mesh无线网桥是什么?什么是mesh无线网络?_乐天堂FUN88 
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mesh无线网桥以及无线Mesh网络的详细分析

作者:   来源:   时间:2015-01-27 08:41:50

一、mesh网基本概念
    蜂窝网络的优势是可以保证连续覆盖,缺点是必须对新的网络进行规划,并且还需要在整个覆盖范围内同时部署所有的小区,意味着网络运营商需要更大的前期成本,还存在因障碍物遮盖不能覆盖的盲点区域。

    无线局域网通常覆盖是工作场所或家里这样的局部区域覆盖,一个设计目标是覆盖接入点周围半径100m左右的区域,接入点之间通过有线网络连接,无线局域网没有蜂窝系统那样的专用频谱,这导致无线局域网的设计需要容忍干扰,在极端情况下,如果发生拥塞,效率可能下降到零,这是任何豁免牌照系统无法避免的。无线局域网设计的主要目标是获取峰值速率,并假设峰值速率持续时间不会很长。无线局域网实现上比蜂窝网简单原因有二:(1)无线局域网没有小区之间的切换;(2)无线局域网仅仅在用户之间提供数据链路,而利用其它协议(e.g.IP TCP)建立路由和提供数据传输的可靠性。无线局域网的主要目的在于传输数据,而不是语音。

mesh网的特点:

    1.没有主节点;

    2.它可以通过跨越一定数量的中间节点到大其它任何节点。

    mesh网如同一个蜘蛛网,和蜂窝网与无线局域网的架构有很大的区别,所有节点都是对等的,并且没有中心控制,因此,每个节点不仅是业务源节点或者目的节点,而且还是路由节点。

Mesh网络结构大致可以分为三种:

    1.纯粹Mesh网络:Mesh网络是孤立的,所有业务都在Mesh网络之内,所有的业务都通过单一节点类型(即用户节点)中继。

    2.混合Mesh网络:一个具有层次结构节点类型的纯粹Mesh网,通过引入骨干路由以提高效率。有另一个网络叠加在Mesh网之上,并专门传输长距离业务。无线Mesh网络中具有层次体系的路由结构,可能通过额外的专用无线信道或者频道创建。

    3.接入Mesh:如同混合Mesh也具有层次结构的节点类型,但是相当大的额外业务来自于Mesh网络之外。层次路由网络也有到外部网络(如因特网)的网关。

二、自组织纯粹Mesh网络特点

    自组织:无需规划,无法控制覆盖范围和干扰环境;

    基础设施:所提供功能都在Mesh网内,包括功率控制、路由、计费、管理、安全等。没有中心控制单元,没有安全和认证中心;

    移动性:节点可以自由移动,甚至消失,网络的连接是动态的;

    无线:为了支持移动和避免基础设施,无线是必须的;

    中继:所有节点可能需要中继其它节点信息,这将减少每个节点用户的可用带宽;

    路由:所有节点都要参与路由,可用主动维护路由表,或者按照需要创建路由,路由产生开销,这依赖于协议、业务和节点的移动性。

    多跳:中继和路由的必然结果,可以扩大覆盖范围,特别是在传播环境复杂的场景;

    异构性:除了Mesh网基本操作外,所有节点的性能并非全部相同。

    Mesh与多跳的区别,Mesh是具有路由分集的多跳,,一个多跳网络可以认为节点具有树和分支结构,而Mesh网中的节点更像一个蜘蛛网。在Mesh网中,一个业务可能被分割成两个或者多个路由到目的地,而在多跳网络中,一个任务流只有单个路由,但仍然具有绕过障碍物的能力。

    如果多跳网络可以重新配置到目的节点的另一条路由,实际上它已经成为了Mesh网络。Mesh网络可以同时有两个或者更多的路由,这带来优势,但是也带来问题,如实际实现中,TCP层可能存在由分组重新排序带来的问题。

    一个完整的Mesh网的网络边缘具有冗余路由,而树状和分支结构的多跳网络却不具有这个缺点,当然边缘节点可以设计得比较简单,因为它们没有参与路由,如采用网格星状方式的ZigBee,其网格核心节点具有全功能,而边缘节点只有部分功能,没有冗余路由功能,但是缺点是冗余和可靠性降低,并且在自组织方式下失去扩展网络覆盖的能力。

    完整的Mesh网络中需要单跳或者多跳才能到达其它节点,所有节点都存在潜在的冗余路由。其实因特网也是一个Mesh网,然而,由于缺乏负载均衡和链路聚合,它的的工作方式基于每个分组包或者每个数据流,属于具有动态重新配置功能额多跳网络。


三、Mesh网的特性与应用

    本质上,Mesh网络在下面两个方面有重要价值:

    1.扩大覆盖范围;

    2.减少基础设施。

Mesh网的六个应用实例

    1.蜂窝或者WLAN热点区域多跳

    障碍物通常会对基站信号产生阴影效应,导致信号强度变弱;如果所有用户间能够多跳那么就可以提供比基站阴影下更好的信号强度;该方法应用于无线城市中,唉市区道路交叉口布置Mesh节点,Mesh在各种情况下带来的好处是扩大了覆盖范围。 

    2.社区网络

    在没有宽带提供的农村社区,如果一个房屋有宽带接入,则该链路可以由包括其它全部房屋组成的Mesh网络共享。网络可以简单地通过增加更多的节点进行边缘扩展。Mesh网络中心的房屋连接,可以简单地通过将其添加为内部节点来实现,无需其它基础设施。

    3.家庭或办公室的室内网络

    实现服务的快速建立和拆除,例如在相对较小的封闭用户组,网络流量完全对等,报告厅网络。

    4.微基站回程(backhaul)

    网格化是在网络端而非用户端,由基站组成的Mesh网。

    5.车辆自组织网络(VANETs)

    6.无线传感器网络(WSNs)

四、Intra-Mesh网格结构

    1.用户节点构成路由连接;

    2.网络内增加固定中继节点

    协助地处理本地业务的集中性,网络的完整性和覆盖下可以提高。当用户节点洗漱分布时,增强连接或覆盖范围;保证最低程度的连续覆盖性、连通性、用户密度的独立性;在高密度客户区提高吞吐量;通过障碍物周围的辅助路由增加覆盖范围。

    3.具有主干网的Mesh

    当需要很多的多跳的远距离端对端同学,为了帮助通信,部署固定中继节点结构,每一个都支持更长的通信距离。此时,业务流量也许不再均匀分布于移动节点中了,可能集中在中继节点周围的节点中。这对于中继节点周围的移动节点及中继节点本身的需求量、性能和电池的持久性有很很重要的意义,因此QoS更加依赖于中继节点周围用户节点的行为和可行性。

五、Extra-Mesh
    接入Mesh是用于互联网访问所需的结构,并且由此引起的业务集中效应必须处理。

六、媒体接入控制

    集中式MAC更适合于已为中央控制器所知的固定节点,当节点位置不固定时,更适合采用分布式MAC。

七、路由

    移动性增加了路由问题的发散性,在一个自组织网格环境中,每一个节点都参与到网格中,不仅作为一个可能的源和信宿,还作为中继和路由器,使得业务在节点和网格间向前传送。作为中继,一个节点承担起超过支持用户需求所需的工作量,节点往往需要转发它们自己几倍服务量的业务量,即它们必须处理它们的用户产生的业务和可能的其它用户的业务。Mesh比相同的蜂窝系统需要更强的用户节点,服务级别依赖于用户节点的性能。

    主动路由提前建立网络路由图,路由表在交换路由更新报文的协议的正常运行下周期地创建,但是当线路不需要数据时,需要重复性的计算(节点移动性)。这不必要的发送和接收路由更新,浪费了带宽,并且,对于移动节点,浪费了电池电量。被动路由仅在需要时建立路线图,也可以根据一些短期超时或失效期策略缓存路由信息。路线只在需要时评估,不过路线未知增加了报文转发的时间。一般被动式路由方法是ad hoc网络群受关注的一个。

    路由协议必须高效,必须主动地更新自己额信息,或者在链路需要时快速反应。

八、传输层和应用层

    应用根据传输中的时延容限可以分为弹性和非弹性,这些应用需要传输协议区别对待。如e-mail、web访问和P2P的文件共享,可以适应不同的吞吐量,但是需要100%的分组可靠性。非弹性应用如单向视频,无法适应网络吞吐量的变化,如带宽、时延和时延波动。双向视频链路中,为了维持正常会话和互动的自燃性,绝对时延很重要,但是并不总是需要100%分组交付可靠性。

九、Mesh网络容量

    对于纯Mesh网络,随着网络尺寸和用户数量的增加,用户不能自身产生容量以维持每用户吞吐率的需求。

    Mesh网具备扩展性的唯一可行方法是提供额外容量,具体方法可以是引入骨干网形成混合Mesh网,或者是引入接入点形成接入Mesh网。通过这两种方法,Mesh网就具有了可扩展性,同时一定程度上也具有了蜂窝网的一些特点。

十、Mesh网的频谱效率

    似乎没有理由相信,实际的移动Mesh网在本质上比传统的蜂窝网络更有频谱效率。

    相对于目前蜂窝网,Mesh网中用户移动性对频谱效率和网络可用性方面,提供了一种更好的折中处理手段,这是由于Mesh网中用户同时还是路由节点。

    任何倾向于实施Mesh网主要还是基于Mesh带来的优势(例如覆盖、或者缺乏基础设施等),而不是频谱效率。

十一、定向天线

    定向天线并不能带来显著的好处。

十二、提高频谱利用率

    Mesh网可以使用“不太稀缺”的频段(最高达6GHz),可以提高频谱利用效率,因此,结合搞得杂波损耗和路径损耗,Mesh网可以采用多跳路由和多跳路径。

十三、Mesh中PHY和MAC方法

    需要节点时间同步的PHY机制将无法工作,包括很多调频机制。基于常见的时隙的MAC机制,例如FDMA/TDMA/CDMA,如果不是不可能实现,即使能够实现,难度也非常大。

十四、Mesh网络潜在的缺陷

    容量:因为其它节点的业务量,中继对每个节点会有一定的需求,用户的吞吐量的速度不及Mesh的增长速度。

    基础结构:要想使得用户数量增加并保持一定的性能,需要增加基础设施,在设计Mesh网络时,应该避免尝试设计一个纯粹的Mesh网络。

    效率:对于MAC效率,Mesh网络通常形成去中心化方法,通过随机访问协议和一些补偿行为来实现。其效率远远比不上中心化的、带调度的MAC,如TDMA。因此不应该简单地认为Mesh网络能够带来比通常点到多点网络更高的效率,比如蜂窝网络。

    中继疲劳:节点作为中继过度工作导致供电不足;用户行为也可能进一步恶化该问题。

    初期部署:当展开一个新网络时,需要若干种子节点。当网络在一个新区域第一次搭建时,其连通性有最小限度。

    提升能力:提升Mesh网络性能,需要提升每个节点的性能,不同于在蜂窝网络中提高部分节点的性能就可以改善整个网络的性能。

    用户行为可靠性:与蜂窝网络不同,用户的行为对Mesh网络有很大的影响。如“自私用户”的出现将减少活跃节点的密度,从而使得真个Mesh网络的性能下降。也会增加“表现好”的用户的负载,加快他们电源能量的枯竭。

    Ad hoc和QoS:Mesh网络最大吸引人的地方是它完全不用计划,但是ad hoc系统的服务质量很差,这需要再维持网络的ad hoc环境和提供服务质量之间有折中。

    如果所有的缺陷都避免了,Mesh的确具有一些吸引力大的特点,特别是在覆盖范围延伸区域或覆盖范围中,Mesh网络可以提供与蜂窝网络互补的性能。

十五、成功的Mesh网实现

    1.无线城市:(a)跳过障碍区;(b)不需要有基础设施。

    2.社区互联网:少用基站,易于安装。

    3.车辆自组织网(VANET)应用:易于建立、撤销,不需要基础设施,网状网中的链路上的路由不需要中心的协调,也是这个应用的重要推动。

十六、Mesh网络与无线传感网络的比较
1.不同之处

    便宜的WSN节点意味着没有Mesh网络的节点可靠;

    WSN含有较多高密度的节点,无线电范围较低;

    WSN的业务复杂度较低,当然不是实时的,比特率可能只有每天几个比特;

    WSN的业务依赖于具体的应用,节点设计遵循这个原则,使得节点不灵活;

    WSN中除了传感器还可以包括制动器。

    无线Mesh网络的路由挑战应对移动性,而WSN的路由挑战是应对能量有限。

2.相似之处

    都是自组织网;

    原则上,两者都不需要基础设施;

    实际上,两者都是受益于基础设施。Mesh网络的有点事通过接入点来提高服务质量(QoS),WSN通过网关/路由器来改善边缘节点的功率消耗

    实际上,两者都受益于聚类欺骗可扩展性问题;

    两者都有安全的挑战;

    两者都有隐私的挑战;

    两者在节点行为上都依赖于网络。

    非结构话网络节点类型均匀而没有物理层次,另一种说法是,所有节点物理、架构上都是平等的。

    WSN与Mesh网络具有许多相似之处,但是具有更大的限制条件,尤其是功耗方面。WMN和WSN都具备易部署性和好的覆盖特性---在Mesh情况下更容易避免密集环境中的RF阴影,并且在传感网情况下允许足够的密度,并且对现场部署的传感器的安排没有限制。

    类似于Mesh,网中结构的存在能够显著地影响其性能。对于Mesh,增加基础设施能够帮助避免可扩展性和服务质量问题。在WSN情况下结构还能提高可扩展性,因为减少网络中许多节点(如边缘节点)的中继负担无功耗问题的可扩展性是可能的,即WSN的低占空比可以保持。在WSN中,这要求一些节点功能强于其它节点,并且这些节点通常不是电池供电。这些节点将成为802.15.4网络中的协调器,具有主电源,外部网络连接并且担当安全应用的信任中心。

    可以认为,网络结构和节点多样性使得实际系统更加灵活。在许多情况下,仍然怀疑是否需要完全非结构话的WSN,最终可以注意到目前可预见的WSN的主要应用包括传统的有线应用向无线的演进,而非一个革命性的杀手级WSN应用。

    乐天堂FUN88MESH无线网桥尽在:/cpzx_pic_1_2_23.html

    本篇内容均摘自《无线Mesh网络基础》(英)史蒂夫·梅思利 著 西安交通大学出版社 2012年7月 第一版

    本文出自 “飒飒秋风” 博客,请务必保留此出处http://xjhznick.blog.51cto.com/3608584/1315893/

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