基于大都市環(huán)境下WiFi Mesh組網(wǎng)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(yè)圈這一環(huán)境里面的WiFi Mesh組網(wǎng)對應(yīng)的具體容量性能，對于大都市背景下，應(yīng)用Mesh組網(wǎng)給出對應(yīng)的建議。

【關(guān)鍵詞】時延WiFi吞吐量Mesh密集區(qū)

一、引言

WiFi Mesh，也就是無線網(wǎng)狀網(wǎng)格，在最近幾年發(fā)展相當?shù)目焖佟Ｗ鳛橐环N網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，WiFi Mesh本身比較新，是建立在多跳路由基礎(chǔ)之上的，空口接入技術(shù)使用的為WiFi，不同的接入點之間選擇的技術(shù)構(gòu)架為Mesh，這樣對于傳統(tǒng)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(huán)境下的密集圈這一背景下對應(yīng)的Mesh網(wǎng)絡(luò)性能特點予以研究的基礎(chǔ)之上，對相關(guān)的應(yīng)用給出了自己的建議，在技術(shù)方面提出了具體的方案。

二、研究Mesh組網(wǎng)在吞吐量方面的具體性能

當前，Mesh組網(wǎng)應(yīng)用越來越廣泛，商業(yè)化越來越強，所以對其性能以及相關(guān)的技術(shù)方案，必須要給予更多的關(guān)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(wǎng)和Mesh簇對應(yīng)的雙頻組網(wǎng)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(shè)備，這兩組設(shè)備的差異在于接入點是有線的，還是無線的，實驗發(fā)現(xiàn)單AP組網(wǎng)的條件下，吞吐的具體性能基本上都是25Mbps，符合理論計算結(jié)果。

WiFi Mesh網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)成上主要為無線AP，其分布呈網(wǎng)狀，彼此間通過點對點，借助無線中繼鏈路進行互聯(lián)。在具體的特征上，WiFi Mesh組網(wǎng)多跳，對于用戶端以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，每個都可以選擇最佳的路由。為了在大都市的密集應(yīng)用背景下，對Mesh組網(wǎng)性能進行研究，本論文選擇的實例為上海徐家匯區(qū)。試驗選擇的組網(wǎng)方式包括了兩種，分別是有線和無線，經(jīng)過在大都市環(huán)境下的密集區(qū)進行具體吞吐性能的比對，獲得了具體的結(jié)果，圖1給出了無線的具體組網(wǎng)方式；觀察該圖可以知道終端通過無線的方法實現(xiàn)和Mesh網(wǎng)絡(luò)的具體鏈接，每個AP間的無線回程為802.11a，據(jù)此最終組網(wǎng)做到了多跳鏈狀。而IAP表示的則是有線接入條件對應(yīng)的根節(jié)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(wǎng)中的有線接入。這個方式為借助網(wǎng)線，終端實現(xiàn)了和Mesh網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)的，也借助于此，最終做到Mesh多跳條件下的組網(wǎng)。

圖3對比了有線以及無線兩種組網(wǎng)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(wǎng)方式為有線。

三、研究Mesh組網(wǎng)對應(yīng)的時延性

WiFi Mesh組網(wǎng)模式下，在到達最終的目的節(jié)點以前，數(shù)據(jù)包要進行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，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?shù)倪^程中就會發(fā)生時延，圖5描述了于第三跳這個節(jié)點上面進行FTP的加載，同時進行限速的時候，對應(yīng)的時延狀況。

根據(jù)圖4和圖5可以得出，在密集區(qū)，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(wǎng)類型不一樣的話，借助不同負荷的加載，對于Mesh組網(wǎng)對應(yīng)的雙向時延進行更為全面的考察，跳數(shù)一樣的話，比較單、雙頻兩種組網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)生具體的影響，而且會對建立在TCP基礎(chǔ)之上的流量性能產(chǎn)生很大的影響，所以說對于Mesh組網(wǎng)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(huán)境下密集區(qū)中運用WiFi Mesh組網(wǎng)之具體的特征

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

（1）大都市環(huán)境下密集區(qū)背景中的2.4GHz，其產(chǎn)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(qū)的環(huán)境下，2.4GHz這個頻段對應(yīng)的繞射能力非常差，也就是說遮擋很容易對其產(chǎn)生影響，這樣就會限制到Mesh圖網(wǎng)，對于Mesh網(wǎng)的具體吞吐量也會產(chǎn)生很大的影響，試驗中，因為樹林產(chǎn)生的遮擋，所以無線下對應(yīng)的吞吐性就會非常的差。

五、Mesh組網(wǎng)對應(yīng)的實際應(yīng)用分析

作為無線網(wǎng)絡(luò)中的一個比較通用的結(jié)構(gòu)，Mesh本身比較新，適合的應(yīng)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(shù)之間實現(xiàn)很好的結(jié)合。這里首先看一下Mesh網(wǎng)絡(luò)在當前的具體應(yīng)用場景，主要包括了無線園區(qū)以及城市，比如學(xué)校，社區(qū)，工業(yè)園，游樂場所，還有市政服務(wù)地點等等；此外在公共安全通訊平臺上也有著很好的應(yīng)用，主要是用來對特種行業(yè)進行分析，寓意采集，進行視頻的監(jiān)控和傳送等等?？傮w而言，發(fā)展到現(xiàn)在，Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的已經(jīng)非常的廣泛了，功能本身已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，盡管如此，還存在仍需完善和發(fā)展的地方，比如不同廠商生產(chǎn)出來的設(shè)備不能夠做到很好的對接，而且設(shè)備在具體的性能上也有很大的差距，具體的組網(wǎng)能力還需要進行充分的驗證。依據(jù)前面的研究和分析可以知道，大規(guī)模對其應(yīng)用并且予以組網(wǎng)的時候，還需要進行全面的分析，慎重的考慮，這樣實際應(yīng)用的過程中，Mesh網(wǎng)管才能夠發(fā)揮更大的作用。

六、總結(jié)

經(jīng)上述分析，可以知曉在大都市的密集區(qū)，一般遮擋比較多，干擾也比較大，對于Mesh組網(wǎng)而言，這是在該環(huán)境下的一個共性，而且和Mesh多跳衰減產(chǎn)生的具體影響相比，干擾與遮擋會產(chǎn)生更大的影響，所以在大都市密集區(qū)組建Mesh網(wǎng)絡(luò)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(guī)劃，保證Mesh網(wǎng)絡(luò)處于最高的效能環(huán)境下，具備更高的可靠度。