無線Mesh網絡技術在無線局域網中的應用

周 鋒

（貴州輕工職業技術學院，貴州 貴陽 550025）

0 引 言

隨著電子信息技術的發展，移動電子設備已經進入普通人們的生活，成為人們生活不可或缺的一部分，而人們對網絡的帶寬、傳輸速率以及穩定性等提出了越來越高的要求。特別是近年來，在校園、醫院等人群密集的地方均需要網絡，而傳統局域網已經不能滿足人們的要求。這些場所對無線網絡的需求不斷增長，促進了局域網中無線網絡技術的發展。無線網絡技術彌補了傳統局域網的不足，使人們能在校園、醫院等非辦公區域正常上網。

一般情況下，辦公區域通過無線路由器將有線網絡轉換為無線網絡。現在無線上網常用的是WiFi，使用過程中經常會遇到以下兩個問題：一是WiFi網絡的傳輸功率會因距離的增加而減弱信號；二是接入WiFi的數量受到限制。基于這些問題，提出了增強型無線網絡的技術——無線Mesh網絡技術。無線Mesh網又稱無線網狀網，是一種基于多跳路由、高容量以及對等結構的新型網絡結構[1]。無線Mesh網絡技術在數據傳輸上支持點對多點和多點對多點的傳輸方式[2]，是一種非常適合覆蓋大面積開放區城（包括室外和室內）的無線局域網網絡解決方案。

1 無線Mesh網絡技術

1.1 無線Mesh網絡技術工作原理

無線Mesh網絡（無線網狀網絡）也稱為多跳（multi-hop）網絡，是一種有別于傳統無線網絡基礎上發展起來的新型無線網絡技術[1,3]。無線網狀網是一種基于多跳路由、對等網絡技術的新型網絡結構，具有移動寬頻的特性，本身可以動態不斷擴展，自組網，自管理，自動修復，自我平衡[3]。

局域網常見的網絡拓撲結構有總線結構、星形結構、環形結構、樹狀結構和分布式結構5種結構類型。無線Mesh網絡根據局域網的網絡拓撲結構特點和節點功能的作用，劃分為無線Mesh骨干網、無線Mesh客戶端和無線Mesh混合網（如圖1所示）。無線Mesh骨干網主要用作基礎設施無線網絡；無線Mesh客戶端是底層設施無線網絡，用戶直接接入無線網絡；無線Mesh混合網融合了無線Mesh骨干網和無線Mesh客戶端的功能，更適合在大面積開放區城的場景部署。

圖1 無線Mesh網絡混合網絡結構圖

1.2 無線Mesh網絡與WiFi的區別與聯系

家用無線路由器的WiFi的傳輸距離很短，一般半徑在10～50 m。無線路由器安放在客廳，但WiFi信號穿透障礙物的能力非常弱，衰減迅速。商用WiFi使用大功率設備，緩解了信號衰減的問題，但在有障礙物的地方效果還是會變差，人群密集的場所接入點容易達到上限。無線Mesh組網方式相對于WiFi，傳輸距離、訪問接入點以及移動性上都有很大的改進，且具有兼容WiFi的特性，克服了WiFi傳輸過程中信號容易衰減和移動性問題。訪問接入點采用多跳方式，擴展了容量。同時，移動終端設備的普及擴大了無線網絡的應用范圍，而無線Mesh網絡的健壯性也滿足了移動終端對移動網絡的要求。因此，無線Mesh網絡在WiFi的上繼續發展、完善，使得兩者的優勢可以相互補充，相互融合。

無線Mesh網絡具有多跳性質，也就是說，任何無線設備節點既可以作為接入點（AP）和路由器（每個節點具有發送和接收信號的功能），也可以與一個節點或多個節點直接進行通信。而在傳統的無線局域網是單跳網絡，每個客戶端要通過一條與接入點（AP）相連的無線鏈路來訪問網絡。如果用戶要進行網絡互聯通信，首先要連接一個固定的訪問節點接入。多跳網絡結構較單跳網絡的最大優勢在于：在單跳網絡結構中，如果一個AP被多個客戶端同時訪問，容易因網絡流量過大而導致擁塞，而多跳網絡結構可以將數據自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節點，路由到鄰近節點如果網絡流量過大會繼續路由，從而找到合適的節點進行數據包傳輸，直到到達最終目的地為止。由于無線Mesh網絡包括一組呈網狀分布的無線AP，而AP均采用點對點方式，因此可通過無線中繼鏈路互聯的方式路由轉發數據。這些AP節點將傳統無線局域網中的無線“熱點”擴展為大面積覆蓋的無線“熱區”。此外，多跳網絡總是尋找最近的鄰近AP節點轉發數據，需要的傳輸功率較小。功率越小，對各節點之間的無線信號的干擾影響也較小。干擾越小，將大大提高無線網絡的信道質量和信道利用效率。

2 無線Mesh網絡在局域網無線網絡建設中的應用

無線Mesh網絡技術無論是對網絡的覆蓋還是臨時組網都十分高效。

2.1 在高校網絡中的應用

高校的特征是校園面積大、建筑面積大、空曠場所多、學生人數多以及通信量要求大。這些特征導致它對網絡具有高要求，一是通信問題，二是覆蓋面廣，三是負載均衡的問題。以往解決這些問題的做法是增加接入點的密度，但對于室外場所效果不理想。使用無線Mesh網絡方式組網，不僅能夠實現網絡的結構調整和升級，而且能夠實現室內和室外的無縫鏈接。

2.2 在臨時醫院或應急場所網絡中的應用

臨時醫院需要臨時組網，而對于這些臨時應急場景，無線Mesh網絡可為這樣的公共場所提供一種理想的聯網解決方案。由于醫院電子儀器檢測設備多，還要防止電磁干擾問題，會對大功率網絡設備的安裝造成困擾。無線Mesh組網的高帶寬和健壯性，使其適于在臨時醫院或應急場所中部署建網，是解決上述問題的理想方案，

3 結 論

無線Mesh網絡技術融合了WiFi的技術優勢，是一種非常適合于覆蓋大面積開放區城的無線網絡解決方案。不僅在家庭、校園和醫院等公共場所等場所，而且在其他方面如應急場所、環境檢測、交通以及工業等場景，以及需要快速組網或者不方便有線組網的場景，都能利用無線Mesh網絡的優勢快速組網。它能很好地融合其他技術如4G/5G形成互補，發揮各自的優勢。