無線mesh�(wǎng)�(luò)(WMN)〔1〕是一種基于多跳路�、對等網(wǎng)�(luò)技�(shù)的新型網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu),具有移動寬帶的特�。它由Ad—Hoc�(wǎng)�(luò)�(fā)展變化而來,無線mesh�(wǎng)�(luò)中任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP�路由�,網(wǎng)�(luò)中的每個節(jié)點都可以收發(fā)信號,也采用了WMN技�(shù)�
在傳�(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)中,每個客戶端均通過一條與AP 相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)�(luò),用戶如果要進行相互通信的話,必須首先訪問一個固定的接入�(AP),這種�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)被稱為單跳網(wǎng)�(luò)。而在無線Mesh �(wǎng)�(luò)�,任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為 AP 和路由器,網(wǎng)�(luò)中的每個節(jié)點都可以�(fā)送和接收信號,每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信�
這種�(jié)�(gòu)的好處在于:如果最近的 AP 由于流量過大而導(dǎo)�?lián)砣�?,那�?shù)�(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。依此類推,�(shù)�(jù)包還可以根據(jù)�(wǎng)�(luò)的情況,繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點進行傳輸,直到到達最終目的地為止。這樣的訪問方式就是多跳訪問�
無線Mesh �(wǎng)�(luò)是一種新型的無線�(wǎng)�(luò)架構(gòu),它的核心指�(dǎo)思想是讓�(wǎng)�(luò)中的每個節(jié)點都可以�(fā)送和接收信號,傳�(tǒng)� WLAN 一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解,無線Mesh 技�(shù)的出�(xiàn),代表著無線�(wǎng)�(luò)技�(shù)的又一大跨越,有極為廣闊的�(yīng)用前�。無線Mesh 是一種非常適合于覆蓋大面積開放區(qū)�(包括室外和室�(nèi))的無線區(qū)域網(wǎng)�(luò)解決方案�
基于節(jié)點功�,可以把WMN體系�(jié)�(gòu)分成三類。類是基�(chǔ)�(shè)施/主干WMN。網(wǎng)狀路由器之間形成自配置與自愈合鏈路�(wǎng)。網(wǎng)狀路由器具備網(wǎng)�(guān)/網(wǎng)橋功能,可連接�(xiàn)有無線網(wǎng)�(luò),可接入Internet。網(wǎng)狀路由器構(gòu)成WMN基礎(chǔ)�(shè)施/主干,供客戶機連接。WMN基礎(chǔ)�(shè)施/主干可以采用多種不同類型無線電技�(shù)�(gòu)建。典型情況下,網(wǎng)狀路由器使用兩種無線電,一種用于主干通信,一種用于用戶通信。典型應(yīng)用在小區(qū)�(wǎng)�(luò)中。第二類是客戶機WMN。客戶機組成實際�(wǎng)�(luò),支持客戶機之間的P2P�(lián)�(wǎng),執(zhí)行路由和配置功能,不需要網(wǎng)狀路由�。它的特點是分組可能需要通過多個中間節(jié)點轉(zhuǎn)�(fā)才能到達目的節(jié)�。�?;谕环N無線電技�(shù)�(gòu)�,同基礎(chǔ)�(shè)施/主干WMN相比,對客戶機的要求提高。第三類是混合WMN,它是前兩者的�(jié)合,�(wǎng)狀客戶機可以通過�(wǎng)狀路由器訪問網(wǎng)�(luò),也可以直接與其他網(wǎng)狀客戶機聯(lián)�(wǎng),盡管WMN主干提供對其他網(wǎng)�(luò)的連通�,如Internet、Wi-fi、WiMAX、蜂窩和傳感器網(wǎng)�(luò)�,但是客戶機的路由能力可以改善WMN�(nèi)的連通性和覆蓋能力,從這個角度來�,混合結(jié)�(gòu)最有應(yīng)用前��
由包括一組呈�(wǎng)狀分布的無� AP �(gòu)�,AP 均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯(lián),將傳統(tǒng)WLAN 中的無線"熱點"擴展為真正大面積覆蓋的無�"熱區(qū)"�
自配�。無線Mesh �(wǎng)中AP 具備自動配置和集中管理能力,簡化了網(wǎng)�(luò)的管理維��
自愈�。無線Mesh �(wǎng)中AP 具備白動�(fā)�(xiàn)和動�(tài)路由連接,消除單點故障對�(yè)�(wù)的影�,提供冗余路徑�
高帶�。將傳統(tǒng)WLAN �"熱點"覆蓋擴展為更大范圍的"熱區(qū)"覆蓋,消除原有的WLAN 隨距離增加導(dǎo)致的帶寬下降。另�,采� Mesh �(jié)�(gòu)的系�(tǒng),信號能夠避開障礙物的干�,使信號傳送暢通無�,消除盲區(qū)�
高利用率:高利用率是Mesh �(wǎng)�(luò)的另一個技�(shù)�(yōu)�。在單跳�(wǎng)�(luò)�,一個固定的 AP 被多個設(shè)備共享使�,隨著網(wǎng)�(luò)�(shè)備的增多,AP 的通訊�(wǎng)�(luò)可用率會大大下降。而在 Mesh �(wǎng)�(luò)�,由于每個節(jié)點都是AP,根本不會發(fā)生此類問�;一旦某� AP 可用率下�,數(shù)�(jù)會自動重新選擇一個AP 進行傳輸�
兼容�。Mesh 采用�(biāo)�(zhǔn)�802�11b/g 制式,可廣泛地兼容無線客戶終��
除此之外,無線Mesh 還提供更好的移動漫游能力,以及端到端的安全連接等等�
與傳�(tǒng)的WLAN 相比,無線Mesh �(wǎng)�(luò)具有幾個無可比擬的�(yōu)勢:
(1) 快速部署和易于安裝�
安裝Mesh 節(jié)點非常簡�,將�(shè)備從包裝盒里取出�,接上電源就行了。用戶可以很容易增加新的節(jié)點來擴大無線�(wǎng)�(luò)的覆蓋范圍和�(wǎng)�(luò)容量。Mesh 的設(shè)計目�(biāo)就是將有線設(shè)備和有線AP 的數(shù)量降�,因此大大降低了總擁有成本和安裝時間,僅這一點帶來的成本節(jié)省就是非??捎^�。無線Mesh �(wǎng)�(luò)的配置和其他�(wǎng)管功能與傳統(tǒng)� WLAN 相同,用戶使用WLAN的經(jīng)驗可以很容易�(yīng)用到Mesh �(wǎng)�(luò)��
(2) 非視距傳�(NLOS)�
利用無線Mesh技�(shù)可以很容易實�(xiàn)NLOS配置,因此在室外和公共場所有著廣泛的應(yīng)用前��
與發(fā)射臺有直接視距的用戶先接收無線信�,然后再將接收到的信號轉(zhuǎn)�(fā)給非直接視距的用戶。按照這種方式,信號能夠自動選擇路徑不斷從一個用戶跳�(zhuǎn)到另一個用�,并最終到達無直接視距的目�(biāo)用戶。這樣,具有直接視距的用戶實際上為沒有直接視距的鄰近用戶提供了無線寬帶訪問功能。無� Mesh �(wǎng)�(luò)能夠非視距傳�?shù)奶匦源蟠髷U展了無線寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍�
(3) 健壯��
實現(xiàn)�(wǎng)�(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來傳輸數(shù)�(jù)。如果某個路由器�(fā)生故障,信息由其他路由器通過備用路徑傳�。Mesh �(wǎng)�(luò)比單跳網(wǎng)�(luò)更加健壯,因為它不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。在單跳�(wǎng)�(luò)中,如果某一個節(jié)點出�(xiàn)故障,整個網(wǎng)�(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh �(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)�,由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)�(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出�(xiàn)故障或者受到干�,數(shù)�(jù)包將自動路由到備用路徑繼�(xù)進行傳輸,整個網(wǎng)�(luò)的運行不會受到影��
(4) �(jié)�(gòu)靈活�
在單跳網(wǎng)�(luò)中,�(shè)備必須共� AP。如果幾個設(shè)備要同時訪問�(wǎng)�(luò),就可能�(chǎn)生通信擁塞并導(dǎo)致系�(tǒng)的運行速度降低。而在多跳�(wǎng)�(luò)�,設(shè)備可以通過不同的節(jié)點同時連接到網(wǎng)�(luò),因此不會導(dǎo)致系�(tǒng)性能的降�� Mesh �(wǎng)�(luò)還提供了更大的冗余機制和通信�(fù)載平衡功��
(5) 高帶寬�
無線通信的物理特性決定了通信傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶�,因為隨著無線傳輸距離的增加,各種干擾和其他�(dǎo)致數(shù)�(jù)丟失的因素隨之增�。因此選擇經(jīng)多個短跳來傳輸�(shù)�(jù)將是獲得更高�(wǎng)�(luò)帶寬的一種有效方�,而這正� Mesh �(wǎng)�(luò)的優(yōu)勢所�。在Mesh �(wǎng)�(luò)中,一個節(jié)點不僅能傳送和接收信息,還能充�(dāng)路由器對其附近節(jié)點轉(zhuǎn)�(fā)信息,隨著更多節(jié)點的相互連接和可能的路徑�(shù)量的增加,總的帶寬也大大增加�
此外,因為每個短跳的傳輸距離�,傳輸數(shù)�(jù)所需要的功率也較�。既然多跳網(wǎng)�(luò)通常使用較低功率將數(shù)�(jù)傳輸?shù)洁徑�?jié)點,節(jié)點之間的無線信號干擾也較�,網(wǎng)�(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高,因而能�?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)�(luò)容量。比如在高密度的城市�(wǎng)�(luò)�(huán)境中,Mesh�(wǎng)�(luò)能夠減少使用無線�(wǎng)�(luò)的相鄰用戶的相互干擾,大大提高信道的利用效率�
從本�(zhì)上說,Mesh �(wǎng)�(luò)是一種類似于點對點的無線�(wǎng)�(luò)架構(gòu),這種架構(gòu)可以大大減少�(wǎng)�(luò)的基�(chǔ)�(shè)施成�(例如AP,無線路由器�(shù)�),同時也可為無線�(wǎng)�(luò)服務(wù)供應(yīng)�(WISP)減少70%~75%的營�、安裝成��
基于Mesh �(wǎng)�(luò)的優(yōu)�,它還可以在不同異構(gòu)的環(huán)境下提供多種服務(wù);當(dāng)用戶在高速移動時,或者在較大范圍的區(qū)域內(nèi)可以通過 3G �2.5G 傳輸語音、數(shù)�(jù);在局部的范圍�(nèi)可通過 WLAN提供寬帶�(wǎng)�(luò)服務(wù),例如視頻點播等。隨� Mesh �(wǎng)�(luò)的進一步發(fā)�,它最終可在企�(yè)的辦公環(huán)境中將辦公室電話或者手機進行整合�
Mesh �(wǎng)�(luò)在家�、企�(yè)和公共場所等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前��
1.家庭Mesh
技�(shù)的一個重要用處就是用于建立家庭無線網(wǎng)�(luò)。家庭式無線 Mesh �(lián)�(wǎng)可以連接臺式PC �、筆記本和手持計算機、HDTV、DVD 播放�、游戲控制臺,以及其他各種消費類電子�(shè)�,而不需要復(fù)雜的布線和安裝過�。在家庭 Mesh �(wǎng)�(luò)中,各種家用電器既是�(wǎng)上的用戶,也作為�(wǎng)�(luò)基礎(chǔ)�(shè)施的組成部分為其他設(shè)備提供接入服�(wù)。當(dāng)家用電器增多�,這種組網(wǎng)方式可以提供更多的容量和更大的覆蓋范�。Mesh 技�(shù)�(yīng)用家庭環(huán)境中的另外一個關(guān)鍵好處是它能夠支持帶寬高度集中的�(yīng)�,如高清晰度視頻��
2.企�(yè)
目前,企�(yè)的無線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的蜂窩電話式無線鏈路,為用戶提供點到點和點到多點傳輸。無線Mesh �(wǎng)�(luò)則不同,它允許網(wǎng)�(luò)用戶共享帶寬,消除了目前單跳�(wǎng)�(luò)的瓶頸,并且能夠?qū)崿F(xiàn)�(wǎng)�(luò)�(fù)載的動態(tài)平衡。在無線 Mesh �(wǎng)�(luò)中增加或�(diào)整AP 也比有線AP 更容易、配置更靈活、安裝和使用成本更低。尤其是對于那些需要經(jīng)常移動接入點的企�(yè),無線Mesh 技�(shù)的多跳結(jié)�(gòu)和配置靈活將非常有利于網(wǎng)�(luò)拓樸�(jié)�(gòu)的調(diào)整和升級�
3� �(xué)校校園無線網(wǎng)�(luò)
與大型企�(yè)非常類似,但也有自己的不同特點。一是校� WLAN 的規(guī)模巨�,不僅地域范圍大,用戶多,而且通信量也�,因為與一般企�(yè)用戶相比�(xué)生會更多地使用多媒體;二是網(wǎng)�(luò)覆蓋的要求高,網(wǎng)�(luò)必須能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)、室外、禮�、宿�、圖書館、公共場所等之間的無縫漫游;三是負(fù)載平衡非常重�,由于學(xué)生經(jīng)常要集中活動,當(dāng)�(xué)生同時在某個位置使用網(wǎng)�(luò)時就可能�(fā)生通信擁塞�(xiàn)��
解決這些問題的傳�(tǒng)作法是在室內(nèi)高密度地安裝 AP,而在室外安裝的AP �(shù)量則很少。但由于校園�(wǎng)的用戶需求變化較�,有可能�(jīng)常需要增加新� AP 或調(diào)整AP 的部署位�,這會帶來很大的成本增�。而使用Mesh 方式組網(wǎng),不僅易于實�(xiàn)�(wǎng)�(luò)的結(jié)�(gòu)升級和調(diào)整,而且能夠?qū)崿F(xiàn)室外和室�(nèi)之間的無縫漫游�
4� �(yī)�
Mesh 還為像醫(yī)院這樣的公共場所提供了一種理想的�(lián)�(wǎng)方案。由于醫(yī)院建筑物的構(gòu)造密集而又�(fù)雜,一些區(qū)域還要防止電磁輻�,因此是安裝無線�(wǎng)�(luò)難度的領(lǐng)域之一。醫(yī)院的�(wǎng)�(luò)有兩個主要的特點。一是布線比較困難:在傳�(tǒng)的組�(wǎng)方式中,需要在建筑物上穿墻鑿洞才能布線,這顯然不利于�(wǎng)�(luò)拓樸�(jié)�(gòu)的變�。二是對�(wǎng)�(luò)的健壯性要求很高: 如果�(yī)院里有重要的活動(如手術(shù)),�(wǎng)�(luò)任何可能的故障都將會帶來�(zāi)難性的后果�
采用無線Mesh 組網(wǎng)則是解決這些問題的理想方�。如果要對醫(yī)院無線網(wǎng)�(luò)�?fù)溥M行調(diào)�,只需要移動現(xiàn)有的Mesh 節(jié)點的位置或安裝新的Mesh 節(jié)點就可以�,過程非常簡�,安裝新的Mesh節(jié)點也非常方便。而無線Mesh的健壯性和高帶寬也使它更適合于在醫(yī)院中部署�
5.旅游休閑場所Mesh
非常適合于在那些地理位置偏遠布線困難或經(jīng)濟上不合算,而又需要為用戶提供寬帶無線Internet 訪問的地�,如旅游場所、度假村、汽車旅館等。Mesh 能夠以的成本為這些場所提供寬帶服務(wù)�
6.快速部署和臨時安裝
對于那些需要快速部署或臨時安裝的地方,如展覽會、交易會、災(zāi)難救援等,Mesh �(wǎng)�(luò)無疑是最�(jīng)濟有效的組網(wǎng)方法。比�,如果需要臨時在某個地方開幾天會議或辦幾天展覽,使用Mesh 技�(shù)來組�(wǎng)可以將成本降��
盡管無線Mesh �(lián)�(wǎng)技�(shù)有著廣泛的應(yīng)用前�,但也存在一些影響它廣泛部署的問題�
(1) 互操作��
目前影響無線Mesh 技�(shù)迅速普及的一個重要障礙就是互操作�,無� Mesh �(wǎng)�(luò)�(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的技�(shù)�(biāo)�(zhǔn),用戶現(xiàn)在要么就只能使用某一個廠商的無線 Mesh �(chǎn)�,要么面臨如何與各種不同類型的嵌入式無線�(shè)備接口的問題,這個問題目前是影響無線 Mesh 技�(shù)推廣使用最重要的原因。想徹底解決互操作性問�,最終還需要業(yè)界制定統(tǒng)一的無� Mesh 技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)�
(2) 通信延遲�
既然在Mesh �(wǎng)�(luò)中數(shù)�(jù)通過中間節(jié)點進行多跳�(zhuǎn)�(fā),每一跳至少都會帶來一些延�,隨著無線Mesh �(wǎng)�(luò)�(guī)模的擴大,跳接越�,積累的總延遲就會越大。一些對通信延遲要求高的�(yīng)�,如話音或流媒體�(yīng)用等,可能面臨無法接受的延遲過長的問題。目前解決這一問題主要是通過增加Mesh 節(jié)點以及合適的�(wǎng)�(luò)�(xié)��
(3) 安全�
與WLAN 的單跳機制相�,無線Mesh �(wǎng)�(luò)的多跳機制決定了用戶通信要經(jīng)過更多的節(jié)�。而數(shù)�(jù)通信�(jīng)過的節(jié)點越�,安全問題就越變得不容忽�。Internet 本身即是使用Mesh 方式進行通信的典�,它的安全隱患是眾所周知的。盡管有線網(wǎng)�(luò)中使用的各種端到端安全技�(shù),如虛擬專用�(wǎng)(VPN)同樣可以用來解決無線Mesh 的安全問�。但正如Internet 一�,無線Mesh �(wǎng)�(luò)的安全是一個不容忽視的問題�