一种无线Mesh 网络的路由测试技术

赵大伟

（南京熊猫通信科技有限公司，南京 210008）

1 无线Mesh 网络和路由测试技术

无线Mesh 网络中，每个节点都具备发送和接收功能，其中路由的拓扑结构是与节点间的相对位置有关的，如设备靠近时会建立无线链路，设备远离则拆除之，因此网络中的路由拓扑结构是随着节点之间的相对位置的改变而变化的。无线Mesh 网络支持多跳通信，不相邻的节点可以通过中间节点以多跳方式进行通信。这些通信行为，都需要路由功能的支持。

初期阶段对无线Mesh 路由功能进行测试时，不宜在实际物理环境中进行，因为那时路由功能可能存在某些缺陷，如形成过程缓慢、不收敛、数据异常等；因此，为了先期验证所实现的无线Mesh 路由协议的可用性，我们提出来一种针对无线Mesh 路由的软件测试技术。它包括两部分软件，其一是软件实现的物理空间模拟工具，称为Space；其二是模拟无线Mesh 节点设备的路由进程，它上面运行路由软件模块。每个节点设备都有一个路由进程。测试机制是通过Space 和路由进程两者的交互来完成的。

2 Space 的设计思想

Space 在架构设计独立于Mesh 路由协议，并能够与每个路由进程进行通信，实时获得无线Mesh 网络内全部节点的路由信息。它支持数据配置，可以设置每个节点设备的无线参数集，内容是{发射天线功率，发射天线增益，接收天线功率和接收天线增益，接收阈值}。

2.1 图形化的显示界面

Space 的界面中用实心圆来表示一个无线Mesh 设备，简称为节点。界面中显示节点的位置，并用连线来表示节点间的路由连接关系和层次关系。

节点是可以自由移动的，用户可以鼠标拖动节点位置，也可以执行脚本让多个节点运动。当该运动导致路由改变后，界面中的路由图形也会显示最新路由中节点的连接和层次关系。

2.2 接收功率计算

无线Mesh 设备接收到报文时会获得接收功率，供路由生成使用。Space 使用Friis 公式计算报文接收方的接收功率。下面介绍Friis 公式。假设发送节点的发射天线功率为Pt；发射天线增益为Gt；接收节点的接收天线增益为Gr 工作波长为常数λ；天线之间的距离为R；则目标节点的接收功率Pr=Pt Gt Gr λ2/（4πR）2。

2.3 核心功能描述

Space 的核心功能是：①节点空间位置模拟功能，可以进行节点间的距离的计算，节点可以运动；②物理空间内无线报文收发的模拟功能，Space 接收节点发送过来的报文，并转发给具备接收能力的节点；③图形化显示路由协议，读取节点的发送报文中所包含的的路由信息，并以图形方式显示该路由的拓扑结构；④路由故障判断功能，能够收集所有节点的路由信息，判断路由是否一致或者收敛，如果发现异常则提供线索。

2.4 回放功能

Space 支持正常模式和回放模式。正常模式下，它自动将时间信息和该时间点上的节点的位置信息等保存到场景文件中。回放模式下，读取以前的场景文件，按照时间流精确回放时间点上的节点的位置，并与节点的路由进程协同实现回放测试。

2.5 数据配置

需要配置的参数为：①UDP 端口；②节点的ID 和它的路由进程的UDP；③节点的起始位置和无线参数集。

2.6 路由进程

路由进程对应无线Mesh 网络中的一个设备，它能够向Space 接收或者发送报文，所需要配置数据为：①节点ID；②无线参数集；③自己与Space 的UDP 端口；④初始位置。

3 测试技术实现描述

为了便于描述，假设无线Mesh 网络中有四个节点A，B，C，D，其中，A 与B，B 与C，以及C 与D 之间都可以相互无线通信。图1描述了Space 是如何模拟无线信号在物理空间中的广播，以及如何与节点的路由进程协同，实现路由测试功能的。

图1 实现路由测试功能

（1）当节点A 的路由进程启动后，根据路由协议生成路由数据，以UDP 报文发送到Space。

（2）Space 接收后首先从报文中读取路由信息并显示；使用Friis 公式判断出只有B 节点具备接收能力，因此将节点A 的原始报文与B 的P_r 组装为UDP 发送到节点B。

（3）节点B 收到后，运行路由协议生成路由，再发送含路由的广播报文到Space。

（4）Space 收到后，读取路由信息在界面上图形化显示；使用Friis 公式计算出A 和C 都具备接收能力，因此将报文和A 的P_r 发送到节点A，同时将报文和C 的P_r 发送到节点C。

后面步骤（5）、（6），以及步骤（7）、（8）的描述与步骤（3）、（4）的描述相类似。

由此可以看出，Space 模拟了无线报文在物理空间中的广播和接收功能，实现了节点间的报文收发，以及A →B →C →D的多跳数据传输流程。Space 接收节点发送的报文，提取路由并图形化显示，演示了网络中的路由的生成过程和动态演进过程。

4 结束语

本文提出了无线Mesh 网络的路由测试方案，Space 可以通过模拟物理空间，实现节点之间的通信。Space 可以获得无线Mesh 网络内所有节点的路由信息，能够判断无线Mesh 的网络路由的有效性和一致性，可以实时检测异常。同时，Space 通过回放支持自动化测试，有着较高的应用价值。