1、無線Mesh網絡Wireless Mesh Network2014.5.8背景知識 在信息化時代的今天，人們總是希望不論何時、何地、與何人都能夠進行快速、準確的通信。正當各種無線通訊技術的發展方興未艾時，一種新的無線網絡技術無線Mesh網絡（WMN， Wireless Mesh Network）也逐漸發展起來，引起人們的廣泛的關注。目前，WMN逐漸進入民用商業化研發和應用階段，也在成為新一代因特網技術的重要組成部分。無線無線Mesh網絡的基本概念網絡的基本概念無線無線Mesh網絡的網絡的特征特征無無線線Mesh網絡的網絡的產生產生無線無線Mesh網絡與其他通信網絡的區網絡與其他通信網絡的區別別

2、無線無線Mesh網絡的主要技術網絡的主要技術無線無線Mesh網絡結構網絡結構無線Mesh網絡無線無線Mesh網絡的應用前景網絡的應用前景無線無線Mesh網絡的標準網絡的標準無線無線Mesh網絡的特點網絡的特點無線無線Mesh網絡的不足之處網絡的不足之處無線Mesh網絡的基本概念 Mesh的含義的含義 所有的節點都互相連接。所有的節點都互相連接。 無線無線Mesh網絡（網絡（Wireless Mesh Network, WMN） 從從Ad hoc網絡分離出來，并承襲了部分網絡分離出來，并承襲了部分WLAN的新技的新技術。術。 WMN又稱無線網狀網、無線網格網、無線多跳網。是又稱無線網狀網、無線網

3、格網、無線多跳網。是一種多跳、具有自組織和自愈特點的寬帶無線網絡結一種多跳、具有自組織和自愈特點的寬帶無線網絡結構，即一種高容量、高速率的分布式網絡，是因特網構，即一種高容量、高速率的分布式網絡，是因特網的無線版本。的無線版本。無線Mesh網絡的特征 無線無線Mesh網絡由網絡由Mesh路由器（路由器（Mesh Router）和和Mesh客戶端客戶端（Mesh Client）組成）組成 Mesh網絡中節點既是通信的發起者，也是數據分網絡中節點既是通信的發起者，也是數據分組的中間轉發者組的中間轉發者 無線無線Mesh網絡的特征：網絡的特征： - 多跳無線網絡，支持多種無線接入方式多跳無線網絡，支

4、持多種無線接入方式 - 具有自形成、自愈和自組織能力具有自形成、自愈和自組織能力 - 與現有無線網絡具有兼容性及互操作性與現有無線網絡具有兼容性及互操作性無線Mesh網絡的產生 WMN的出現是應用需求直接推動的結果的出現是應用需求直接推動的結果 - 蜂窩移動通信系統的出現，大大緩解了用戶業務與系蜂窩移動通信系統的出現，大大緩解了用戶業務與系統資源之間的矛盾。但只適用于人口稠密、有永久用戶業統資源之間的矛盾。但只適用于人口稠密、有永久用戶業務需求的地區。務需求的地區。 - 移動移動Ad Hoc網絡技術一直在悄悄地與蜂窩移動通信技網絡技術一直在悄悄地與蜂窩移動通信技術平行發展；但在相當長的一段時期

5、內并沒有在民用通信術平行發展；但在相當長的一段時期內并沒有在民用通信領域得到很好的應用。領域得到很好的應用。 - 無線局域網有效延伸了因特網的覆蓋范圍，但是商業無線局域網有效延伸了因特網的覆蓋范圍，但是商業化進程在很多地區并不成功。技術上也無法做到像蜂窩網化進程在很多地區并不成功。技術上也無法做到像蜂窩網絡一樣無處不在的信號覆蓋。絡一樣無處不在的信號覆蓋。無線Mesh網絡的產生 三種無線網絡技術的融合三種無線網絡技術的融合： - - 移動移動Ad HocAd Hoc網絡網絡 - - WLANWLAN（無線局域網）（無線局域網） - - WBANWBAN( (蜂窩網絡蜂窩網絡) )移動Ad ho

6、c網絡WBANWLANWMN無線Mesh網絡結構骨干Mesh網絡（多級結構） 混合Mesh網絡（混合結構）客戶Mesh網絡（平面結構）Mesh網絡類型無線Mesh網絡結構 客戶Mesh網絡 提供用戶點到點通信功能 不需要Mesh Router 每個用戶節點都具有路由功能 類似于Ad Hoc網絡無線Mesh網絡結構行列插入及快捷鍵行列插入 骨干Mesh網絡 由Wireless Mesh Router組成骨干網絡 用戶節點通過Access Point接入骨干網 骨干網與其他網絡的連接及Access Point與Mesh Router的連接可以通過無線或有線的方式 Mesh Router之間的連接和

7、User與Access Point之間的連接通過無線方式無線Mesh網絡結構 混合Mesh網絡 骨干mesh網絡和客戶mesh網絡的綜合 Mesh router提供與其他網絡，如WiFi、WiMax、蜂窩、Internet、Sensor等網絡的連接 用戶節點的routing功能為mesh網絡提供更好的連通和覆蓋無線Mesh網絡與其他通信網絡的區別 與蜂窩移動通信系統的區別與蜂窩移動通信系統的區別 可靠性提高可靠性提高 傳輸速率大大提高傳輸速率大大提高 采用采用WMN技術的網絡中，可融合其他網絡或技術（如技術的網絡中，可融合其他網絡或技術（如WiFi、超寬帶等），速率可以達到超寬帶等），速率可以

8、達到 54Mbit/s，甚至更高。，甚至更高。 3G技術，其傳輸速率在高速移動環境中僅支持技術，其傳輸速率在高速移動環境中僅支持144 kbit/s，步行慢速移動環境中支持步行慢速移動環境中支持 384 kbit/s，在靜止狀態下才達到，在靜止狀態下才達到2 Mbit/s。 成本降低成本降低 WMN中，大大節省了骨干網絡的建設成本，而且接入點、中，大大節省了骨干網絡的建設成本，而且接入點、 WMN路由器等基礎設備比起蜂窩移動通信系統中的基站等路由器等基礎設備比起蜂窩移動通信系統中的基站等設備便宜得多。設備便宜得多。無線Mesh網絡與其他通信網絡的區別 與與Ad hoc網絡的區別網絡的區別 WM

9、N與與Ad hoc網絡均是點對點網絡。網絡均是點對點網絡。WMN可視為可視為Ad hoc網絡技術的另一版本。網絡技術的另一版本。 WMN注重的是注重的是“無線無線”，而，而Ad hoc網絡更強調的是網絡更強調的是“移動移動”。 WMN多為靜態或弱移動的拓撲，而多為靜態或弱移動的拓撲，而Ad hoc網絡多為隨意移網絡多為隨意移動（包括高速移動）的網絡拓撲。動（包括高速移動）的網絡拓撲。 WMN節點的主要業務是來往于因特網網關的業務，節點的主要業務是來往于因特網網關的業務， Ad hoc網絡節點的主要業務是任意一對節點之間的業務流。網絡節點的主要業務是任意一對節點之間的業務流。 WMN主要是因特網

10、或寬帶多媒體通信業務的接入，主要是因特網或寬帶多媒體通信業務的接入，Ad hoc網絡主要應用在軍事上或其他專業通信，還未進行大規模的網絡主要應用在軍事上或其他專業通信，還未進行大規模的商用。商用。無線Mesh網絡與其他通信網絡的區別 與與WLAN的區別的區別 WLAN是典型的點對多點網絡，采取單跳方式，數據是典型的點對多點網絡，采取單跳方式，數據不可轉發?？稍谳^小范圍內提供高速數據服務不可轉發?？稍谳^小范圍內提供高速數據服務（802.11b可達可達11Mbit/s，802.11a可達可達54Mbit/s ），通），通常常WLAN接入點的覆蓋范圍僅限于幾百米，在大范圍接入點的覆蓋范圍僅限于幾百米

11、，在大范圍內應用內應用WLAN成本將很高。成本將很高。 WMN可通過無線路由器對數據進行不斷轉發，直到送可通過無線路由器對數據進行不斷轉發，直到送達目的節點，從而把接入點的覆蓋范圍延伸到幾千米達目的節點，從而把接入點的覆蓋范圍延伸到幾千米遠。其顯著特點是可以在大范圍內實現高速通信。遠。其顯著特點是可以在大范圍內實現高速通信。無線Mesh網絡與其他通信網絡的區別無線Mesh網絡的特點 快速部署和易于安裝快速部署和易于安裝 非視距傳輸非視距傳輸 無線多跳網絡無線多跳網絡 具有自組織、自管理、自愈能力具有自組織、自管理、自愈能力 無線網絡接入無線網絡接入 移動性以及能耗限制與節點類型相關移動性以及能

12、耗限制與節點類型相關 具有無線基礎設施骨干網具有無線基礎設施骨干網 集成性集成性 高可靠性高可靠性 功耗限制減少功耗限制減少 高帶寬高帶寬 覆蓋范圍廣覆蓋范圍廣 定位準確定位準確無線Mesh網絡的不足之處 還沒有統一的技術標準，存在不同廠商還沒有統一的技術標準，存在不同廠商設備之間的接口問題。設備之間的接口問題。 通信延遲通信延遲，目前沒有有效的帶寬和資源目前沒有有效的帶寬和資源分配算法分配算法 易受到惡意攻擊、干擾和竊聽易受到惡意攻擊、干擾和竊聽 分散管理問題分散管理問題，不能很好的支持多信道不能很好的支持多信道 目前沒有性能優越的路由算法目前沒有性能優越的路由算法 設備的成本和開銷隨使用信

13、道的增加而設備的成本和開銷隨使用信道的增加而增加增加 無線Mesh網絡的主要技術 物理技術：物理技術：OFDM，MIMO，定向天線，智能天線，軟件，定向天線，智能天線，軟件無線電等無線電等 無線接入技術：無線接入技術：IEEE 802.11，IEEE 802.16，UWB，專，專用用MAC協議協議 無線路由技術：傳統無線路由技術：傳統Ad Hoc路由方式（路由方式（AODV,DSDV等），專用路由協議，多等），專用路由協議，多radio路由，分層路由，流量工路由，分層路由，流量工程等。程等。 傳輸技術：擁塞與信道失效問題，實時流媒體的傳輸傳輸技術：擁塞與信道失效問題，實時流媒體的傳輸 安全問題

14、：接入的鑒權，路由的安全，攻擊的防范安全問題：接入的鑒權，路由的安全，攻擊的防范 移動管理：節點的定位，小區的切換移動管理：節點的定位，小區的切換 電源管理：控制發射功率，維持網絡連通，減少相互干擾電源管理：控制發射功率，維持網絡連通，減少相互干擾 同步和跨層設計同步和跨層設計無線Mesh網絡的標準 IEEE 802.11s 致力于定義致力于定義WMN網絡網絡MAC協議和路由協議問題。協議和路由協議問題。 IEEE 802.15.5 致力于定義建立小規模的固定、便攜以及移動計算設備等短距致力于定義建立小規模的固定、便攜以及移動計算設備等短距離無線連接的物理層和離無線連接的物理層和MAC層規范。層規范。 IEEE 802.16a 致力于解決致力于解決WMAN的的“最后一公里最后一公里”連接問題，為寬帶無線接連接問題，為寬帶無線接入提供了本地多點分布業務入提供了本地多點分布業務LMDS類型結構，使用了較低的類型結構，使用了較低的211GHz頻段，支持非視距連接。頻段，支持非視距連接。 IEEE 802.20 致力于在蜂窩體系下提供通用移動寬帶無線接入，其工