基于WiFi的無線網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)

摘要：目前，無線局域網(wǎng)由于相對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的眾多優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用，其中WiFi因?yàn)楦咝У墓ぷ髂芰Χ艿綗崤酰?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/WiFi">WiFi由于支持范圍有限，使得它的發(fā)展受到一定程度的限制，這里對(duì)該問題進(jìn)行了研究。在不添加有線基礎(chǔ)設(shè)施、擴(kuò)大成本的情況下，考慮將網(wǎng)上的無線設(shè)備作為路由器使用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)發(fā)，通過多個(gè)無線跳來進(jìn)行組網(wǎng)，即利用無線網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)，在低成本的條件下，大大的擴(kuò)展無線信號(hào)的覆蓋范圍。考慮到無線網(wǎng)狀組網(wǎng)技術(shù)在當(dāng)前市場(chǎng)上的應(yīng)用，其業(yè)務(wù)支持能力和性能方面的優(yōu)勢(shì)，證明了想法提出的合理性及可行性。基于WiFi的無線網(wǎng)狀(Mesh)組網(wǎng)技術(shù)不僅具有WiFi本身的優(yōu)勢(shì)，還解決了WiFi的覆蓋范圍小的問題，因此會(huì)有廣泛的應(yīng)用空間和很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)；無線局域網(wǎng)；WiFi；無線跳

1 無線Mesh組網(wǎng)技術(shù)
無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network，WMN)作為一種新興的組網(wǎng)技術(shù)，在近兩年迅速引起業(yè)界的關(guān)注。與很多新技術(shù)出現(xiàn)的背景類似，WMN的出現(xiàn)是應(yīng)用需求直接推動(dòng)的結(jié)果。
首先，無線局域網(wǎng)(WLAN)的快速發(fā)展為企業(yè)和公眾帶來了極大的通信自由。WiFi(Wireless fidelity)作為第一個(gè)被廣泛推廣的高速WLAN技術(shù)，包括已經(jīng)批準(zhǔn)的IEEE 802．11a，b，g和n等規(guī)范，由于其提高工作效率的能力而受到追捧，并在全球得到廣泛部署。然而，WiFi能夠支持的范圍非常有限：用戶只有保持在距離無線接入點(diǎn)設(shè)備(AP)300英尺的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)高速連接。因此，如果想把WiFi的服務(wù)模式變成無所不在的覆蓋，其成本將高得可怕。那么，能不能將網(wǎng)上的無線設(shè)備作為路由器使用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)發(fā)，直至把它們送至目的地，從而把接入點(diǎn)的覆蓋服務(wù)延伸到幾英里甚至更遠(yuǎn)，這就是提出無線Mesh組網(wǎng)技術(shù)的基本思路，即通過多個(gè)無線跳來進(jìn)行組網(wǎng)(WiFi只使用一跳)，從而能在不添加有線基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，大大延展無線信號(hào)的覆蓋范圍。因此，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種非常適合于覆蓋大面積開放區(qū)域(包括室外和室內(nèi))的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)解決方案，其特點(diǎn)在于：由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無線AP構(gòu)成，AP均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通過無線中繼鏈路互聯(lián)，將WiFi中的無線“熱點(diǎn)”擴(kuò)展為真正大面積覆蓋的無線“熱區(qū)”。這種結(jié)構(gòu)帶來的好處包括：
自配置：即WMN中AP具備自動(dòng)配置和集中管理能力，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的管理維護(hù)；
自愈合：即AP能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)路由連接，消除單點(diǎn)故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響，提供冗余路徑；
兼容性：即如果采用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802．11b／g制式，則可廣泛地兼容無線客戶終端；
連通性：即采用Mesh結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，信號(hào)能夠避開障礙物的干擾，使信號(hào)傳送暢通無阻，消除盲區(qū)。
所以，最適合部署無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境為：大學(xué)園區(qū)、體育場(chǎng)館、臨時(shí)應(yīng)急通信(如大型災(zāi)難的救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng))等。

2 基于WiFi的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
無線局域網(wǎng)(WLAN)的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)無線設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式中，無線連接取代了通信電纜，而且在兩個(gè)終端距離較近時(shí)可以進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式下，系統(tǒng)有一個(gè)中央管理單元AP，所有的信號(hào)都被匯聚到該接入點(diǎn)中，因此無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性依賴于AP和終端之間射頻連接的質(zhì)量。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的通信模式與上述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信模式是完全不同的。如前所述，WMN是一種基于多跳路由、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的高速率、高容量的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其本身是可以動(dòng)態(tài)地不斷擴(kuò)展、自組網(wǎng)、自配置、自動(dòng)修復(fù)、自我平衡的。針對(duì)以上特點(diǎn)，工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)開始著手為其制定新的標(biāo)準(zhǔn)，以滿足各種覆蓋與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)方面的需要。其中，IEEE 802．11，IEEE 802．15以及IEEE 802．16等都建立了為WMN制定新標(biāo)準(zhǔn)的工作組。下面將就802．11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)WMN結(jié)構(gòu)的支持進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。最初的IEEE 802．1l業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)傳輸，速率最高只能達(dá)到2 Mb／s，但是，IEEE802．11b和802．11a／g的峰值速度可以分別達(dá)到11Mb／s和54 Mb／s，而IEEE802．11n則期望可以達(dá)到100 Mb／s，這就使得現(xiàn)有的電纜和DSL連接限制了家庭和辦公網(wǎng)絡(luò)的連接速度。倘若能夠跳過這些有線部分，則可以克服這一問題，同時(shí)減少鋪設(shè)和維護(hù)以太網(wǎng)電纜的開銷。至此，WMN的思想被引入。雖然可以用802．11點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式來構(gòu)建無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，但是其MAC協(xié)議的不可伸縮性使得網(wǎng)絡(luò)的性能很差，不適合多跳的WMN。為了將其商用，IEEE新成立了一個(gè)IEEE802.11s子工作組，制定標(biāo)準(zhǔn)化的擴(kuò)展服務(wù)集(ESS)，即IEEE 802．11s專門為WMN定義了MAC和PHY層協(xié)議。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，WLAN接入點(diǎn)可以像路由器那樣轉(zhuǎn)發(fā)消息。
在IEEE 802．11s工作組中，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以是2種基本結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IEEE 802．11s工作組為支持這兩種結(jié)構(gòu)制定了新的規(guī)范。在基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，IEEE 802．11s工作組定義了一個(gè)基于IEEE 802．11 MAC層的結(jié)構(gòu)和協(xié)議，來建立一個(gè)同時(shí)支持在MAC層廣播／多播和單播的IEEE802．11無線分布式系統(tǒng)(WDS)；而在終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備工作在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下的同一平面結(jié)構(gòu)上，使用IP路由協(xié)議?？蛻舳酥g形成無線的點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，而不需任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來支持。