無線mesh網路

無線mesh網路，由mesh routers（路由器）和mesh clients（客戶端）組成，其中mesh routers構成骨幹網路，並和有線的internet網相連線，負責為mesh clients提供多跳的無線internet連線。

無線Mesh網路（無線網狀網路）也稱為“多跳（multi-hop）”網路，它是一種與傳統無線網路完全不同的新型無線網路技術。

基本介紹

• 中文名：無線mesh網路
• 外文名：Wireless Mesh Network
• 組成：路由器，客戶端
• 別名：“多跳（multi-hop）”網路
• 屬性：新型無線網路技術

簡介

在傳統的無線區域網路(WLAN)中，每個客戶端均通過一條與AP(Access Point)相連的無線鏈路來訪問網路，形成一個局部的BSS(Basic Service Set)。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)，這種網路結構被稱為單跳網路。

而在無線Mesh網路中，任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，網路中的每個節點都可以傳送和接收信號，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。

這種結構的最大好處在於：如果最近的AP由於流量過大而導致擁塞的話，那么數據可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節點進行傳輸。依此類推，數據包還可以根據網路的情況，繼續路由到與之最近的下一個節點進行傳輸，直到到達最終目的地為止。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網路的典型例子。例如，當我們傳送一份E-mail時，電子郵件並不是直接到達收件人的信箱中，而是通過路由器從一個伺服器轉發到另外一個伺服器，最後經過多次路由轉發才到達用戶的信箱。在轉發的過程中，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儘快到達用戶的信箱。

與傳統的交換式網路相比，無線Mesh網路去掉了節點之間的布線需求，但仍具有分散式網路所提供的冗餘機制和重新路由功能。

在無線Mesh網路里，如果要添加新的設備，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，並確定最佳的多跳傳輸路徑。添加或移動設備時，網路能夠自動發現拓撲變化，並自動調整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。

Mesh優勢

與傳統的WLAN相比，無線Mesh網路具有幾個無可比擬的優勢：

部署安裝簡便

安裝Mesh節點非常簡單，將設備從包裝盒裡取出來，接上電源就行了。由於極大地簡化了安裝，用戶可以很容易增加新的節點來擴大無線網路的覆蓋範圍和網路容量。在無線Mesh網路中，不是每個Mesh節點都需要有線電纜連線，這是它與有線AP最大的不同。

Mesh的設計目標就是將有線設備和有線AP的數量降至最低，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省就是非常可觀的。無線Mesh網路的配置和其他網管功能與傳統的WLAN相同，用戶使用WLAN的經驗可以很容易套用到Mesh網路上。

NLOS

利用無線Mesh技術可以很容易實現NLOS配置，因此在室外和公共場所有著廣泛的套用前景。與發射台有直接視距的用戶先接收無線信號，然後再將接收到的信號轉發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到另一個用戶，並最終到達無直接視距的目標用戶。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頻訪問功能。無線Mesh網路能夠非視距傳輸的特性大大擴展了無線寬頻的套用領域和覆蓋範圍。

穩定性

實現網路穩定性通常的方法是使用多路由器來傳輸數據。如果某個路由器發生故障，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據包，然後經多個路由器通過Internet傳送，最後再組裝成到達用戶收件箱裡的信息。Mesh網路比單跳網路更加健壯，因為它不依賴於某一個單一節點的性能。在單跳網路中，如果某一個節點出現故障，整個網路也就隨之癱瘓。而在Mesh網路結構中，由於每個節點都有一條或幾條傳送數據的路徑。如果最近的節點出現故障或者受到干擾，數據包將自動路由到備用路徑繼續進行傳輸，整個網路的運行不會受到影響。

結構靈活

在單跳網路中，設備必須共享AP。如果幾個設備要同時訪問網路，就可能產生通信擁塞並導致系統的運行速度降低。而在多跳網路中，設備可以通過不同的節點同時連線到網路，因此不會導致系統性能的降低。

Mesh網路還提供了更大的冗餘機制和通信負載平衡功能。在無線Mesh網路中，每個設備都有多個傳輸路徑可用，網路可以根據每個節點的通信負載情況動態地分配通信路由，從而有效地避免了節點的通信擁塞。而單跳網路並不能動態地處理通信干擾和接入點的超載問題。

高頻寬

無線通信的物理特性決定了通信傳輸的距離越短就越容易獲得高頻寬，因為隨著無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導致數據丟失的因素隨之增加。因此選擇經多個短跳來傳輸數據將是獲得更高網路頻寬的一種有效方法，而這正是Mesh網路的優勢所在。

在Mesh網路中，一個節點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節點轉發信息，隨著更多節點的相互連線和可能的路徑數量的增加，總的頻寬也大大增加。

此外，因為每個短跳的傳輸距離短，傳輸數據所需要的功率也較小。既然多跳網路通常使用較低功率將數據傳輸到鄰近的節點，節點之間的無線信號干擾也較小，網路的信道質量和信道利用效率大大提高，因而能夠實現更高的網路容量。比如在高密度的城市網路環境中，Mesh網路能夠減少使用無線網路的相鄰用戶的相互干擾，大大提高信道的利用效率。

可在室外套用

mesh無線網路是一把雙刃劍。無線mesh網路可以延伸無線區域網路的基礎設施到無法為一個接入點配備電纜的地方，但是這樣做也付出了回程鏈路吞吐量下降的代價，對於連線到mesh網狀無線網路接入點的客戶端也一樣。除此之外，在遠端還是需要電力支持。例如公車站已經有了電力支持，而且對於熱點控制臺的管理幾乎不需要頻寬。公車站的接入點將不會給Wi-Fi客戶端提供服務。相反，它具有自己的RJ-45連線埠，可啟用並配置來提供熱點所需要的虛擬區域網路。

網路結構

無線Mesh 網路是一種與傳統的無線網路完全不同的網路。傳統的無線接入技術中，主要採用點到點或者點到多點的拓撲結構。這種拓撲結構中一般都存在一個中心節點，例如移動通信系統中的基站、802.11無線區域網路(WLAN)中的接入點(AP)等等。中心節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路的訪問；同時，又通過有線鏈路與有線骨幹網相連，提供到骨幹網的連線。而在無線Mesh網路中，採用網狀Mesh拓撲結構，是一種多點到多點網路拓撲結構。在這種Mesh網路結構中，各網路節點通過相鄰其他網路節點，以無線多跳方式相連。

在WMN中包括兩種類型的節點：無線Mesh路由器和無線Mesh用戶端。WMN的系統結構根據節點功能的不同分為3類：骨幹網Mesh結構、客戶端Mesh結構、混合結構。

骨幹網Mesh結構是由Mesh路由器網狀互連形成的，無線Mesh骨幹網再通過其中的Mesh路由器與外部網路相連。Mesh路由器除了具有傳統的無線路由器的網關、中繼功能外，還具有支持Mesh網路互連的路由功能，可以通過無線多跳通信，以低得多的發射功率獲得同樣的無線覆蓋範圍。

客戶端Mesh結構是由Mesh用戶端之間互連構成一個小型對等通信網路，在用戶設備間提供點到點的服務。Mesh網用戶終端可以是手提電腦、手機、PDA等裝有無線網卡、天線的用戶設備。這種結構實際上就是一個Ad hoc網路，可以在沒有或不便使用現有的網路基礎設施的情況下提供一種通信支撐。

Mesh客戶端可以通過Mesh路由器接入骨幹Mesh網路形成Mesh網路的混合結構，如圖1所示，其中虛線和實線分別表示無線和有線連線。這種結構提供與其他一些網路結構的連線，增強了連線性，擴大了覆蓋範圍。

網路標準

在網路中，無線網路的種類很多，那么這裡我們就來介紹一下無線Mesh網路標準的相關內容。首先我們會根據幾個無線網路的類型進行一下比較，之後對於無線Mesh網路標準的相關內容再來詳細了解下。

802.16&WiMAX

IEEE802.16標準又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標準，主要套用於無線城域網範圍。已經發布的和正在做的標準主要有802.16，802.16a，802.16c，802.16d，802.16e，802.16f和802.16g共七個標準。其中，802.16，16a，16d屬於固定無線接入空中接口標準，而802.16e屬於移動寬頻無線接入空中標準。802.16d（即802.16-2004）是固定無線接入的一個修訂版本，是相對比較成熟並且最具有實用性的一個標準版本，對應10～66GHz和小於11GHz的頻率範圍，可以進行視距和非視距的傳輸。理論上，802.16d的覆蓋範圍最遠可達50km，通常的小區半徑在10km以內，能在20MHz的信道上提供約75Mbit/s的速率。國內最常見的802.16d產品的信道頻寬為3.5M，能夠在最高調製方式下提供約10M的速率。802.16e是固定和移動寬頻無線接入系統空中接口標準，頻率小於6GHz，覆蓋範圍為幾公里，能在5M信道上提供15Mbit/s的速率。802.16e是在802.16d的基礎上做的標準，是對16d的增強和補充。802.16f定義了802.16固定無線接入系統MAC層和物理層的管理信息庫（MIB）以及相關的管理流程。802.16g規定了802.16管理流程和接口，從而能夠實現802.16設備的互操作性和對網路資源、移動性和頻譜的有效管理。

802.16d和16e只是定義了空中接口裡面物理層、MAC層、匯聚層，並沒有涉及到上層網路和套用。為了推動產業發展，WIMAX目前正在開展網路結構標準和業務套用需求等方面的工作。除了MAC層物理層以外其他有關802.16的標準，主要是WIMAX來做。WIMAX組織的全稱是微波接入全球互操作性認證聯盟，其宗旨是致力於制定一套基於IEEE802.16標準和ETSI HIPerMAN標準的測試規範和認證體系，使不同廠商之間的產品在經過認證以後可以具有良好的互操作性，以積極推廣和驗證寬頻無線接入設備的兼容性與互操作性。從而可以在很大程度上推進基於802.16的產品的廣泛套用，並且為製造相應的晶片提供有利環境，大大降低產品的研發和生產成本。

IEEE802.16是技術標準的制定者，WIMAX是技術和產業鏈的推動者，它們的關係與WiFi和802.11的關係相類似，二者的工作範圍和組織形式不同，但有著非常緊密的聯繫與合作，WiMAX為IEEE一致性標準做出了重要的貢獻，並隨著802.16標準化的發展，WIMAX也在逐步地推進一致性測試工作。

802.16可以支持10~66GHz的視距傳播頻段，以及11GHz以下的非視距傳播頻段。根據不同頻段的傳播特性，其套用也有所不同。對於10~66GHz的視距傳播頻段，由於終端需要有室外天線，其套用主要是為中小企業提供Backhaul的無線傳輸。對於11GHz以下的非視距傳播頻段，由於能夠實現室內覆蓋，其套用將主要集中在為個人用戶提供寬頻數據業務。除此之外，802.16還可以實現企業WiFi熱點區域的後端傳輸功能，以及LAN區域網路互聯、數據專線、窄帶業務和基站互聯等。

相比其它移動通信系統，802.16系統具有較高的頻譜利用率和傳輸速率，因而它適合提供寬頻上網和移動視頻業務。與其它有線接入手段（如xDSL，Cable，光纖接入等）相比，802.16寬頻無線接入具有部署速度更快，擴展能力更強，靈活性更高的優點。對於人口密度較低及不便於鋪設xDSL的地區，可以用802.16提供“無線DSL”服務，面向家庭和小企業範圍套用。在中等規模企業樓宇內，802.16可以支持高速率連線，代替光纖接入。對於新興的運營商，由於缺乏本地的有線接入資源，也可以選擇802.16提供無線寬頻接入，開展業務，開拓市場。