無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，各種802.11x標(biāo)準(zhǔn)不斷被更新，新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)也不斷被提出。正當(dāng)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的發(fā)展方興未艾時(shí)，一種新的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）又出現(xiàn)了。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的核心指導(dǎo)思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，傳統(tǒng)的WLAN一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問(wèn)題由此迎刃而解。無(wú)線Mesh技術(shù)的出現(xiàn)，代表著無(wú)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(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)？  

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。  

在傳統(tǒng)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個(gè)客戶端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線鏈路來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，用戶如果要進(jìn)行相互通信的話，必須首先訪問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(guò)大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動(dòng)重新路由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類(lèi)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(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這樣的訪問(wèn)方式就是多跳訪問(wèn)。  

其實(shí)人們熟知的Internet就是一個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型例子。例如，當(dāng)我們發(fā)送一份E-mail時(shí)，電子郵件并不是直接到達(dá)收件人的信箱中，而是通過(guò)路由器從一個(gè)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)服務(wù)器，最后經(jīng)過(guò)多次路由轉(zhuǎn)發(fā)才到達(dá)用戶的信箱。在轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中，路由器一般會(huì)選擇效率最高的傳輸路徑，以便使電子郵件能夠盡快到達(dá)用戶的信箱。  

與傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)去掉了節(jié)點(diǎn)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(jī)制和重新路由功能。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單地接上電源就可以了，它可以自動(dòng)進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑。添加或移動(dòng)設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并自?dòng)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(shì)  

與傳統(tǒng)的WLAN相比，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：  

1．快速部署和易于安裝。安裝Mesh節(jié)點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，將設(shè)備從包裝盒里取出來(lái)，接上電源就行了。由于極大地簡(jiǎn)化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，不是每個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)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(jì)目標(biāo)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(shí)間，僅這一點(diǎn)帶來(lái)的成本節(jié)省就是非?？捎^的。無(wú)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(yàn)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(wú)線Mesh技術(shù)可以很容易實(shí)現(xiàn)NLOS配置，因此在室外和公共場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用前景。與發(fā)射臺(tái)有直接視距的用戶先接收無(wú)線信號(hào)，然后再將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給非直接視距的用戶。按照這種方式，信號(hào)能夠自動(dòng)選擇最佳路徑不斷從一個(gè)用戶跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)用戶，并最終到達(dá)無(wú)直接視距的目標(biāo)用戶。這樣，具有直接視距的用戶實(shí)際上為沒(méi)有直接視距的鄰近用戶提供了無(wú)線寬帶訪問(wèn)功能。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠非視距傳輸?shù)奶匦源蟠髷U(kuò)展了無(wú)線寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。  

3．健壯性。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。如果某個(gè)路由器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過(guò)備用路徑傳送。E-mail就是這樣一個(gè)例子，郵件信息被分成若干數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)多個(gè)路由器通過(guò)Internet發(fā)送，最后再組裝成到達(dá)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?yàn)樗灰蕾囉谀骋粋€(gè)單一節(jié)點(diǎn)的性能。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動(dòng)路由到備用路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不會(huì)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(gè)設(shè)備要同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，就可能產(chǎn)生通信擁塞并導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行速度降低。而在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過(guò)不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。  

Mesh網(wǎng)絡(luò)還提供了更大的冗余機(jī)制和通信負(fù)載平衡功能。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備都有多個(gè)傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信負(fù)載情況動(dòng)態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點(diǎn)的通信擁塞。而目前單跳網(wǎng)絡(luò)并不能動(dòng)態(tài)地處理通信干擾和接入點(diǎn)的超載問(wèn)題。  

5．高帶寬。無(wú)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?yàn)殡S著無(wú)線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加。因此選擇經(jīng)多個(gè)短跳來(lái)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(shì)所在。  

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅能傳送和接收信息，還能充當(dāng)路由器對(duì)其附近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點(diǎn)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?yàn)槊總€(gè)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(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線信號(hào)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(wú)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(wú)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(wèn)題。  

1．互操作性。目前影響無(wú)線Mesh技術(shù)迅速普及的一個(gè)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(shí)一樣，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用戶現(xiàn)在要么就只能使用某一個(gè)廠商的無(wú)線Mesh產(chǎn)品，要么面臨如何與各種不同類(lèi)型的嵌入式無(wú)線設(shè)備接口的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題目前是影響無(wú)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(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)不同無(wú)線環(huán)境的可配置的無(wú)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(wèn)題，最終還需要業(yè)界制定統(tǒng)一的無(wú)線Mesh技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。  

2．通信延遲。既然在Mesh網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，每一跳至少都會(huì)帶來(lái)一些延遲，隨著無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，跳接越多，積累的總延遲就會(huì)越大。一些對(duì)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(wú)法接受的延遲過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。目前解決這一問(wèn)題主要是通過(guò)增加Mesh節(jié)點(diǎn)以及合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著多無(wú)線Mesh節(jié)點(diǎn)技術(shù)的出現(xiàn)這一問(wèn)題將得到最終解決。  

3．安全。與WLAN的單跳機(jī)制相比，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳機(jī)制決定了用戶通信要經(jīng)過(guò)更多的節(jié)點(diǎn)。而數(shù)據(jù)通信經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)越多，安全問(wèn)題就越變得不容忽視。Internet本身即是使用Mesh方式進(jìn)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(zhuān)用網(wǎng)（VPN）同樣可以用來(lái)解決無(wú)線Mesh的安全問(wèn)題。但正如Internet一樣，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的安全是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。 

廣泛的Mesh應(yīng)用 

Mesh網(wǎng)絡(luò)在家庭、企業(yè)和公共場(chǎng)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(gè)重要用處就是用于建立家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。家庭式無(wú)線Mesh聯(lián)網(wǎng)可以連接臺(tái)式PC機(jī)、筆記本和手持計(jì)算機(jī)、HDTV、DVD播放器、游戲控制臺(tái)，以及其他各種消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備，而不需要復(fù)雜的布線和安裝過(guò)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(dāng)家用電器增多時(shí)，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(gè)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(wú)線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的蜂窩電話式無(wú)線鏈路，為用戶提供點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸。無(wú)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(fù)載的動(dòng)態(tài)平衡。在無(wú)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(duì)于那些需要經(jīng)常移動(dòng)接入點(diǎn)的企業(yè)，無(wú)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(jí)。 

3． 學(xué)校 

校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與大型企業(yè)非常類(lèi)似，但也有自己的不同特點(diǎn)。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?yàn)榕c一般企業(yè)用戶相比學(xué)生會(huì)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(shū)館、公共場(chǎng)所等之間的無(wú)縫漫游；三是負(fù)載平衡非常重要，由于學(xué)生經(jīng)常要集中活動(dòng)，當(dāng)學(xué)生同時(shí)在某個(gè)位置使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)就可能發(fā)生通信擁塞現(xiàn)象。 

解決這些問(wèn)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(huì)帶來(lái)很大的成本增加。而使用Mesh方式組網(wǎng)，不僅易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)升級(jí)和調(diào)整，而且能夠?qū)崿F(xiàn)室外和室內(nèi)之間的無(wú)縫漫游。 

4． 醫(yī)院 

Mesh還為像醫(yī)院這樣的公共場(chǎng)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(fù)雜，一些區(qū)域還要防止電磁輻射，因此是安裝無(wú)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(gè)主要的特點(diǎn)。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(duì)網(wǎng)絡(luò)的健壯性要求很高: 如果醫(yī)院里有重要的活動(dòng)（如手術(shù)），網(wǎng)絡(luò)任何可能的故障都將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。 

采用無(wú)線Mesh組網(wǎng)則是解決這些問(wèn)題的理想方案。如果要對(duì)醫(yī)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行調(diào)整，只需要移動(dòng)現(xiàn)有的Mesh節(jié)點(diǎn)的位置或安裝新的Mesh節(jié)點(diǎn)就可以了，過(guò)程非常簡(jiǎn)單，安裝新的Mesh節(jié)點(diǎn)也非常方便。而無(wú)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(chǎng)所 

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

6．快速部署和臨時(shí)安裝 

對(duì)于那些需要快速部署或臨時(shí)安裝的地方，如展覽會(huì)、交易會(huì)、災(zāi)難救援等，Mesh網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑是最經(jīng)濟(jì)有效的組網(wǎng)方法。比如，如果需要臨時(shí)在某個(gè)地方開(kāi)幾天會(huì)議或辦幾天展覽，使用Mesh技術(shù)來(lái)組網(wǎng)可以將成本降到最低