WiFi-Mesh网络的特点和应用

WiFiMesh网络的特点和应用[摘要]文章介绍了Wi-FiMesh的组网方式，优势特点以及与其它网络之间的关系，并且给出了Wi-FiMesh网络的具体应用。Wi-FiMesh技术作为一种新的网络形态，能够很好地弥补现有网络的不足，为通信用户提供更优质的网络服务。[关键词]WiFiMesh802.11s特点应用1、引言无线Mesh网络，即无线网状网，是一种与传统无线网络完全不同的无线网络，可以通过一些中间节点连接互相远离而不能直接连接的无线路由器，即可以让网络中的每个节点都可以发送和接收信号。它具有多跳、分布式、自组织等特点，可以通过简单地部署实现大范围的无线覆盖。作为一种新的网络结构形态，Mesh网络已被纳入到802.16，802.16e和802.1ls标准中。Wi-FiMesh可以被看成是无线局域网（WLAN）和无线Mesh网络的融合，采用WiFi技术实现每条Mesh链路的传输采用，同时通过多跳的组网方式解决了传统的WLAN的可扩展性差和健壮性差等诸多问题。2、WiFiMesh的组网方式基于IEEE802.11s的Mesh网络如图1所示。AC是接入控制器，负责对整个网络进行控制和管理。MPP是Mesh网关节点，通过有线与AC相连，并通过无线与其它的Mesh设备通信。MP是Mesh路由节点，主要进行无线的数据转发。MAP是同时具备无线转发和无线接入功能的节点。client是用户设备，产生或接收业务数据。图1基于IEEE802.11s的Mesh网络3、Wi-FiMesh的优势由于满足WiFi标准的产品已大量使用，因此基于WiFi的Mesh网络能够完全与现有的802.11通信制式兼容，同时又具备许多传统WiFi没有的特性。WiFi的主要优势有以下几个方面：（1）覆盖范围大由于无线信号的传播衰减，普通的WiFi网络只能覆盖大致几十米的范围。而WiFiMesh网络具有多跳转发特性，中继设备可以将收到的数据重新转发，减小长距离衰减的影响。另外，在城市中由于各种建筑物的存在，导致发射端设备和接收端设备之间的无线信号通常以非视距方式传播，而墙体等障碍物时使得信号强度收到很大的损耗。利用WiFiMesh网络进行传输，可以通过多跳选择最佳的转发路径，绕过各种障碍物，将将非视距信号变为视距信号，从而达到上百米的信号覆盖，大大增加了网络的服务区域。（2）高带宽WiFi设备由于工作在免费频段，信道频谱资源较为丰富，因此相对于蜂窝网络，本身就就有高带宽的优势。IEEE802.11a/g在典型的20MHz信道带宽下，传输速率可达到54Mb/s。而基于IEEE802.11n2x2MIMO，在40MHz信道带宽下，传输速率可达300Mb/s。WiFiMesh网络在继承WiFi高链路速率的基础上，由于多跳传输可以保证较优的信号质量，因此端到端路径上仍能保持高速率的优势。（3）易于安装部署在Mesh网络中，除了Mesh网关设备（MPP）需要与光纤和有线网连接，其它的Mesh设备只需要供电，不需要连接有线，因此用户可以方便地部署Mesh路由器，扩大覆盖范围。此外，由于Mesh路由器本身具备自动邻居发现、链路管理功能，因此设备启动后，也无须进行任何设置，Mesh设备即可扫描到周边的网络状况，并且建立链路和路由路径，使得安装过程十分便捷。在某些Mesh设备出现故障时，其它Mesh可以重新选择路由路径，不影响网络的正常通信。因此，部署Mesh网络可以节省大量有线布线成本以及网络运维成本。（4）无线辐射小传统的蜂窝基站由于需要保证信号覆盖质量，因此往往采用较大的发射功率，在基站附近会产生较强的辐射。而对于Mesh网络，由于采用多跳通信的方式，因此不需要像蜂窝基站那样大功率发射，通过每跳链路的小功率传输，仍能达到较大的信号覆盖效果。4、Wi-FiMesh与其它网络的关系WiFiMesh网络作为一种新的网络形态，有自身特有的优势。然而，任何一种通信技术都无法解决所有的问题，只有与其它通信即使互相补充，才能发挥更好的作用。以下对WiFiMesh与其它网络的关系进行探讨。（1）Wi-FiMesh与有线网络的关系有线接入技术主要包括光纤、以太网、xDSL等。目前，在很多建筑或楼宇中已布设了有线网络，有线网络的优势在于信号传输稳定，不受外界干扰，能够提供可靠的服务质量。Wi-Fi技术本身作为高速有线接入技术的延伸，被广泛应用于有线接入需无线覆盖的领域，特别是需要进行大数据量服务的区域。在某些场所，有线网络无法布及，又需要进行较大范围、大数据量的无线接入服务，此时WiFi与Mesh结合的解决方案则是最佳的选择。（2）Wi-Fi与蜂窝移动通信的关系蜂窝移动通信的特点是可以提供高移动性的大范围覆盖。然后蜂窝网络工作在授权频段，频率资源较为有限，只能进行中低速率的数据传输，例如：语音通信或者小数据量的上网业务。而WiFiMesh工作在免费频段，在外部干扰较小的情况下，具有丰富的带宽资源，因此可支持大数据量的传输。不过由于WiFi技术本身对移动性的支持较差，因此一般适用于步速或静止场景下的大数据量接入。将Wi-Fi与蜂窝移动通信融合，可以取长补短，适用不同的场景需求。在融合过程中，需要解决用户在不同制式的网络中切换的问题。（3）Wi-FiMesh与城域和个域网的关系WiFiMesh属于无线局域网（WLAN）技术，采用IEEE802.11标准，主要针对的是热点或热区的覆盖。而WiMax属于无线城域网（WMAN）技术，采用IEEE802.16标准针对的是较广范围、较高移动性的高速率覆盖。另外，还有蓝牙与UWB，属于无线个域网（WPAN）技术，采用802.15标准，主要是针对短距离的高速数据传输。它们之间区别，主要是在于传输距离和覆盖范围，因此各自应用于不同的场景。5、Wi-FiMesh的应用（1）Wi-FiMesh热点覆盖在校园、医院、体育馆、酒店、机场等公共场所，用户可通过笔记本、WiFi手机等无线终端设备访问Ineternet网络。运营商可通过部署WiFiMesh网络，对这类区域提供热点或热区覆盖，从而使用获得高质量的网络服务。（2）行业应用对于某些行业涉及的区域，例如：旅游景点、救灾现场、石油煤矿开采地等，由于地理位置复杂、布线成本高、需要应急设施等原因，无法正常地部署有线网络，WiFiMesh是最有效的解决方案。由于WiFiMesh的部署快捷、简单，并且在不需要的时候可以方便地将网络设备移动到其它地方，再组成新的网络，因此可以节约大量的时间和成本。（3）视频监控随着社会安全意识的增强，视频监控已称为基础设施建设不可缺少的一部分。例如：公共场所安全监控、企业园区内生产监控、交通管理监控、住宅园区的安保监控等等。而无线通信技术也在视频监控领域得到广泛的应用，WiFiMesh网络设备可以与视频监控设备连接，将视频信息通过无线的方式传输到监控中心，相比于有线传输，无须考虑线路故障带来的影响，具有更高的安全性。（4）无线城市随着城市生活对及时信息获取需求量的增大，需要随时随地高速接入无线网络，而无线城市就是在整个城市范围内提供无线网络的覆盖。由于Wi-FiMesh网络部署快速，可以根据需要灵活地调整设备位置，改变网络拓扑，从而达到对各种服务区域的信号覆盖，真正实现网络的无处不在。6、总结Wi-FiMesh技术作为非视距传输、多跳转发的无线通信技术，以其特有的优势，可以作为现有的有线网络、蜂窝网络、城域网、个域网的有效补充，在各种特定场景下为用户提供优质的网络服务。参考文献：[1]IanF,Akyildiz,etal.Wirelessmeshnetworks:asurvey.ComputerNetworks,March15,2005,47(4):445487[2]TerryRRakes,LorenPaulReesA.CoverageModelforTopologyDesigninWirelessMeshNetworks[M].[3]CellularBackhaulUsingWirelessMeshTopologies[R].interWAVECommunications.[4]QiXue,AuraGanz.QoSroutingforMesh-basedWirelessLANs[M].[5]GemmaPaulo.TheConnectedCouchPotato:LivingitUpintheWirelessHomePeer-to-PeerWirelessMeshTechnology[M].[6]IEEE802.11a.SupplementtoIEEEStandardforInformationTechnology-TelecommunicationsandInformationExchangebetweenSystems-LocalandMetropolitanAreaNetworks[S].[7]IEEE802.11b.SupplementtoIEEEStandardforInformationTechnology-TelecommunicationsandInformationExchangebetweenSystems-LocalandMetropolitanAreaNetworks[S].[8]IEEE802.11g.IEEEStandardforInformationTechnology-TelecommunicationsandInformationExchangebetweenSystems-LocalandMetropolitanAreaNetworks[S].[9]IEEE802.16-2004.IEEEStandardforLocalandMetropolitanAreaNetworks[S].[10]IEEE802.16eIEEEStandardforLocalandMetropolitanAreaNetworks[S].