近幾年無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用及需求涌現(xiàn)出了許多新的無(wú)線通信技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，而無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)就是其中一項(xiàng)倍受人們關(guān)注的新技術(shù)。WMN 是一種新組網(wǎng)技術(shù)，即網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的，具有自組織、自愈合的功能即不需要人為干預(yù)就可以自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò)，且每個(gè)終端可以自由的加入或退出。在信息傳遞的時(shí)候通過(guò)多跳的方式將信息不斷地轉(zhuǎn)發(fā)直到目的終端。如果運(yùn)用該技術(shù)來(lái)對(duì)無(wú)線傳感器、Wi-Fi(Wireless Fidelity)、WiMAX(worldwide inter-operability for microwave access)等技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，就可以延伸它們的應(yīng)用范圍、強(qiáng)化它們的功能，從而組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、提高無(wú)線局域網(wǎng)的覆蓋范圍、組建城域網(wǎng)。也因?yàn)槠鋸V闊的應(yīng)用前景，從而被人們?cè)絹?lái)越關(guān)注并應(yīng)用到生活與工作中。
1 WMN 技術(shù)
1.1 技術(shù)原理
無(wú)線 Mesh 網(wǎng)是低功率的多級(jí)跳點(diǎn)(multihop)系統(tǒng)，它們處理消息的方式是把信息包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到信息包到達(dá)目的地。點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)過(guò)濾掉所有信息包，只留下自己的信息包，與此不同的是，網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收要傳給其它節(jié)點(diǎn)的信息包，并把它們?cè)俅蝹魉统鋈?。每個(gè)無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)可以作為接入終端，也可具有路由和信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，具有極高的組網(wǎng)自由度。無(wú)線 Mesh網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式很象因特網(wǎng),并提供從源頭到目的地的多條冗余通信路徑。如果一條路徑由于硬件故障或干擾而停止工作,網(wǎng)狀網(wǎng)會(huì)自動(dòng)改變信息包的路由,使它們穿過(guò)一條替代路徑。
1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
WMNs 的節(jié)點(diǎn)有 2 種類(lèi)型：路由器或客戶(hù)機(jī)，其中組成網(wǎng)絡(luò)骨干的路由器移動(dòng)性很小，他們提供網(wǎng)狀網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)(如Internet、蜂窩網(wǎng)、IEEE802、傳感網(wǎng))連接的網(wǎng)關(guān)和路橋功能；客戶(hù)機(jī)可以是靜止或移動(dòng)的，客戶(hù)機(jī)間可自己組網(wǎng)或與網(wǎng)狀網(wǎng)的路由器共同組網(wǎng)。
1.3主要特點(diǎn)
無(wú)線多跳。通過(guò)降低無(wú)線節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的多跳傳輸，既可有效降低節(jié)點(diǎn)能耗，又降低了節(jié)點(diǎn)間的干擾，提高了無(wú)線信道的空間復(fù)用度，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的容量。
自組織、自修復(fù)能力。無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)方式靈活、易于配置、可自我修復(fù)、節(jié)點(diǎn)呈網(wǎng)狀分布，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性很強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線通信。
移動(dòng)性。取決于節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，要求路由節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性最小，客戶(hù)機(jī)節(jié)點(diǎn)可靈活移動(dòng)。
接入方式。靈活多樣，可分別與 Internet、蜂窩網(wǎng)、傳感網(wǎng)等共同組網(wǎng)。
能耗方式。通常對(duì)路由節(jié)點(diǎn)的耗能沒(méi)有嚴(yán)格的限制，而對(duì)客戶(hù)機(jī)節(jié)點(diǎn)通常要求執(zhí)行功率有效的協(xié)議。
兼容性與互操作性。與現(xiàn)存的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兼容良好，互操作性強(qiáng)。
2 WMN 協(xié)議
從另一角度看 WMN 拓樸和架構(gòu)分析，它吸收了星型與網(wǎng)狀兩種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)兩者的一種無(wú)縫融合。而這種融合是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行 WMR（Wireless Mesh Routing）協(xié)議來(lái)完成的（見(jiàn)圖 1）。
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圖1 基于 WMP 的 WMN 協(xié)議
從圖 1 中可以看出，為提供多次反射無(wú)線路由功能，在接入點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行 WMR 路由協(xié)議。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)與 IP 的兼容，WMR 被作為一中間層協(xié)議放置在 MAC 層和IP 層之間，從而在不需要對(duì)其他協(xié)議層做太大改動(dòng)的情況下便可以很好地執(zhí)行 WMR 協(xié)議。這樣就使得 WMR 能夠較好地與現(xiàn)有多數(shù)應(yīng)用（包括以 802.11x 代表的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)）兼容。
3 WMN 的優(yōu)勢(shì)
WMN 與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比有許多優(yōu)勢(shì)
(1)可靠性大大增強(qiáng)
WMN 采用的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)避免了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)星型結(jié)構(gòu)，如 802.11WLAN 和蜂窩網(wǎng)等由于集中控制方式而出現(xiàn)的業(yè)務(wù)匯聚、中心網(wǎng)絡(luò)擁塞以及干擾、單點(diǎn)故障，從而帶來(lái)額外可靠性保證成本投資。
(2)具有沖突保護(hù)機(jī)制
WMN 可對(duì)產(chǎn)生碰撞的鏈路進(jìn)行標(biāo)識(shí)同時(shí)可選鏈路與本身鏈路之間的夾角為鈍角，減輕了鏈路間的干擾。
(3)簡(jiǎn)化鏈路設(shè)計(jì)
WMN 通常需要較短的無(wú)線鏈路長(zhǎng)度，這樣降低了天線的成本(傳輸距離與性能)，另一方面，降低了發(fā)射功率，也將隨之降低不同系統(tǒng)射頻信號(hào)間的干擾和系統(tǒng)自干擾，最終簡(jiǎn)化了無(wú)線鏈路設(shè)計(jì)。
(4)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍增大
由于 WR 與 IAP 的引入，終端用戶(hù)可以在任何地點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)或與其他的節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比接入點(diǎn)的范圍大大的增強(qiáng)，而且頻譜的利用率提高，系統(tǒng)的容量增大。
(5)組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便
由于 WMN 網(wǎng)絡(luò)本身的組網(wǎng)特點(diǎn)，只要在需要的地方加上 WR 等少量的無(wú)線設(shè)備，即可與已有的設(shè)施組成無(wú)線的寬帶接入網(wǎng)。WMN 網(wǎng)絡(luò)的路由選擇特性使鏈路中斷或局部擴(kuò)容和升級(jí)不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，因此提高了網(wǎng)絡(luò)的柔韌性和可行性，和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比功能更強(qiáng)大、更完善。
4 實(shí)際應(yīng)用
Mesh 網(wǎng)絡(luò)在家庭、企業(yè)和公共場(chǎng)所等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
(1)家庭
無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要用處就是用于建立家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。家庭式無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)可以連接臺(tái)式 PC 機(jī)、筆記本電腦、HDTV、DVD 播放器、游戲控制臺(tái)，以及其他各種消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備，而不需要復(fù)雜的布線和安裝過(guò)程。在家庭無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中，各種家用電器既是網(wǎng)上的用戶(hù)，也作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分為其他設(shè)備提供接入服務(wù)。當(dāng)家用電器增多時(shí)，這種組網(wǎng)方式可以提供更多的容量和更大的覆蓋范圍。無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)在家庭應(yīng)用中的另外一個(gè)好處是它能夠支持帶寬高度集中的應(yīng)用，如高清晰度視頻等。
(2)企業(yè)
目前，企業(yè)的無(wú)線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的蜂窩電話(huà)式無(wú)線鏈路，為用戶(hù)提供點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸。無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)則不同，它允許網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享帶寬，消除了目前單跳網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動(dòng)態(tài)平衡。在無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)中增加或調(diào)整 AP 也比有線 AP 更容易、配置更靈活、安裝和使用成本更低。尤其是對(duì)于那些需要經(jīng)常移動(dòng)接入點(diǎn)的企業(yè)，無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的多跳結(jié)構(gòu)和配置靈活將非常有利于網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級(jí)。
(3)學(xué)校
校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與大型企業(yè)非常類(lèi)似，但也有自己的不同特點(diǎn)。一是校園 WLAN 的規(guī)模大，不僅地域范圍大，用戶(hù)多，而且通信量也大，因?yàn)榕c一般企業(yè)用戶(hù)相比學(xué)生會(huì)更多地使用多媒體；二是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求高，網(wǎng)絡(luò)必須能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)、室外、禮堂、宿舍、圖書(shū)館和公共場(chǎng)所等之間的無(wú)縫漫游；三是負(fù)載平衡非常重要，由于學(xué)生經(jīng)常要集中活動(dòng)，當(dāng)學(xué)生同時(shí)在某個(gè)位置使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就可能發(fā)生通信擁塞現(xiàn)象。
解決這些問(wèn)題的傳統(tǒng)作法是在室內(nèi)高密度地安裝 AP，而在室外安裝的 AP 數(shù)量則很少。但由于校園網(wǎng)的用戶(hù)需求變化較大，有可能經(jīng)常需要增加新的 AP 或調(diào)整 AP 的部署位置， 這會(huì)帶來(lái)很大的成本增加。而使用無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)方式組網(wǎng)，不僅易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)升級(jí)和調(diào)整，而且能夠?qū)崿F(xiàn)室外和室內(nèi)之間的無(wú)縫漫游。
(4)醫(yī)院
無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)還為像醫(yī)院這樣的公共場(chǎng)所提供了一種理想的聯(lián)網(wǎng)方案。由于醫(yī)院建筑物的構(gòu)造密集而又復(fù)雜，一些區(qū)域還要防止電磁輻射，因此是安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)難度最大的領(lǐng)域之一。醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)存在布線比較困難和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的健壯性要求很高的特點(diǎn)。采用無(wú)線 Mesh 組網(wǎng)則是解決這些問(wèn)題的理想方案。如果要對(duì)醫(yī)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行調(diào)整，只需要移動(dòng)現(xiàn)有的 Mesh 節(jié)點(diǎn)的位置或安裝新的 Mesh 節(jié)點(diǎn)就可以了，過(guò)程非常簡(jiǎn)單，安裝新的 Mesh 節(jié)點(diǎn)也非常方便。而無(wú)線 Mesh 的健壯性和高帶寬也使它更適合于在醫(yī)院中部署。
(5)旅游休閑場(chǎng)所
無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)非常適合于在那些地理位置偏遠(yuǎn)布線困難或經(jīng)濟(jì)上不合算，而又需要為用戶(hù)提供寬帶無(wú)線 Internet 訪問(wèn)的地方，如旅游場(chǎng)所、度假村、汽車(chē)旅館等。無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)能夠以最低的成本為這些場(chǎng)所提供寬帶服務(wù)。
(6)快速部署和臨時(shí)安裝
對(duì)于那些需要快速部署或臨時(shí)安裝的地方，如展覽會(huì)、交易會(huì)或?yàn)?zāi)難救援等，無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑是最經(jīng)濟(jì)有效的組網(wǎng)方法。比如，如果需要臨時(shí)在某個(gè)地方開(kāi)幾天會(huì)議或辦幾天展覽，使用無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)來(lái)組網(wǎng)可以將成本降到最低。
5 結(jié)語(yǔ)
WMN 不僅在家庭、企業(yè)和公共場(chǎng)所等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)、交通等等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN 更好的與之相融合、互補(bǔ)從而能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。
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