基于MikroTik RouterOS的校園無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

摘要無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種新型的無(wú)線(xiàn)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，它融合了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和Adhoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等優(yōu)勢(shì)。本文簡(jiǎn)要介紹無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的概念和特性，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MikroTik的校園無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞無(wú)線(xiàn)RouterOSMesh

中圖分類(lèi)號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 引言

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原是一項(xiàng)軍事技術(shù)，戰(zhàn)場(chǎng)上的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要很高的數(shù)據(jù)速率、很低的被檢出概率和防止人為干擾的能力，而Mesh技術(shù)就具備了這些能力。隨著人們對(duì)802.11a、802.11b和802.11g等WLAN技術(shù)了解的深入，Mesh網(wǎng)絡(luò)才逐步成為企業(yè)界和消費(fèi)者矚目的焦點(diǎn)。

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)作為高效率，低成本的無(wú)線(xiàn)解決方案已經(jīng)成為當(dāng)今的主流技術(shù)。無(wú)線(xiàn)的移動(dòng)性為用戶(hù)創(chuàng)造了高效靈活的工作環(huán)境，大大提高了工作效率，其價(jià)值已被越來(lái)越多的人們所認(rèn)同。對(duì)于服務(wù)提供商，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)寬帶接入與漫游能力可以擴(kuò)展提供給用戶(hù)的隨時(shí)隨地“永遠(yuǎn)在線(xiàn)”的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，為 ISP 帶來(lái)了新的商機(jī)。如何突破 WLAN 的傳統(tǒng)“熱點(diǎn)”結(jié)構(gòu)，提供大面積無(wú)線(xiàn)“熱區(qū)”覆蓋和真正平滑漫游能力無(wú)線(xiàn) Mesh 接入技術(shù)作為新一代的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的概念

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是基于IP協(xié)議的無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)，它融合了WLAN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等智能優(yōu)勢(shì)以及移動(dòng)寬帶、無(wú)線(xiàn)定位等特點(diǎn)，是一種大容量、高速率、覆蓋范圍廣的網(wǎng)絡(luò)，成為寬帶接入的一種有效手段。從某種意義上講，Mesh網(wǎng)絡(luò)更主要的是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思想，主要功能體現(xiàn)在無(wú)中心、自組網(wǎng)、多級(jí)跳接和路由判斷選擇等。

無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)是一種與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在傳統(tǒng)的各種無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)。一般都有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)與骨干網(wǎng)直接相連，如AP、基站。中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制各用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的接入和提供到骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)客戶(hù)端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)如果要進(jìn)行相互通信的話(huà)，必須首先訪(fǎng)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(chēng)為單跳網(wǎng)絡(luò)。功能上遠(yuǎn)較用戶(hù)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，成本也比較高昂。

而在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線(xiàn)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)或多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。各用戶(hù)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)相鄰的其他用戶(hù)節(jié)點(diǎn)，以多跳方式實(shí)現(xiàn)到骨干網(wǎng)的連接，新用戶(hù)可以通過(guò)它周?chē)钠渌脩?hù)節(jié)點(diǎn)很方便地接入到網(wǎng)絡(luò)中，由于在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)，不再需要中心節(jié)點(diǎn)，可以極大地減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

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?huà)，那么數(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)最終的地為止。這種訪(fǎng)問(wèn)方式就是多跳訪(fǎng)問(wèn)。

3 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的特性

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種非常適合于覆蓋大面積開(kāi)放區(qū)城(包括室外和室內(nèi))的無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)解決方案。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是:由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無(wú)線(xiàn)AP構(gòu)成，AP均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼鏈路互聯(lián)，將傳統(tǒng)WLAN中的無(wú)線(xiàn)“熱點(diǎn)”擴(kuò)展為真正大面積覆蓋的無(wú)線(xiàn)“熱區(qū)”。

這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的好處包括:(1)自配置。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)中AP具備自動(dòng)配置和集中管理能力，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的管理維護(hù)。(2)自愈合。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)中AP具備自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)路由連接，消除單點(diǎn)故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響，提供冗余路徑。(3)高帶寬。將傳統(tǒng)WLAN的“熱點(diǎn)”覆蓋擴(kuò)展為更大范圍的“熱區(qū)”覆蓋，消除原有的WLAN隨距離增加導(dǎo)致的帶寬下降。另外，采用Mesh結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，信號(hào)能夠避開(kāi)障礙物的干擾，使信號(hào)傳送暢通無(wú)阻，消除盲區(qū)。(4)高利用率。高利用率是Mesh網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)固定的AP被多個(gè)設(shè)備共享使用，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增多，AP的通訊網(wǎng)絡(luò)可用率會(huì)大大下降。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是AP，根本不會(huì)發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題，一旦某個(gè)AP可用率下降，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)重新選擇另一個(gè)AP進(jìn)行傳輸。(5)兼容性。Mesh采用標(biāo)準(zhǔn)的802.11b/g制式，可廣泛地兼容無(wú)線(xiàn)客戶(hù)終端。除此之外，無(wú)線(xiàn)Mesh還提供更好的移動(dòng)漫游能力，以及端到端的安全連接等。

因此，最適合部署無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境有:較大的大學(xué)園區(qū)，作育場(chǎng)館，公共場(chǎng)所，住宅小區(qū)接入，以及需要監(jiān)控的公共場(chǎng)所。

4 MikroTik RouterOS的校園無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

目前，采用傳統(tǒng)的2.4GHz無(wú)線(xiàn)橋接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)接入和網(wǎng)絡(luò)互連的最大問(wèn)題是頻段擁擠，在應(yīng)用于以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋模式，很容易受到干擾，穩(wěn)定性差。MikroTik (下轉(zhuǎn)第121頁(yè))(上接第119頁(yè))無(wú)線(xiàn)寬帶接入產(chǎn)品工作在5GHz和2.4GHz頻段，能很好優(yōu)化頻段擁擠和干擾問(wèn)題，同時(shí)由于產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了路由選擇功能、接入管理功能和更強(qiáng)組網(wǎng)能力，支持最新的802.11s Mesh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是以無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的新型無(wú)線(xiàn)寬帶接入設(shè)備。下面是一個(gè)典型MikroTik的Mesh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò):

從上面的圖中，我們可以到看紅色的連接是設(shè)備間的5G鏈路，也是設(shè)備間的骨干通信，黃色連接則是無(wú)線(xiàn)終端設(shè)備，藍(lán)色節(jié)點(diǎn)是二級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接。通過(guò)Mesh我們可以靈活的在網(wǎng)絡(luò)中添加設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余，Mesh的多點(diǎn)覆蓋還可以解決盲點(diǎn)和障礙問(wèn)題。Mesh還提供更好的移動(dòng)漫游能力，以及端到端的安全連接等等。

在上面這個(gè)Mesh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)多校區(qū)的大學(xué)校園無(wú)線(xiàn)Mesh覆蓋:

通過(guò)這個(gè)圖，我們可以看到Mesh是如何構(gòu)建一個(gè)完整的大學(xué)校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)校區(qū)A點(diǎn)有光纖接入，且校區(qū)A的無(wú)線(xiàn)基站通過(guò)5G信號(hào)傳遞到校區(qū)B的AP1節(jié)點(diǎn)，在校區(qū)B我們通過(guò)3個(gè)AP使用2.4G頻段為本校區(qū)內(nèi)的終端戶(hù)(無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的筆記本、PDA、IP電話(huà)以及安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的PC)提供無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)。在遠(yuǎn)處的校區(qū)C也通過(guò)5G頻段連接到校區(qū)B的AP3，而校區(qū)C也同樣有寬帶線(xiàn)路的出口，也和校區(qū)A做了5G的骨干連接，形成一個(gè)環(huán)路。由于MikroTik Mesh具備自愈合，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)中AP具備自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)路由連接，消除單點(diǎn)故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響，提供冗余路徑。這樣保證了當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)后，其他節(jié)點(diǎn)不受影響。

MikroTik RouterOS內(nèi)核軟件中提供了動(dòng)態(tài)Mesh和靜態(tài)Mesh兩種方式，集成了各種無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)軟件。在具體配置時(shí)，把所有無(wú)線(xiàn)模塊均采用橋接方式，為了避免環(huán)路的出現(xiàn)，每個(gè)設(shè)備的bridge都啟用STP協(xié)議，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的冗余。所有設(shè)備間的配置都將Mode設(shè)置為ap bridge，Band、頻率、SSID配置為相同的參數(shù)，這樣就完成了無(wú)線(xiàn)漫游的設(shè)置。

5 結(jié)語(yǔ)

Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)，具有組網(wǎng)的快速靈活性和節(jié)點(diǎn)的分布性等優(yōu)點(diǎn)，可以提供高速的接入速率。此外，其以少量的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成覆蓋范圍廣的高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，投資較小，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)間短，便于升級(jí)。我們有理由相信，隨著無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)研究的不斷深入，其應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣。