孫智博

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淺談無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)

孫智博

中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)（Wireless Mesh Network，WMN），又叫無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)，是當(dāng)今熱門(mén)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。WMN的研究起源于Ad hoc網(wǎng)的發(fā)展，它與Ad hoc網(wǎng)的發(fā)展聯(lián)系密切。WMN結(jié)構(gòu)可主要分為三類(lèi)，其中混合 Mesh 網(wǎng)絡(luò)被相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)為是目前應(yīng)用前景最好的Mesh結(jié)構(gòu)。WMN也具有很多傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不具備的優(yōu)勢(shì)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)；寬帶無(wú)線(xiàn)接入；無(wú)線(xiàn)多跳網(wǎng)

1 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的起源

WMN的出現(xiàn)，主要是用戶(hù)應(yīng)用需求不斷增長(zhǎng)所催生的：（1）傳統(tǒng)的基于基站方案的無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，來(lái)處理用戶(hù)移動(dòng)業(yè)務(wù)問(wèn)題，但是實(shí)際上卻無(wú)法適應(yīng)業(yè)務(wù)量需求快速的增長(zhǎng)；（2）移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)的出現(xiàn)和近年來(lái)的不斷發(fā)展，很大程度上緩解了用戶(hù)業(yè)務(wù)量與系統(tǒng)資源量之間的不匹配問(wèn)題，但只適用于人口稠密的地區(qū)；（3）無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)的研究起源于Ad hoc網(wǎng)的發(fā)展，它與Ad hoc網(wǎng)的發(fā)展聯(lián)系密切。盡管Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直在與移動(dòng)蜂窩通信技術(shù)同時(shí)快速發(fā)展，但在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)因?yàn)槟承┰虿](méi)有在民用通信領(lǐng)域范疇內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用；（4）無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)能夠有效延伸因特網(wǎng)的服務(wù)范圍，但是在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，在很多地區(qū)的運(yùn)用并沒(méi)有收到很好的成效，尤其是在技術(shù)上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)像蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣的優(yōu)越的信號(hào)服務(wù)范圍。[1]

為了可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信中“無(wú)處不在”的服務(wù)目的，需要在基于移動(dòng)Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，繼續(xù)研發(fā)出一種完全適用于民用通信領(lǐng)域的無(wú)線(xiàn)多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WMN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中包含兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)：Mesh路由器和Mesh客戶(hù)端。無(wú)線(xiàn)Mesh路由器除了具有傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)路由器的功能外，還具有可以運(yùn)行在Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由功能。為進(jìn)一步提升Mesh網(wǎng)絡(luò)的易擴(kuò)展性，Mesh路由器通常有多個(gè)無(wú)線(xiàn)接口，這些接口使用相同或者不同的無(wú)線(xiàn)訪問(wèn)技術(shù)。Mesh客戶(hù)端一般只有一個(gè)無(wú)線(xiàn)接口，也具備構(gòu)成Mesh網(wǎng)絡(luò)的必要功能，因此也可以像路由器一樣工作，但是它不具有網(wǎng)關(guān)或者網(wǎng)橋的功能。

可將無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)分為三類(lèi)：客戶(hù)端Mesh網(wǎng)絡(luò)、主干Mesh網(wǎng)絡(luò)以及混合Mesh網(wǎng)絡(luò)。[2]

客戶(hù)端Mesh網(wǎng)絡(luò)提供了一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)僅包括具備Mesh路由性能的增強(qiáng)型Mesh客戶(hù)端，因此在這種網(wǎng)絡(luò)中不需要Mesh路由器?？蛻?hù)端Mesh網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能夠任意挪動(dòng)，并且網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)變換的。數(shù)據(jù)包是通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)一跳一跳轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。

主干Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由Mesh路由器組成，是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自配置和自愈強(qiáng)大功能的網(wǎng)絡(luò)。這樣的結(jié)構(gòu)能夠降低系統(tǒng)建設(shè)成本，同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性和健壯性。通過(guò)Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)功能與因特網(wǎng)相連，并為Mesh客戶(hù)端提供寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，經(jīng)過(guò)運(yùn)用包含IEEE 802.11在內(nèi)的多種協(xié)議，來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。一般Mesh客戶(hù)端和已有的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)Mesh路由器接入到更高層Mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過(guò)路由選擇及管理控制等功能為移動(dòng)終端選擇與其他網(wǎng)絡(luò)通信的最佳途徑。

在混合Mesh結(jié)構(gòu)中，Mesh客戶(hù)端能夠直接通過(guò)Mesh路由器接入Mesh網(wǎng)絡(luò)，也可以經(jīng)過(guò)其他Mesh客戶(hù)端，通過(guò)多跳接入Mesh網(wǎng)絡(luò)。這種方式提供了與另外一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的連接，如因特網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、WiMAX、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)。相比前幾種結(jié)構(gòu)，混合Mesh網(wǎng)絡(luò)被相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)為是目前應(yīng)用前景最好的Mesh結(jié)構(gòu)。

3 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

WMN是一種近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起了包括運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠家在內(nèi)的很多部門(mén)的通信技術(shù)人員的普遍注意。因?yàn)樗旧砭哂械土某杀?、高速的傳輸速度、廣泛的運(yùn)用范圍、方便的維護(hù)工作等特點(diǎn)，這就使得無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可能成為未來(lái)通信發(fā)展的新方向。（1）相比現(xiàn)在我們常見(jiàn)的Wi-Fi技術(shù)，它主要運(yùn)用了單點(diǎn)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，覆蓋范圍僅局限在熱點(diǎn)單跳范圍內(nèi)。而采用了Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，單跳變?yōu)槎嗵采w的范圍得到很大的擴(kuò)展；（2）組建網(wǎng)絡(luò)的方式變得更加靈活，維護(hù)工作也變得非常方便；（3）它還能夠大大提高了網(wǎng)絡(luò)的組建效率，因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)快捷方便，只需要在選定的地方加入專(zhuān)用Mesh路由器即可將已有的設(shè)備與新設(shè)備相連接，從而構(gòu)成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；（4）在節(jié)約成本方面，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的投資運(yùn)營(yíng)所冒風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)很小，投入的技術(shù)成本也相對(duì)很低；并且無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以進(jìn)行無(wú)限的擴(kuò)展；（5）無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可以自組織、自愈、自均衡，健壯性和可靠性相比傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)不少，還提供了可以保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的冗余策略和通信負(fù)載平衡功能。（6）更加強(qiáng)勁的兼容能力，可以與現(xiàn)有的其余種類(lèi)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兼容，并且可以進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。例如，基于802.11協(xié)議的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可以兼容其他運(yùn)行802.11協(xié)議的無(wú)線(xiàn)設(shè)備，這些Mesh網(wǎng)絡(luò)也可以同WiMAX、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。

4 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

（1）隨著蜂窩通信網(wǎng)的發(fā)展，足以支撐大多數(shù)安全性要求不那么嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)傳輸中，因此，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可以更多地應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)的搭建，以及各種專(zhuān)用、私有的網(wǎng)絡(luò)之中（例如各種視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等等）。

（2）無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)在城市的特定區(qū)域，家庭房間內(nèi)，企業(yè)以及公共場(chǎng)所等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)可以和多種寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，如WLAN、3G、4G等移動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，組成一個(gè)含有多跳無(wú)線(xiàn)鏈路的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)。

總而言之，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)正處在不斷發(fā)展階段，我們有必要去關(guān)注這種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，把握住技術(shù)進(jìn)步的機(jī)遇，不斷充實(shí)自己，跟上時(shí)代的步伐。

[1]秦裕斌，陳建華，黃曉.無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2009，42（12）：144-146.

[2]何明，裘杭萍，肖登海，等.新一代無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)[J].電信科學(xué)，2009，25（1）：62-65.

Talking about Wireless Mesh Network

Sun Zhibo

College of information science and engineering, Central South University, Hunan Changsha 410000

Wireless Mesh Network (WMN) is one of the popular wireless networking technologies. WMN research originated in the development of Ad hoc network. It is closely associated with the development of Ad hoc network. WMN’s structure can be divided into three main classes .And experts in related fields said that Hybrid Mesh network has the best prospect. WMN also has wide range of applications and a lot of advantages that traditional networks do not have.

Wireless Mesh Network、Broadband Wireless Access、Ad hoc networks

TN929.5

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1009-6434(2016)6-0043-02