基于Mesh網絡的無線通信技術

摘 要: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。本文簡要介紹了無線mesh的網絡拓撲結構、特點以及與Ad hoc網絡進行了比較，通過mesh網絡解決大規模的Adhoc網絡不適合傳輸大量的信息等問題。

關鍵詞:mesh 無線mesh網絡 ad hoc網絡 移動性 接入

中圖分類號:TN92文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(b)-0022-01

無線局域網絡作為高效率、低成本的無線解決方案已經成為當今的主流技術。無線網絡的移動性為用戶創造了高效靈活的工作環境，大大提高了工作效率，其價值已被越來越多的人們所認同。

傳統的基于基站方案的蜂窩通信系統在解決“最后一公里”的無線接入和為用戶提供無線接入服務等問題上曾經起了很大的作用，但是隨著無線用戶數量的增加，系統有限的頻譜資源制約著系統的容量，無法適應日益增長的需要，“最后一公里”瓶頸問題再一次凸顯出來。空間資源復用的蜂窩移動通信系統的出現，部分緩解了業務增長與系統資源之間的矛盾。但是蜂窩移動通信系統在應用上仍然存在很多局限性，例如它比較適用于人口稠密的地區，但對于用戶數量變化大、移動性強、不適合建立大功率基站的應用場合其效果就顯得很弱了。無線Mesh網絡接入技術的出現解決了分布式網絡系統中“最后一公里”瓶頸的問題。

1 無線Mesh網絡技術

無線Mesh網絡(WMN，Wireless Mesh Network)，又稱為無線網狀網、無線網格網，簡稱為WMN，大約出現在20世紀90年代中期以后。WMN的出現是應用需求直接推動的結果。“Mesh”一詞原來的意思是指所有的節點都互相連接，網絡中的每個節點都具備路由選擇功能，每個節點只和鄰近節點進行通信，因此是一種自組織和自管理的網絡。

無線Mesh網絡是一種與傳統的無線網絡完全不同的網絡。傳統的無線網絡必須首先訪問集中的接入點(AP)才能進行無線連接。這樣，即使兩個結點互相挨著，它們也必須通過接入點才能進行通信。而在無線Mesh網絡中，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。Mesh網絡技術原是一項軍方技術，現在Mesh網絡正逐步成為網絡界矚目的焦點。

2 無線Mesh網絡拓撲結構

在使用WMN技術構建的網絡中，網絡中的每個節點都具備路由選擇功能，每個節點只和鄰近節點進行通信，因此是一種自組織和自管理的網絡。實際上，WMN網絡更像是Internet本身的一種無線版本，分組數據從一個路由到另一個路由進行傳遞直到到達其目的地，這些特點使WMN網絡與傳統的蜂窩通信網絡和固定通信網絡有著顯著區別。WMN吸收了星型與網狀兩種網絡結構的優點，是對兩種網絡結構的無縫融合，這種融合是通過在網絡節點上執行WMR(Wireless Mesh Routing)協議來完成的。WMN與傳統無線星型網絡的不同在于:Wireless Mesh采用了對等式的網絡拓撲，需要在一種分散式網絡環境中進行構建。

3 無線Mesh網絡與移動Ad?hoc網絡的區別及優勢

通常我們把無線網絡結構分成兩種:

一種是點到多點的星型網絡，如IEEE802.11無線mesh網；另一種是點對點的網狀網絡，如移動Ad hoc網絡(MANET)。通常認為WMN是點對點網絡的一種，把它看成是移動Ad hoc技術的一種簡化版本，但實際上兩者是有區別的，主要的不同在于網絡結構的連接上。

Ad hoc技術研究開始于20世紀70年代。美國DARPA出于軍事需要開始研究分組無線網(PRNET:Packet Radio Network)在戰場環境下數據通信中的應用。與傳統無線網絡不同的是，Ad hoc網絡既不需要固定的網絡結構，也沒有專用的固定的基站或路由器作為網絡的管理中心。網絡中的每個節點都具有路由器功能，能夠發現和維護到其他節點的路由，并向鄰居節點發射和轉發數據分組。WMN中的接入點(AP)既可以作為MANET中的一種同等的數據轉發實體，又可以作為連接到其它有線網絡的橋接器。

另外，為減少計算機網絡設計的復雜性，人們往往按功能將計算機網絡劃分為多個不同的功能層。Ad hoc是在第三層做路由，第三層主要功能是在開放系統之間的網絡環境中提供網絡對等層對等實體建立、維護、終止網絡連接的手段，因此不支持傳統IP，所以Ad hoc只能實現內部通信。而mesh將路由功能放到了第二層(叫做轉發)，第二層是數據鏈路層，控制網絡層與物理層之間的通信，它負責在兩個相鄰結點間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數據，即在不可靠的物理線路上保證數據的可靠傳輸。Mesh利用第三層支持傳統IP。實際上，mesh將整個無線網狀網當作一個IP子網，從外部IP路由的角度來看，新的接入點和舊的接入點在同一個目的地，從路由上無須調整，只需要對網狀網內部二層網橋轉發信息進行調整，這樣實現起來比較簡單。所以mesh比較容易與現有網絡融合。

第三，Ad hoc適用于在某些特定的場合，在這些地方需要用非常少的數據傳輸非常重要的信息，而且網絡用戶終端移動性也較低。大規模的Ad hoc網絡不適合傳輸大量的信息，因為大規模的Ad hoc網絡會產生高風險、高成本、低效率以及缺乏安全性等問題。Mesh網絡技術解決了這些問題。WMN通常不是作為一個獨立的網絡形態存在，而是因特網的一種無線延伸，擴大了因特網的覆蓋范圍。這種方式省去了網絡建設初期昂貴的基礎設施建設費用，卻實現了大范圍的快速信號覆蓋，比傳統的點到多點方式的無線網絡具有更多的優點。

第四，無線mesh網與Ad hoc網一樣采用了多跳網狀拓撲結構。但Ad hoc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，而且用戶終端也可以是靜止或移動的無線接入終端。

第五，Ad hoc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。

4 結語

總之，采用 Wireless Mesh 技術，由于其不會受到基站覆蓋范圍的限制，很大程度上增加網絡的覆蓋范圍，并且投資風險小，Mesh網絡的可伸縮性和靈活性較大，有望給無線寬帶領域帶來重大變革。從當前的無線網絡發展趨勢來看，無線Mesh網絡將會和軟件無線電、MIMO、OFDM/OFDMA等技術一樣，成為下一代無線網絡的技術熱點。是一種非常有發展前途的寬帶無線接入技術。

參考文獻

[1]劉化君，等編著.計算機網絡與通信[M].高等教育出版社.

[2]朱志祥，王瑞剛編著.IP網絡多媒體通信技術及應用[M].西安電子科技大學出版社.