戴 月，魏光杏

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

基于WMN技術(shù)的校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
——以滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

戴 月，魏光杏

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

從滿足校園對無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求出發(fā)，介紹了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)概念，分析了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在校園的應(yīng)用。通過與其他網(wǎng)絡(luò)的比較總結(jié)其優(yōu)點，并結(jié)合校園的環(huán)境，提出了校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標和方案設(shè)計原則，給出了校園無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

WMN；校園網(wǎng)；無線網(wǎng)絡(luò)

一、無線網(wǎng)狀網(wǎng)的概念

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) （無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，或WMN/wireless mesh network）脫胎于海灣戰(zhàn)爭時期美國的軍事領(lǐng)域，也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，是一種與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個客戶端均通過一條與AP（固定的接入點）相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡(luò)，用戶如果要進行相互通信的話，必須首先訪問一個AP，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。這樣的話，即使兩個的節(jié)點實際上就是互相挨著，它們也必須通過AP才能進行通信。而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信?！癕esh”這個詞原來的意思就是指所有的節(jié)點都互相連接，當(dāng)然實際上絕大多數(shù)Mesh網(wǎng)絡(luò)只是通過部分節(jié)點相互連接。

二、無線網(wǎng)狀網(wǎng)在校園的應(yīng)用

2004年底，澳大利亞Edith Cowan大學(xué)與北電合作部署了澳大利亞境內(nèi)的第一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)運行的實際情況表明無線網(wǎng)狀網(wǎng)具有良好的無縫移動性和安全性，以及廣泛的覆蓋。Edith Cowan大學(xué)的學(xué)生們通過筆記本電腦，就可以在校園內(nèi)的任何地點隨時隨地登錄互聯(lián)網(wǎng)，同教師和同學(xué)保持通信，提交作業(yè)，進行VoIP語音討論。此外，阿肯瑟(Arkansas)大學(xué)、韓國Seo Won大學(xué)，以及臺灣大學(xué)等世界一流大學(xué)都部署了無線網(wǎng)狀網(wǎng)。

很多國內(nèi)高校為順應(yīng)教育信息化的發(fā)展趨勢，也用無線網(wǎng)狀網(wǎng)建設(shè)自己的無線校園。2005年9月，廣東暨南大學(xué)在其位于廣州的主校園部署中國首個校園無線網(wǎng)狀網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)為校園創(chuàng)建一個“熱區(qū)”，提供安全、無縫覆蓋整個校園的互聯(lián)網(wǎng)和校園網(wǎng)的寬帶無線接入。中央民族大學(xué)在2006年提出了“無線網(wǎng)狀網(wǎng)校園計劃”，目的是對整個校區(qū)進行無線覆蓋，實現(xiàn)校區(qū)內(nèi)隨時隨地的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。室內(nèi)全無線覆蓋項目作為此項計劃的一期工程，首先實現(xiàn)了對文科大樓的無線覆蓋。經(jīng)過使用，無論是速度和安全性方面都能完全滿足文科樓的教學(xué)科研需要。速度方面，在文科樓各位置的TCP測試速率最低都能達到10Mbps。此外，廈門大學(xué)、中國海洋大學(xué)等都部署了無線網(wǎng)狀網(wǎng)。

三、無線網(wǎng)狀網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)的比較

無線網(wǎng)狀網(wǎng)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的相比較，各有自己的特點和適用場合[1]。

（一）與3G網(wǎng)絡(luò)比較

3G網(wǎng)絡(luò)，是指使用支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)的第三代移動通信技術(shù)的線路和設(shè)備鋪設(shè)而成的通信網(wǎng)絡(luò)。3G網(wǎng)絡(luò)將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信手段相結(jié)合，是新一代移動通信系統(tǒng)。與3G網(wǎng)絡(luò)比較，WMN具有移動、寬帶的特性，與3G提供的業(yè)務(wù)有些相近，而WMN先于3G進行市場，同時它具有很強的兼容性，可以解決3G未端接入的問題。在“移動走向IP”和“IP走向移動”是通信發(fā)展的趨勢下，將來與WMN的結(jié)合存在很大的可能性。

（二）與 W LAN（W i-Fi）比較

WLAN即無線局域網(wǎng)，是應(yīng)用無線通信技術(shù)將計算機設(shè)備互聯(lián)起來，構(gòu)成可以互相通信和實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系。它的主流標準是IEEE802.11x系列標準，也可以稱為Wi-Fi技術(shù)。此標準主要包括 IEEE802.11b、IEEE802.11a和 IEEE802.11g。Wi-Fi的價格便宜，經(jīng)過幾年的發(fā)展，已經(jīng)比較成熟。主要應(yīng)用場合是人群聚集的地點或樓宇內(nèi)發(fā)展，像咖啡店、酒店、機場候機大廳、寫字樓等地為用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。

WMN對于傳統(tǒng)的單跳Wi-Fi，在組網(wǎng)方式，傳輸距離以及移動性上都有很大的進步，具有三點明顯的優(yōu)勢：強壯性、高帶寬和高利用率。WMN將有比Wi-Fi更為廣泛的應(yīng)用范圍，更重要的是WMN兼容Wi-Fi的特性，擴展Wi-Fi應(yīng)用上提供很大幫助。同時，Wi-Fi終端目的普及應(yīng)用又會為WMN的迅速推廣帶來好處。Wi-Fi和WMN之間可以相互補充、相互融合。

（三）與W iMAX比較

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也叫802.16無線城域網(wǎng)。WiMAX是一項寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。

WMN與WiMAX并不是相互對立的技術(shù)。WMN不但可以與Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合形成Wi-Fi MESH,也是可以與WiMAX相互補充，共同組成WMAN的。在基于802.16e標準的移動WiMAX成熟之后，可以用WiMAX替代Wi-Fi進行無線覆蓋，使WMN組網(wǎng)的方式就更加靈活了。同時，在WiMAX系統(tǒng)中使用了WMN技術(shù)，也可以在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期降低WiMAX網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，推動WiMAX用戶的普及。所以這兩種技術(shù)會共存互利，互補大于競爭。

（四）與MANET相比較

MANET為Mobile Ad hoc network的簡稱，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，分為固定節(jié)點和移動節(jié)點兩種。MANET特指節(jié)點具有移動性的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。比如有N個筆記本電腦通過802.11的Ad hoc模式自己組網(wǎng)形成一個網(wǎng)絡(luò)，如果筆記本的使用者不移動的話，網(wǎng)絡(luò)的拓撲就不會改變，路由等也就是固定的。但是如果每個出租車上都配置一個無線網(wǎng)卡，全部出租車組成一個網(wǎng)絡(luò)，則拓撲是不斷變化的，路由等也變得復(fù)雜。

WMN與MANET均是點對點的無中心基站的無線分布式網(wǎng)絡(luò)。WMN在把MANET技術(shù)應(yīng)用到移動節(jié)點的同時又使移動節(jié)點可通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接到其他網(wǎng)絡(luò)。從一定程度上可以將WMN看成MANET的一種特例，但是正由于這種特例，也使得它們的網(wǎng)絡(luò)特征不同，應(yīng)用定位不同。

三、無線網(wǎng)狀網(wǎng)的優(yōu)點

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)繼承了MANET自組織的優(yōu)點，并且還具有高帶寬、低成本、可靠、可擴展等優(yōu)勢。因為無線網(wǎng)狀路由器屬于固定設(shè)備，部署后不輕易移動，所以其成本相對支持移動MANET的網(wǎng)卡低廉，無線傳輸?shù)膸捄途嚯x成反比，因此增加低成本的無線網(wǎng)狀路由器可以有效增加傳輸帶寬。其次，由于無線網(wǎng)狀路由器之間是網(wǎng)狀的連接，因此一條鏈路的失效并不影響傳輸，這樣的網(wǎng)絡(luò)具有高度的可靠性。再次，由于無線網(wǎng)狀網(wǎng)繼承了移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自管理特點，擴充的無線路由器能夠進行自配置，因此具有高度的可擴展性。最后，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)滿足了任何民用設(shè)施都不可缺少的Internet接入需求，比起MANET更為實用。

四、無線網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

WMN由客戶節(jié)點、Mesh路由器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點組成。通常Mesh客戶節(jié)點可以是筆記本電腦、PDA、Wi-Fi手機、RFID閱讀器和無線傳感器或控制器等；Mesh路由器可以是普通的PC，也可以是專門的嵌入式系統(tǒng)，如ARM(Advanced Risc Machines)等。若按WMN的結(jié)構(gòu)層次，網(wǎng)絡(luò)可分為平面結(jié)構(gòu)、多級結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)[2]。

（一）平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中所有的節(jié)點為對等結(jié)構(gòu)，具有完全一致的特性，即每個節(jié)點均包含相同的MAC、路由、管理和安全等協(xié)議，既具有客戶端節(jié)點的功能，也具有能夠轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的路由器節(jié)點的功能。這是一種任意網(wǎng)狀的拓撲結(jié)構(gòu)，節(jié)點可以任意移動，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)會動態(tài)變化。本質(zhì)上是一種Ad hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，它可以在沒有或不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通訊支撐環(huán)境。這種結(jié)構(gòu)適用于節(jié)點數(shù)目較少且不需要接入到核心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合。

（二）多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為上層和下層兩個部分。在這種結(jié)構(gòu)中，終端節(jié)點可以是普通的VoIP手機、筆記本電腦和無線PDA等。這些終端節(jié)點設(shè)備通過Mesh路由器接入到上層Mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互聯(lián)互通。這樣的結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)建設(shè)成本，也提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和可靠性。

（三）混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為以上兩種結(jié)構(gòu)的混合。在這種結(jié)構(gòu)中，終端節(jié)點增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的Mesh設(shè)備，設(shè)備之間可以以Ad hoc方式互聯(lián)，直接通信。一般來說，終端節(jié)點設(shè)備需要同時能夠支持接入上層網(wǎng)絡(luò)Mesh路由器和本層網(wǎng)絡(luò)對等節(jié)點的功能。

混合結(jié)構(gòu)WMN如圖1所示，Mesh客戶端可以通過Mesh路由器接入骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)提供了與其他網(wǎng)絡(luò)的互連功能，如因特網(wǎng)、WLAN、WiMAX、蜂窩和傳感器網(wǎng)絡(luò)。同時，客戶端的路由能力增強了網(wǎng)絡(luò)的連通性，擴大了覆蓋范圍。這時的終端節(jié)點已不是現(xiàn)有的僅支持單一無線接入技術(shù)的設(shè)備，而是增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的Mesh設(shè)備，設(shè)備間可以直接通信。通常要求終端節(jié)點設(shè)備具備同時支持接入上層網(wǎng)絡(luò)Mesh路由器和本層網(wǎng)絡(luò)對等節(jié)點的功能[3]。

圖1 混合結(jié)構(gòu)WMN

五、滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線網(wǎng)建設(shè)目標和方案設(shè)計原則

滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線網(wǎng)的建設(shè)目標為：

（一）實現(xiàn)校區(qū)內(nèi)主要教學(xué)、試驗和辦公場所室內(nèi)的無線覆蓋；

（二）實現(xiàn)室外所有活動區(qū)域的無線信號覆蓋；

（三）實現(xiàn)無線網(wǎng)狀網(wǎng)設(shè)備間無線互聯(lián)；

（四）實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫聯(lián)接；

（五）實現(xiàn)無線終端安全接入；

（六）實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中管理。

方案設(shè)計原則遵循可靠性、兼容性、可擴展性、可管理性、可維護性和安全性等要求。

六、滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)的配置和部署[4]

為了使WMN具備良好的可擴展性、容錯性、自調(diào)節(jié)能力，大的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，需要對網(wǎng)絡(luò)配置和部署進行研究。

首先，需要對移動性較弱，組成骨干網(wǎng)的Mesh路由器的部署位置進行規(guī)劃，一方面在保證不出現(xiàn)無線信號覆蓋盲區(qū)的前提下，需要的Mesh路由器需要量盡可能地低以降低成本；另一方面，在熱點區(qū)域，提供多條路徑以增加用戶接入數(shù)?？梢越Y(jié)合多入多出(MIMO)和方向性天線技術(shù)等來進一步提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

Mesh路由器能提供各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)，因此，如何分配Mesh路由器的多個無線接口以保證各個網(wǎng)絡(luò)之間的連通性，是WMN應(yīng)該解決的問題。此外，在WMN中，采用多信道的方法可以用來增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，但在無線多跳的環(huán)境下，多信道的通信方式也面臨更多的亟待解決的問題。

七、滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓撲

滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓撲擬采用廈門大學(xué)海韻校區(qū)無線Mesh組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)：

（一）采用Azalea金梭MSR2000無線路由器。

（二）Backhaul采用5.8G頻段，天線采用定向天線，避免相互之間的干擾。

（三）Access采用2.4G頻段，為了減小各個站點之間的相互干擾，所有站點均采用定向扇區(qū)天線覆蓋。

該方案采用了兩個有線接入點接入校園有線網(wǎng)絡(luò)，其他各點通過無線鏈路網(wǎng)狀互聯(lián)，充分考慮了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、冗余能力、自愈能力，方案設(shè)計具有前瞻性，能夠滿足將來網(wǎng)絡(luò)向更高性能擴展的能力，在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和帶寬的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了無線鏈路冗余。

通過搭建的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠為學(xué)院的師生提供無線上網(wǎng)、無線視頻監(jiān)控、無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、Wi-Fi語音等多種業(yè)務(wù)。師生可以隨時隨地通過筆記本電腦、PDA等各種無線終端連入校園網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)，更為方便、高效地共享信息資源。不僅教學(xué)手段和課余生活能得到極大的豐富，而且教學(xué)、科研和管理的水平也能得到相當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

[1]蘇杰.無線寬帶的未來——無線網(wǎng)狀網(wǎng)[J].中國新通信(技術(shù)版),2007,(10)：61-65.

[2]張倩.一種基于WMN的天空地一體化網(wǎng)絡(luò)[J].科技信息,2010,(10)：256-257.

[3]田輝.IP化基站無線Mesh組網(wǎng)構(gòu)架[J].中興通訊技術(shù).2008,(2).http：//wenku.baidu.com/view/54294f00bed5b9f3f90f1c36.html

[4]劉志敏.無線網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及實驗研究[J].中興通訊技 術(shù) ,2008，（2）.http：//www.zte.com.cn/cndata/magazine/zte_communications/2008/2/magazine/200804/t20080414_150759.htm l

TP316.8 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A

1671-5993（2011）04-0056-04

2011-10-12

戴 月(1974-)，男，漢族，安徽滁州人，碩士，滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系講師，研究方向為計算機應(yīng)用。