随着人们对网络通信需求的不断提高，人们希望不论何时、何地、与何人都能够进行快速、准确的通信，为了提高工作效率，并且克服现有通信系统的缺点，达到通信的“无所不在”，近，人们提出了一种新型的宽带无线网络结构无线网格网（WMN）。

　　WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态，它的早期研究均源于移动Ad Hoc网络的研究与开发。它是一种高容量高速率的分布式网络，不同于传统的无线网络，可以看成是一种WLAN和Ad Hoc网络的融合，且发挥了两者的优势，作为一种可以解决“一公里”瓶颈问题的新型网络结构。WMN被写入了IEEE802.16（即World Interoperability for Microwave Access，WiMax）无线城域网（Wireless Municipal Area Network，WMAN）标准中。

　　目前存在的多径路由协议基本上可以分为两类：一类是表驱动协议（如QOLSR[1]）。在该类协议中，各节点通过周期性的广播路由信息分组，交换路由信息，主动发现路由，同时，节点必须维护去往全网所有节点的路由；另一类是按需路由协议（如AOMDV[2]、MSR[3]和MRABM[4]），这类协议仅在源节点要发送分组但没有去往目的节点的路径时，才“按需”进行路由发现。这些路由协议都在不同程度上提高了网络的路由性能，但仍存在一定不足。除MRABM以外，其余几种路由协议均是基于源节点或中间节点维护的路由协议，当所有路径都失效时，再重新发起路由建立过程。本文结合以上两点，提出一种基于源节点建立、目的节点维护mesh结构的路由协议。该协议既能为源节点建立到目的节点的实时路径，有效利用网络资源，减少网络拥塞，降低丢包率，又能尽量减少控制开销。

　　1 mesh网络模型

　　由多个节点互联而成的mesh结构中，每个节点既是主机，也是路由器。当源节点与目的节点不能直接通信时，就需要其他中间节点通过存储转发帮助完成通信，这样便构成了多跳网络。而mesh结构中两个节点之间具有不只一条路径的特性，使得网络中任何一条链路的中断或任何一个节点的离开均不会导致通信的中断。mesh结构示意图如图1所示。

　　链路AC断开后，上游节点A由于收不到下游节点C的联络信息便可知道链路AC已中断，这条路由已不可用，从而不再把数据发给节点C，转而把数据发给它的另一个相邻节点B，节点B将沿它到节点D的路径把数据发送至目的节点D。可见，链路AC的中断不会导致通信的中断。

　　2 多径路由协议

　　在无线mesh网络中，数据从需要发送到发送完毕，主要经历mesh的建立、mesh的完善、mesh的维护、数据发送和mesh结构的消失几个阶段。

　　2.1 mesh的建立

　　无线网状网（WMN）技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，因此，无线Mesh技术和网络的研究开发与实际应用，成为当前无线移动通信的热门课题之一，特别在未来移动通信系统长期演进（LTE）中，无线Mesh技术和网络成为瞩目焦点。

　　当源节点要向目的节点发送数据时，首先检查自己的路由缓冲器，如果有到达目的节点的路径，就开始发送数据；若没有，就通过广播路由请求分组RREQ（route request）发起路由发现过程，RREQ报文格式如图2所示。

　　接收到路由请求分组的中间节点，检查它是否有到达目的节点的路径。若有，就沿反向路径发送路由回复分组RREP（route reply），并将RREQ沿其短路径传送至目的节点；若无，则判断是否次收到该RREQ分组，如果是，就将该节点添加到路由信息表中，继续广播路由请求分组，否则就丢弃该分组。RREP格式如图3所示。

　　源节点收到RREP后，开始传送数据。

　　2.2 mesh的完善

　　mesh初步结构建立以后，源节点便具有了至少一条通往目的节点的路径。源节点沿已有的路径向目的节点发送数据包。同时，目的节点接收到RREQ后，将向周围节点广播一种叫做RRTB的消息分组，RRTB消息分组的内容包括：

　　（1）RRTB:控制分组的类型；

　　（2）源节点id:发送RREQ消息的节点标示；

　　（3）目的节点id:发送该RRTB消息的节点标示；

　　（4）序列号：该RRTB分组的序列号；

　　（5）距离目的节点的跳数：该节点距离目的节点的跳数；

　　（6）父节点id:发送该RRTB消息分组到该节点的节点标示。

　　目的节点为RRTB消息产生的节点，所以其距离目的节点的跳数为0，其父节点id为目的节点标示。序列号由目的节点更新，采用序列号逐渐增大的方式。

　　中间节点收到RRTB消息分组后，检查是否次收到该消息分组，若是则修改路由表：在路由表中增加一个路由条目；若不是则丢弃。该路由条目的源节点为发送RREQ的节点，目的节点为发送RRTB的节点，并建立与邻居节点的关系。中间节点建立路由表的内容有：

　　（1）源节点id:发送RREQ消息的节点标示；

　　（2）目的节点id:发送RRTB消息的节点标示；

　　（3）邻居节点id:发送该RRTB消息到本节点的节点标示；

　　（4）距离目的节点的跳数：邻居节点距离目的节点的跳数；

　　（5）邻居节点的父节点id:发送该RRTB消息分组到邻居节点的节点标示；

　　（6）收到时间：本节点收到该RRTB消息分组的时间。

　　中间节点选择到目的节点少跳数的邻居节点为路径，且作为本节点的RRTB消息分组的内容，而不再向周围节点广播自己的RRTB消息分组。这样，源节点和中间节点都建立了到目的节点的路径和其他路径，mesh结构得到了进一步完善。

　　中间节点在收到个RTBB消息后，延时一段时间再向周围节点广播自己的RRTB消息分组，以获得足够的路由信息来选出路径。为了防止路由表膨胀，节点仅记录符合一定跳数条件的RRTB消息携带的路径信息，否则丢弃该RRTB消息。

　　2.3 mesh的维护

　　mesh结构的更新采用事件驱动的方式。在数据传输过程中，如果某个中间节点没有到达目的节点的路由时，并沿路径首先向目的节点传输该消息分组，目的节点收到该分组后，将启动路由更新，向周围节点广播新的RRTB消息分组，中间节点和源节点将根据新收到的RRTB消息分组更新自己的路由表，建立新的路径和其余多条路径。

　　可见，这样的路由维护方式不需要源节点发起RREQ的重建过程，只需要目的节点发起RRTB消息分组，比一般的路由重建时间少，且采用事件驱动更新方式，更新次数少，直接进行路由更新避免了路由陈旧问题。

　　2.4 数据传送

　　源节点收到周围节点发送来的RRTB消息，建立到目的节点的完善的路由表。低负载时，源节点可以选择一条到目的节点的路径传送数据，也可以选择多条路径传送数据。高负载时，源节点可以选择多条路径甚至所有的路径同时传送数据。各路径可以等概率传输，也可以按需传输。数据分配采用每包分配粒度。

　　若某个中间节点与其所有下游节点的链路都断开，则该节点将向上游节点回传数据分组，上游节点收到回传的数据分组，就沿其他路径传送数据，并删除到该节点的路由，从而尽量减少数据分组的丢失。

　　若节点移动造成网络分割，而数据包在网络分割点上时，则该节点首先缓存该数据分组。若超过mesh结构的更新时间仍没有收到目的节点的更新分组，便丢弃该数据分组。

　　2.5 mesh结构的消失

　　当源节点向目的节点的传送完数据以后，源节点沿短路径向目的节点发送stop消息分组，目的节点收到该stop消息分组后，将停止发送mesh更新消息分组。stop消息格式如图4所示。

　　中间节点若在超时范围内仍没有收到目的节点的更新消息分组，则自动从路由表中删除本项路由信息。

　　3 实验仿真和评价

　　本文采用OPNET进行仿真实验，比较本文提出的协议和MRABM、AOMDV路由协议的性能。仿真条件为40个节点在1 000 m×1 000 m的正方形区域内随机移动，移动符合waypoint模型。设节点的移动速度分别为0 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s和10 m/s,停留时间为0 s。节点通信距离为200 m，链路带宽为2 Mb/s，MAC层采用IEEE802.11介质访问控制，传输层采用UDP协议，应用层采用恒定比特率数据流，数据流为10，分组长度为512 B，产生时间间隔为0.1 s，仿真时间为1 000 s。

　　仿真关注以下性能参数：

　　（1）路由开销：路由协议建立路由和维护路由，所有节点发送的路由包。

　　（2）端到端延时：从源节点的网络层发送数据包，到目的节点网络层收到该数据包的时间平均值。

　　（3）丢包率：丢失的数据包占所发送数据包的比率。

　　仿真结果如图5、图6、图7所示。

　　从图5中可以看到，由于MRABM和本文算法均采用目的节点更新mesh结构的机制，所以在节点移动造成网络拓扑结构改变时，不会存在路由修护和路由重建过程，控制开销将保持平稳，不会急剧增长。然而MRABM的路径建立采用基于目的节点的方法，且定期进行路径更新而不是采用事件驱动，将产生大量的控制开销，本文算法基于源节点建立路径节约了大量的控制开销。

　　如图6所示， MRABM和本文算法的丢包率都较小，这是因为两种算法都是当一条链路断开后，节点将立即为数据分组选择另一条路径传送数据，几乎不会发生丢包现象，且它们能实时维护源节点到目的节点的路径和其余多条路径，所以大流量传输时，这两种算法均能有效平衡网络负载，减少网络拥塞，降低丢包率。而AOMDV采用的固定多径传输则容易造成网络拥塞。

　　由图7可知，MRABM和本文算法的端到端时延都较小，这是因为当节点移动造成链路断开时，这两种算法都不需要等待路径修复或路由重建过程，而AOMDV在所有路径失效后，将由源节点发起路由重建，所以端到端时延较大。

　　由于WMN网络本身的组网特点，只要在需要的地方加上WR等少量的无线设备，即可与已有的设施组成无线的宽带接入网。WMN网络的路由选择特性使链路中断或局部扩容和升级不影响整个网络运行，因此提高了网络的柔韧性和可行性，和传统网络相比功能更强大、更完善。WMN网络初建成本低，AP和WR一旦投入使用，其位置基本固定不变，因而节省了网络资源。WMN具有可伸缩性、易扩容、自动配置和应用范围广等优势，对于投资者来说在短期之内即可获得盈利。 另外，基于源节点建立的路径，有效地控制了RREQ在全网的泛洪，减少了控制开销，更合理地利用了网络资源。