究本科学位论文.doc

学科门类： 工 学 分类号： TN925 单位代码： 10293 密 级： 公 开 硕 士 学 位 论 文论文题目： 无线Mesh网络中 网络编码技术的研究 南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生部办理。研究生签名： 导师签名： 日期： 南 京 邮 电 大 学硕士学位论文摘要学科 、专业：工 学 信息与通信工程 研 究 方 向：无线通信与信号处理技术 题 目：无线Mesh网络中网络编码技术的研究 英 文 题 目：Research on the technology of network coding in Wireless Mesh Networks 主 题 词：无线Mesh网络 COPE编码 编码增益混合网络编码 吞吐量效率Keywords: Wireless Mesh Networks, cope coding, code gain, hybrid network coding, throughput efficiency毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘要2000年，香港中文大学的Ahlswede等人率先提出了网络编码这一概念，该理论通过允许通信网络中间节点在转发信息前，对输入信息流进行编码来实现网络多播容量的极限，打破了通信网络中中间节点传统的功能简单路由，即只负责接收信息的复制与转发，从而充分挖掘了网络潜在的能力。研究表明，网络编码除了能够提高系统的容量外，在数据压缩、负载均衡、降低节点能量消耗、减少传播时延、提高网络健壮性及信息安全等方面都有重要的应用前景。本文作者主要对网络编码在无线Mesh网络中的应用进行了关键技术研究。本文首先对COPE网络编码进行理论分析，指出了其不足，并依此构造了一个特殊无线Mesh网络拓扑结构，提出一种新的编码算法。该算法依据在无线组播网络中，仅需要在进入中继节点的链路进行编码，进入目标节点的链路直接路由选择就可以达到网络编码所能够达到的容量的结论，通过构造一个虚拟源节点，从而允许与目的节点相连接的中继节点收到数据包后直接路由选择。理论和仿真验证了该新算法有效地减少了原始数据包传输的次数，从而提高了以网络编码增益来衡量的网络吞吐量。我们还介绍了2个接收节点模型的混合编码的组播吞吐量效率，并进一步分析得出了有中继节点协作情况下，HARQ和NC-HARQ两种技术的吞吐量效率，并将COPE编码方式应用到混合编码。仿真验证了有协作的组播HARQ和NC-HARQ分别比直接组播网络HARQ和NC-HARQ以及有协作的组播ARQ和NC-ARQ吞吐效率更高，从而改善了网络的质量。关键词：无线Mesh网络；COPE编码；编码增益；混合网络编码；吞吐量效率 AbstractThe concept of network coding was put forward by Ahlswede et al, in2000. In traditional information processing method called routing, the intermediate nodes in the network just respond for copying and forwarding the information. Through permitting the intermediate nodes code the input information flow before forwarding, network coding can realize the high- point of network multicast capacity. Study shows network coding can not only increase the network capacity, but also have an important application prospect in the field of data compression, load balance, reduction of energy consumption and propagation delay, enhancement of network robustness, information security and et al. We mainly make researches on the application of network coding in wireless mess networks.Based on the theory and performance of cope, a new network coding algorithm for wireless mesh networks is proposed for a specific topology. The new algorithm allows intermediate recipients which link with the destinations to, forward coded packets by constructing a virtual source node for the conclusion that the same multicast capacity can be achieved by applying network coding only on the links entering relay nodes. The result show that the new algorithm will reduce the number of the original data packet transmission, thereby can increase the network throughput (measured by network coding gain).Consider the topology consisting of one source, two destinations, we analyze the multicast throughput efficiency of hybrid network, and put forward HARQ and NC-HARQ multicast throughput efficiency in the case of a relay node. Theory and simulation of multicast HARQ and NC-HARQ throughput is more efficient than the direct multicast network, thereby improve the quality of the network. Key Words: Wireless Mesh Networks; cope coding; code gain; hybrid network coding; throughput efficiency缩略语一览ID Identity序列号ACK Acknowledge 确认应答AP Access Point接入点ARQ Auto Repeat Request自动请求重传BS Base Station基站CRC Cyclical Redundancy Check循环校验码DAS Distributed Antenna System分布式天线系统ETX Expected Transmission Count期望传输次数FEC Forward Error Correction前向纠错FIFO First Input First Output先进先出系统HARQ Hybrid Auto Repeat Request混合自动请求重传LCM Linear Code Multicast线性编码多播算法MANET Mobile Ad hoc Network移动Ad hoc网络NAK Negative Acknowledge否定应答NC Network coding网络编码PSTN Public Switched Telephone Network公共交换电话网络QDMA Quadra Division Multi-Access正交分割多址接入SEP Symbol Error Probability误码率TCP Transmission Control Protocol传输控制协议VOIP Voice over Internet ProtocolIP网络电话WLAN Wireless Local Area Network无线局域网WMAN Wireless Metropolitan Area Network无线城域网WMN Wireless Mesh Network无线Mesh网络WPAN Wireless Personal Area Network无线个人区域网WSN Wireless Sensor Network无线传感器网络目录摘要IAbstractII缩略语一览III目录IV第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 论文的内容及结构安排3第二章 无线Mesh网络42.1 无线Mesh网络的起源和定义42.2 无线Mesh网络结构和特点52.2.1 终端设备型Mesh网络结构62.2.2 基础设施型Mesh网络结构62.2.3 混合型网络结构72.3.4 无线Mesh网络结构的特点82.3 无线Mesh网络与现有无线网络的区别92.3.1 无线Mesh网络与蜂窝网络的区别92.3.2 无线Mesh网络与WLAN的区别92.3.3 无线Mesh网络与移动Ad Hoc网络的区别102.4 无线Mesh网络的主要优缺点102.5 无线Mesh网络的关键技术122.6 无线Mesh网络的应用142.7 本章小节16第三章 网络编码概述173.1 组播通信方式173.1.1 组播技术的概念173.1.2 组播技术的路由实现173.1.3 组播技术实现的局限性183.2 网络编码的提出和发展现状183.2.1 网络编码的提出193.2.2 网络编码在有线网络的发展203.2.3 网络编码在无线通信网络中的应用与发展213.3 网络编码的性能优点243.3.1 网络多播容量的改善243.3.2 负载均衡253.3.3 减少节点能量消耗263.4 本章小节27第四章 无线Mesh网络COPE编码方法及改进方法284.1 COPE编码方法的描述284.2 COPE编码所需要的前提技术294.2.1 监听机会294.2.2 编码机会294.2.3 学习邻居状态314.3 COPE编码理论314.3.1 数据包编码算法324.3.2 数据包解码334.3.3 编码数据包格式334.3.4 控制流354.4 一种新的Mesh网络中的网络编码算法364.4.1 编码方法的描述364.4.2 仿真试验384.5 本章小节39第五章 无线Mesh网络信道和网络的混合编码415.1 无中继节点的情况415.1.1 编码技术的前提425.1.2 各种编码技术分析435.2 有中继节点协作通信的情况465.3 仿真及实验结果515.4本章小节52第六章 结束语536.1 全文总结536.2 进一步研究方向54致 谢55参考文献5663第一章 绪论无线Mesh网络（Wireless Mesh Networks，WMN）融合了无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和移动Ad Hoc网络（Mobile Ad hoc Network，MANET）的优势，它已经成为下一代无线网络的关键技术之一1。由于它可以实现将各种无线网络基于无线Mesh路由器相互联接，形成类似现有有线因特网那样的网络，人们又称其为无线因特网。随着蜂窝网、WLAN、MANET等无线网络的普及，实现多种网络的融合成为一个新的研究热点2，无线Mesh网络就是一种大有前途的方案。1.1 课题研究背景随着无线网络的发展，近年来无线Mesh网络已崭露头角。无线Mesh网络预期可以克服Ad hoc网3、无线局域网、无线个人区域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）7、无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）8、无线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN）9的一些局限，并能提高其性能。无线Mesh网络可以有多种应用，这些应用有，室内宽带网、社区邻域网、企业网、楼房自治网等。无线Mesh网络类似于Ad Hoc网络，它与后者的区别在于前者的骨干节点移动性较低，无线Mesh网络通常不是作为一个独立的网络形态存在，而是因特网的一种无线延伸，扩大了因特网的覆盖范围。这种方式省去了网络建设初期昂贵的基础设施建设费用，却实现了大范围的快速信号覆盖，与传统的点到多点方式的无线网络相比有很多优点。传统的基于基站方案的无线通信系统在解决“最后一公里”为用户提供无线接入服务的问题上起到很大的作用，但是随着无线用户数量的增加，系统有限的频谱资源制约着系统的容量，无法适应业务需求的增长。于是出现了空间资源复用的蜂窝移动通信系统，大大缓解了业务增长与系统资源之间的矛盾。但是蜂窝移动通信系统在应用上存在很多局限性，它只适用于人口稠密、有永久业务需求的地区。对于用户数量变化大、移动性强、不适合建立大功率基站的应用场合就无能为力了。而移动Ad Hoc网络4-6由于其应用环境和技术成本等原因，并不能直接用于民用通信领域构建具有广域覆盖的通信网络，在通信领域，最大的民用通信业务是包括网络电话（Voice over Internet Protocol，VoIP）应用在内的因特网业务；另外一方面，民用通信用户的移动性远低于军事通信用户，所以为了能够将Ad Hoc这种技术用于民用领域，实现无处不在的通信目标，我们需要基于移动Ad Hoc网络的技术基础，开发一种完全适用于民用通信的无线多跳网络技术，于是无线Mesh网络技术就应运而生。一般认为，未来的无线通信系统将由各种不同的网络融合而成，其中包括未来的蜂窝移动通信网络、WLAN、移动Ad Hoc网络、WSN、卫星网络、公众用户电话交换网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）等。无线Mesh技术的出现为解决不同网络之间的接入问题提供了一种解决方案，越来越引起国内外学者、专家和研究人员的广泛关注，已经成为无线通信领域新的研究热点。在此基础上构建的新型宽带无线网络结构称为无线Mesh网络，即一种高容量、高速率的分布式网络，它不同于传统的任何一种有线与无线网络，具有自配置、自愈合、高带宽、兼容性、低成本等优点，非常适合于覆盖大面积开放区域（包括室外和室内）。未来的蜂窝移动通信网络、WLAN、移动Ad Hoc网络、WSN、卫星网络、PSTN等都可以通过无线Mesh网络集成到因特网中。可见，无线Mesh网络将是未来无线通信领域重大技术革新，将成为未来无线城域网核心网理想的组网方式，是构建B3G/4G的潜在技术之一，也是迄今为止一种建立大规模移动Ad Hoc网络的可行性技术10-12。鉴于无线Mesh网络具备诸多独特的优点，不同通信网络之间的融合又是未来无线通信发展的必然趋势，众多学者开始研究以现有的蜂窝网、WLAN、移动Ad Hoc网络三种典型的网络环境为组成元素，将无线Mesh技术应用于异构无线网络融合，构造上述三网融合的新型Mesh网络体系架构。本课题作为江苏省高校自然科学重大基础研究项目（06KJA51001）：“基于环境感知的异构无线Mesh网络体系结构及关键技术研究”的子项目之一，主要研究了无线Mesh网络中网络编码等问题。1.2 论文的内容及结构安排本文首先分析了无线Mesh网络的网络结构、优缺点以及与现有网络的主要不同之处；紧接着介绍了网络编码（Network Coding，NC）的起源，网络编码发展及其对网络性能优点，并在基于机会编码COPE的基础上，提出一个新的编码算法；另外，我们还介绍了在链路不可靠的Mesh网络中基站（Base Station，BS）组播数据包给两个接收节点模型的条件下，自动请求重传（Auto Repeat Request，ARQ），混合自动重传（Hybrid Auto Repeat Request，HARQ），NC-ARQ以及NC-HARQ等四种编码技术的吞吐量效率，以及有中继节点协作通信的情况下ARQ和NC-ARQ的吞吐量效率，并分析得出了存在中继节点情况时HARQ和NC-HARQ的吞吐量效率，此外进一步提出将COPE编码应用在混合编码中，并通过仿真验证了其优越性；本文的最后是总结及进一步研究方向。全文安排如下：第一章， 将本文的研究背景、研究内容和文章安排进行介绍；第二章， 首先介绍了无线Mesh网络的定义、网络结构，其次对比了无线Mesh网络与其他网络的优缺点，最后介绍了无线Mesh网络应用场合等；第三章， 首先介绍了网络编码的起源，其次分析了网络编码发展，最后介绍了网络编码的性能优点；第四章， 在COPE网络编码基础上，提出了一种无线Mesh网络编码算法，并从理论和实验两个角度说明了此算法的优越性能；第五章， 主要介绍了2个接收节点模型下混合编码的组播吞吐量效率，并分析得出了有中继节点协作情况下HARQ和NC-HARQ两种编码技术的吞吐量效率，提出将COPE编码方式应用到混合编码，并通过仿真验证了其优越性；第六章， 对本文的内容进行总结，并提出有待进一步研究的内容。第二章 无线Mesh网络2.1 无线Mesh网络的起源和定义1997年，美国DARPA开始组织战场鲁棒技术移动通信系统的研发。在投入大量资金、持续六年多的研发之后，有关移动Ad hoc网络的一些理论与技术问题得以解决，从而彻底改变了过去构建无线网络的规则。DARAP的目标是：无传统的基础设施；采用多跳转发的传输机制；宽带数据效率；端到端的IP支持；除了支持数据业务以外，还要支持话音和视频业务；内置定位系统；能支持250英里/小时的车辆移动速度。特别是近几年，美国通过一些大型国防项目，攻克了Ad hoc网络的一些关键技术，其中，ITT公司持有了其中的核心的自主产权技术。可是除了战术无线通信以外，移动Ad hoc网络真正的商业应用在哪里？这是让业界一直困惑的问题。2000年初，ITT公司将专有技术转让给了美国Mesh Networks公司，用于商业化产品的开发。至此，Ad hoc网络的商业化进程开始显现。2002年，Intel开始关注并认可Ad hoc网络技术，Mesh Networks和Troops等公司开始相继开发出适用于商业应用的相关产品。这些产品和方案主要定位于移动性较小或静止的Ad hoc网络，而相对静止的Ad hoc网络加上一些接入路由器、网关节点就可以构成一个简单的无线Mesh网络。于是，无线Mesh网络的概念得到人们的关注。值得一提的是，自2000年3月Mesh Networks公司成立以后，它成功地开发了一系列相关产品，基于其良好的成长性，目前被 Motorola公司收购。另一方面，2002年 8月，美国FCC（Federal Communications Commission）宣布停止CDPD（Cellular Digital Packet Data）业务，一些采用CDPD的企业开始寻求其替代技术，如Wifi（802.11）等技术，因此基于Wifi的多跳网络技术进入人们的视野。无线 Mesh网络是一种与传统的WLAN完全不同的网络，WLAN必须首先访问集中的接入点（Access Point，AP）才能进行无线连接。这样的话，即使两个IEEE802.11b的节点实际上是互相挨着，它们也必须通过接入点才能进行通信。而在无线Mesh网络中，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。“Mesh”这个词原来的意思就是指所有的节点都互相连接，Mesh网络技术一度曾是一项军方技术，随着人们对IEEE802.11a，IEEE802.11b和IEEE802.11g等WLAN技术了解的深入，Mesh网络才逐步成为企业界和消费者注意的焦点。因特网的构架其实就己经是一个Mesh网络的结构。众所周知，接入因特网的用户位于网络的边缘，他们通过网络内部的路由器和节点相互连接，而这些路由器和节点的连接方式是这样的：当任意两个节点之间的一条链路失效后，路由器会经过一个或多个别的路由器找到一条替代路径。这正体现了Mesh网络的思想。通常认为，无线Mesh网络是多点对多点网络，把它看成是移动Ad hoc技术的演化。但两者有一定的区别，主要的不同在网络结构的连接上，即无线Mesh中的接入点既可以作为MANET中一种对等的数据转发实体，又可以作为一连接到其他有线网络的桥接器。无线 Mesh网络是一种新型的可以解决“最后一英里”瓶颈问题的分布式网络。2.2 无线Mesh网络结构和特点一般来讲，WMN由终端节点、Mesh路由器节点和网关节点组成。但是根据网络具体配置的不同，WMN不一定包含以上所有类型的节点。通常Mesh终端节点可以是笔记本电脑、PDA、Wi-Fi手机、RFID阅读器和无线传感器或控制器等；Mesh路由器可以是普通的PC，也可以是专用的嵌入式系统，如AMR等。为提高Mesh网络的灵活性，通常Mesh路由器配置有多个无线接口，各个接口可以是相同的，也可以是不同的。与传统的无线路由器相比，Mesh路由器在很多地方均作了增强，除提升了多跳环境下的路由功能以外，对MAC协议、功率控制等也有所改进。Mesh终端节点也可分为两类：一类是普通的WLAN节点，这类节点不具有移动Ad Hoc网络典型意义下的信息转发功能，只是作为普通终端设备接入网络；另一类节点既具有普通终端节点的接入功能，又具有路由和信息转发功能，即兼具了无线路由器的功能，但通常这类节点不具备网关或网桥节点的功能。若按节点的不同功能，网络结构可分为基础设施型的Mesh网络结构、终端设备型的Mesh网络结构和混合型结构。若按结构层次，网络又可分为平面结构、多级结构和混合结构。这两种分层思路本质上是相似的，基础设施型的网络结构就是一种多级结构，而终端设备型的网络结构就是一种平面结构。2.2.1 终端设备型Mesh网络结构图2.1所示为无线Mesh网络中最简单的一种结构终端设备型Mesh网络结构10。图中所有的节点为对等结构，具有完全一致的特性，即每个节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等协议，既具有客户端节点的功能，也具有能转发业务的路由器节点的功能。很明显，这种网络中的节点与现有的WLAN等技术不直接兼容，本质上就是一种ad hoc网络。这种结构适用于节点数据较少且不需要接入到核心网络的应用场合。图2.1终端设备型Mesh网络结构在终端设备型Mesh网络结构中，网络中的节点为具有Mesh路由器功能的增强型终端用户设备。终端用户自身配置射频装置，通过无线信道的连接形成一个点到点的网络。这是一种任意网状的拓扑结构，节点可以任意移动，网络拓扑结构也随之动态变化。在这种环境下，由于终端的无线通信覆盖范围有限，两个无法直接通信的用户终端可以借助其他终端的分组转发功能进行数据通信。在任意时刻，终端设备在不需要其它基础设施的条件下可独立运行，它可支持移动终端较高速率的移动接入，快速网形成宽带网络。终端设备型Mesh网络结构模式本质上就是一个移动Ad Hoc网络结构模式，它能够在没有或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。2.2.2 基础设施型Mesh网络结构图2.2所示为WMN典型的基础设施型Mesh网络结构10，分为上层和下层两个部分。在这种结构中，终端节点可以是普通的VoIP手机、笔记本电脑和无线PDA等。这类终端节点设备通过Mesh路由器（相当于WLAN中的AP）接入到上层Mesh结构的网络中，实现网络节点的互连互通。图2.2基础设施型Mesh网络结构在基础设施型Mesh网络结构中，接入点（Mesh路由器）与终端用户之间形成无线回路。移动终端通过Mesh路由器的路由选择和中继功能与网关节点形成无线链路，网关节点通过路由选择及管理控制等功能为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径，从而形成无线回路。同时移动终端通过网关节点也可与其它网络相连，从而实现无线宽带接入。这样的结构降低了系统的建设成本，也提高了网络覆盖率和可靠性。基础设施型Mesh网络结构的另一个优点就是该网络可以兼容市场上已有的设备，但缺点是任意两个终端节点之间不具备直接通信的功能。2.2.3 混合型网络结构图2.3所示为以上两种结构的混合，称之为混合型网络结构10。在这种结构中，终端节点已不是目前市面上仅仅支持WLAN的普通设备，而是增加了具有转发和路由功能的Mesh设备，设备之间可以以Ad Hoc方式互联，直接通信。一般来说，终端节点设备需同时能够支持接入上层网络Mesh路由器和本层网络中对等节点的功能。图2.3无线Mesh网络混合型结构由于图2.1和图2.2所介绍的两种无线Mesh网络结构模式具有优势互补性，因此同时支持两种模式的设备可以在一个广阔的区域内实现多跳无线通信。移动终端设备既可以与其他网络相连，实现无线宽带接入，又可以与其它用户直接通信，还可以作为中间的路由器转发其它节点的数据，送往目的节点。2.23.4 无线Mesh网络结构的特点WMN具有以下一些结构或技术上的特点13-14。（1）多跳无线网络。在不牺牲当前信道容量的情况下，扩展当前无线网络的覆盖范围是WMN最重要的目标之一。WMN的另一个目标是为处于非视距范围的用户提供非视距连接。通过Mesh方式的网络连接，只需要短距离的链路，经受较少的干扰，就可以为网络提供较高的吞吐量，以及较高频谱复用效率。（2）支持Ad Hoc网络结构，具有自形成、自愈和自组织能力。WMN灵活的网络结构、便利的网络配置、容错能力和网络连通性，大大提升了现有网络的性能。在较少的前期投资下，无线Mesh网络可以根据需要逐步扩展。（3）移动性取决于节点的类型。如前所述，WMN通常有几类节点，分别具有不同的移动性特征。Mesh网关和路由器的移动性通常较低，而Mesh客户终端则既可以是静态的，也可以是任意的移动节点。（4）多种网络接入方式。在WMN中，既可以支持回程到因特网的接入，也可以支持端到端方式的通信。此外，可以通过WMN与其它无线网络的集成，向终端用户提供各种多媒体业务。（5）功耗限制取决于节点类型。Mesh路由器通常由外部供电，受功耗限制不严格，而Mesh客户终端就如同蜂窝移动通信网络的手机一样，需要有效的节能机制。目前为Mesh路由器设计的MAC协议和路由协议等，并不一定是用于Mesh客户终端。（6）与现有无线网络具有兼容性及互操作性。基于现有网络技术或标准（如802.11a/b/g/s）的WMN在支持原标准上与这些标准相兼容。不过，WMN还需要与其它无线网络（如蜂窝网络）有互操作性。2.3 无线Mesh网络与现有无线网络的区别2.3.1 无线Mesh网络与蜂窝网络的区别在网络健壮性等性能方面，WMN中链路为点对多点结构，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它可接入的链路，因而对网络的可靠性有了很大程度的提高。而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。在数据传输速率方面，WMN可融合其它网络或技术（如Wi-Fi、UWB等），速率可以达到54Mbit/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144kbit/s，步行慢速移动环境中支持384kbit/s，在静止状态下才达到2Mbit/s。在设备成本方面，WMN大大节省了骨干网络的建设成本，而且AP、MR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。2.3.2 无线Mesh网络与WLAN的区别在拓扑结构上，WLAN是典型的点对多点单跳网络，最后一跳的接入采用无线方式，终端节点必须借助接入点进行通信，数据不可转发。而基础设施Mesh网络，是多跳无线网络，可实现网络自形成、自伸缩、自愈和自诊断等。在网络设备上，WLAN的接入点负责终端设备的接入，其它网络特征与有线LAN相同，而WMN的所有中间节点均须承担其它节点的信息转发功能，即具有路由器和中继器功能。在路由协议上，WLAN采用固定路由，而WMN则采用动态路由，路由冗余和自愈能力强。在覆盖范围上，WLAN可在较小的范围内提供高速数据服务（802.llb可达11Mbit/s，802.lla可达54Mbit/s），但典型情况下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这种高速率的服务模式，成本将非常高。而对于WMN，则可以通过无线路由器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。WMN的显著特点就是可以在大范围内实现高速通信。2.3.3 无线Mesh网络与移动Ad Hoc网络的区别在拓扑结构上，WMN与移动Ad Hoc网络均是多点对多点网络，拓扑结构相似。但WMN大多数节点基本静止不移动或者移动性弱，拓扑变化较小。在路由技术上，WMN基于其应用的定位，强调的是吞吐量和稳定性等性能，而移动Ad Hoc网络则更注重可靠性、鲁棒性和安全性等。在业务模式上，由于两种网络设计目的不同，WMN着重的是用户节点的接入功能，而移动Ad Hoc网是实现用户节点之间的相互通信。因此，无线Mesh网络的主要业务是来往于因特网网关的业务，移动Ad Hoc网络则是相邻节点之间的业务流。2.4 无线Mesh网络的主要优缺点WMN与传统无线网络相比有以下优点：（1）可靠性大大增强。WMN采用的网格拓扑结构避免了点对多点星型结构，如802.11WLAN和蜂窝网等由于集中控制方式而出现的业务汇聚、中心网络拥塞以及干扰、单点故障，而需要额外的可靠性投资成本。（2）具有冲突保护机制。WMN可对产生碰撞的链路进行标识，同时选择可选链路与本身链路之间的夹角为钝角，减轻了链路间的干扰。（3）简化链路设计。WMN通常需要较短的单跳无线链路，所以不需要安装天线塔，天线通常安装在屋顶、电线杆和灯柱上，这样降低了天线的成本（传输距离与性能），另一方面降低了发射功率，也将随之减少了不同系统射频信号间的干扰和系统自干扰，最终简化了无线链路设计。（4）网络的覆盖范围增大。由于WR与IAP（Intelligent AP什么叫智能AP？（智能AP是一种集成了AC功能的