802.11s 彙整 - 碼蟻創研工坊 - CODEANT STUDIOS

網狀路由協議之 802.11s 表頭處理與轉換

codeant — Fri, 12 Jul 2013 22:59:35 +0000

我們在此設定一個情境，為802.11s表頭中的6個Address欄位，做處理及轉換上的流程說明；假設來源端為一乙太網路（Ethernet）裝置，連接至MAP-1，目的端為一般的802.11裝置，與MAP-2連接，而MAP-1與MAP-2需要一台MP進行轉發，則資料傳輸方向為Source -> MAP-1 -> MP -> MAP-2 -> Destination，表頭的處理與轉換流程如下：

1. Source使用Ethernet的表頭將資料傳送至MAP-1。

2. MAP-1將Ethernet表頭的Destination MAC Address填入802.11s Address 5，Ethernet表頭的Source MAC Address填入802.11s Address 6；802.11s Address 1為MP，Address 2為MAP-1；Address 3為MAP-2，Address 4 為MAP-1；完成後將資料傳送至MP。

3. MP將802.11s Address 1改為MAP-2，Address 2改為MP，其餘的Address欄位保持不變；完成後將資料傳送至MAP-2。

4. MAP-2收到資料後，會改以一般的802.11表頭傳送至Destination，802.11的Address 1為Destination，802.11的Address 2為MAP-2本身，將802.11s的Address 5填入802.11的Address 3；完成後將資料傳送至Destination。

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網狀路由協議之 802.11s 表頭格式與定義

codeant — Fri, 12 Jul 2013 21:58:21 +0000

在表頭（Header）長度上，802.11s比起一般的802.11還要多4～16 Bytes，之所以會有不固定的長度，是因為在Mesh表頭上的最後二個欄位是依情況而定。

在進行單點直播資料傳輸的時候，這二個欄位會啟用，其餘的封包則是可用也可不用，而前面三個欄位則是固定的，所有的封包都必須使用，所以Mesh表頭最小長度為4 Bytes；Address 5為目的端位址，Address 6為來源端位址，也就是說在802.11s的表頭中，最多會出現6個Media Access Control（MAC）位址，這些欄位的用途說明如下：

1. Address 1與Address 2：這二個欄位用於節點的直接連線（Direct Link）傳輸，Address 1是目的端位址，Address 2是來源端位址。

2. Address 3與Address 4：這二個欄位用於Mesh網路中節點的點對點連線（Peer-To-Peer Link，簡稱P2P）傳輸，Address 3是目的端位址，Address 4是來源端位址。

3. Address 4與Address 5：這二個欄位是用於節點的終端對終端連線（End-To-End Link，簡稱E2E）傳輸，Address 5是目的端位址，Address 6是來源端位址，意即這二個位址記載著整個資料傳輸過程中真正的目的端與來源端位址。

下圖為說明在802.11s的資料傳輸過程中，其Direct Link、P2P、E2E三個連線間的區別：

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802.11s RMAODV 被動式路由協議(Mesh Routing Protocol)

codeant — Thu, 11 Jul 2013 01:02:52 +0000

802.11s RMAODV全名為Radio Metric Ad hoc On-Demand Distance Vector Radio，是一個運行在OSI第二層的網狀路由協議，屬於被動式的路由協議，採用距離向量的路由方法，是由目前使用率最高的被動式路由協議Ad hoc On-Demand Distance Vector（AODV）演化而來。

不同的是在802.11s中PREQ封包有Target Only（TO）的旗標（flag）設定，所以在RMAODV協議中可以透過TO旗標設定成只有目的地可以回傳PREP，這是為了減少路由資訊封包在交換過程中所帶來的系統負擔，而AODV路由協議則是只要知道目的地的路徑的中間節點都可回傳PREP。

802.11s其系統組成主要由下列三個裝置組成，其組成架構如圖:

1. Mesh Portal Point（MPP）：具有網路閘道（Gateway）的功能，負責與外部網路連結，如網際網路（Internet）。

2. Mesh Point（MP）：此裝置負責了路由及資料轉發的功能，在同一個網狀網路基本服務組（Mesh Basic Service Set，簡稱MBSS）下，MP之間可以直接通信。

3. Mesh Access Point（MAP）：MAP負責與傳統的網路設備連接，並將資料轉送到MP，扮演MBSS與一般基本服務組（Basis Service Set，簡稱BSS）的中介橋梁。

802.11s RMAODV路由協議使用了三種路由訊息封包，分別為路徑要求（Path Request，簡稱PREQ）、路徑回覆（Path Reply，簡稱PREP）、路徑錯誤（Path Error，簡稱PERR）[10][12]。

其路由建立的步驟如下圖：

1. 當發送端（Source）需要傳送資料時，以廣播的方式送出PREQ封包。

2. 鄰近節點收到發送端的PREQ封包後，進行再廣播（Re-Broadcast），藉此傳遞PREQ封包到達目的端（Destination）。

3. 目的端收到PREQ封包後，以單點直播（Unicast）的方式回覆PREP封包。

4. PREP封包傳遞過程中，每一個節點都會選擇最佳的下一跳節點進行轉發，而收到PREP封包的節點會選擇將PREP封包傳送過來的節點作為到達目的端的路徑。

5. 當發送端收到PREP封包後，路由資訊即建立完成，這樣由目的端往來源端方向確認路由的方式，也稱為反向路由（Reverse routing）。

6. 當發送端發現路由出現錯誤時，會以廣播的方式送出PERR封包，鄰近節點進行再廣播，通知各節點刪除現有的路由資訊，並回到第1步驟重新建立路由。

802.11s RMAODV透過下面算式進行路徑選擇，其中Ca為連線品質，O為額外時間，Bt為訊框長度，r為傳輸速率（transmission rate），ef為訊框（frame）傳輸的錯誤率。Ca值越小代表路徑品質越好，算式中r與ef，反應了節點間的無線訊號品質，當訊號品質下降，會導致ef值上升及r值下降。

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網狀路由協議 – 802.11s Mesh Standard

codeant — Wed, 10 Jul 2013 23:57:45 +0000

802.11s Mesh Standard所使用的路由協議名稱為Hybrid Wireless Mesh Protocol（HWMP），它是一個運行OSI第二層的網狀路由協議，可以使用被動式或是主動式的路由協議。

802.11s為電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，簡稱IEEE）所制定的標準，此路由協議已被實作為Linux內核中的標準模組之一（Project open80211s），為最廣為人知的OSI第二層網狀路由協議之一。

802.11s包含了四種路由訊息封包，分別為根節點宣告（Root Announcement，簡稱RANN）、路徑要求（Path Request，簡稱PREQ）、路徑回覆（Path Reply，簡稱PREP）、路徑錯誤（Path Error，簡稱PERR）。

802.11s的主動式路由協議會建立起一個樹狀的路由拓撲（tree based routing），根節點（Root Node）可透過二種方式建立起路由表，一種是採用RANN封包，另一種是用PREQ封包，差別在於採用RANN封包的方式其PREQ是由根節點以外的裝置以單點直播（Unicast）的方式送出給根節點，而根節點必須回覆PREP封包，但在採用PREQ封包的方式中，不會使用到PREP封包，而且PREQ封包是由根節點發出，主動式路由所建立出的路由表是用來與根節點進行通訊，若節點間需要點對點直接通訊，就會使用被動式的路由協議，與除此之外，主動式的路由協議還可以選用Radio Aware Optimized Link State Routing （RAOLSR）的方式，運作機制與OLSR路由協議類似。

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