基於OLSR路由協議的Wireless Mesh Network實驗設計
何淵淘，劉燕美
（鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450000）
摘要：WMN（Wireless Mesh Network）即無線網狀物，該網路在無線媒介上以多跳的方式構成通訊系統。無線網狀網是無線網路的發展重心，但由於無線網路本身的各種標準和實現處於快速發展的時期，難以針對其開展有效的實踐教學活動。在本文中作者提出了基於OpenWRT和802.11標準的WMN實驗方案，解決了該難題。同時加強學生對多跳網路、無線網路路由協議的認識和理解，培養學生的創新能力和科研素質。
關鍵詞：WMN；OLSR；OpenWRT；實驗設計
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4393-04
Abstract： WMN so called wireless mesh network，is a type of network construct by multi-hop structure on wireless media. WMN is the focus of wireless network， but it is difficult to conduct an experiment in class. The major reason for this is the fast development
of the WMN itself and the diversity definition of the WMN protocols. To deal with the problem， the author propose a WMN experiment which base on OpenWRT and 802.11 in this paper. This solution not only enhance the comprehension concept of ‘multi hop network'
and ‘wireless routing protocols '， but also develop the creative ability and scientific research quality of the students.
Key words： WMN； OLSR； OpenWRT； experiment design
伴隨著移動網際網路的發展，社會對
1 無線網狀網
無線網狀物是由節點以
圖1 骨幹型WMN
其中骨幹型WMN僅由路由節點節構成，使用者節點的資料必須由閘道器節點來轉發；而使用者型WMN僅有使用者節點組成，使用者節點扮演了路由的角色；而混合型WMN中路由節點和使用者節點都能起到資料轉發的作用，同時網路中呈現出層次結構。
WMN是Ad-hoc網路的一種特殊形態。首先WMN網路引入了結構，即存在路由節點和使用者節點兩種型別的節點。其次WMN的節點較Ad-hoc有著更低的移動性和和更可靠的供電。再次，由於不受到供電的制約，WMN的節點可以使用更多的頻段來提升網路傳輸效能，充足的電源供應讓WMN有著更大的網路規模。最後，WMN通常使用TCP/IP等網路協議，這就能和其他型別的網路很方便的混合組網，見圖3。
無線路由協議對無線網狀網起到了核心的作用，無線路由協議通過節點間的無線通道來交換鏈路狀態和
OSLR由於較早出現，因此成熟度較高，在AWMN，Freifunk，FunkFeuer等社群無線網路中，普遍使用其作為內部閘道器協議。而BMX6，和Babel僅支援IPV6路由協議，對於IPv4需要通過4to6的隧道來實現。而OLSR是唯一同時支援ipv6和ipv4的路由協議，在實驗的過程中可以使用ipv4地址來進行配置，減少在教學中學生額外的實驗負擔。
2 OLSR和OpenWRT
OLSR（ optimized link stat routing protocol）優化鏈路狀態協議[6]，也是WMN中最為成熟的路由協議。該路由協議是一種典型的鏈路狀態路由協議。在傳統的有線網路中，使用最為廣泛的鏈路狀態協議為OSPF，但OSPF在無線鏈路中會產生大量的鏈路狀態資訊並帶來過高的網路開銷。而OLSR僅使用MPR（多點轉播）節點來廣播鏈路狀態資訊，因此大大減少了路由協議所帶來的開銷。同時OLSR屬於第三層協議，這就使得其很容易被移植到各類作業系統上。OLSR的實現OLSRD就可以在OpenWRT系統上執行。
OpenWRT是一個嵌入式的Linux發行版，該發行版面向路由器等嵌入式裝置開發。由於其使用標準的Linux核心，因此可以把各種軟體的移植到該平臺上，從而擴充套件OpenWRT的功能。除此之外OpenWRT相比與其他路由器軟體的優勢在於它有一個可寫的檔案系統，這就使得可以臨時安裝或者刪除軟體或者改變配置檔案來。利用該平臺和相應的軟體，可以快速進行實驗準備，並指導學生開展實驗。
3 實驗設計
實驗的主要裝置為Tp-Link 2543ND路由器，該路由器主機板採用高通的AR7242，其處理器主頻為400Mhz，機身自帶8MB的Nand儲存，64M的RAM儲存。在資料中查到該裝置同時支援2.4GHz和5GHz兩個頻段，但在一個時刻只有一個頻段能夠工作。晶片的資料顯示該裝置支援802.11a/n和802.11b/g/n，裝置外接三根8db的全向天線，為基於MIMO的高頻寬傳輸提供了可能。
由於裝置自帶的作業系統僅支援靜態路由，在本次實驗前需要預先安裝好OpenWRT和OLSRD。在本次實驗中，作者選OpenWRT
Attitude Adjustment和OLSRD 0.93作為實驗指導的軟體。
在實驗準備階段，需要將7臺Tp-link 2543ND安裝好OpenWRT的韌體，並使用OpenWRT的軟體更新功能將OLSRD和對應的圖形化配置工具安裝安裝到路由器上。在對路由器配置前，將路由器進行編號，從101到107，同時裝置的網路介面地址也會根據這個編號進行配置。在WMN配置前將路由器恢復到預設配置，並使用路由器的圖形介面配置該路由器。路由器有三個網路介面，分別是wan（eth1）、br-lan（eth0）、wlan0，在本實驗中僅使用eth0和wlan0介面。將eth0和wlan0的介面分別配置在網段192.168.x.1/24和10.10.0.x/24，其中字元x表示裝置本身的編號。另外還要對無線模組進行設定，設定模組工作在161頻段，頻寬為40MHz，並指無線網絡卡定工作在Ad-Hoc模式下，並設定其SSID為”Mesh”。設定完成後，每臺裝置的介面和無線網路的名稱如下表，見表1。
表1 WMN節點的引數設定
[節點編號＼&br-lan介面地址＼&wlan0介面地址＼&無線介面配置＼&101＼&192.168.101.1/24＼&10.10.0.101/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&102＼&192.168.102.1/24＼&10.10.0.102/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&103＼&192.168.103.1/24＼&10.10.0.103/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&104＼&192.168.104.1/24＼&10.10.0.104/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&105＼&192.168.105.1/24＼&10.10.0.105/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&106＼&192.168.106.1/24＼&10.10.0.106/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&107＼&192.168.107.1/24＼&10.10.0.107/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz頻寬＼&]
在進行下一步實驗前要保證所有裝置的wlan0介面處在同一個網路中，測試的方法是登陸路由器，用ping命令測試其他節點wlan0介面對應的ip地址，看是否能夠建立無線鏈路。如果測試不成功首先檢查該節點的無線設定和介面IP設定是否正確，如果還不成功則檢查裝置之間的距離是否過遠。由於161頻段的電磁波屬於5.8GHz的頻段，其容易被物體吸收，且本身的衍射能力較弱，因此在室內只有較小的覆蓋範圍。
在測試通過開始進行無線路由協約的配置，在每臺路由器上使用圖形介面啟用OLSRD程序，並將每個節點的WLAN0介面加入OLSR的宣告區域，設定完成後將路由器部署在不同的房間。
本次實驗安排在一個樓層，共有7個房間，面積有1000平方米，每個房間水平牆面使用混凝土構建，部分室內有金屬儲物箱。從圖4中可以看到每臺無線路由器放置的位置。
圖4 WMN節點在的地理位置分佈
所有節點加電後，OLSR協議開始進行鏈路狀態廣播和路由表的生成。網路收斂後，從每個節點獲取無線鏈路的信噪比和平均收發速度，該資料見表2。從表中看出105節點與104雖然距離較近，但由於受到牆壁和室內金屬物品的阻擋，其鏈路的信噪比較低，導致了較低的傳輸速度。對101節點來說，102節點僅隔一堵牆面，平均訊號功率較高，且在此區域只有102和107共享40MHz的通道，平均速度較高（108Mbit/s）。而107節點作為整個網路的樞紐，雖然與臨近的四個節點的通道都有較高的信噪比，由於附近有101，102，103，104這四個節點共享頻段，由於802.11協議族使用CSMA/CA來對通道進行搶佔，導致每個連結的平均頻寬較低（低於90M
Mbit/s）。 在實驗的最後一部分，將106節點接到檔案伺服器上，並在101節點上測試長時間檔案下載速度。雖然從101到106的所有中間鏈路上的最低頻寬為45 Mbit/s，但兩個節點的平均傳輸頻寬只有4 Mbit/s，導致該現象的主要原因在於節點間使用相同的頻道導致無線鏈路衝突的增加，這也是CSMA/CA和電磁波媒介的特徵所導致的。
4 結束語
本文設計一套面向WMN網路的實驗方案，實驗使用OLSR和OpenWRT來作為主要實驗工具。在實驗中，作者依此介紹了Ad-hoc模式無線網路的配置和OLSR路由協議的配置，並以此為基礎搭在真是的環境中建了WMN網路。在網路組建完成後，作者依據802.11協議的特點對該無線網路各節點的頻寬和效能進行了分析。通過該步驟的實驗學生深刻人認識到基於802.11的無線區域網物理層共享媒介的特徵，並對信噪比、節點距離和頻寬的關係有了充分的認識。同時通過圖形化的工具生成了基於OLSR的路由轉發路徑圖。通過該圖，學生能夠認識到OLSR內部所能夠構造的鄰居表和路由表，以及OLSR路由協議選路的原理。在實驗的最後，通過檔案傳輸頻寬測試實驗進一步深化了學生對多跳網路的認識，同時也能讓學生了解WMN網路的若干不足之處，為學生深入研究和學習WMN網路帶來和濃厚的興趣。
參考文獻：
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[5] María E. Villapol， David Pérez Abreu， Carolina Balderama， Mariana Colombo. Performance comparison of mesh routing protocols in an experimental network with bandwidth restrictions in the border router. Revista de la Facultad de Ingeniería U.C.V.， 2013，28（1）：7-14，
2013.
[6] Hafslund， A.， T nnesen， A.， Rotvik， R.B.， Andersson， J.， Kure， . Secure Extension to the OLSR Protocol. Recent Advances in Intrusion Detection Lecture Notes in Computer Science Volume 3858， 2006：330-350.