基于WiFi的无线网状(Mesh)组网技术

 

　　1 无线Mesh组网技术

　　无线网状网络(Wireless Mesh Network，WMN)作为一种新兴的组网技术，在近两年迅速引起业界的关注。与很多新技术出现的背景类似，WMN的出现是应用需求直接推动的结果。

　　首先，无线局域网(WLAN)的快速发展为企业和公众带来了极大的通信自由。WiFi(Wireless fidelity)作为第一个被广泛推广的高速WLAN技术，包括已经批准的IEEE 802.11a，b，g和n等规范，由于其提高工作效率的能力而受到追捧，并在全球得到广泛部署。然而，WiFi能够支持的范围非常有限：用户只有保持在距离无线接入点设备(AP)300英尺的范围内才能实现高速连接。因此，如果想把WiFi的服务模式变成无所不在的覆盖，其成本将高得可怕。那么，能不能将网上的无线设备作为路由器使用，对数据进行不断转发，直至把它们送至目的地，从而把接入点的覆盖服务延伸到几英里甚至更远，这就是提出无线Mesh组网技术的基本思路，即通过多个无线跳来进行组网(WiFi只使用一跳)，从而能在不添加有线基础设施的情况下，大大延展无线信号的覆盖范围。因此，无线Mesh网络是一种非常适合于覆盖大面积开放区域(包括室外和室内)的无线区域网络解决方案，其特点在于：由包括一组呈网状分布的无线AP构成，AP均采用点对点方式通过无线中继链路互联，将WiFi中的无线“热点”扩展为真正大面积覆盖的无线“热区”。这种结构带来的好处包括：

　　自配置：即WMN中AP具备自动配置和集中管理能力，简化了网络的管理维护;

　　自愈合：即AP能够自动发现和动态路由连接，消除单点故障对业务的影响，提供冗余路径;

　　兼容性：即如果采用标准的IEEE802.11b/g制式，则可广泛地兼容无线客户终端;

　　连通性：即采用Mesh结构的系统，信号能够避开障碍物的干扰，使信号传送畅通无阻，消除盲区。

　　所以，最适合部署无线Mesh网络的环境为：大学园区、体育场馆、临时应急通信(如大型灾难的救灾现场)等。

　　2 基于WiFi的无线网状网络

　　无线局域网(WLAN)的基本结构是两个无线设备之间点对点或者点对多点的通信。在点对点模式中，无线连接取代了通信电缆，而且在两个终端距离较近时可以进行可靠的数据传输。在点对多点模式下，系统有一个中央管理单元AP，所有的信号都被汇聚到该接入点中，因此无线网络的可靠性依赖于AP和终端之间射频连接的质量。无线Mesh网络的通信模式与上述点对点或者点对多点通信模式是完全不同的。如前所述，WMN是一种基于多跳路由、对等网络等技术的高速率、高容量的新型网络结构，其本身是可以动态地不断扩展、自组网、自配置、自动修复、自我平衡的。针对以上特点，工业界标准化组织已经开始着手为其制定新的标准，以满足各种覆盖与网络业务方面的需要。其中，IEEE 802.11，IEEE 802.15以及IEEE 802.16等都建立了为WMN制定新标准的工作组。下面将就802.11标准对WMN结构的支持进行简要介绍。最初的IEEE 802.1l业务主要限于数据传输，速率最高只能达到2 Mb/s，但是，IEEE802.11b和802.11a/g的峰值速度可以分别达到11Mb/s和54 Mb/s，而IEEE802.11n则期望可以达到100 Mb/s，这就使得现有的电缆和DSL连接限制了家庭和办公网络的连接速度。倘若能够跳过这些有线部分，则可以克服这一问题，同时减少铺设和维护以太网电缆的开销。至此，WMN的思想被引入。虽然可以用802.11点对点模式来构建无线Mesh网络，但是其MAC协议的不可伸缩性使得网络的性能很差，不适合多跳的WMN。为了将其商用，IEEE新成立了一个IEEE802.11s子工作组，制定标准化的扩展服务集(ESS)，即IEEE 802.11s专门为WMN定义了MAC和PHY层协议。在这样的网络中，WLAN接入点可以像路由器那样转发消息。

　　在IEEE 802.11s工作组中，Mesh网络可以是2种基本结构：基础设施的网络结构和终端设备的网络结构。IEEE 802.11s工作组为支持这两种结构制定了新的规范。在基础设施的网络结构中，IEEE 802.11s工作组定义了一个基于IEEE 802.11 MAC层的结构和协议，来建立一个同时支持在MAC层广播/多播和单播的IEEE802.11无线分布式系统(WDS);而在终端设备的网络结构中，所有设备工作在点对点模式下的同一平面结构上，使用IP路由协议。客户端之间形成无线的点到点的网络，而不需任何网络基础设施来支持。

　　3 已有解决方案

　　目前市场上提供WMN解决方案的多是一些小公司，例如MeshNetworks，Tropos，BelAir，Proxim，CoWave，Networks，Ember等。下面分析几种解决方案的优缺点。