无处不在的无线Mesh网络

【导读】：目前，无线网络技术正越来越受到人们的重视，其中，一种新型的宽带无线网络结构—无线Mesh网络(WMN)正成为无线网络研究中的一个热点。WMN是移动Ad Hoc网络(MANET)的一种特殊形态，是一种新型的宽带无线网络结构，它被看成是无线局域网和Ad Hoc网络的融合，并兼具两者的优势。
目前，无线网络技术正越来越受到人们的重视，其中，一种新型的宽带无线网络结构—无线Mesh网络(WMN)正成为无线网络研究中的一个热点。WMN是移动Ad Hoc网络(MANET)的一种特殊形态，是一种新型的宽带无线网络结构，它被看成是无线局域网和Ad Hoc网络的融合，并兼具两者的优势。
有关无线Mesh网络的标准散见于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等标准草案中。目前国际标准化组织，特别是IEEE正在致力于与学术界共同推动无线Mesh网络的标准化工作,在802.20、802.15.5等标准中也正在考虑引入Mesh组网技术。
无线Mesh网络基本原理
使用WMN技术构建的网络，其拓扑结构呈网格状(如图所示)。在WMN中包括两种类型的节点：无线Mesh路由器和无线Mesh终端用户，其网络主干由呈网状结构分布的路由器连接而成。
WMN有两种典型的实现模式：基础设施Mesh模式和终端用户Mesh模式。在基础设施Mesh模式中，在Internet接入点(IAP)和终端用户之间可形成无线的回路。IAP通过路由选择及管理控制等功能，为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径。同时，移动终端通过IAP可与其他网络，如Wi-Fi、WiMAX和传感器网络等的连接，提高网络自身的兼容性。
在终端用户Mesh模式中，终端用户通过无线信道的连接形成一个点到点的网络。终端设备在不需要其他基础设施的条件下可独立运行，它可支持移动终端较高速的移动，快速形成宽带网络。终端用户兼具主机和路由器的角色：一方面，节点作为主机运行相关的应用程序；另一方面，节点作为路由器运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等操作。
WMN与移动Ad Hoc网络的区别主要表现在两方面：一是组网方式不同。移动Ad Hoc网络是扁平结构，而WMN是分层和等级结构，在每层内部形成多个小Ad Hoc网络，不同层之间通过无线互连起来，做到集中控制管理和自由动态组网有机结合。二是它们解决的问题不同。移动Ad Hoc网络设计的目的是为了实现用户移动设备之间的对等通信，如在突发情况下快速布置网络，而WMN看重的是为用户终端提供无线接入，如与3G、WiMAX的用户进行无线宽带接入。
无线Mesh网络关键技术
WMN设计中的一个关键问题是，开发能够在两个节点之间提供高质量、高效率通信的路由协议。由于其网络节点的移动性使得网络拓扑结构不断变化，传统的Internet路由协议无法适应这些特性，需要有专门的、应用于无线Mesh网络的路由协议。在路由协议设计时，要考虑以下几方面：
选择合理的路径算法。现有的很多路由协议是以最小跳数为标准选择路径的，但是，如果连接质量较差或者网络拥塞的话，这种标准就不合适了。因此，在选择路径时，不能只考虑最小跳数，还应该综合考虑网络的连接质量和往返时延等因素。
确保对连接失败的可容错性。WMN的目标之一就是在出现连接失败时，确保网络的健壮性。如果一个连接失败了，路由协议必须很快选出另外一条路径，以避免出现服务中断。
实现网络负载平衡。采用WMN的另一个目标是实现用户对资源的共享。当WMN中的某一部分出现数据拥塞时，新的数据应该选择流量较小的路径。
能够同时满足不同类型节点的需求。对于路由器，它的移动性较弱且没有能源消耗的限制，它所需要的路由协议比现有的Ad Hoc网络的路由协议要简单得多；对于终端用户来说，情况恰恰相反。在设计WMN路由协议时，要充分考虑这两种节点的差异，分别满足它们的不同需求。
如果仅考虑提高某一层面协议的性能，效果并不明显。目前，WMN发展的趋势是跨层设计，即同时考虑多个层面间的影响。WMN的跨层设计要求打破传统的OSI/RM参考模型中严格分层的束缚，针对各层相关模块/协议的不同状态和要求，利用层与层之间的相互依赖和影响，对网络性能进行整体优化。具体来说，跨层设计就是充分、合理利用现有的网络资源，达到系统总吞吐量的最大化、总传输功率的最小化、QoS的最优化等最终目的。
无线Mesh网络发展趋势
WMN技术可以应用于军事指挥通信网、无线城域网、无线传感器网络、无线局域网等网络的“最后一公里”。同时，WMN的构建涉及移动通信、计算机网络和微电子技术等多领域，备受广大运营商、设备供应商以及无线增值业务集成商的关注。但是，目前WMN技术还面临着一些挑战。
从无线技术上来看，移动用户节点间的协作通信、共用频谱资源等应用需求会带来不同无线技术间的融合和互操作性问题；从WMN技术的标准化道路方面来看，是否考虑将现有的其他无线网络技术标准融入到WMN技术中，还有很多不确定因素；从应用的角度来看，该技术还没有被社会各界广泛认知。毕竟，WMN是一项崭新的技术。今后，WMN技术的主要研究方向是解决挑战。未来，WMN必将为无线宽带应用带来重大变革。

无线Mesh网络基本结构
链 接
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图中左侧的是阿德利亚科技公司基于室内应用的WMN路由器，它能够迅速在室内完成大规模、大范围、多层次、高品质的无线覆盖，并能提供先进的网络智能、电信级的漫游服务及多层次的QoS安全等应用保障。它适用于写字楼、企业总部、校园网等场合。
图中右侧的是阿德利亚公司的WMN室外路由器，它用于解决室外的无线覆盖问题。它能提供广域无线网以及跨子网漫游服务。它具有企业级安全及完善的网络管理功能。
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星矢科技Strix WMN产品Access/One Network采用多模块、多信道及多射频的网络结构，可组建大规模和灵活的网络系统。它具有高吞吐量和低延迟的特性，是声音、视频和数据等各种网络应用的理想选择。Access/One Network可提供创新性的智能管理功能。它通过启用节点级的管理软件，把智能管理分布在整个系统中。每个节点是独立的、会思考的，但所有节点间保持工作一致。
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