無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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)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:

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mesh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。

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