無線Mesh網(wǎng)絡技術在無線局域網(wǎng)中的應用

周 鋒

（貴州輕工職業(yè)技術學院，貴州 貴陽 550025）

0 引 言

隨著電子信息技術的發(fā)展，移動電子設備已經(jīng)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(wǎng)絡的帶寬、傳輸速率以及穩(wěn)定性等提出了越來越高的要求。特別是近年來，在校園、醫(yī)院等人群密集的地方均需要網(wǎng)絡，而傳統(tǒng)局域網(wǎng)已經(jīng)不能滿足人們的要求。這些場所對無線網(wǎng)絡的需求不斷增長，促進了局域網(wǎng)中無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展。無線網(wǎng)絡技術彌補了傳統(tǒng)局域網(wǎng)的不足，使人們能在校園、醫(yī)院等非辦公區(qū)域正常上網(wǎng)。

一般情況下，辦公區(qū)域通過無線路由器將有線網(wǎng)絡轉換為無線網(wǎng)絡?，F(xiàn)在無線上網(wǎng)常用的是WiFi，使用過程中經(jīng)常會遇到以下兩個問題：一是WiFi網(wǎng)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(shù)量受到限制。基于這些問題，提出了增強型無線網(wǎng)絡的技術——無線Mesh網(wǎng)絡技術。無線Mesh網(wǎng)又稱無線網(wǎng)狀網(wǎng)，是一種基于多跳路由、高容量以及對等結構的新型網(wǎng)絡結構[1]。無線Mesh網(wǎng)絡技術在數(shù)據(jù)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(qū)城（包括室外和室內(nèi)）的無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡解決方案。

1 無線Mesh網(wǎng)絡技術

1.1 無線Mesh網(wǎng)絡技術工作原理

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

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

圖1 無線Mesh網(wǎng)絡混合網(wǎng)絡結構圖

1.2 無線Mesh網(wǎng)絡與WiFi的區(qū)別與聯(lián)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(wǎng)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(wǎng)絡的應用范圍，而無線Mesh網(wǎng)絡的健壯性也滿足了移動終端對移動網(wǎng)絡的要求。因此，無線Mesh網(wǎng)絡在WiFi的上繼續(xù)發(fā)展、完善，使得兩者的優(yōu)勢可以相互補充，相互融合。

無線Mesh網(wǎng)絡具有多跳性質(zhì)，也就是說，任何無線設備節(jié)點既可以作為接入點（AP）和路由器（每個節(jié)點具有發(fā)送和接收信號的功能），也可以與一個節(jié)點或多個節(jié)點直接進行通信。而在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)是單跳網(wǎng)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(wǎng)絡。如果用戶要進行網(wǎng)絡互聯(lián)通信，首先要連接一個固定的訪問節(jié)點接入。多跳網(wǎng)絡結構較單跳網(wǎng)絡的最大優(yōu)勢在于：在單跳網(wǎng)絡結構中，如果一個AP被多個客戶端同時訪問，容易因網(wǎng)絡流量過大而導致?lián)砣?，而多跳網(wǎng)絡結構可以將數(shù)據(jù)自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點，路由到鄰近節(jié)點如果網(wǎng)絡流量過大會繼續(xù)路由，從而找到合適的節(jié)點進行數(shù)據(jù)包傳輸，直到到達最終目的地為止。由于無線Mesh網(wǎng)絡包括一組呈網(wǎng)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(lián)的方式路由轉發(fā)數(shù)據(jù)。這些AP節(jié)點將傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)中的無線“熱點”擴展為大面積覆蓋的無線“熱區(qū)”。此外，多跳網(wǎng)絡總是尋找最近的鄰近AP節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)，需要的傳輸功率較小。功率越小，對各節(jié)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(wǎng)絡的信道質(zhì)量和信道利用效率。

2 無線Mesh網(wǎng)絡在局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡建設中的應用

無線Mesh網(wǎng)絡技術無論是對網(wǎng)絡的覆蓋還是臨時組網(wǎng)都十分高效。

2.1 在高校網(wǎng)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(shù)多以及通信量要求大。這些特征導致它對網(wǎng)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(wǎng)絡方式組網(wǎng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡的結構調(diào)整和升級，而且能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)和室外的無縫鏈接。

2.2 在臨時醫(yī)院或應急場所網(wǎng)絡中的應用

臨時醫(yī)院需要臨時組網(wǎng)，而對于這些臨時應急場景，無線Mesh網(wǎng)絡可為這樣的公共場所提供一種理想的聯(lián)網(wǎng)解決方案。由于醫(yī)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(wǎng)絡設備的安裝造成困擾。無線Mesh組網(wǎng)的高帶寬和健壯性，使其適于在臨時醫(yī)院或應急場所中部署建網(wǎng)，是解決上述問題的理想方案，

3 結 論

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