無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)，由mesh routers（路由器）和mesh clients（客戶端）組成，其中mesh routers構(gòu)成骨干網(wǎng)絡(luò)，并和有線的internet網(wǎng)相連接，負(fù)責(zé)為mesh clients提供多跳的無(wú)線internet連接。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　在傳統(tǒng)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個(gè)客戶端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線鏈路來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，用 戶如果要進(jìn)行相互通信的話，必須首先訪問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作 為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。

　　這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過(guò)大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動(dòng)重新路 由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這 樣的訪問(wèn)方式就是多跳訪問(wèn)。

　　其實(shí)人們熟知的Internet就是一個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型例子。例如，當(dāng)我們發(fā)送一份E- mail時(shí)，電子郵件并不是直接到達(dá)收件人的信箱中，而是通過(guò)路由器從一個(gè)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)服務(wù)器，最后經(jīng)過(guò)多次路由轉(zhuǎn)發(fā)才到達(dá)用戶的信箱。在轉(zhuǎn)發(fā)的 過(guò)程中，路由器一般會(huì)選擇效率最高的傳輸路徑，以便使電子郵件能夠盡快到達(dá)用戶的信箱。

　　與傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)去掉了節(jié)點(diǎn)之間的布線需求，但仍具有分布式網(wǎng)絡(luò)所提 供的冗余機(jī)制和重新路由功能。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單地接上電源就可以了，它可以自動(dòng)進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸 路徑。添加或移動(dòng)設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓⒆詣?dòng)調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。

　　與傳統(tǒng)的WLAN相比，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：

安裝Mesh節(jié)點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，將設(shè)備從包裝盒里取出來(lái)， 接上電源就行了。由于極大地簡(jiǎn)化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)都 需要有線電纜連接，這是它與有線AP最大的不同。 Mesh的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是將有線設(shè)備和有線AP的數(shù)量降至最低，因此大大降低了總擁有成本和安裝時(shí)間，僅這一點(diǎn)帶來(lái)的成本節(jié)省就是非?？捎^的。無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的配置和其他網(wǎng)管功能與傳統(tǒng)的WLAN相同，用戶使用WLAN的經(jīng)驗(yàn)可以很容易應(yīng)用到Mesh網(wǎng)絡(luò)上。

利用無(wú)線Mesh技術(shù)可以很容易實(shí)現(xiàn)NLOS配 置，因此在室外和公共場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用前景。與發(fā)射臺(tái)有直接視距的用戶先接收無(wú)線信號(hào)，然后再將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給非直接視距的用戶。按照這種方式，信 號(hào)能夠自動(dòng)選擇最佳路徑不斷從一個(gè)用戶跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)用戶，并最終到達(dá)無(wú)直接視距的目標(biāo)用戶。這樣，具有直接視距的用戶實(shí)際上為沒(méi)有直接視距的鄰近用戶提供 了無(wú)線寬帶訪問(wèn)功能。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠非視距傳輸?shù)奶匦源蟠髷U(kuò)展了無(wú)線寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。如果某個(gè)路由 器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過(guò)備用路徑傳送。E-mail就是這樣一個(gè)例子，郵件信息被分成若干數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)多個(gè)路由器通過(guò)Internet發(fā)送， 最后再組裝成到達(dá)用戶收件箱里的信息。Mesh網(wǎng)絡(luò)比單跳網(wǎng)絡(luò)更加健壯，因?yàn)樗灰蕾囉谀骋粋€(gè)單一節(jié)點(diǎn)的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動(dòng)路由到備用 路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不會(huì)受到影響。

在單跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備必須共享AP。如果幾個(gè)設(shè)備要同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過(guò)不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。

　　Mesh網(wǎng)絡(luò)還提供了更大的冗余機(jī)制和通信負(fù)載平衡功能。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備都有多個(gè)傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信負(fù)載情況動(dòng)態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點(diǎn)的通信擁塞。而目前單跳網(wǎng)絡(luò)并不能動(dòng)態(tài)地處理通信干擾和接入點(diǎn)的超載問(wèn)題。

無(wú)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寬，因?yàn)殡S著無(wú)線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加。因此選擇經(jīng)多個(gè)短跳來(lái)傳輸數(shù)據(jù)將是獲得更高網(wǎng)絡(luò)帶寬的一種有效方法，而這正是Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)所在。

　　在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅能傳送和接收信息，還能充當(dāng)路由器對(duì)其附近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點(diǎn)的相互連接和可能的路徑數(shù)量的增加，總的帶寬也大大增加。

　　此外，因?yàn)槊總€(gè)短跳的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)所需要的功率也較小。既然多跳網(wǎng)絡(luò)通常使用較低功率 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑墓?jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線信號(hào)干擾也較小，網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)容量。比如在高密度的城市網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境中，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠減少使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的相鄰用戶的相互干擾，大大提高信道的利用效率。

　　無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的無(wú)線接入技術(shù)中，主要采用點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中一般都存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，例如 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站、802.11無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(diǎn)(AP)等等。中心節(jié)點(diǎn)與各個(gè)無(wú)線終端通過(guò)單跳無(wú)線鏈路相連，控制各無(wú)線終端對(duì)無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)；同時(shí)，又通過(guò)有線鏈路與有線骨干網(wǎng)相連，提供到骨干網(wǎng)的連接。而在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，采用網(wǎng)狀Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種多點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)。在這種Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以無(wú)線多跳方式相連。

　　在WMN中包括兩種類型的節(jié)點(diǎn)：無(wú)線Mesh路由器和無(wú)線Mesh用戶端。WMN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能的不同分為3類：骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)、客戶端Mesh結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。

　　骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)是由Mesh路由器網(wǎng)狀互連形成的，無(wú)線Mesh骨干網(wǎng)再通過(guò)其中的 Mesh路由器與外部網(wǎng)絡(luò)相連。Mesh路由器除了具有傳統(tǒng)的無(wú)線路由器的網(wǎng)關(guān)、中繼功能外，還具有支持Mesh網(wǎng)絡(luò)互連的路由功能，可以通過(guò)無(wú)線多跳通 信，以低得多的發(fā)射功率獲得同樣的無(wú)線覆蓋范圍。

　　客戶端Mesh結(jié)構(gòu)是由Mesh用戶端之間互連構(gòu)成一個(gè)小型對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，在用戶設(shè)備間提供點(diǎn)到點(diǎn)的服務(wù)。Mesh網(wǎng)用戶終端可以是手提電腦、手機(jī)、PDA等裝有無(wú)線網(wǎng)卡、天線的用戶設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一個(gè)Ad hoc

網(wǎng)絡(luò)，可以在沒(méi)有或不便使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信支撐。

　　Mesh客戶端可以通過(guò)Mesh路由器接入骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)形成Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中虛線和實(shí)線分別表示無(wú)線和有線連接。這種結(jié)構(gòu)提供與其他一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接，增強(qiáng)了連接性，擴(kuò)大了覆蓋范圍。