無線mesh網(wǎng)絡(luò)簡介

無線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提供多跳的無線internet連接。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(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)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個客戶端均通過一條與AP相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡(luò)，用 戶如果要進行相互通信的話，必須首先訪問一個固定的接入點(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作 為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。

　　這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動重新路 由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。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節(jié)點進行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這 樣的訪問方式就是多跳訪問。

　　其實人們熟知的Internet就是一個Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型例子。例如，當(dāng)我們發(fā)送一份E- mail時，電子郵件并不是直接到達(dá)收件人的信箱中，而是通過路由器從一個服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個服務(wù)器，最后經(jīng)過多次路由轉(zhuǎn)發(fā)才到達(dá)用戶的信箱。在轉(zhuǎn)發(fā)的 過程中，路由器一般會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，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)去掉了節(jié)點之間的布線需求，但仍具有分布式網(wǎng)絡(luò)所提 供的冗余機制和重新路由功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡單地接上電源就可以了，它可以自動進行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸 路徑。添加或移動設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)能夠自動發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并自動調(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，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有幾個無可比擬的優(yōu)勢：

安裝Mesh節(jié)點非常簡單，將設(shè)備從包裝盒里取出來， 接上電源就行了。由于極大地簡化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點來擴大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個Mesh節(jié)點都 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間，僅這一點帶來的成本節(jié)省就是非常可觀的。無線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)驗可以很容易應(yīng)用到Mesh網(wǎng)絡(luò)上。

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

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來傳輸數(shù)據(jù)。如果某個路由 器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過備用路徑傳送。E-mail就是這樣一個例子，郵件信息被分成若干數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)多個路由器通過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，因為它不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個節(jié)點出現(xiàn)故障，整 個網(wǎng)絡(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用 路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運行不會受到影響。

在單跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備必須共享AP。如果幾個設(shè)備要同時訪問網(wǎng)絡(luò)，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導(dǎo)致系統(tǒng)的運行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過不同的節(jié)點同時連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會導(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制和通信負(fù)載平衡功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都有多個傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負(fù)載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點的通信擁塞。而目前單跳網(wǎng)絡(luò)并不能動態(tài)地處理通信干擾和接入點的超載問題。

無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，因為隨著無線傳輸距離的增加，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)多個短跳來傳輸數(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)勢所在。

　　在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點不僅能傳送和接收信息，還能充當(dāng)路由器對其附近節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點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，因為每個短跳的傳輸距離短，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，節(jié)點之間的無線信號干擾也較小，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?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。

　　無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的無線接入技術(shù)中，主要采用點到點或者點到多點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中一般都存在一個中心節(jié)點，例如 移動通信系統(tǒng)中的基站、802.11無線局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(AP)等等。中心節(jié)點與各個無線終端通過單跳無線鏈路相連，控制各無線終端對無線 網(wǎng)絡(luò)的訪問；同時，又通過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)，是一種多點到多點網(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)點通過相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以無線多跳方式相連。

　　在WMN中包括兩種類型的節(jié)點：無線Mesh路由器和無線Mesh用戶端。WMN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)節(jié)點功能的不同分為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，無線Mesh骨干網(wǎng)再通過其中的 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，可以通過無線多跳通 信，以低得多的發(fā)射功率獲得同樣的無線覆蓋范圍。

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

網(wǎng)絡(luò)，可以在沒有或不便使用現(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，其中虛線和實線分別表示無線和有線連接。這種結(jié)構(gòu)提供與其他一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接，增強了連接性，擴大了覆蓋范圍。