Mesh Network

Mesh Network也稱為“多跳網路”，它是一個動態的可以不斷擴展的網路架構，實現無線設備之間的傳輸。

基本介紹

• 中文名：多跳網路
• 外文名：Mesh Network

簡介

其核心是讓網路中的每個節點都傳送和接收信號，使普通無線技術過去一直存在的可擴充能力低和傳輸可靠性差等問題迎刃而解。網路中大量終端設備能自動通過無線連成網狀結構，網路中的每個節點都具備自動路由功能，每個節點只和鄰近節點進行通信，因此是一種自組織、自管理的智慧型網路，不需主幹網即可構築富有彈性的網路。傳統無線通信網路必須預先設計和布置網路，它的傳輸路徑是固定的，而mesh網路的傳輸路徑是動態。

Mesh網路也稱為“多跳網路”，它是一個動態的可以不斷擴展的網路架構，並能有效地在無線設備之間傳輸。在傳統的無線區域網路中，用戶如果要進行相互通訊的話，那么首先會訪問一個固定的接入點（AP），這種訪問的方式被稱為單跳網路。而在多跳網路中，任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器。這樣的好處是：如果最近的節點由於流量大而擁塞的話，那么數據可以重新選擇一個小流量路徑進行傳輸。數據包根據網路的情況，從一個節點依次傳送到多個節點，最終到達目的地。這樣的訪問方式就是多跳訪問。

其實我們熟知的Internet就是一個“有線多跳”網路的典型例子。例如，我們要傳送一份電子郵件，電子郵件並不會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，最後到達用戶的信箱。在轉發的過程中，路由器一般會選擇一條較好的路徑，使得電子郵件能夠儘快投遞到用戶信箱。所以，Wireless Mesh網路可以稱為Internet的一種無線版本，它與傳統無線通信系統最大的不同是能夠自動尋找最佳路徑，將分包數據從一個路由節點傳遞到另一個路由節點直至到達目的地，這些特點使Wireless Mesh網路與蜂窩通信等傳統的點對點和點對多點通信網路相比具有無可比擬的優勢。

無線mesh網路源於美國國防部高級研究規劃署資助的分組無線網路研究，最初的動機就是滿足戰場生存的需要。90年代後期，隨著一些技術的公開，mesh網路成為移動通信領域一個公開的研究熱點。目前無線mesh網路技術尚未完全達到實用階段，大部分工作仍處在仿真和試驗階段，該技術難點是在組網技術上面，即怎樣建立一個有效的運算規則和網路協定，能使網路高效可靠的工作，無論在網路層、鏈路層或物理層至今還沒有形成統一標準。無線mesh技術已在美國軍方得到使用，民用領域的套用已開始起步，在美國、歐洲和日本已經成功地建立了一些不同規模的試驗網路。國內的研究剛剛起步，發表了一些理論文章，但作成試驗系統還未見報導。

發展趨勢

其一是寬頻和高速的套用場合，能在300km/h的高速運動情況下傳輸頻寬超過50Mb，核心技術可直接套用於第四代移動通信系統（4G）；

其二是近距離、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信，主要適合於自動控制和遠程監控領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能，這方面的套用可以形成藍牙技術（Bluetooth）的下一代產品，ZigBee正是這種技術的商業化命名。ZigBee的網路標準由IEEE 802.15工作組負責制訂，被稱作IEEE 802.15.4技術標準（於2003年10月完成）。ZigBee協定比藍牙、高速率個人區域網(PAN)或802.11x無線區域網路更簡單實用。

依託於這種獨特的網路架構，無線網狀網具有自組網、自管理、自動修復、自我平衡的特點，它的移動寬頻(頻寬最大可達6Mbps)、支持多種業務的優勢也備受業界推崇，甚至把它看作是無線網路的未來。

對於傳統的採用星型等方式聯接的無線網路，往往單個故障就可以輕易使局部甚至整個網路癱瘓。而無線網狀網是多點跳接系統，提供從源頭到目的地的多條冗餘通信路徑。如果一條路徑由於硬體故障或干擾而停止工作，網狀網會自動改變信息包的路由，使它們能夠利用一條未受影響的替代路徑。

還有，作為多點跳接系統，無線網狀網能夠使一個多跳網路節點在一定的發射功率下就可以到達相鄰節點，所以在實際套用中，它可以有效降低發射器功率，從而延長電池的使用壽命。低功率節點還可以極大地提高頻率復用度，從而達到提高網路容量的目的。

無線網狀網是基於IP協定的通信技術，它支持多點對多點的網狀結構，主要由移動互聯交換控制中心、智慧型接入點、無線路由器、PCMCIA 無線終端網卡四部分組成，整個網路以移動互聯交換控制中心為中心建立，如圖所示。

移動互聯交換控制中心通過網線與智慧型接入點直接相連，在智慧型接入點的周圍相應位置安裝若干個無線路由器，以擴展通信範圍。

網路中持有筆記本電腦或掌上電腦等移動終端設備可以通過PCMCIA的無線網卡以即插即用的方式接入網路，從而確保所有用戶都可以隨時隨地快速接入無線寬頻網路。

無線網狀網的核心是移動跳接式路由技術(Mobile Ad Hoc)，這是它能實現移動寬頻的根本。在一些廠家的產品中還採用了QDMA(Quad Division Multiple Access，是頻分多址、時分多址、碼分多址、帶有避免衝突的載波偵聽多路存取協定的結合技術)專利技術,提高了它的頻譜利用率和抗干擾特性。

通常情況下，無線網狀網中具有全方向天線的無線路由器最大直線通信半徑為5公里，因此它可用於大範圍的無線通信，並可組建城域網。另外，無線網狀網可以通過相應的網關與Internet、Wi-Fi區域網路、公共電話網等網路聯接。

在一般情況下，無線網狀網的最大數據傳輸速率為6Mbps，在時速為200公里的車輛上面，仍可保持1-1.5Mbps的頻寬，完全能夠滿足實時視頻傳輸的要求。

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。
在傳統的無線區域網路(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路，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。

五大優勢

與傳統的WLAN相比，無線Mesh網路具有幾個無可比擬的優勢：
1．快速部署和易於安裝。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。
2．非視距傳輸(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。
3．健壯性。實現網路健壯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。
4．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。而目前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。
5．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。