1、無(wú)線(xiàn)MESH技術(shù),主講人： 學(xué)號(hào)：,無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò),4.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)定義及特點(diǎn) 4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4.3無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 4.4無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的WLAN無(wú)線(xiàn)局 域網(wǎng) 4.5典型應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用行業(yè),4.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)定義及特點(diǎn),4.1.1無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)概述 Mesh網(wǎng)絡(luò)（Wireless Mesh Network）即”無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”,是一種基于wifi技術(shù)而發(fā)展出來(lái)的一種新型的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)解決方案，由于其具有自組網(wǎng)，自修復(fù)，自平衡，自動(dòng)擴(kuò)展等特點(diǎn)，目前正在世界范圍內(nèi)尤其是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家掀起應(yīng)用熱潮。與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完全不同，無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)大幅降低運(yùn)

2、營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署的成本和復(fù)雜度。無(wú)線(xiàn)mesh可以與其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)同通信。是一個(gè)動(dòng)態(tài)的可以不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，任意的兩個(gè)設(shè)備均可以保持無(wú)線(xiàn)互聯(lián)。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)技術(shù)是面向基于IP接入的新型無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)適合于區(qū)域環(huán)境覆蓋和寬帶高速無(wú)線(xiàn)接入。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)基于呈網(wǎng)狀分布的眾多無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)間的相互合作和協(xié)同，具有寬帶高速和高頻譜效率的優(yōu)勢(shì)。目前，基于Mesh技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集成了健壯的安全性和全面的可管理性，可提供移動(dòng)寬帶和靈活的自組網(wǎng)通信，并擁有對(duì)局部區(qū)域可靠和安全的覆蓋能力，已成為符合國(guó)際電聯(lián)（ITU）公眾保護(hù)及救災(zāi)（PPDR）業(yè)務(wù)要求的一項(xiàng)優(yōu)秀解決方案。Mesh網(wǎng)絡(luò)不僅有助于改善城市信息化的應(yīng)

3、用環(huán)境，而且對(duì)提升城市的綜合服務(wù)能力也有十分明顯的作用。,4.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)定義及特點(diǎn),4.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)定義及特點(diǎn),4.1.2無(wú)線(xiàn)MESH技術(shù)的三個(gè)階段 第一階段的典型代表是基于交換技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。采用交換技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)產(chǎn)品是一個(gè)無(wú)線(xiàn)交換機(jī)和AP的結(jié)合，它本身沒(méi)有路由功能，必須有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這一階段的產(chǎn)品主要特征是適合小規(guī)模組網(wǎng)、連接多個(gè)熱點(diǎn)。 第二階段的典型代表是基于路由技術(shù)得無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)。具有路由功能的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)真正體現(xiàn)了網(wǎng)狀路由的特性。每個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的路由器不僅為覆蓋區(qū)內(nèi)連接的用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò)接入，同時(shí)作為該網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)施將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú),4.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)定義及

4、特點(diǎn),線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由到目的地。但由于使用的是來(lái)自于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用的3層路由技術(shù)，并不完全適用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的真正潛力沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。 第三代無(wú)線(xiàn)mesh產(chǎn)品，采用多種技術(shù)，在無(wú)線(xiàn)性能(傳輸距離、移動(dòng)速率、抗干擾、穿透等)方面具有大幅增強(qiáng)，能夠適用于更多更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，第三代無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)具備靈活性高和容錯(cuò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。它以最少量的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)成本大大擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)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?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

5、系統(tǒng)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(jié)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(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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)相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(jié)點(diǎn)：無(wú)線(xiàn)Mesh路由器和無(wú)線(xiàn)Mesh用戶(hù)端。WMN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能的不同分為3類(lèi)：骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)、客戶(hù)端Mesh結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)是由Mesh

6、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(tǒng)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(jié)構(gòu)是由Mesh用戶(hù)端之間互連構(gòu)成一個(gè)小型對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，在用戶(hù)設(shè)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(jī)、PDA等裝有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、天線(xiàn)的用戶(hù)設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一個(gè)Adhoc網(wǎng)絡(luò)，可以在沒(méi)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。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),（1）是一種新型無(wú)線(xiàn)技術(shù)，提供無(wú)線(xiàn)路

7、由功能，可擴(kuò)展WiFi形成無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)。 （2）單節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)性能比WiFi有很大增強(qiáng)，滿(mǎn)足構(gòu)建無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的要求 （3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑删W(wǎng)狀 （4）具備多跳功能 （5）網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自修復(fù)、自平衡能力 （6）高帶寬、低成本,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.1網(wǎng)狀拓?fù)?網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下圖。傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖b，屬于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，有父子關(guān)系，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與它直接有父子關(guān)系的節(jié)點(diǎn)連接，父節(jié)點(diǎn)有故障將導(dǎo)致其所有子節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常工作。mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖a，沒(méi)有父子關(guān)系，只要在無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率可及范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都可以直接通訊，一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障只會(huì)影響到與它相關(guān)的無(wú)線(xiàn)鏈路，其他鏈路可照常通信。這種網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著特

8、點(diǎn)就是可靠性高。但其最大挑戰(zhàn)來(lái)自過(guò)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致路由協(xié)議非常復(fù)雜，特別在無(wú)線(xiàn)環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性，而無(wú)線(xiàn)環(huán)境瞬息萬(wàn)變，節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率也經(jīng)常調(diào)整，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化非常頻繁，路由協(xié)議必須管理這種快速變化，使任一時(shí)刻任意倆點(diǎn)間的通訊都能找到最佳路徑。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.2網(wǎng)絡(luò)自組織功能 網(wǎng)絡(luò)具備自組織功能，可自動(dòng)探知新增節(jié)點(diǎn)，并更新路由，自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率等； 自組織功能帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)：減小無(wú)線(xiàn)規(guī)劃復(fù)雜度、無(wú)需復(fù)雜配置、新增節(jié)點(diǎn)非常方便,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.3網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)功能 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)中心，單個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞不會(huì)影響到其他節(jié)

9、點(diǎn)，可進(jìn)行路由自調(diào)整。 節(jié)點(diǎn)具備功率自調(diào)整功能，通過(guò)覆蓋區(qū)域呼吸效應(yīng)減小節(jié)點(diǎn)毀壞帶來(lái)的影響。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.4網(wǎng)絡(luò)自平衡功能 節(jié)點(diǎn)具有自平衡能力，能根據(jù)數(shù)據(jù)目的地和各前向路由中擁塞情況選擇最佳路徑發(fā)送。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.5分布式控制 分布式控制：為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間相互通訊，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)需要眾多控制功能，如認(rèn)證、無(wú)線(xiàn)資源安排、路由發(fā)現(xiàn)等，這些工作在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中都是通過(guò)中心控制節(jié)點(diǎn)完成的，但在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中沒(méi)有中心控制節(jié)點(diǎn)，這些工作必須由各節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)間自行完成，設(shè)計(jì)的控制流程與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存在很大區(qū)別。如下圖所示：圖b為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)E認(rèn)證

10、工作都與中心節(jié)點(diǎn)F直接交互；但在圖a網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)A認(rèn)證與其相鄰的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，如圖中的B，節(jié)點(diǎn)E認(rèn)證也與其相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，如圖中的B和D。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一般而言，無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)由客戶(hù)節(jié)點(diǎn)、mesh路由器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成。 客戶(hù)節(jié)點(diǎn)可以是筆記本電腦、智能手機(jī)、無(wú)線(xiàn)傳感器或者控制器等?？蛻?hù)節(jié)點(diǎn)按照功能可以分為倆類(lèi)：一類(lèi)只作為普通終端接入網(wǎng)絡(luò)，不具有轉(zhuǎn)發(fā)信息的功能；另一類(lèi)即具有普通節(jié)點(diǎn)的接入功能，又具有路由和信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，即兼具了無(wú)線(xiàn)路由器的功能。 按照結(jié)構(gòu)層次，無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)可以分為平面結(jié)構(gòu)、多極結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.6平面

11、結(jié)構(gòu) 平面結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的關(guān)系，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含相同的MAC、路由、管理和安全協(xié)議，既可以接入網(wǎng)絡(luò)，也可以轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的消息。網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)能夠形成任意網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)也可以任意移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)動(dòng)態(tài)得發(fā)生變化 。在這種環(huán)境下，由于節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信覆蓋范圍有限，兩個(gè)無(wú)法直接通信的用戶(hù)終端可以借助其他終端的分組轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而不需要借助其他基礎(chǔ)設(shè)施。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.7多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的典型多極結(jié)構(gòu)，分為上下兩層。下層的客戶(hù)端節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)mesh路由器接入到上層mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，mesh路由器提供路由選擇和中繼功能，為客戶(hù)節(jié)點(diǎn)提

12、供一條順利連接到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)鏈路。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)路由選擇和管理控制等功能為移動(dòng)終端選擇與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信的最佳路徑。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：可以兼容市場(chǎng)上已經(jīng)有的設(shè)備，降低系統(tǒng)成本，提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和可靠性，缺點(diǎn)：任意兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間不能之間通信。,4.2無(wú)線(xiàn)mesh技術(shù)特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.8混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在混合結(jié)構(gòu)中，用戶(hù)節(jié)點(diǎn)增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的mesh設(shè)備，之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)互連。,4.3無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù),4.3.1無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)-路由 路由判據(jù) 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)很重要的問(wèn)題是路由選擇問(wèn)題，例如從某個(gè)節(jié)點(diǎn)A到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)B，可以經(jīng)過(guò)不同的用戶(hù)站中轉(zhuǎn)，于是就存在多條路

13、徑，選擇哪條路徑就成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，這將直接影響系統(tǒng)的性能。而一般有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議技術(shù)并不適合無(wú)線(xiàn)路由場(chǎng)景，需要綜合考慮多方面的因素，當(dāng)節(jié)點(diǎn)增加或者減少時(shí)，無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變化，路由選擇問(wèn)題變得更加復(fù)雜。 快速收斂 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中拓?fù)涓叨茸兓Ｓ捎诔Ｒ?guī)路由協(xié)議需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到收斂，而此時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在達(dá)到收斂前又發(fā)生了變化，結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由始終無(wú)法處于收斂狀態(tài)。在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中，路由算法必須具備快速收斂特性，使其能夠感知和跟蹤上節(jié)點(diǎn)移動(dòng)造成的鏈路狀況變化，以維護(hù)正確的動(dòng)態(tài)路由。另外，由于無(wú)線(xiàn)寬帶有限，路由協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)不能太大，否則會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。 快速無(wú)縫切換 節(jié)點(diǎn)

14、在高速移動(dòng)的情況下，需要在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)鏈路的切換，如果切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛嗟惹闆r。,4.3.2無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)-無(wú)線(xiàn),無(wú)線(xiàn)性能增強(qiáng)技術(shù) 無(wú)線(xiàn)信號(hào)存在著慢衰落和快衰落問(wèn)題，如何增強(qiáng)傳輸距離、移動(dòng)速率、抗干擾、穿透等無(wú)線(xiàn)性能是眾多無(wú)線(xiàn)mesh廠家研究的重點(diǎn)。新興的物理層無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，如定向智能天線(xiàn)、自適應(yīng)調(diào)制編碼以及無(wú)線(xiàn)電/多信道系統(tǒng)已經(jīng)成為下一代無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)電、感知無(wú)線(xiàn)電、甚至軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)都已開(kāi)始在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中有所應(yīng)用。這些高級(jí)物理層無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)部署僅對(duì)物理層性能起著

15、決定性作用，而且要求進(jìn)行整合物理層和網(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。 另外對(duì)于無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)，由于共享信道等以及干擾等方面的原因，多跳后帶寬會(huì)嚴(yán)重降低，這個(gè)也是需要解決的問(wèn)題。,4.3.3無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)-功率控制,功率控制與管理 功率控制與管理對(duì)于無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)非常重要，特別是終端對(duì)節(jié)能尤為敏感。功率控制的主要好處在于：(1)采用盡可能小的發(fā)送功率或者減少不必要的功率發(fā)射，能延長(zhǎng)電池的使用期限，并且能增大網(wǎng)絡(luò)容量；(2)降低發(fā)射功率能夠減少鏈路沖突；(3)當(dāng)系統(tǒng)流量負(fù)荷較高時(shí)，低發(fā)射功率將獲得更小的端對(duì)端時(shí)延；而當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，高發(fā)射功率將獲得更小的時(shí)延，所

16、以功率控制需要根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷大小確定功率的分配；(4)功率控制應(yīng)該與網(wǎng)絡(luò)層的路由技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 無(wú)線(xiàn)資源管理不僅包括功率控制，還包括容量和負(fù)載管理，以及資源分配和調(diào)度機(jī)制等。無(wú)線(xiàn)資源管理一方面是滿(mǎn)足各種業(yè)務(wù)的QoS要求，另一方面能保證珍貴無(wú)線(xiàn)資源高效使用。,4.3.4無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)-QoS與安全,QoS保證 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)應(yīng)用都是具有不同的QoS要求的寬帶業(yè)務(wù)。這樣，除了端到端時(shí)延和公平性以外，還需要在通信協(xié)議中考慮時(shí)延抖動(dòng)、聚合吞吐量、每節(jié)點(diǎn)吞吐量以及分組丟包率等性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。一般mesh節(jié)點(diǎn)都具有轉(zhuǎn)發(fā)功能，特別是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的情況下，節(jié)點(diǎn)自身業(yè)務(wù)和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)發(fā)生沖突時(shí)如

17、何保障QoS還是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。 網(wǎng)絡(luò)信息安全 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)和802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)相比，多跳通信是一個(gè)主要的安全挑戰(zhàn)。無(wú)線(xiàn)通信的廣播本質(zhì)使其更容易受到被動(dòng)攻擊(如竊聽(tīng))，以及主動(dòng)攻擊(如信息篡改，DOS攻擊)。而這些安全隱患在多跳的mesh網(wǎng)中將被進(jìn)一步放大。所以必須設(shè)計(jì)安全的路由協(xié)議。,4.3.5 IEEE802.11sMesh標(biāo)準(zhǔn),IEEE802.11在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)遇到的一個(gè)難點(diǎn)是系統(tǒng)的覆蓋能力有限，WLAN受發(fā)射功率的限制，覆蓋范圍一般在100m范圍內(nèi)。為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，通常通過(guò)增加AP的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種方法增加了公眾網(wǎng)的建設(shè)成本。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種新的組網(wǎng)技術(shù)為解決

18、上述問(wèn)題提供了新的途徑。 IEEE802.11s任務(wù)組，主要研究支持無(wú)線(xiàn)分布式系統(tǒng)(WDS)的協(xié)議，為WMN定義媒體接入控制(MAC)層和物理層協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)WLAN在多個(gè)AP之間通過(guò)自配置多跳的方式組網(wǎng)，提高WLAN的覆蓋范圍。WDS是802.11網(wǎng)絡(luò)的一部分，用來(lái)作中繼橋接的功能，可以讓無(wú)線(xiàn)AP之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)進(jìn)行橋接(中繼)，同時(shí)不影響其無(wú)線(xiàn)AP覆蓋的功能。支持WDS技術(shù)的無(wú)線(xiàn)AP或無(wú)線(xiàn)路由器具有混合的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)工作模式，可以支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。,4.3.5 IEEE802.11sMesh標(biāo)準(zhǔn),IEEE802.11s提出了無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的參考體系結(jié)構(gòu)。Mesh媒體接入?yún)f(xié)調(diào)功能組件

19、(MMACFC)位于物理層之上、Mesh路由組件之下，負(fù)責(zé)有效的競(jìng)爭(zhēng)接入和WMN中多跳節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)包發(fā)送接收的調(diào)度。當(dāng)安全的Mesh鏈路建立以后，Mesh節(jié)點(diǎn)需要與其他Mesh節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)以解決競(jìng)爭(zhēng)和共享無(wú)線(xiàn)媒體的問(wèn)題，來(lái)保證該節(jié)點(diǎn)本身及其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包通過(guò)多跳的WMN有效轉(zhuǎn)發(fā)。直觀上看，MMACFC等同于802.11WLAN中的分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)或802.11e中增強(qiáng)的分布式信道接入機(jī)制(EDCA)。對(duì)DCF或EDCA加以必要的改進(jìn)，可高效地工作于多跳Mesh網(wǎng)絡(luò)中。MMACFC需要解決的問(wèn)題有：隱藏終端問(wèn)題、暴露終端問(wèn)題、在多跳Mesh路徑上從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的流量控制、在多跳轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的

20、有效調(diào)度、對(duì)多跳多媒體業(yè)務(wù)(視頻或語(yǔ)音)分布式允許接入控制、分布式保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)的業(yè)務(wù)管理、本地業(yè)務(wù)和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的有效處理、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的可升級(jí)性、Mesh節(jié)點(diǎn)間信道工作接入的調(diào)度、使用多信道提高M(jìn)esh網(wǎng)絡(luò)的性能等。,4.3.5 IEEE802.11sMesh標(biāo)準(zhǔn),IEEE802.11s的目標(biāo)是突破傳統(tǒng)AP功能上的限制，使之具有Mesh路由器的功能，業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給鄰近的AP進(jìn)行的多跳傳輸。這種方式?jīng)Q定了WMN具有較高的可靠性、較大的伸縮性和較低的投資成本等特點(diǎn)。這樣，在新的WLAN架構(gòu)中，WLAN的AP自動(dòng)形成WLAN的WMN骨干網(wǎng)。IEEE802.11Mesh網(wǎng)絡(luò)可以是骨干網(wǎng)Mesh

21、結(jié)構(gòu)，也可以是客戶(hù)端Mesh結(jié)構(gòu)?？蛻?hù)端Mesh結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備工作在WLAN的Adhoc網(wǎng)絡(luò)模式下，WMN通過(guò)自動(dòng)配置實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)，擺脫了以往對(duì)AP的依賴(lài)。,4.3.6Mesh基站的可擴(kuò)展性,在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，由于多跳傳輸?shù)脑颍岣呷萘颗c增大覆蓋范圍成為一對(duì)矛盾體。因此，研究無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性相關(guān)技術(shù)，其目標(biāo)是在保持容量的情況下擴(kuò)大覆蓋范圍。而要達(dá)成以上的目標(biāo)，需要從兩個(gè)層面開(kāi)展研究：一個(gè)是Mesh基站的可擴(kuò)展性，另一個(gè)就是每個(gè)Mesh移動(dòng)臺(tái)的可擴(kuò)展性。相比而言，目前Mesh移動(dòng)臺(tái)可擴(kuò)展性研究比較多，而且其與AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的可擴(kuò)展性研究有很多相似之處，但是Mesh基站的可擴(kuò)

22、展性卻更為重要，因?yàn)镸esh基站是無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點(diǎn)。 根據(jù)無(wú)線(xiàn)Mesh基站的特點(diǎn)，其可擴(kuò)展性相關(guān)技術(shù)主要包括信道分配技術(shù)、智能路由技術(shù)以及多天線(xiàn)技術(shù)等幾個(gè)方面。接下來(lái)主要介紹一下信道分配技術(shù)。 由于無(wú)線(xiàn)Mesh基站承擔(dān)著骨干節(jié)點(diǎn)的作用，因此其采用多信道的方式進(jìn)行傳輸幾乎是必不可少的。在實(shí)際的系統(tǒng)中，無(wú)線(xiàn)Mesh基站一般是多模的，即可以在多種空中接口(如IEEE802.11a/b/g等)上傳輸，這樣才能滿(mǎn)足實(shí)際傳輸?shù)男枰?。在多模的情況下，信道分配技術(shù)目前被認(rèn)為是無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)較為實(shí)用有效的關(guān)鍵技術(shù)。,4.3.6Mesh基站的可擴(kuò)展性,然而，信道分配必須將Mesh基站與Mesh

23、移動(dòng)臺(tái)結(jié)合起來(lái)考慮。通常說(shuō)來(lái)，是讓Mesh基站之間用802.11a接口進(jìn)行傳輸，而將802.11b/g接口用于Mesh基站與屬下的Mesh移動(dòng)臺(tái)之間進(jìn)行連通。因此，對(duì)于相鄰的Mesh基站來(lái)說(shuō)，必須要進(jìn)行合理的頻率協(xié)調(diào)規(guī)劃。由于802.11a接口中從5.255.35GHz以及5.7255.825GHz可以使用8個(gè)非重疊的信道，因此可以在相鄰的Mesh基站之間采用不同的信道進(jìn)行傳輸?？紤]到Mesh基站的可擴(kuò)展性，當(dāng)一個(gè)新的Mesh基站嘗試接入已有的Mesh網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，除了要研究高效的接入技術(shù)之外，合理的信道分配也非常重要。一個(gè)較為實(shí)用的方法是采用載波偵聽(tīng)(CSMA)的方式來(lái)進(jìn)行信道獲取。另外，離網(wǎng)

24、關(guān)越近的Mesh基站，由于其需要中繼的數(shù)據(jù)也越多，通常其應(yīng)該享有更高的信道使用優(yōu)先級(jí)。合理的信道分配可以減少?zèng)_突概率，降低干擾，減少時(shí)延，從而增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)Mesh基站的可擴(kuò)展性。 在實(shí)際情況下，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際無(wú)線(xiàn)Mesh基站的特點(diǎn)，選取合適的技術(shù)以提高無(wú)線(xiàn)Mesh基站的課擴(kuò)展行。,4.3.7 Mesh移動(dòng)臺(tái)的可擴(kuò)展性,Mesh移動(dòng)臺(tái)的可擴(kuò)展性主要指在一個(gè)Mesh基站為核心的區(qū)域里，如何在保證容量的情況下擴(kuò)大覆蓋范圍的問(wèn)題。涉及的主要技術(shù)有：信道分配技術(shù)、節(jié)點(diǎn)分類(lèi)和QoS分級(jí)技術(shù)、協(xié)作傳輸技術(shù)等。 這里我們主要還是介紹一下信道分配技術(shù)。 為了提高多跳網(wǎng)絡(luò)的性能，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)也可以

25、是多模的，如配置IEEE802.11b/g等等。IEEE802.11b/g在2.4GHz到2.4835GHz上有3個(gè)不重疊的信道。這樣，Mesh移動(dòng)臺(tái)也可以采用不同的空中接口或者運(yùn)行在不同的信道上，用于與Mesh基站之間的互聯(lián)互通。一個(gè)實(shí)用的信道分配方案是在一個(gè)以Mesh基站為圓心的覆蓋范圍內(nèi)，采取分圈的辦法將覆蓋范圍劃分，并且將每個(gè)圈之間采用的空中接口錯(cuò)開(kāi)。當(dāng)新的Mesh移動(dòng)臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，可以根據(jù)其所在的位置來(lái)選用其合適的信道進(jìn)行傳輸。對(duì)于這種方案，重點(diǎn)是要考慮一個(gè)Mesh基站所能服務(wù)的圈數(shù)以及各個(gè)圈之間的合理距離。,4.3.7 Mesh移動(dòng)臺(tái)的可擴(kuò)展性,另外，與Mesh基站中的情況類(lèi)似

26、，離Mesh基站越近的Mesh移動(dòng)臺(tái)，由于其需要中繼的數(shù)據(jù)也越多，通常其應(yīng)該享有更高的信道使用優(yōu)先級(jí)。而且，這些Mesh移動(dòng)臺(tái)在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候必須考慮優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)端Mesh移動(dòng)臺(tái)過(guò)來(lái)的信息，以保證遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和近端節(jié)點(diǎn)信息傳輸時(shí)延的公平性。在結(jié)合上節(jié)點(diǎn)的分類(lèi)和Qos分級(jí)技術(shù)及協(xié)作傳輸技術(shù)真的的實(shí)現(xiàn)了保證容量的情況下擴(kuò)大覆蓋范圍的問(wèn)題。,4.4無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng),4.4.1WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（樹(shù)狀結(jié)構(gòu)）,4.4.2無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)狀網(wǎng)（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）,4.4.3無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與WLAN性能對(duì)比,4.4.4mesh與WLAN互補(bǔ)關(guān)系,WiFi網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是帶寬較高但通信范圍較小，主要用

27、于小范圍的無(wú)線(xiàn)通信，被定義為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)。 目前，WiFi網(wǎng)絡(luò)迅速向人群聚集的地點(diǎn)或樓房?jī)?nèi)發(fā)展，像咖啡廳、酒店、機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳等地為用戶(hù)接入互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。相對(duì)于WiFi，無(wú)線(xiàn)mesh在組網(wǎng)方式，傳輸距離以及移動(dòng)性上都有很大的改進(jìn)，特別是它具備兼容WiFi的特性，利用無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)和WLAN的特點(diǎn)，在組網(wǎng)時(shí)，可以用無(wú)線(xiàn)mesh做骨干傳輸，同時(shí)用WLAN做接入，做到互相補(bǔ)充。,4.4.5無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的區(qū)別,可靠性提高 傳輸速率大大提高，采用無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)，可融合其他網(wǎng)絡(luò)或技術(shù)(如WiFi、超寬帶等)，速率可以達(dá)到54Mbit/s，甚至更高。 成本降低，無(wú)線(xiàn)mesh

28、網(wǎng)絡(luò)中，大大節(jié)省了骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，而且接入點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)mesh路由器等基礎(chǔ)設(shè)備比起蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站等設(shè)備便宜的多。,4.4.5無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與Ad hoc的區(qū)別,無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)均是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)可視為Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一個(gè)版本。 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)注重的是“無(wú)線(xiàn)”，而Ad hoc網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)調(diào)的是“移動(dòng)”。 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)多為靜態(tài)或者弱移動(dòng)的拓?fù)?，而Ad hoc網(wǎng)絡(luò)多為隨意移動(dòng)(包括高速移動(dòng))的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?無(wú)線(xiàn)mesh節(jié)點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)是來(lái)往于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)是任意一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)流。 無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)主要是因特網(wǎng)或?qū)拵Ф嗝襟w通信業(yè)務(wù)的接入，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在軍事或其他專(zhuān)業(yè)通信。,4.4.6無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： (1)可靠性大大增強(qiáng)。 (2)具有沖突保護(hù)機(jī)制。 (3)簡(jiǎn)化鏈路設(shè)計(jì)。 (4)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍增大。 (5)組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便。 (6)投資成本低、風(fēng)險(xiǎn)小