基于大都市環境下WiFi Mesh組網容量性能研究

【摘要】本研究借助實際的案例，通過分析大都市背景下的密集商業圈這一環境里面的WiFi Mesh組網對應的具體容量性能，對于大都市背景下，應用Mesh組網給出對應的建議。

【關鍵詞】時延WiFi吞吐量Mesh密集區

一、引言

WiFi Mesh，也就是無線網狀網格，在最近幾年發展相當的快速。作為一種網絡結構，WiFi Mesh本身比較新，是建立在多跳路由基礎之上的，空口接入技術使用的為WiFi，不同的接入點之間選擇的技術構架為Mesh，這樣對于傳統WLAN中的諸多問題，比如較低的伸縮性，較差的健壯性等等，其都能夠予以解決。本研究在大都市環境下的密集圈這一背景下對應的Mesh網絡性能特點予以研究的基礎之上，對相關的應用給出了自己的建議，在技術方面提出了具體的方案。

二、研究Mesh組網在吞吐量方面的具體性能

當前，Mesh組網應用越來越廣泛，商業化越來越強，所以對其性能以及相關的技術方案，必須要給予更多的關注，這也是本研究的基本背景所在。

在實驗室條件下測試單AP組網和Mesh簇對應的雙頻組網之具體性能，選擇的分析對象非常有代表性，是兩種不同的Mesh設備，這兩組設備的差異在于接入點是有線的，還是無線的，實驗發現單AP組網的條件下，吞吐的具體性能基本上都是25Mbps，符合理論計算結果。

WiFi Mesh網絡在構成上主要為無線AP，其分布呈網狀，彼此間通過點對點，借助無線中繼鏈路進行互聯。在具體的特征上，WiFi Mesh組網多跳，對于用戶端以及網絡節點，每個都可以選擇最佳的路由。為了在大都市的密集應用背景下，對Mesh組網性能進行研究，本論文選擇的實例為上海徐家匯區。試驗選擇的組網方式包括了兩種，分別是有線和無線，經過在大都市環境下的密集區進行具體吞吐性能的比對，獲得了具體的結果，圖1給出了無線的具體組網方式；觀察該圖可以知道終端通過無線的方法實現和Mesh網絡的具體鏈接，每個AP間的無線回程為802.11a，據此最終組網做到了多跳鏈狀。而IAP表示的則是有線接入條件對應的根節點，而WR表示的則是無線接入MeshAP，終端就是STA。

圖2描述的是Mesh組網中的有線接入。這個方式為借助網線，終端實現了和Mesh網絡的具體接入，無線回程在AP間是通過802.11a這種方式得到實現的，也借助于此，最終做到Mesh多跳條件下的組網。

圖3對比了有線以及無線兩種組網方式下的具體吞吐量，按照實驗所得，可以知曉，相比來講，比較理想的組網方式為有線。

三、研究Mesh組網對應的時延性

WiFi Mesh組網模式下，在到達最終的目的節點以前，數據包要進行中繼轉發，這樣對于鏈路來講，整體的利用效率就會被降低，也就是說傳輸的過程中就會發生時延，圖5描述了于第三跳這個節點上面進行FTP的加載，同時進行限速的時候，對應的時延狀況。

根據圖4和圖5可以得出，在密集區，WiFi Mesh能夠提供的無線吞吐量本身不會很高，時延受到來自FTP限速加載方面的具體影響也不是很大，不過在FTP的具體影響下，丟包率卻明顯的上升了。

組網類型不一樣的話，借助不同負荷的加載，對于Mesh組網對應的雙向時延進行更為全面的考察，跳數一樣的話，比較單、雙頻兩種組網的具體時延性，可以看出單頻為雙頻的1.5倍到2倍，原因在于單頻組網無論是在接入，還是在回傳鏈路方面的頻段都是一樣的，這樣進行接入以及回傳兩種處理的時候，都需要分時工作，所以時延必然會被增加，這和理論的推測基本上一致。而時延不但會對Qos性能產生具體的影響，而且會對建立在TCP基礎之上的流量性能產生很大的影響，所以說對于Mesh組網而言，影響其性能的另外一個重大因素就是時延。

四、大都市環境下密集區中運用WiFi Mesh組網之具體的特征

大都市中的密集區，借助Mesh進行組網的話，吞吐性能本身比較差，也就是說在這樣的環境下，Mesh組網的具體性能可以表述如下：

（1）大都市環境下密集區背景中的2.4GHz，其產生的干擾非常的大，但是其本身又是典型的代表，這個頻段是開放的，接入的話，不需要較高的門檻，當前AP用的基本上都是802.11b/g，對于2.4GHz這個頻段而言，其僅僅有三個不重疊的信道，也就是說就會存在非常明顯的頻率不夠的狀況，干擾也會特別的突出。

（2）在大都市密集區的環境下，2.4GHz這個頻段對應的繞射能力非常差，也就是說遮擋很容易對其產生影響，這樣就會限制到Mesh圖網，對于Mesh網的具體吞吐量也會產生很大的影響，試驗中，因為樹林產生的遮擋，所以無線下對應的吞吐性就會非常的差。

五、Mesh組網對應的實際應用分析

作為無線網絡中的一個比較通用的結構，Mesh本身比較新，適合的應用范圍在特征方面可以概括為：開放性好，面積比較大，還可以和諸多的通信技術之間實現很好的結合。這里首先看一下Mesh網絡在當前的具體應用場景，主要包括了無線園區以及城市，比如學校，社區，工業園，游樂場所，還有市政服務地點等等；此外在公共安全通訊平臺上也有著很好的應用，主要是用來對特種行業進行分析，寓意采集，進行視頻的監控和傳送等等。總體而言，發展到現在，Mesh網絡應用的已經非常的廣泛了，功能本身已經發展的比較成熟，盡管如此，還存在仍需完善和發展的地方，比如不同廠商生產出來的設備不能夠做到很好的對接，而且設備在具體的性能上也有很大的差距，具體的組網能力還需要進行充分的驗證。依據前面的研究和分析可以知道，大規模對其應用并且予以組網的時候，還需要進行全面的分析，慎重的考慮，這樣實際應用的過程中，Mesh網管才能夠發揮更大的作用。

六、總結

經上述分析，可以知曉在大都市的密集區，一般遮擋比較多，干擾也比較大，對于Mesh組網而言，這是在該環境下的一個共性，而且和Mesh多跳衰減產生的具體影響相比，干擾與遮擋會產生更大的影響，所以在大都市密集區組建Mesh網絡的時候，一定要對干擾和遮擋予以充分的考慮，站點確定后，做好規劃，保證Mesh網絡處于最高的效能環境下，具備更高的可靠度。