淺談無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

孫智博

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淺談無線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 長沙 410000

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（Wireless Mesh Network，WMN），又叫無線網(wǎng)狀網(wǎng)、無線網(wǎng)格網(wǎng)，是當(dāng)今熱門的無線網(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，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。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；寬帶無線接入；無線多跳網(wǎng)

1 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的起源

WMN的出現(xiàn)，主要是用戶應(yīng)用需求不斷增長所催生的：（1）傳統(tǒng)的基于基站方案的無線通訊系統(tǒng)是通過無線網(wǎng)絡(luò)接入，來處理用戶移動(dòng)業(yè)務(wù)問題，但是實(shí)際上卻無法適應(yīng)業(yè)務(wù)量需求快速的增長；（2）移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)的出現(xiàn)和近年來的不斷發(fā)展，很大程度上緩解了用戶業(yè)務(wù)量與系統(tǒng)資源量之間的不匹配問題，但只適用于人口稠密的地區(qū)；（3）無線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，但在很長時(shí)期內(nèi)因?yàn)槟承┰虿]有在民用通信領(lǐng)域范疇內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用；（4）無線局域網(wǎng)能夠有效延伸因特網(wǎng)的服務(wù)范圍，但是在實(shí)現(xiàn)過程中，在很多地區(qū)的運(yùn)用并沒有收到很好的成效，尤其是在技術(shù)上也無法實(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)無線通信中“無處不在”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)域的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WMN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中包含兩類節(jié)點(diǎn)：Mesh路由器和Mesh客戶端。無線Mesh路由器除了具有傳統(tǒng)無線路由器的功能外，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)無線接口，這些接口使用相同或者不同的無線訪問技術(shù)。Mesh客戶端一般只有一個(gè)無線接口，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。

可將無線Mesh網(wǎng)絡(luò)分為三類：客戶端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客戶端，因此在這種網(wǎng)絡(luò)中不需要Mesh路由器。客戶端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Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)功能與因特網(wǎng)相連，并為Mesh客戶端提供寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，經(jīng)過運(yùn)用包含IEEE 802.11在內(nèi)的多種協(xié)議，來完成網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。一般Mesh客戶端和已有的無線網(wǎng)絡(luò)能夠通過Mesh路由器接入到更高層Mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過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客戶端能夠直接通過Mesh路由器接入Mesh網(wǎng)絡(luò)，也可以經(jīng)過其他Mesh客戶端，通過多跳接入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)、無線局域網(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 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

WMN是一種近年來才發(fā)展起來的先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起了包括運(yùn)營商、設(shè)備廠家在內(nèi)的很多部門的通信技術(shù)人員的普遍注意。因?yàn)樗旧砭哂械土某杀尽⒏咚俚膫鬏斔俣取V泛的運(yùn)用范圍、方便的維護(hù)工作等特點(diǎn)，這就使得無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可能成為未來通信發(fā)展的新方向。（1）相比現(xiàn)在我們常見的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)成無線網(wǎng)絡(luò)；（4）在節(jié)約成本方面，一般來說，無線網(wǎng)絡(luò)的投資運(yùn)營所冒風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說很小，投入的技術(shù)成本也相對(duì)很低；并且無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以進(jìn)行無限的擴(kuò)展；（5）無線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)的無線網(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)有的其余種類的無線網(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)議的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以兼容其他運(yùn)行802.11協(xié)議的無線設(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 無線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，無線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）無線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。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以和多種寬帶無線接入技術(shù)，如WLAN、3G、4G等移動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，組成一個(gè)含有多跳無線鏈路的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。

總而言之，無線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.無線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.新一代無線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