摘要：基於IEEE 802.11s的無線Mesh網路已成為機動寬頻接入技術研究領域的一個研究熱點。對無線Mesh網路中的關鍵技術--混合無線Mesh協議（HWMP）進行詳細的分析，與傳統按需路由機制相比，該協議既具有先驗式路由協議的靈活性，亦具備按需路由協議的有效性，同時，對該協議度量機制做出改進，其將在應急通訊等特殊應用環境中發揮重要作用。0 引言無線Mesh網路是一種多跳、機動性強、抗毀性強的

廣告

摘要：基於IEEE 802.11s的無線Mesh網路已成為機動寬頻接入技術研究領域的一個研究熱點。對無線Mesh網路中的關鍵技術--混合無線Mesh協議（HWMP）進行詳細的分析，與傳統按需路由機制相比，該協議既具有先驗式路由協議的靈活性，亦具備按需路由協議的有效性，同時，對該協議度量機制做出改進，其將在應急通訊等特殊應用環境中發揮重要作用。

0 引言

無線Mesh網路是一種多跳、機動性強、抗毀性強的無線網路結構，靈活的組網方式以及易部署的特點是其在應急系統等特殊環境中應用的重要前提。路由協議的設計是設計無線Mesh網路的關鍵問題之一，如何進行路由選擇是影響網路效能的一個重要問題。在探討關鍵技術的同時，應用需求的提出也是各國際標準化組織在多種覆蓋不同物理範圍的無線網路技術標準中融入對Mesh 組網方式的誘因，如支援WLAN 的IEEE802.11]標準、支援WMAN的IEEE 802.16標準以及支援WPAN的IEEE 802.15標準，這些標準均在支援無線Mesh網路及其相關關鍵技術方面做出了努力。

本文介紹IEEE 802.11s 中的關鍵技術之一--混合無線Mesh 協議（Hybrid WirelESS Mesh Protocol,HWMP），儘管該協議存在根部節點易形成網路瓶頸的不足，但其結合了先驗式路由協議的靈活性和按需路由協議的有效性，在應急系統中可以發揮重要作用。因此，改進現有協議以適應特殊領域的應用成為下一步的主要研究內容。

1 IEEE 802.11s 標準化情況

IEEE 802.11 於2004 年7 月成立Mesh 任務組（802.11 TGs任務組）。TGs任務組研究支援無線分散式系統（Wireless DiSTribution System,WDS）的協議，在原IEEE 802.11體系結構與協議基礎上提供ESS（ExtendedService Station）的Mesh 功能，使各WLAN 裝置能夠無線互連、實現自動拓撲發現並進行動態路徑的配置，同時，對MAC協議進行了擴充套件，支援單播/多播/廣播，並在MAC層使用無線通道感知機制與多跳拓撲來達到理想的覆蓋範圍，保證網路的靈活性。IEEE 802.11s的優勢體現在以下方面：增加覆蓋範圍和靈活性；效能可靠；安全；裝置間的多媒體傳輸；電池驅動裝置的節能機制；互操作性。

WLAN Mesh網路結構與節點型別如圖1所示。

Mesh 節點（Mesh Point,MP）：與相鄰MP 建立通訊鏈路，參與ESS Mesh網路服務；

Mesh接入點（Mesh Access Point,MAP）：擁有MP的全部功能，並提供接入服務；Mesh 入口節點（Mesh Portal,MPP）：該節點為資料提供在Mesh網路與其他分散式系統或非802.11系統間的進出節點；使用者站（Station,STA）：通過MAP 與Mesh網路通訊的站點，通常指傳統的802.11 使用者終端，其不在ESSMesh網路範圍內。

IEEE 802.11s 基於傳統物理層標準，提供WLANMesh服務，包括拓撲發現、路徑選擇和轉發、媒體接入協調、Mesh網路的配置和管理、網路測量、網路互連和安全等功能模組。IEEE 802.11s協議各個功能模組如圖2所示。

Mesh拓撲發現、路徑選擇和轉發模組在MAC協議中具有重要作用，也是IEEE 802.11s中的一個關鍵功能，下面將對IEEE 802.11s 定義的HWMP 協議進行詳細分析。

2 混合無線Mesh 協議（HWMP）

HWMP協議將先驗式路由協議和基於樹型拓撲的反應式路由（即按需路由）協議相結合，廣泛應用於基礎設施Mesh 模式和客戶機Mesh 模式的無線Mesh 網路。網路中的節點可以進行最優路由發現和路由維護，或依賴根節點（即MPP）形成的樹型拓撲進行路由發現和路由維護。路由發現過程根據網路是否配置根節點有所區別。通常，樹型拓撲配置MPP為根節點，在這樣的情況下，其餘的MP 按需地維護到達根節點的路徑，並且形成樹型拓撲路由。

2.1 幀格式

幀格式如圖3所示。

2.2 訊息格式

HWMP 協議實現通過路徑請求訊息PREQ（PathRequest）、路徑響應訊息PREP（Path Reply）、路徑錯誤訊息PERR（PathError）、路徑響應確認ACK（PREPACK）和根宣告訊息RA（Root Announcement）。PREQ用於路由請求，PREP 用於對路由請求訊息的應答，PERR 用於鏈路發生錯誤時進行的應答或維護，以及RA用於對自己根節點身份的訊息的廣播。

2.2.1 PREQ

路徑請求訊息PREQ（Path Request）格式如圖4所示。

標誌位當Bit 0=0 時，為單播；Bit 0=1 時，為廣播；Bit 1~7 為預留位。PREQ 控制標識包括目的標識DO（Destination Only）、回覆轉發標識（Reply-and-Forward），其中，DO=0 時，表示中間節點接收到PREQ 訊息產生PREP;DO=1時，表示目的節點產生PREP訊息迴應該路徑請求，該路徑請求和路徑回覆包含了完整路徑並收集當前的metric 值，以確保度量值是最新的。TTL（Timeto Live）即生存時間，定義了PREQ的跳數範圍。

2.2.2 PREP

路徑響應訊息PREP（Path Reply）格式如圖5所示。

HWMP允許使用一條PREQ訊息尋找到達多個目標的路徑。Mode Flags標誌位中，Bit 0~7均為預留位；LifeTime為該路徑的有效生存時間。Metric為從目的MAC地址到處理RREP訊息的節點之間所積累的度量（metric）。

2.2.3 PERR

路徑錯誤訊息PERR（PathError）格式如圖6所示。

其中，標誌位的Bit 0~7為預留位。

2.2.4 PREP ACK

路徑響應確認ACK（PathReply ACK）格式如圖7所示。

其中，Destination Address 為建立路由的目的節點的MAC地址；Source Address為在路由建立過程中發起RREQ訊息的節點的MAC地址。

2.2.5 RANN

根宣告訊息RANN（Root Announcement）格式如圖8所示。

Mesh Portal中配置週期性RANN訊息，以便使用先驗式的擴充套件功能。RANN訊息中定義了兩個標識：宣告型別標識AN（Announcement Type Flag），用於區分非根Porta（l AN=0）與根Porta（l AN=1）；註冊標識RE（Registra-tion Flag）用於Mesh 節點區分RANN 的兩種不同處理模式。

2.3 HWMP協議的按需路由

HWMP 協議的按需路由是基於RM-AODV（RadioMetric AODV）的協議。HWMP協議中的按需路由使用PREQ 和PREP 機制在兩節點之間建立路由，節點間使用PREQ 和PREP 訊息進行度量資訊互動，並且在PREQ中採用序列號來保證路由的時效性。

當源節點S 試圖到達目的節點D 時，首先，源節點廣播PREQ 訊息，並初始化metric 為0.當中間節點收到PREQ訊息時，該節點建立到源節點S的一條路徑，或PREQ 經過的路徑優於當前節點到達源節點S 的路徑時，對當前的路徑進行更新。如果路徑進行了建立或更新的過程，則節點更新PREQ訊息的路徑標誌域並進行轉發，當建立或更新路徑完成後，目的節點D向源節點S回覆單播的PREP訊息。當中間節點接收到PREP訊息後，建立到目的節點D的路徑，並且將PREP向源節點S轉發。源節點S收到PREP訊息後，建立到達目的節點D的路徑；若目的節點收到的訊息中的路徑優於當前路徑，則節點更新到達源節點S的路徑，並且在該路徑上傳送新的PREP給源節點S.以上即為源節點S與目的節點D之間的雙向鏈路的建立過程。

DO 和RF機制的目的是為了使得節點利用由中間節點產生PREP訊息快速建立路由，並且滿足傳送資料幀的路由發現時延較低和較低的快取要求，當反向路徑建立過程完成後，路由選擇最佳的路徑度量機制。當源節點S到目的節點D之間沒有一條有效的路由，並且需要和目的節點之間建立一條新路由時，源節點設定PREQ訊息中的目的DO標誌位為0,設定RF標誌位為1.正如前文所提到的，RREQ中的DO標誌位通常設定為1.