基于WiFi的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)

摘要：目前，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)由于相對有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的眾多優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應用，其中WiFi因為高效的工作能力而受到熱捧，但是WiFi由于支持范圍有限，使得它的發(fā)展受到一定程度的限制，這里對該問(wèn)題進(jìn)行了研究。在不添加有線(xiàn)基礎設施、擴大成本的情況下，考慮將網(wǎng)上的無(wú)線(xiàn)設備作為路由器使用，對數據進(jìn)行不斷轉發(fā)，通過(guò)多個(gè)無(wú)線(xiàn)跳來(lái)進(jìn)行組網(wǎng)，即利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)，在低成本的條件下，大大的擴展無(wú)線(xiàn)信號的覆蓋范圍?？紤]到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀組網(wǎng)技術(shù)在當前市場(chǎng)上的應用，其業(yè)務(wù)支持能力和性能方面的優(yōu)勢，證明了想法提出的合理性及可行性。基于WiFi的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)不僅具有WiFi本身的優(yōu)勢，還解決了WiFi的覆蓋范圍小的問(wèn)題，因此會(huì )有廣泛的應用空間和很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )；無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)；WiFi；無(wú)線(xiàn)跳

1 無(wú)線(xiàn)Mesh組網(wǎng)技術(shù)
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )(Wireless Mesh Network，WMN)作為一種新興的組網(wǎng)技術(shù)，在近兩年迅速引起業(yè)界的關(guān)注。與很多新技術(shù)出現的背景類(lèi)似，WMN的出現是應用需求直接推動(dòng)的結果。
首先，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的快速發(fā)展為企業(yè)和公眾帶來(lái)了極大的通信自由。WiFi(Wireless fidelity)作為第一個(gè)被廣泛推廣的高速WLAN技術(shù)，包括已經(jīng)批準的IEEE 802．11a，b，g和n等規范，由于其提高工作效率的能力而受到追捧，并在全球得到廣泛部署。然而，WiFi能夠支持的范圍非常有限：用戶(hù)只有保持在距離無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)設備(AP)300英尺的范圍內才能實(shí)現高速連接。因此，如果想把WiFi的服務(wù)模式變成無(wú)所不在的覆蓋，其成本將高得可怕。那么，能不能將網(wǎng)上的無(wú)線(xiàn)設備作為路由器使用，對數據進(jìn)行不斷轉發(fā)，直至把它們送至目的地，從而把接入點(diǎn)的覆蓋服務(wù)延伸到幾英里甚至更遠，這就是提出無(wú)線(xiàn)Mesh組網(wǎng)技術(shù)的基本思路，即通過(guò)多個(gè)無(wú)線(xiàn)跳來(lái)進(jìn)行組網(wǎng)(WiFi只使用一跳)，從而能在不添加有線(xiàn)基礎設施的情況下，大大延展無(wú)線(xiàn)信號的覆蓋范圍。因此，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )是一種非常適合于覆蓋大面積開(kāi)放區域(包括室外和室內)的無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)絡(luò )解決方案，其特點(diǎn)在于：由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無(wú)線(xiàn)AP構成，AP均采用點(diǎn)對點(diǎn)方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼鏈路互聯(lián)，將WiFi中的無(wú)線(xiàn)“熱點(diǎn)”擴展為真正大面積覆蓋的無(wú)線(xiàn)“熱區”。這種結構帶來(lái)的好處包括：
自配置：即WMN中AP具備自動(dòng)配置和集中管理能力，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )的管理維護；
自愈合：即AP能夠自動(dòng)發(fā)現和動(dòng)態(tài)路由連接，消除單點(diǎn)故障對業(yè)務(wù)的影響，提供冗余路徑；
兼容性：即如果采用標準的IEEE802．11b／g制式，則可廣泛地兼容無(wú)線(xiàn)客戶(hù)終端；
連通性：即采用Mesh結構的系統，信號能夠避開(kāi)障礙物的干擾，使信號傳送暢通無(wú)阻，消除盲區。
所以，最適合部署無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境為：大學(xué)園區、體育場(chǎng)館、臨時(shí)應急通信(如大型災難的救災現場(chǎng))等。

2 基于WiFi的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的基本結構是兩個(gè)無(wú)線(xiàn)設備之間點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。在點(diǎn)對點(diǎn)模式中，無(wú)線(xiàn)連接取代了通信電纜，而且在兩個(gè)終端距離較近時(shí)可以進(jìn)行可靠的數據傳輸。在點(diǎn)對多點(diǎn)模式下，系統有一個(gè)中央管理單元AP，所有的信號都被匯聚到該接入點(diǎn)中，因此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的可靠性依賴(lài)于A(yíng)P和終端之間射頻連接的質(zhì)量。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )的通信模式與上述點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對多點(diǎn)通信模式是完全不同的。如前所述，WMN是一種基于多跳路由、對等網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的高速率、高容量的新型網(wǎng)絡(luò )結構，其本身是可以動(dòng)態(tài)地不斷擴展、自組網(wǎng)、自配置、自動(dòng)修復、自我平衡的。針對以上特點(diǎn)，工業(yè)界標準化組織已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手為其制定新的標準，以滿(mǎn)足各種覆蓋與網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)方面的需要。其中，IEEE 802．11，IEEE 802．15以及IEEE 802．16等都建立了為WMN制定新標準的工作組。下面將就802．11標準對WMN結構的支持進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。最初的IEEE 802．1l業(yè)務(wù)主要限于數據傳輸，速率最高只能達到2 Mb／s，但是，IEEE802．11b和802．11a／g的峰值速度可以分別達到11Mb／s和54 Mb／s，而IEEE802．11n則期望可以達到100 Mb／s，這就使得現有的電纜和DSL連接限制了家庭和辦公網(wǎng)絡(luò )的連接速度。倘若能夠跳過(guò)這些有線(xiàn)部分，則可以克服這一問(wèn)題，同時(shí)減少鋪設和維護以太網(wǎng)電纜的開(kāi)銷(xiāo)。至此，WMN的思想被引入。雖然可以用802．11點(diǎn)對點(diǎn)模式來(lái)構建無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )，但是其MAC協(xié)議的不可伸縮性使得網(wǎng)絡(luò )的性能很差，不適合多跳的WMN。為了將其商用，IEEE新成立了一個(gè)IEEE802.11s子工作組，制定標準化的擴展服務(wù)集(ESS)，即IEEE 802．11s專(zhuān)門(mén)為WMN定義了MAC和PHY層協(xié)議。在這樣的網(wǎng)絡(luò )中，WLAN接入點(diǎn)可以像路由器那樣轉發(fā)消息。
在IEEE 802．11s工作組中，Mesh網(wǎng)絡(luò )可以是2種基本結構：基礎設施的網(wǎng)絡(luò )結構和終端設備的網(wǎng)絡(luò )結構。IEEE 802．11s工作組為支持這兩種結構制定了新的規范。在基礎設施的網(wǎng)絡(luò )結構中，IEEE 802．11s工作組定義了一個(gè)基于IEEE 802．11 MAC層的結構和協(xié)議，來(lái)建立一個(gè)同時(shí)支持在MAC層廣播／多播和單播的IEEE802．11無(wú)線(xiàn)分布式系統(WDS)；而在終端設備的網(wǎng)絡(luò )結構中，所有設備工作在點(diǎn)對點(diǎn)模式下的同一平面結構上，使用IP路由協(xié)議?？蛻?hù)端之間形成無(wú)線(xiàn)的點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )，而不需任何網(wǎng)絡(luò )基礎設施來(lái)支持。