无线Mesh网络

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无线网络技术的发展日新月异，各种802.11x标准不断被更新，新的无线网络架构和技术也不断被提出。正当无线局域网（WLAN）的发展方兴未艾时，一种新的无线Mesh网络（无线网状网络）又出现了。无线Mesh网络的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号，传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解。无线Mesh技术的出现，代表着无线网络技术的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。

什么是无线Mesh网络？

        无线Mesh网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。

        在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

        这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

        其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如，当我们发送一份E-mail时，电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中，而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。

        与传统的交换式网络相比，无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线Mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。

Mesh网络的五大优势

        与传统的WLAN相比，无线Mesh网络具有几个无可比拟的优势：

   

• 快速部署和易于安装。安装Mesh节点非常简单，将设备从包装盒里取出来，接上电源就行了。由于极大地简化了安装，用户可以很容易增加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。在无线Mesh网络中，不是每个Mesh节点都需要有线电缆连接，这是它与有线AP最大的不同。 Mesh的设计目标就是将有线设备和有线AP的数量降至最低，因此大大降低了总拥有成本和安装时间，仅这一点带来的成本节省就是非常可观的。无线Mesh网络的配置和其他网管功能与传统的WLAN相同，用户使用WLAN的经验可以很容易应用到Mesh网络上。   
  
• 非视距传输(NLOS)。利用无线Mesh技术可以很容易实现NLOS配置，因此在室外和公共场所有着广泛的应用前景。与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用户。按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终到达无直接视距的目标用户。这样，具有直接视距的用户实际上为没有直接视距的邻近用户提供了无线宽带访问功能。无线Mesh网络能够非视距传输的特性大大扩展了无线宽带的应用领域和覆盖范围。   
  
• 健壮性。实现网络健壮性通常的方法是使用多路由器来传输数据。如果某个路由器发生故障，信息由其他路由器通过备用路径传送。E-mail就是这样一个例子，邮件信息被分成若干数据包，然后经多个路由器通过Internet发送，最后再组装成到达用户收件箱里的信息。Mesh网络比单跳网络更加健壮，因为它不依赖于某一个单一节点的性能。在单跳网络中，如果某一个节点出现故障，整个网络也就随之瘫痪。而在Mesh网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。   
  
• 结构灵活。在单跳网络中，设备必须共享AP。如果几个设备要同时访问网络，就可能产生通信拥塞并导致系统的运行速度降低。而在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因此不会导致系统性能的降低。
     
      Mesh网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。在无线Mesh网络中，每个设备都有多个传输路径可用，网络可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。而目前单跳网络并不能动态地处理通信干扰和接入点的超载问题。   
  
• 高带宽。无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是Mesh网络的优势所在。
     
      在Mesh网络中，一个节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。
  

        此外，因为每个短跳的传输距离短，传输数据所需要的功率也较小。既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻近的节点，节点之间的无线信号干扰也较小，网络的信道质量和信道利用效率大大提高，因而能够实现更高的网络容量。比如在高密度的城市网络环境中，Mesh网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰，大大提高信道的利用效率。

Mesh网络的不足

        尽管无线Mesh联网技术有着广泛的应用前景，但也存在一些影响它广泛部署的问题。

住宅小区无线网状网结构示意图

        1．互操作性。目前影响无线Mesh技术迅速普及的一个重要障碍就是互操作性。正如任何一种新兴的网络技术刚出现时一样，无线Mesh网络现在还没有一个统一的技术标准，用户现在要么就只能使用某一个厂商的无线Mesh产品，要么面临如何与各种不同类型的嵌入式无线设备接口的问题，这个问题目前是影响无线Mesh技术推广使用最重要的原因。鉴于此，目前一些公司正在开发能够适应不同无线环境的可配置的无线网络设备，互操作性有望得到一定程度的解决。但要想彻底解决互操作性问题，最终还需要业界制定统一的无线Mesh技术标准。

        2．通信延迟。既然在Mesh网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。一些对通信延迟要求高的应用，如话音或流媒体应用等，可能面临无法接受的延迟过长的问题。目前解决这一问题主要是通过增加Mesh节点以及合适的网络协议。随着多无线Mesh节点技术的出现这一问题将得到最终解决。

        3．安全。与WLAN的单跳机制相比，无线Mesh网络的多跳机制决定了用户通信要经过更多的节点。而数据通信经过的节点越多，安全问题就越变得不容忽视。Internet本身即是使用Mesh方式进行通信的典型，它的安全隐患是众所周知的。尽管有线网络中使用的各种端到端安全技术，如虚拟专用网（VPN）同样可以用来解决无线Mesh的安全问题。但正如Internet一样，无线Mesh网络的安全是一个不容忽视的问题。

广泛的Mesh应用

        Mesh网络在家庭、企业和公共场所等诸多领域都具有广阔的应用前景。

1．家庭

        Mesh技术的一个重要用处就是用于建立家庭无线网络。家庭式无线Mesh联网可以连接台式PC机、笔记本和手持计算机、HDTV、DVD播放器、游戏控制台，以及其他各种消费类电子设备，而不需要复杂的布线和安装过程。在家庭Mesh网络中，各种家用电器既是网上的用户，也作为网络基础设施的组成部分为其他设备提供接入服务。当家用电器增多时，这种组网方式可以提供更多的容量和更大的覆盖范围。Mesh技术应用家庭环境中的另外一个关键好处是它能够支持带宽高度集中的应用，如高清晰度视频等。

2．企业

        目前，企业的无线通信系统大都采用传统的蜂窝电话式无线链路，为用户提供点到点和点到多点传输。无线Mesh网络则不同， 它允许网络用户共享带宽，消除了目前单跳网络的瓶颈，并且能够实现网络负载的动态平衡。在无线Mesh网络中增加或调整AP也比有线AP更容易、配置更灵活、安装和使用成本更低。尤其是对于那些需要经常移动接入点的企业，无线Mesh技术的多跳结构和配置灵活将非常有利于网络拓朴结构的调整和升级。

3． 学校

        校园无线网络与大型企业非常类似，但也有自己的不同特点。一是校园WLAN的规模巨大，不仅地域范围大，用户多，而且通信量也大，因为与一般企业用户相比学生会更多地使用多媒体；二是网络覆盖的要求高，网络必须能够实现室内、室外、礼堂、宿舍、图书馆、公共场所等之间的无缝漫游；三是负载平衡非常重要，由于学生经常要集中活动，当学生同时在某个位置使用网络时就可能发生通信拥塞现象。

        解决这些问题的传统作法是在室内高密度地安装AP，而在室外安装的AP数量则很少。但由于校园网的用户需求变化较大，有可能经常需要增加新的AP或调整AP的部署位置，这会带来很大的成本增加。而使用Mesh方式组网，不仅易于实现网络的结构升级和调整，而且能够实现室外和室内之间的无缝漫游。

4． 医院

        Mesh还为像医院这样的公共场所提供了一种理想的联网方案。由于医院建筑物的构造密集而又复杂，一些区域还要防止电磁辐射，因此是安装无线网络难度最大的领域之一。医院的网络有两个主要的特点。一是布线比较困难: 在传统的组网方式中，需要在建筑物上穿墙凿洞才能布线，这显然不利于网络拓朴结构的变化。二是对网络的健壮性要求很高: 如果医院里有重要的活动（如手术），网络任何可能的故障都将会带来灾难性的后果。

        采用无线Mesh组网则是解决这些问题的理想方案。如果要对医院无线网络拓扑进行调整，只需要移动现有的Mesh节点的位置或安装新的Mesh节点就可以了，过程非常简单，安装新的Mesh节点也非常方便。而无线Mesh的健壮性和高带宽也使它更适合于在医院中部署。

5．旅游休闲场所

        Mesh非常适合于在那些地理位置偏远布线困难或经济上不合算，而又需要为用户提供宽带无线Internet访问的地方，如旅游场所、度假村、汽车旅馆等。Mesh能够以最低的成本为这些场所提供宽带服务。

6．快速部署和临时安装

        对于那些需要快速部署或临时安装的地方，如展览会、交易会、灾难救援等，Mesh网络无疑是最经济有效的组网方法。比如，如果需要临时在某个地方开几天会议或办几天展览，使用Mesh技术来组网可以将成本降到最低。