無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介

無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò )，由mesh routers（路由器）和mesh clients（客戶(hù)端）組成，其中mesh routers構成骨干網(wǎng)絡(luò )，并和有線(xiàn)的internet網(wǎng)相連接，負責為mesh clients提供多跳的無(wú)線(xiàn)internet連接。

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

　　在傳統的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)中，每個(gè)客戶(hù)端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，用 戶(hù)如果要進(jìn)行相互通信的話(huà)，必須首先訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò )結構被稱(chēng)為單跳網(wǎng)絡(luò )。而在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )中，任何無(wú)線(xiàn)設備節點(diǎn)都可以同時(shí)作 為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號，每個(gè)節點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對等節點(diǎn)進(jìn)行直接通信。

　　這種結構的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過(guò)大而導致?lián)砣脑?huà)，那么數據可以自動(dòng)重新路 由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類(lèi)推，數據包還可以根據網(wǎng)絡(luò )的情況，繼續路由到與之最近的下一個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達最終目的地為止。這 樣的訪(fǎng)問(wèn)方式就是多跳訪(fǎng)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，當我們發(fā)送一份E- mail時(shí)，電子郵件并不是直接到達收件人的信箱中，而是通過(guò)路由器從一個(gè)服務(wù)器轉發(fā)到另外一個(gè)服務(wù)器，最后經(jīng)過(guò)多次路由轉發(fā)才到達用戶(hù)的信箱。在轉發(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用戶(hù)的信箱。

　　與傳統的交換式網(wǎng)絡(luò )相比，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )去掉了節點(diǎn)之間的布線(xiàn)需求，但仍具有分布式網(wǎng)絡(luò )所提 供的冗余機制和重新路由功能。在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )里，如果要添加新的設備，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)設備時(shí)，網(wǎng)絡(luò )能夠自動(dòng)發(fā)現拓撲變化，并自動(dòng)調整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。

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

安裝Mesh節點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，將設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(hù)可以很容易增加新的節點(diǎn)來(lái)擴大無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò )容量。在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )中，不是每個(gè)Mesh節點(diǎn)都 需要有線(xiàn)電纜連接，這是它與有線(xiàn)AP最大的不同。 Mesh的設計目標就是將有線(xiàn)設備和有線(xiàn)AP的數量降至最低，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)的成本節省就是非?？捎^(guān)的。無(wú)線(xiàn)Mesh 網(wǎng)絡(luò )的配置和其他網(wǎng)管功能與傳統的WLAN相同，用戶(hù)使用WLAN的經(jīng)驗可以很容易應用到Mesh網(wǎng)絡(luò )上。

利用無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)可以很容易實(shí)現NLOS配 置，因此在室外和公共場(chǎng)所有著(zhù)廣泛的應用前景。與發(fā)射臺有直接視距的用戶(hù)先接收無(wú)線(xiàn)信號，然后再將接收到的信號轉發(fā)給非直接視距的用戶(hù)。按照這種方式，信 號能夠自動(dòng)選擇最佳路徑不斷從一個(gè)用戶(hù)跳轉到另一個(gè)用戶(hù)，并最終到達無(wú)直接視距的目標用戶(hù)。這樣，具有直接視距的用戶(hù)實(shí)際上為沒(méi)有直接視距的鄰近用戶(hù)提供 了無(wú)線(xiàn)寬帶訪(fǎng)問(wèn)功能。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )能夠非視距傳輸的特性大大擴展了無(wú)線(xiàn)寬帶的應用領(lǐng)域和覆蓋范圍。

實(shí)現網(wǎng)絡(luò )健壯性通常的方法是使用多路由器來(lái)傳輸數據。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據包，然后經(jīng)多個(gè)路由器通過(guò)Internet發(fā)送， 最后再組裝成到達用戶(hù)收件箱里的信息。Mesh網(wǎng)絡(luò )比單跳網(wǎng)絡(luò )更加健壯，因為它不依賴(lài)于某一個(gè)單一節點(diǎn)的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò )中，如果某一個(gè)節點(diǎn)出現故障，整 個(gè)網(wǎng)絡(luò )也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò )結構中，由于每個(gè)節點(diǎn)都有一條或幾條傳送數據的路徑。如果最近的節點(diǎn)出現故障或者受到干擾，數據包將自動(dòng)路由到備用 路徑繼續進(jìn)行傳輸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行不會(huì )受到影響。

在單跳網(wǎng)絡(luò )中，設備必須共享AP。如果幾個(gè)設備要同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導致系統的運行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò )中，設備可以通過(guò)不同的節點(diǎn)同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò )，因此不會(huì )導致系統性能的降低。

　　Mesh網(wǎng)絡(luò )還提供了更大的冗余機制和通信負載平衡功能。在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)設備都有多個(gè)傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò )可以根據每個(gè)節點(diǎn)的通信負載情況動(dòng)態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節點(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(xiàn)通信的物理特性決定了通信傳輸的距離越短就越容易獲得高帶寬，因為隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳輸距離的增加，各種干擾和其他導致數據丟失的因素隨之增加。因此選擇經(jīng)多個(gè)短跳來(lái)傳輸數據將是獲得更高網(wǎng)絡(luò )帶寬的一種有效方法，而這正是Mesh網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢所在。

　　在Mesh網(wǎng)絡(luò )中，一個(gè)節點(diǎn)不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節點(diǎn)轉發(fā)信息，隨著(zhù)更多節點(diǎn)的相互連接和可能的路徑數量的增加，總的帶寬也大大增加。

　　此外，因為每個(gè)短跳的傳輸距離短，傳輸數據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 將數據傳輸到鄰近的節點(diǎn)，節點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)信號干擾也較小，網(wǎng)絡(luò )的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠實(shí)現更高的網(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的相鄰用戶(hù)的相互干擾，大大提高信道的利用效率。

　　無(wú)線(xiàn)Mesh 網(wǎng)絡(luò )是一種與傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )完全不同的網(wǎng)絡(luò )。傳統的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)中，主要采用點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)的拓撲結構。這種拓撲結構中一般都存在一個(gè)中心節點(diǎn)，例如 移動(dòng)通信系統中的基站、802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(diǎn)(AP)等等。中心節點(diǎn)與各個(gè)無(wú)線(xiàn)終端通過(guò)單跳無(wú)線(xiàn)鏈路相連，控制各無(wú)線(xiàn)終端對無(wú)線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò )的訪(fǎng)問(wèn)；同時(shí)，又通過(guò)有線(xiàn)鏈路與有線(xiàn)骨干網(wǎng)相連，提供到骨干網(wǎng)的連接。而在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )中，采用網(wǎng)狀Mesh拓撲結構，是一種多點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )拓撲 結構。在這種Mesh網(wǎng)絡(luò )結構中，各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通過(guò)相鄰其他網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，以無(wú)線(xiàn)多跳方式相連。

　　在WMN中包括兩種類(lèi)型的節點(diǎn)：無(wú)線(xiàn)Mesh路由器和無(wú)線(xiàn)Mesh用戶(hù)端。WMN的系統結構根據節點(diǎn)功能的不同分為3類(lèi)：骨干網(wǎng)Mesh結構、客戶(hù)端Mesh結構、混合結構。

　　骨干網(wǎng)Mesh結構是由Mesh路由器網(wǎng)狀互連形成的，無(wú)線(xiàn)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的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)多跳通 信，以低得多的發(fā)射功率獲得同樣的無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍。

　　客戶(hù)端Mesh結構是由Mesh用戶(hù)端之間互連構成一個(gè)小型對等通信網(wǎng)絡(luò )，在用戶(hù)設備間提供點(diǎn)到點(diǎn)的服務(wù)。Mesh網(wǎng)用戶(hù)終端可以是手提電腦、手機、PDA等裝有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、天線(xiàn)的用戶(hù)設備。這種結構實(shí)際上就是一個(gè)Ad hoc

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

　　Mesh客戶(hù)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 )的混合結構，如圖1所示，其中虛線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)分別表示無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)連接。這種結構提供與其他一些網(wǎng)絡(luò )結構的連接，增強了連接性，擴大了覆蓋范圍。