1、淺論無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)            摘要: 無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)是新近出現(xiàn)的一種無(wú)線多跳網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),是一種非常有前途的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線mesh的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用,并分析了影響無(wú)線mesh網(wǎng)性能的主要技術(shù)因素。 關(guān)鍵詞:無(wú)線mesh網(wǎng),寬帶無(wú)線接入,無(wú)線多跳網(wǎng) 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 在寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域,各種無(wú)線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時(shí),一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)也逐漸發(fā)展起來(lái),引起了人們廣泛的注意。無(wú)線mesh網(wǎng),即無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng),也稱為無(wú)

2、線多跳網(wǎng),它可以和多種寬帶無(wú)線接入技術(shù)如802.11、802.16、802.20以及3G移動(dòng)通信等技術(shù)相結(jié)合,組成一個(gè)含有多跳無(wú)線鏈路的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這種無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng),可以大大增加無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋范圍,同時(shí)可以提高無(wú)線系統(tǒng)的帶寬容量以及通信可靠性,是一種非常有發(fā)展前途的寬帶無(wú)線接入技術(shù)。 無(wú)線Mesh網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 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、802.11WLAN中的AP等等。中心節(jié)點(diǎn)一方面與各個(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)就;另一方面,中心節(jié)點(diǎn)又通過(guò)有線鏈路與有線骨干網(wǎng)相

3、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),也可以說(shuō)是一種多點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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)相臨其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),以無(wú)線多跳方式相連。 無(wú)線mesh網(wǎng)主要由兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成:mesh路由器和mesh終端。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。Mesh路由器通常具有多個(gè)無(wú)線接口,這些無(wú)線接口可以是基于相同的無(wú)線接入技術(shù)構(gòu)建,也可以是基于不同的無(wú)線接入技術(shù)。與傳統(tǒng)的無(wú)線路由器相比,無(wú)線mesh路由器可以通過(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。在無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中,由

4、mesh路由器互連構(gòu)成無(wú)線骨干網(wǎng),這個(gè)無(wú)線骨干網(wǎng)再通過(guò)其中的網(wǎng)關(guān)mesh路由器與外部網(wǎng)絡(luò)如Internet相連。Mesh終端也具有一定的mesh網(wǎng)絡(luò)互連和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能,但是一般不具有網(wǎng)關(guān)橋接功能。通常,mesh終端通常只具有一個(gè)無(wú)線接口,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度遠(yuǎn)小于mesh路由器。Mesh終端可以是筆記本電腦、掌上電腦、PDA以及手機(jī)等終端設(shè)備。Mesh終端之間互連可以構(gòu)成一個(gè)小型對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)。mesh路由器和mesh終端之間混合組網(wǎng)如下圖所示: 540)this.width=540" vspace=5> 無(wú)線mesh網(wǎng)與同樣采用多跳網(wǎng)狀拓?fù)涞腁dhoc網(wǎng)相比,也有所不同。Adhoc網(wǎng)絡(luò)是

5、由移動(dòng)終端設(shè)備組成的無(wú)線分布式多跳網(wǎng)絡(luò),其中一般不包含靜止的節(jié)點(diǎn)設(shè)備;而無(wú)線mesh網(wǎng)中的無(wú)線路由器大多是靜止的設(shè)備,而用戶終端也可以是靜止或移動(dòng)的無(wú)線接入終端。此外,adhoc網(wǎng)的設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)用戶移動(dòng)終端設(shè)備之間的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信,而無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)著重的是給終端用戶提供無(wú)線接入功能。 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的無(wú)線接入技術(shù)相比,無(wú)線mesh網(wǎng)具有一些新的特點(diǎn): 1.無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線mesh網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的目標(biāo)是在不犧牲信道容量的情況下,擴(kuò)展現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。另一個(gè)目標(biāo)是在不具有直接視距無(wú)線鏈路的用戶之間,提供非視距連接。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),不可避免的要采用多跳mesh網(wǎng)絡(luò)。多跳m

6、esh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,無(wú)線鏈路間更短、發(fā)射功率更小、節(jié)點(diǎn)間干擾更少和頻率重用效率更高,這樣可以在不犧牲信道容量的前提下獲得更高的系統(tǒng)容量。 2.支持adhoc方式網(wǎng)絡(luò)互連,具有自組織、自管理、自愈能力 無(wú)線mesh網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、易于部署和配置、容錯(cuò)以及網(wǎng)狀連接多點(diǎn)到多點(diǎn)通信等特點(diǎn),使得無(wú)線mesh網(wǎng)的初始部署成本相當(dāng)?shù)?并且可以根據(jù)需要逐步擴(kuò)容。自組織自愈能力使得無(wú)線meh網(wǎng)不需要網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)手工配置網(wǎng)絡(luò),而可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn),自動(dòng)完成配置過(guò)程,自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行,在出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)/鏈路故障時(shí)也可自動(dòng)調(diào)整完成網(wǎng)絡(luò)自愈。 3.多種類型的網(wǎng)絡(luò)接入 在無(wú)線mesh網(wǎng)中,既支持無(wú)線終端接入骨干網(wǎng),又支持

7、無(wú)線終端之間的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信。此外,把無(wú)線mesh網(wǎng)技術(shù)與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,可以通過(guò)無(wú)線mesh網(wǎng)給1 2 3 下一頁(yè)         這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的終端用戶提供無(wú)線接入業(yè)務(wù)。 4.移動(dòng)性以及能耗限制與節(jié)點(diǎn)類型相關(guān) 無(wú)線mesh網(wǎng)中,mesh路由器一般為靜止不動(dòng)的設(shè)備,而mesh終端可以是移動(dòng)或固定設(shè)備。同時(shí),mesh路由器一般沒(méi)有能耗的限制,而mesh終端則需要采用能耗較小的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。這樣,MAC以及路由協(xié)議需要針對(duì)mesh路由器和mesh終端設(shè)備分別設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 與同樣具有自組

8、織、自管理以及多跳無(wú)線adhoc拓?fù)涞腶dhoc網(wǎng)絡(luò)相比,無(wú)線mesh網(wǎng)也有自己與adhoc網(wǎng)絡(luò)不同的特點(diǎn): 5.具有無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施骨干網(wǎng) 無(wú)線mesh網(wǎng)內(nèi),由mesh路由器組成一個(gè)無(wú)線骨干網(wǎng),專門用于給終端客戶提供可靠網(wǎng)絡(luò)連接。這個(gè)無(wú)線骨干網(wǎng)在無(wú)線域內(nèi)提供了大覆蓋范圍、連通性以及健壯性。反觀Adhoc網(wǎng)絡(luò)則是基于各個(gè)不可靠的終端用戶來(lái)進(jìn)行通信,不存在專門提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的基礎(chǔ)骨干網(wǎng),這給adhoc的應(yīng)用帶來(lái)了很大的限制。 百事通6.集成性 無(wú)線mesh網(wǎng)可以通過(guò)mesh路由器的網(wǎng)關(guān)/橋接功能,整合現(xiàn)有多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),如802.11、802.16、3G移動(dòng)通信等。這樣,通過(guò)mesh路由器組成的

9、無(wú)線骨干網(wǎng),可以把多種不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到一起,形成一個(gè)“無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”。而adhoc網(wǎng)絡(luò)由于是用戶終端自組網(wǎng),而用戶終端一般不具備這種網(wǎng)關(guān)/橋接的功能。 7.路由和配置功能的專門化 在adhoc網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)終端用戶設(shè)備都要為所有其他節(jié)點(diǎn)執(zhí)行路由和配置功能。而在無(wú)線mesh網(wǎng)中,雖然mesh終端也有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能,但是主要還是由mesh路由器來(lái)執(zhí)行路由和配置功能,大大減輕了普通mesh終端的負(fù)載。 8.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定 adhoc網(wǎng)絡(luò)中,由于終端用戶的移動(dòng)性和不可靠性,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接的變化較大,使得路由協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)配置和部署帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。無(wú)線mesh網(wǎng)中,mesh路由器一般是靜止不動(dòng)設(shè)備且較用戶

10、終端可靠的多。 9.功耗限制減少 無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中,mesh路由器一般為靜止不動(dòng)的設(shè)備,與adhoc網(wǎng)中的移動(dòng)終端相比,基本沒(méi)有功耗限制。這樣,在設(shè)計(jì)mesh路由器的物理層、MAC層以及網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議時(shí),基本可以不考慮功耗限制,這大大簡(jiǎn)化了協(xié)議設(shè)計(jì),同時(shí)還可以采用性能較高的設(shè)計(jì)方案。 無(wú)線Mesh網(wǎng)的應(yīng)用 同樣作為無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò),與adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)只用于軍事以及專用特殊網(wǎng)絡(luò)不同,無(wú)線mesh網(wǎng)的研究開發(fā)是由實(shí)際應(yīng)用需求為驅(qū)動(dòng)力的,其應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛,并且有著不可替代的作用和優(yōu)勢(shì)。無(wú)線mesh網(wǎng)可以和802.11WLAN、802.16WMAN以及3G等各種無(wú)線接入技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)家庭

11、網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以及城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多層次多范圍的無(wú)線應(yīng)用。 1.寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)互連 現(xiàn)在,寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)互連大多采用802.11WLAN來(lái)實(shí)現(xiàn),在WLAN中AP的放置需要現(xiàn)場(chǎng)勘察,但仍不免產(chǎn)生覆蓋不到的盲區(qū)。為了消除盲區(qū),可在家庭互連網(wǎng)絡(luò)中采用無(wú)線mesh網(wǎng)技術(shù),放置多個(gè)小型mesh路由器,以多跳mesh網(wǎng)絡(luò)互連家庭內(nèi)部數(shù)字設(shè)備可以有效的消除盲區(qū),同時(shí)還可以大大提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性,且可減少由于迂回訪問(wèn)產(chǎn)生造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞。 2.社區(qū)網(wǎng)絡(luò)互連 采用無(wú)線mesh網(wǎng)技術(shù),通過(guò)在社區(qū)內(nèi)放置多個(gè)mesh路由器可以將社區(qū)內(nèi)各用戶家庭網(wǎng)絡(luò)互連,形成一個(gè)社區(qū)無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)。有了這個(gè)社區(qū)無(wú)線互連網(wǎng)絡(luò),就可以在社區(qū)內(nèi)用

12、戶家庭之間共享若干個(gè)Internet接入設(shè)備,而不必在每個(gè)用戶家庭安裝Internet接入設(shè)備。而且,社區(qū)無(wú)線mesh網(wǎng)還可以容許社區(qū)用戶家庭無(wú)需通過(guò)遠(yuǎn)端服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò),就可以在社區(qū)本地相互訪問(wèn),共享社區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源。此外,社區(qū)無(wú)線mesh網(wǎng)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),也給社區(qū)用戶提供了更加可靠的網(wǎng)絡(luò)連接,增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性和健壯性。 3.企業(yè)網(wǎng)絡(luò)互連 目前,802.11WLAN已經(jīng)在企業(yè)辦公室寫字樓中得到了廣泛的應(yīng)用,但這些WLAN或者相互沒(méi)有連接,或者采用不太經(jīng)濟(jì)的有線以太網(wǎng)方式相連。而采用無(wú)線mesh網(wǎng)技術(shù),通過(guò)mesh路由器將這些WLAN互連,一方面可以解決WLAN網(wǎng)絡(luò)之間連通性問(wèn)題,另一方面相對(duì)采用

13、有線互連方式還可以節(jié)約成本,靈活部署,同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性和健壯性。 4.城域網(wǎng)絡(luò)互連 通過(guò)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò),整合802.16WMAN、802.11WLAN以及3G等其他無(wú)線接入技術(shù)可以形成一個(gè)城域大范圍、多層次、多上一頁(yè)  1 2 3 下一頁(yè)         樣化接入方式的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò),使得城域無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的覆蓋廣度深度都大大增加。 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)因素 無(wú)線mesh網(wǎng)作為一種新的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù),需要考察影響其性能的關(guān)鍵技術(shù)因素。這些技術(shù)因素如下:

14、1.物理層無(wú)線電技術(shù) 新興的物理層無(wú)線電技術(shù)如定向智能天線、自適應(yīng)調(diào)制編碼、MIMO技術(shù)以及多無(wú)線電/多信道系統(tǒng)已經(jīng)成為下一代無(wú)線接入系統(tǒng)的不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。此外,為了進(jìn)一步改善無(wú)線射頻性能以及高層協(xié)議的控制,更先進(jìn)的可重配置無(wú)線電、感知無(wú)線電、甚至軟件無(wú)線電技術(shù)都已開始在無(wú)線系統(tǒng)中有所運(yùn)用。這些高級(jí)物理層無(wú)線電技術(shù)的開發(fā)設(shè)計(jì)不僅對(duì)物理層性能起著決定性作用,而且要求進(jìn)行整合物理層、MAC層和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行整體設(shè)計(jì),以便最大限度的提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能。 2.MAC層多址訪問(wèn)機(jī)制 無(wú)線mesh網(wǎng)是分布式無(wú)線多跳網(wǎng)狀網(wǎng)?，F(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC機(jī)制大多都是針對(duì)單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的,這種面向單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的MA

15、C機(jī)制并不適于分布式無(wú)線多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),如802.11WLAN的MAC機(jī)制在無(wú)線鏈路跳數(shù)達(dá)到四跳時(shí),性能下降非常大。同時(shí),在無(wú)線mesh網(wǎng)這種分布式無(wú)線多跳網(wǎng)狀網(wǎng)中,由于實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和碼管理困難,采用TDMA和CDMA多址接入也比較復(fù)雜。此外,在無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中,還要求能夠有效的進(jìn)行空間頻率重用,以提高網(wǎng)絡(luò)容量。這樣, MAC層機(jī)制設(shè)計(jì)將成為影響無(wú)線mesh網(wǎng)性能和成功與否的關(guān)鍵技術(shù)因素之一。 3.Mesh拓?fù)溥B接的維持 無(wú)線mesh網(wǎng)的很多技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)來(lái)自于其mesh網(wǎng)狀連接,mesh連接的維護(hù)也就成為無(wú)線mesh網(wǎng)的MAC和路由協(xié)議設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō),需要在無(wú)線mesh網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)

16、絡(luò)自組織和拓?fù)淇刂扑惴?設(shè)計(jì)具有拓?fù)涓兄芰Φ腗AC和路由協(xié)議。 4.Mesh路由協(xié)議 無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中,mesh路由協(xié)議的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵。首先,在無(wú)線多跳mesh網(wǎng)絡(luò)中,路由協(xié)議不能僅僅根據(jù)“最小跳數(shù)”來(lái)進(jìn)行路由選擇,而要綜合考慮多種性能度量指標(biāo)來(lái)進(jìn)行路由選擇。其次,mesh路由協(xié)議要提供網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性和健壯性支持,能夠在無(wú)線鏈路失效時(shí),迅速選擇替代鏈路避免業(yè)務(wù)提供中斷。第三,mesh路由協(xié)議要能夠利用流量工程技術(shù),在多條路徑間進(jìn)行負(fù)載均衡,盡量最大限度利用系統(tǒng)資源。第四,路由協(xié)議要求能同時(shí)支持mesh路由器和mesh終端。對(duì)于靜止不動(dòng)的mesh路由器,由于沒(méi)有功耗限制,可以采用比現(xiàn)有adhoc路由協(xié)議簡(jiǎn)單得多的路由協(xié)議;而對(duì)于mesh終端,則需要采用類似adhoc的路由協(xié)議。這樣,就需要一種行之有效的路由協(xié)議能夠自適應(yīng)支持mesh路由器和mesh終端。 5.寬帶Qos業(yè)務(wù)支持 與adhoc網(wǎng)絡(luò)不同,無(wú)線mesh網(wǎng)的大多數(shù)應(yīng)用都是具有不同Qos要求的寬帶業(yè)