网状网

无线网络架构

网状网是一种新型的无线网络架构，它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网状网技术的出现，代表无线网络技术的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。

简介

网状网（mesh network）也成为多跳网络，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。

如果最近的AP（Access Point）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。

在无线Mesh网状网中，每个节点都会维持到最邻近节的最优路径。当无线环境发生变化时，比如加入新节点或者发生拥塞，数据路径会根据时延、吞吐量、噪声等因素进行重新评估，并且Mesh网络会自动地进行自我调节将性能维持在最佳性能。如果某个数据路径丢失，或者RF干扰影响了性能，网络会通过重路由流量实现自我修复，这样节点既可以保持连接，而且数据路径也始终是最优的。所有的自我调节和自我修复过程都是动态的，在后台执行并且是实时的——对用户而言是透明的，不需要人为干预。

网状网发展历程

单模Mesh——所有信息在同一信道上

单模块模式是无线mesh最脆弱的方案。接入点仅使用一个信道，此信道由无线客户端和回程流量（在AP之间转发）共享。

当更多的Mesh节点加入到网络中的时候，用于回程流量的带宽将会占据越来越高的比例，仅仅留很少一部分容量给无线客户端。此现象的原因是由于无线是一个共享的媒质。单模块方案的Mesh节点不能同时发送和接收数据。而且在其覆盖范围内另一个Mesh节点正在传输的时候，该Mesh节点也不能发送数据。这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则(CSMA/CA)。

简单计算一下就会发现，在单模块方案中每个无线客户端只能获得很有限的吞吐量。举例来说，假设你有5个AP，每个AP有20个无线客户端与之相连，所有的AP和客户端共享同一个802.11b信道（5Mbps），这样等价于每个用户只能获得少于50Kbps的吞吐量——比拨号连接还要慢。而且由于所有的无线客户端和AP必须工作在同一个信道上，无线资源的竞争和RF干扰还会导致不可预期的时延。

双模Mesh——回程共享

在双频方案中，一个频道专门用来连接无线客户端，而另一个频道专门用来进行无线回程传输——回程信道同时由ingress和egress流量共享。这意味着什么呢？无线客户端流量将得到一些的改善，但是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想。当回程被共享的时候，多跳带来的带宽降低的问题尤为严重，比如单频和双频方案。在这些情况下，每个从AP 到AP“跳越”的流量，其吞吐量都几乎会被削减了一半。

在802.11b情况下，此表的起始吞吐量为5 Mbps－－因为802.11b任何信道的毛数据速率为11 Mbps，其有效吞吐量接近于5 Mbps。类似地，802.11a/g的有效吞吐量接近于24 Mbps。正像前表中所显示的一样，在无噪声环境下的结果显示了仅仅5跳带宽就会有80%丢失。即使在最佳情景的时候，对于中等规模和大规模环境，带宽的损失也是不可接受的。

多模Mesh——结构化的无线Mesh

在多频（或者称作结构化mesh）方案中，每个网络节点至少使用三个频道的专用无线链路接口，其中一个频道用于客户端的流量，第二个频道用于ingress无线回程流量，第三个频道用于egress无线回程流量。这个无线mesh网络的方案与单频或双频方案相比提供了很好的性能。因为每个链路都工作在独立的信道上，专用的回程链路可以同时发送和接收数据。

对于大规模无线网络部署，尤其在语音、视频和数据漫游应用很关键的时候，需要新型的无线Mesh 技术——提供专用的无线链路、802.11a 用于回程流量、低时延交换、蜂窝状的客户端覆盖。要想在任何时候都提供最佳的性能，这样的网络必须是模块化的、多频、多信道、多RF 的mesh。同时具有以下特点：非常灵活，完全可扩展的，而且是面向未来技术的，比如WiMAX、802.11n (MIMO)或者 Ultra-Wideband (UWB)。

这种多模的Mesh在10跳的情况下，在无噪声环境中只丢失了4%的回程吞吐量，而在真实环境中也仅仅丢失40%回程吞吐量。时延结果也同样令人振奋的，32 byte的分组包的时延只有15ms，1400 byte的分组包时延为25ms。这两个结果都在VoIP和视频应用可接受的时延限制即100ms以内。

多频结构化的无线Mesh在广域、高利用率环境中，当无线客户端使用的语音和视频应用需要漫游（比如在汽车或火车上）时，时延和带宽问题变得让人可以接受。使网状网可部署高性能、高扩展性的网络，并支持实时的语音、视频和数据应用。

网状网的特点

无单点故障

无线Mesh技术具有无单点故障的健壮性和稳定性。由军方技术转化而来的无线Mesh网络，拥有传统无线网络无法比拟的智能性，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 Strix无线Mesh网状网结构中，每个Mesh网状网节点都有多条数据路径，多个Mesh节点形成网状组网架构。如果任何一处的节点出现故障或者受到干扰，数据包将通过无线Mesh网状网智能化的算法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。

快速组网、灵活组网

在Strix 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。相比之下，单跳网络却不能动态地处理通信干扰和接入点超载的问题。

高性能和非视距传输

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，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，可以绕开高大建筑、地形地势产生的阻挡，从而实现高带宽的非视距传输能力。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。

高速移动切换

无线Mesh网状网提供了高速移动支持的能力，无线Mesh网状网节点间进行非常快速切换的能力，可以在高速环境下的宽带移动无线网络的部署。以Strix公司的无线Mesh网络技术为例，支持超过200 公里/小时的速度下的高速移动和快速漫游切换，提供高效可靠的解决方案。

与现有网络的融合

网状网技术是采用了类似Internet网络的组网方式，是基于IP技术的宽带无线网络技术，可与现有的路由器、交换机等有线网络无缝的融合，并且承载的数据业务、语音业务和视频业务都能够基于IP数据包传输。

网状网关键技术

1、基于IEEE 802.11b/a/g的网状网技术

使用基于IEEE802.11b/a/g的网状网技术的有事在于传输数率较高，传输距离远，其产品能够与现有的无线局域网产品兼容，符合客户使用习惯，市场易于开拓。其缺点在于产品功耗较大，价格较高，相邻频道存在相互干扰，整个网络的容量有限。

2、基于ZigBee的网状网技术

一直以来，低成本、低速率、低功耗的无线传输技术在很多领域有极大地需求。ZigBee正是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线传输技术，它是一种介于无线标记技术和蓝夜之间的技术提案。

3、基于UWB的网状网技术

超宽带技术UWB是一种无载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦窄脉冲传输数据，又称脉冲无线电技术，出现于60年代。它占有的频谱范围很宽，其中心频率大于500MHz，相对宽带大于25%。

网状网的展望