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無線Mesh網絡技術
摘要: 無線mesh網絡是新近出現的一種無線多跳網狀拓撲網絡,是一種非常有前途的無線接入網絡技術。本文簡要介紹了無線mesh的網絡結構、特點、應用,并分析了影響無線mesh網性能的主要技術因素。
關鍵詞:無線mesh網,寬帶無線接入,無線多跳網
無線Mesh網絡技術
在寬帶無線接入領域,各種無線通信技術蓬勃發展的同時,一種新的無線網絡技術——無線mesh網絡也逐漸發展起來,引起了人們廣泛的注意。無線mesh網,即無線網狀網,也稱為無線多跳網,它可以和多種寬帶無線接入技術如802.11、802.16、802.20以及3G移動通信等技術相結合,組成一個含有多跳無線鏈路的無線網狀網絡。這種無線網狀網,可以大大增加無線系統的覆蓋范圍,同時可以提高無線系統的帶寬容量以及通信可靠性,是一種非常有發展前途的寬帶無線接入技術。
無線Mesh網的網絡架構
傳統的無線接入技術中,主要采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、802.11WLAN中的AP等等。中心節點一方面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絡的訪問就;另一方面,中心節點又通過有線鏈路與有線骨干網相連,提供到骨干網的連接。而在無線mesh網絡中,采用網狀mesh拓撲結構,也可以說是一種多點到多點網絡拓撲結構。在這種mesh網絡結構中,各網絡節點通過相臨其他網絡節點,以無線多跳方式相連。
無線mesh網主要由兩種網絡節點組成:mesh路由器和mesh終端。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網絡互連的路由功能。Mesh路由器通常具有多個無線接口,這些無線接口可以是基于相同的無線接入技術構建,也可以是基于不同的無線接入技術。與傳統的無線路由器相比,無線mesh路由器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范圍。在無線mesh網絡中,由mesh路由器互連構成無線骨干網,這個無線骨干網再通過其中的網關mesh路由器與外部網絡如Internet相連。Mesh終端也具有一定的mesh網絡互連和分組轉發功能,但是一般不具有網關橋接功能。通常,mesh終端通常只具有一個無線接口,實現復雜度遠小于mesh路由器。Mesh終端可以是筆記本電腦、掌上電腦、PDA以及手機等終端設備。Mesh終端之間互連可以構成一個小型對等通信網絡。mesh路由器和mesh終端之間混合組網如下圖所示: 
無線mesh網與同樣采用多跳網狀拓撲的Adhoc網相比,也有所不同。Adhoc網絡是由移動終端設備組成的無線分布式多跳網絡,其中一般不包含靜止的節點設備;而無線mesh網中的無線路由器大多是靜止的設備,而用戶終端也可以是靜止或移動的無線接入終端。此外,adhoc網的設計目的是為了實現用戶移動終端設備之間的對等網絡通信,而無線mesh網絡著重的是給終端用戶提供無線接入功能。
無線Mesh網絡的特點
與傳統的無線接入技術相比,無線mesh網具有一些新的特點:
1.無線多跳網絡
無線mesh網技術開發的目標是在不犧牲信道容量的情況下,擴展現有無線網絡的覆蓋范圍。另一個目標是在不具有直接視距無線鏈路的用戶之間,提供非視距連接。為了實現這些目標,不可避免的要采用多跳mesh網絡。多跳mesh網絡架構中,無線鏈路間更短、發射功率更小、節點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容量。
2.支持adhoc方式網絡互連,具有自組織、自管理、自愈能力
無線mesh網具有網絡結構靈活、易于部署和配置、容錯以及網狀連接多點到多點通信等特點,使得無線mesh網的初始部署成本相當低,并且可以根據需要逐步擴容。自組織自愈能力使得無線meh網不需要網絡管理員來手工配置網絡,而可以自動發現新節點,自動完成配置過程,自動維護網絡正常運行,在出現節點/鏈路故障時也可自動調整完成網絡自愈。
3.多種類型的網絡接入
在無線mesh網中,既支持無線終端接入骨干網,又支持無線終端之間的對等網絡通信。此外,把無線mesh網技術與其他無線網絡相結合,可以通過無線mesh網給這些無線網絡的終端用戶提供無線接入業務。
4.移動性以及能耗限制與節點類型相關
無線mesh網中,mesh路由器一般為靜止不動的設備,而mesh終端可以是移動或固定設備。同時,mesh路由器一般沒有能耗的限制,而mesh終端則需要采用能耗較小的網絡通信協議。這樣,MAC以及路由協議需要針對mesh路由器和mesh終端設備分別設計和優化。
與同樣具有自組織、自管理以及多跳無線adhoc拓撲的adhoc網絡相比,無線mesh網也有自己與adhoc網絡不同的特點:
5.具有無線基礎設施骨干網
無線mesh網內,由mesh路由器組成一個無線骨干網,專門用于給終端客戶提供可靠網絡連接。這個無線骨干網在無線域內提供了大覆蓋范圍、連通性以及健壯性。反觀Adhoc網絡則是基于各個不可靠的終端用戶來進行通信,不存在專門提供網絡連接服務的基礎骨干網,這給adhoc的應用帶來了很大的限制。
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