無線Mesh網(wǎng)絡(luò)簡介

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，各種802.11x標準不斷被更新，新的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)也不斷被提出。正當無線局域網(wǎng)（WLAN）的發(fā)展方興未艾時，一種新的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）又出現(xiàn)了。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的核心指導思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，傳統(tǒng)的WLAN一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解。無線Mesh技術(shù)的出現(xiàn)，代表著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的又一大跨越，有極為廣闊的應(yīng)用前景。  

什么是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)？  

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。  

在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(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(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。  

這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)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(wǎng)絡(luò)的典型例子。例如，當我們發(fā)送一份E-mail時，電子郵件并不是直接到達收件人的信箱中，而是通過路由器從一個服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個服務(wù)器，最后經(jīng)過多次路由轉(zhuǎn)發(fā)才到達用戶的信箱。在轉(zhuǎn)發(fā)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盡快到達用戶的信箱。  

與傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)去掉了節(jié)點之間的布線需求，但仍具有分布式網(wǎng)絡(luò)所提供的冗余機制和重新路由功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)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，并確定最佳的多跳傳輸路徑。添加或移動設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)能夠自動發(fā)現(xiàn)拓撲變化，并自動調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。  

Mesh網(wǎng)絡(luò)的五大優(yōu)勢  

與傳統(tǒng)的WLAN相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有幾個無可比擬的優(yōu)勢：  

1．快速部署和易于安裝。安裝Mesh節(jié)點非常簡單，將設(shè)備從包裝盒里取出來，接上電源就行了。由于極大地簡化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點來擴大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個Mesh節(jié)點都需要有線電纜連接，這是它與有線AP最大的不同。 Mesh的設(shè)計目標就是將有線設(shè)備和有線AP的數(shù)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(jié)省就是非?？捎^的。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的配置和其他網(wǎng)管功能與傳統(tǒng)的WLAN相同，用戶使用WLAN的經(jīng)驗可以很容易應(yīng)用到Mesh網(wǎng)絡(luò)上。  

2．非視距傳輸(NLOS)。利用無線Mesh技術(shù)可以很容易實現(xiàn)NLOS配置，因此在室外和公共場所有著廣泛的應(yīng)用前景。與發(fā)射臺有直接視距的用戶先接收無線信號，然后再將接收到的信號轉(zhuǎn)發(fā)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(zhuǎn)到另一個用戶，并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帶訪問功能。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠非視距傳輸?shù)奶匦源蟠髷U展了無線寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。  

3．健壯性。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來傳輸數(shù)據(jù)。如果某個路由器發(fā)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(shù)據(jù)包，然后經(jīng)多個路由器通過Internet發(fā)送，最后再組裝成到達用戶收件箱里的信息。Mesh網(wǎng)絡(luò)比單跳網(wǎng)絡(luò)更加健壯，因為它不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個節(jié)點出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運行不會受到影響。  

4．結(jié)構(gòu)靈活。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備必須共享AP。如果幾個設(shè)備要同時訪問網(wǎng)絡(luò)，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導致系統(tǒng)的運行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過不同的節(jié)點同時連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會導致系統(tǒng)性能的降低。  

Mesh網(wǎng)絡(luò)還提供了更大的冗余機制和通信負載平衡功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都有多個傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點的通信擁塞。而目前單跳網(wǎng)絡(luò)并不能動態(tài)地處理通信干擾和接入點的超載問題。  

5．高帶寬。無線通信的物理特性決定了通信傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶寬，因為隨著無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加。因此選擇經(jīng)多個短跳來傳輸數(shù)據(jù)將是獲得更高網(wǎng)絡(luò)帶寬的一種有效方法，而這正是Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢所在。  

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點的相互連接和可能的路徑數(shù)量的增加，總的帶寬也大大增加。  

此外，因為每個短跳的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)所需要的功率也較小。既然多跳網(wǎng)絡(luò)通常使用較低功率將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑墓?jié)點，節(jié)點之間的無線信號干擾也較小，網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)容量。比如在高密度的城市網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠減少使用無線網(wǎng)絡(luò)的相鄰用戶的相互干擾，大大提高信道的利用效率。  

Mesh網(wǎng)絡(luò)的不足  

盡管無線Mesh聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，但也存在一些影響它廣泛部署的問題。  

1．互操作性。目前影響無線Mesh技術(shù)迅速普及的一個重要障礙就是互操作性。正如任何一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)剛出現(xiàn)時一樣，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的技術(shù)標準，用戶現(xiàn)在要么就只能使用某一個廠商的無線Mesh產(chǎn)品，要么面臨如何與各種不同類型的嵌入式無線設(shè)備接口的問題，這個問題目前是影響無線Mesh技術(shù)推廣使用最重要的原因。鑒于此，目前一些公司正在開發(fā)能夠適應(yīng)不同無線環(huán)境的可配置的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，互操作性有望得到一定程度的解決。但要想徹底解決互操作性問題，最終還需要業(yè)界制定統(tǒng)一的無線Mesh技術(shù)標準。  

2．通信延遲。既然在Mesh網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通過中間節(jié)點進行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，每一跳至少都會帶來一些延遲，隨著無線Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，跳接越多，積累的總延遲就會越大。一些對通信延遲要求高的應(yīng)用，如話音或流媒體應(yīng)用等，可能面臨無法接受的延遲過長的問題。目前解決這一問題主要是通過增加Mesh節(jié)點以及合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著多無線Mesh節(jié)點技術(shù)的出現(xiàn)這一問題將得到最終解決。  

3．安全。與WLAN的單跳機制相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳機制決定了用戶通信要經(jīng)過更多的節(jié)點。而數(shù)據(jù)通信經(jīng)過的節(jié)點越多，安全問題就越變得不容忽視。Internet本身即是使用Mesh方式進行通信的典型，它的安全隱患是眾所周知的。盡管有線網(wǎng)絡(luò)中使用的各種端到端安全技術(shù)，如虛擬專用網(wǎng)（VPN）同樣可以用來解決無線Mesh的安全問題。但正如Internet一樣，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的安全是一個不容忽視的問題。 

廣泛的Mesh應(yīng)用 

Mesh網(wǎng)絡(luò)在家庭、企業(yè)和公共場所等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。 

1．家庭 

Mesh技術(shù)的一個重要用處就是用于建立家庭無線網(wǎng)絡(luò)。家庭式無線Mesh聯(lián)網(wǎng)可以連接臺式PC機、筆記本和手持計算機、HDTV、DVD播放器、游戲控制臺，以及其他各種消費類電子設(shè)備，而不需要復雜的布線和安裝過程。在家庭Mesh網(wǎng)絡(luò)中，各種家用電器既是網(wǎng)上的用戶，也作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分為其他設(shè)備提供接入服務(wù)。當家用電器增多時，這種組網(wǎng)方式可以提供更多的容量和更大的覆蓋范圍。Mesh技術(shù)應(yīng)用家庭環(huán)境中的另外一個關(guān)鍵好處是它能夠支持帶寬高度集中的應(yīng)用，如高清晰度視頻等。 

2．企業(yè) 

目前，企業(yè)的無線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的蜂窩電話式無線鏈路，為用戶提供點到點和點到多點傳輸。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)則不同， 它允許網(wǎng)絡(luò)用戶共享帶寬，消除了目前單跳網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負載的動態(tài)平衡。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中增加或調(diào)整AP也比有線AP更容易、配置更靈活、安裝和使用成本更低。尤其是對于那些需要經(jīng)常移動接入點的企業(yè)，無線Mesh技術(shù)的多跳結(jié)構(gòu)和配置靈活將非常有利于網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級。 

3． 學校 

校園無線網(wǎng)絡(luò)與大型企業(yè)非常類似，但也有自己的不同特點。一是校園WLAN的規(guī)模巨大，不僅地域范圍大，用戶多，而且通信量也大，因為與一般企業(yè)用戶相比學生會更多地使用多媒體；二是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求高，網(wǎng)絡(luò)必須能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)、室外、禮堂、宿舍、圖書館、公共場所等之間的無縫漫游；三是負載平衡非常重要，由于學生經(jīng)常要集中活動，當學生同時在某個位置使用網(wǎng)絡(luò)時就可能發(fā)生通信擁塞現(xiàn)象。 

解決這些問題的傳統(tǒng)作法是在室內(nèi)高密度地安裝AP，而在室外安裝的AP數(shù)量則很少。但由于校園網(wǎng)的用戶需求變化較大，有可能經(jīng)常需要增加新的AP或調(diào)整AP的部署位置，這會帶來很大的成本增加。而使用Mesh方式組網(wǎng)，不僅易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)升級和調(diào)整，而且能夠?qū)崿F(xiàn)室外和室內(nèi)之間的無縫漫游。 

4． 醫(yī)院 

Mesh還為像醫(yī)院這樣的公共場所提供了一種理想的聯(lián)網(wǎng)方案。由于醫(yī)院建筑物的構(gòu)造密集而又復雜，一些區(qū)域還要防止電磁輻射，因此是安裝無線網(wǎng)絡(luò)難度最大的領(lǐng)域之一。醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)有兩個主要的特點。一是布線比較困難: 在傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式中，需要在建筑物上穿墻鑿洞才能布線，這顯然不利于網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的變化。二是對網(wǎng)絡(luò)的健壯性要求很高: 如果醫(yī)院里有重要的活動（如手術(shù)），網(wǎng)絡(luò)任何可能的故障都將會帶來災難性的后果。 

采用無線Mesh組網(wǎng)則是解決這些問題的理想方案。如果要對醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)拓撲進行調(diào)整，只需要移動現(xiàn)有的Mesh節(jié)點的位置或安裝新的Mesh節(jié)點就可以了，過程非常簡單，安裝新的Mesh節(jié)點也非常方便。而無線Mesh的健壯性和高帶寬也使它更適合于在醫(yī)院中部署。 

5．旅游休閑場所 

Mesh非常適合于在那些地理位置偏遠布線困難或經(jīng)濟上不合算，而又需要為用戶提供寬帶無線Internet訪問的地方，如旅游場所、度假村、汽車旅館等。Mesh能夠以最低的成本為這些場所提供寬帶服務(wù)。 

6．快速部署和臨時安裝 

對于那些需要快速部署或臨時安裝的地方，如展覽會、交易會、災難救援等，Mesh網(wǎng)絡(luò)無疑是最經(jīng)濟有效的組網(wǎng)方法。比如，如果需要臨時在某個地方開幾天會議或辦幾天展覽，使用Mesh技術(shù)來組網(wǎng)可以將成本降到最低