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WaveMesh协议简介
一种简单、可靠的移动自组网网络协议
Eric Wang
2009/09/03
什么是WaveMesh协议
WaveMesh是一种移动自组网(s – Mobile Ad works)网络协议。
WaveMesh定义了完备的链路层(MAC)和网络层(NWK)协议规范。
WaveMesh不限制物理层(PHY)的无线信号的和工作频率和调制方式,可以运行在多种射频芯片上。
WaveMesh协议栈具有体积小、路由健壮、网络吞吐量高、节点功耗低、全部节点都可以睡眠、完全对等的peer-to-peer Mesh网络、支持快速变化的网络拓扑结构和超大规模的网络、所有的设备都可以休眠,能够快速唤醒整个网络,易于部署。
WaveMesh可以应用在无线抄表AMR/AMI、家庭自动化、智能楼宇、工业控制、应急网络等。
轻量
健壮
实时
移动网络
自适应性
低功耗
高吞吐量
易于部署
WaveMesh设计理念
WaveMesh协议特点(1)
轻量
极小的代码尺寸(4K字节代码空间+几十字节内存空间),是ZigBee协议栈尺寸的十分之一
WaveMesh可以运行在目前市场上几乎所有的MCU、DSP芯片上
健壮性
采用私有的OLDM路由协议,是多径(multipath)路由协议。每个节点同时维护到任何其它节点尽可能多的路由,路由健壮性好。
路由的建立和维护速度快,占用的无线资源少
支持快速拓扑变化的移动网络
网络的裁剪性好,部分节点瘫痪网络仍可以正常工作
可以有效抵抗其它无线信号的同频干扰
实时性
私有的全网MAC层异步唤醒算法,能够在极短的时间内唤醒全网节点,达到同步的目的
采用多径路由、多物理信道并发数据,大大减少了节点间报文发送的延时
精心优化的MAC层算法,在尽可能减少报文碰撞的同时最大程度提高吞吐量
WaveMesh协议特点(2)
吞吐量高
全连接的mesh网络,每两个节点之间都可以建立点到点的路由。不需要像ZigBee等分簇的网络协议节点间的数据报文必须有路由器转发。
采用多径OLDM路由协议,每个节点都维护到其它节点的尽可能多的路由,可以多条路径并发数据,提高了吞吐量。
MAC层协议对减小报文碰撞、提高吞吐量做了精心的优化。
采用多条物理信道并行收发数据,在不改变无线信道波特率的前提下提高了物理带宽,增加了系统的吞吐量
网络拓扑多样
WaveMesh是全连接的mesh网络,每个节点都可以动态的感知网络拓扑结构的变化
WaveMesh的MAC层和NWK层网络协议会根据当前网络拓扑结构动态选择最佳的碰撞避免算法和最优的路由
支持最少2个点的网络,多至几万、十几万个节点组成的网络
支持多达几百、几千跳(路由的)的大规模网络拓扑
支持非常稀疏和非常密集的网络拓扑
省电
网络中的全部节点都可以睡眠,由全网异步唤醒算法唤醒网络完成节点间的同步
所有的设备都可以由电池供电,并且可以长时间(10年以上)待机
WaveMesh协议特点(3)
全连接的Mesh网络
所有的设备都是平等的
每个设备都具备路由的功能
每两个设备之间都可以有建立点到点的路由
纯粹的分布式网络,健壮性、自愈性好
高可靠性
采用有链接的方式收发数据报文,保证数据报文的正确性
MAC层支持多信道、自适应波特率以及功率控制等算法,提高了无线信道的可靠性
扩展性好
可以根据实际需要对路由选择算法、QOS算法进行扩展
可以根据实际不同无线信道PHY层的特点对MAC层参数进行调整
易于部署
WaveMesh仅定义了一种网络设备,设备类型单一,易于生产维护,有效降低成本
整个网络所有设备都即插即用,不需要手工配置
所有设备都可以由电池供电,可以应用在缺乏电力供应的环境如灾区、野外等
WaveMesh支持移动速度比快、拓扑结构变化频繁的网络,容易部署在机动性强的环境下如军队、移动车队、医院病人监护、监狱等
WaveMesh MAC层协议简介
Ad Hoc MAC层简介
MAC层协议的作用
定义移动自组网中无线节点怎样有效的共同使用有限的无线带宽。
MAC层协议对于移动无线自组网的性能非常重要,需要可虑的性能指标有:
吞吐量和延时
公平性
效率
由于无线信号在共享的传输介质中是以广播方式的进行传输,对无线链路的抢占和报文碰撞会比有线介质要激烈。另外,并且无线信号往往都是以半双工的方式,节点在发送数据时不可能同时进行碰撞检测,因此给传统的基于CSMA/CD链路层的算法带来新的挑战,需要解决的问题有:
隐终端问题
暴露终端问题
Ad Hoc MAC层的问题
隐终端问题
A、C不能检测对方发出的无线信号,但它们的无线信号却有重叠的区域。如下图所示,当A和C同时向B发送无线信号则发生碰撞。
暴露终端问题
A和C都能监听到来自B