一种针对链状网络实现WiFi回传和自适应组的网方法研究

田晓阳

（郑州大学，河南 郑州 450000）

一种针对链状网络实现WiFi回传和自适应组的网方法研究

田晓阳

（郑州大学，河南 郑州 450000）

文章从分析链状网络的网络架构入手，对链状WiFi网络架构及运营需求进行分析探讨，并且针对性地提出了新的WiFi回传的自组网方法，同时提出新的适应链状网络的优化路由算法及针对WDS的优化。

WiFi回传；wireless mesh network；MULTIWAN；路由算法

在传统的无线局域网（WLAN）［1］中，每个客户端均通过一条与AP（Access Point）相连的链路来访问网络，形成一个局部的基站子系统（Base Station Subsystem，BSS）［2］。用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点（Access Point，AP），这种网络结构被称为单跳网络。

由于无线终端只能和AP通信，而AP又必须与有线网络相连接，这样就极大地制约了WLAN的覆盖范围。当前集中式拓扑WLAN的应用一般只局限在小范围场景，而且周围必须有固定线路以便AP能够连入有线网络。

在无法布线的空旷地区，移动区域，传统的WLAN网络无法满足网络接入服务。

无线Mesh网络作为一种对传统WLAN的技术创新，是一种多跳网络，它与传统的单跳网络的最大不同之处在于无线Mesh网络中的AP不仅提供用户接入功能，还可以转发无线信号。多个AP构成一个网状结构，信号在网内从一个AP路由到另一个AP，最后通过与固定线路相连的AP传送到有线网络。

无线Mesh网络可以显著提高WLAN网络的覆盖范围，但是由于网络的自组织性，导致网络不确定性及网络结构的复杂。网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少会带来一些延迟，随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。

这种网络架构不适于蜂窝回传的WiFi运营，特别不适于发挥火车等链状网络自身的特点。

本文通过优化针对链状结构的路由算法，减少网络更新的消耗，提升效率；增加独立WiFi回传模块，扩大了物理带宽；共享各个设备本地存储，减少本地内容更新带宽消耗，提升用户体验。

1 空口WiFi的网络架构

1.1 物理接入层架构

如图1所示，空口转WiFi的网络架构分为两个方面。一方面是运营商蜂窝网络（3G，4G）回传结构，另一方面是WiFi接入下的用户使用模式，WiFi接入与有线转WiFi模式一样。

图1 空口WiFi的网络架构

1.2 内容前置（CDN）架构

在空口流量高昂的费用与相对有线的速度劣势都影响用户体验，WiFi运营者都在AP上集成媒体服务与本地内容，引导用户在访问互联网同时也能感知访问AP存储的本地内容，以达到节省费用提升体验。

2 通过自组网WiFi网络达到优化运营目的

针对链状网络（例如：火车，长隧道等）的具体情况，利用采用Mesh网络的原理，通过增加3G/4G回传模块来适应移动场景，通过固定的网络结构来简化路由算法，利用Multiwan同时支持蜂窝和WiFi的WAN口，减少网络时延，增加内容服务来提升用户访问体验，尤其对于一些视频点播服务，可以释放大量带宽，节约空口流量。

2.1 增加3G/4G回传模块［3］

回传模块不指定运营商，可以根据当地的情况，选择网络状况比较好的运营商。对于移动的场景，如：高铁、动车、火车。可以选择多家运营商同时接入。系统能够根据网络状况切换到当地比较好的网络环境，保证空口的回传质量。

同时，也可以采取在一个链状网络的不同结点采用不同的运营商网络，这样可以实现链路的备份功能。

2.2 增加WiFi回传模块

WiFi回传模块主要用于在无法布线的环境下，扩大网络的覆盖范围。通常用2.4G频段的模块做用户覆盖，用5G频段的模块做WiFi回传。并且，可以根据网络容量和性能需要，增加多个回传模块。最大可以采用3个5G信道，2个2.4G的WiFi信道作为回传信道。

2.3 增加本地存储

考虑到应用场景的高流量访问的需要，如视频类，可以预存一些内容在本地结点。不同结点内容可以相同，也可以不同，这样可以最大限度地缓存内容，提高用户的访问体验，减少网络拥塞和对空口资源的占用。如图2所示，逻辑上，结点A，B，C构成了一个集群服务，所以所有终端都可以访问内容A，内容B，内容C。

图2 增加本地存储的集群服务

2.4 针对性的路由算法［4］

该种组网方式中，只有两类结点，一类的边结点（结点A，结点C），一类是中间结点（结点B）。边结点有3种可能的路选：

本地内容：最快捷，体验最好；

互联网：通过3G/4G网络；

其他结点：通过WiFi回传到下一跳；对于边结点，只有一个下一跳结点；

实现说明（以结点A为例子）：

结点A地址：192.168.1.1；

结点B地址：192.168.1.2；

结点C地址：192.168.1.3；

互联网出口：ppp0；

WiFi下一跳：wlan0；

路由表：

192.168.1.1 255.255.255.255 lo

192.168.1.2 255.255.255.0 wlan0

192.168.1.3 255.255.255.0 wlan0

Default ppp0

中央结点有4中可能的路选：

本地内容：最快捷，体验最好；

互联网：通过3G/4G网络；

左边结点：通过WiFi回传到左边下一跳结点；

右边结点：通过WiFi回传到右边下一跳结点；

实现说明（以结点C为例子）：

结点A地址：192.168.1.1；

结点B地址：192.168.1.2；

结点C地址：192.168.1.3；

互联网出口：ppp0；

WiFi左下一跳：wlan0；

WiFi右下一跳：wlan1；

路由表：

192.168.1.2 255.255.255.255 lo

192.168.1.1 255.255.255.255 wlan0

192.168.1.3 255.255.255.255 wlan1

Default ppp0

3 结语

本文通过采用针对链状结构的路由算法，减少路由更新的网络消耗；增加独立WiFi回传模块，最大利益2.4G，5G下的5个信道作为MULTIWAN回传自组网信道，扩大了物理带宽；共享各个设备本地存储，减少本地内容更新带宽消耗。火车等WiFi运营企业已经在采用本文建议技术构建火车等WiFi自组网运营网络，提升运营与用户体验。

［1］电气和电子工程师协会.IEEE802.11标准［Z］.北京：电气和电子工程师协会，1997.

［2］华为技术有限公司.华为WLAN MESH技术白皮书［Z］.深圳：华为技术有限公司，2013.

［3］华为技术有限公司.华为HRC高铁信息化解决方案［Z］.深圳：华为技术有限公司，2013.

［4］FORHAD R，TAUFIQUR R，AFSER U，et al.An Efficient Wireless Mesh Network：A New Architecture［D］.Bangladesh：Department of Computer Science & Engineering，Shah Jalal University of Science & Technology Sylhet，2006.

A study on the return and adaptive networking method of WiFi chain network

Tian Xiaoyang

（Zhengzhou University，Zhengzhou 450000，China）

This paper started from the analysis of the chain network network architecture，to analyze the chain WiFi network architecture and operational requirements，and put forward a new method of ad hoc WiFi return，and put forward to optimize routing algorithm and chain network for WDS new.

WiFi return；wireless mesh network；MULTIWAN；routing algorithm

田晓阳（1994—），女，河北秦皇岛，本科；研究方向：电子信息工程。