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，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，來處理用戶移動業(yè)務(wù)問題，但是實際上卻無法適應(yīng)業(yè)務(wù)量需求快速的增長；（2）移動蜂窩通信系統(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)一直在與移動蜂窩通信技術(shù)同時快速發(fā)展，但在很長時期內(nèi)因為某些原因并沒有在民用通信領(lǐng)域范疇內(nèi)進行推廣應(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，但是在實現(xiàn)過程中，在很多地區(qū)的運用并沒有收到很好的成效，尤其是在技術(shù)上也無法實現(xiàn)像蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣的優(yōu)越的信號服務(wù)范圍。[1]

為了可以實現(xiàn)無線通信中“無處不在”的服務(wù)目的，需要在基于移動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：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，還具有可以運行在Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由功能。為進一步提升Mesh網(wǎng)絡(luò)的易擴展性，Mesh路由器通常有多個無線接口，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)提供了一種對等網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點僅包括具備Mesh路由性能的增強型Mesh客戶端，因此在這種網(wǎng)絡(luò)中不需要Mesh路由器?？蛻舳薓esh網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點能夠任意挪動，并且網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是動態(tài)變換的。數(shù)據(jù)包是通過多個節(jié)點一跳一跳轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。

主干Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由Mesh路由器組成，是一個可以實現(xiàn)自配置和自愈強大功能的網(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

WMN是一種近年來才發(fā)展起來的先進的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起了包括運營商、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。因為它本身具有低廉的成本、高速的傳輸速度、廣泛的運用范圍、方便的維護工作等特點，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)，它主要運用了單點網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，覆蓋范圍僅局限在熱點單跳范圍內(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展；（2）組建網(wǎng)絡(luò)的方式變得更加靈活，維護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，因為這種網(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)的投資運營所冒風(fēng)險相對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說很小，投入的技術(shù)成本也相對很低；并且無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以進行無限的擴展；（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)增強不少，還提供了可以保障系統(tǒng)正常運行的冗余策略和通信負載平衡功能。（6）更加強勁的兼容能力，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等移動技術(shù)相結(jié)合，組成一個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)進步的機遇，不斷充實自己，跟上時代的步伐。

[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

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1009-6434(2016)6-0043-02