摘 要： 目前， 無線局域網(wǎng)由于相對有線網(wǎng)絡(luò)的眾多優(yōu)點受到廣泛應(yīng)用， 其中WiFi 因為高效的工作能力而受到熱捧， 但是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， 這里對該問題進行了研究。在不添加有線基礎(chǔ)設(shè)施、擴大成本的情況下， 考慮將網(wǎng)上的無線設(shè)備作為路由器使用， 對數(shù)據(jù)進行不斷轉(zhuǎn)發(fā)， 通過多個無線跳來進行組網(wǎng)， 即利用無線網(wǎng)狀（ Mesh） 組網(wǎng)技術(shù)， 在低成本的條件下， 大大的擴展無線信號的覆蓋范圍?？紤]到無線網(wǎng)狀組網(wǎng)技術(shù)在當前市場上的應(yīng)用，其業(yè)務(wù)支持能力和性能方面的優(yōu)勢， 證明了想法提出的合理性及可行性?；赪iFi 的無線網(wǎng)狀（M esh） 組網(wǎng)技術(shù)不僅具有WiFi 本身的優(yōu)勢， 還解決了WiFi 的覆蓋范圍小的問題， 因此會有廣泛的應(yīng)用空間和很好的發(fā)展前景。

　　1  無線Mesh 組網(wǎng)技術(shù)

　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Wireless Mesh Netw ork, 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（Wir eless fidelity ）作為個被廣泛推廣的高速WLAN 技術(shù)， 包括已經(jīng)批準的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設(shè)備（ AP） 300 英尺的范圍內(nèi)才能實現(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， 對數(shù)據(jù)進行不斷轉(zhuǎn)發(fā)，直至把它們送至目的地， 從而把接入點的覆蓋服務(wù)延伸到幾英里甚至更遠， 這就是提出無線Mesh 組網(wǎng)技術(shù)的基本思路， 即通過多個無線跳來進行組網(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 均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯(lián)， 將WiFi 中的無線“熱點”擴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 具備自動配置和集中管理能力， 簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理維護；自愈合： 即AP 能夠自動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)路由連接， 消除單點故障對業(yè)務(wù)的影響， 提供冗余路徑；兼容性： 即如果采用標準的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)， 信號能夠避開障礙物的干擾， 使信號傳送暢通無阻， 消除盲區(qū)。

　　所以， 適合部署無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境為： 大學(xué)園區(qū)、體育場館、臨時應(yīng)急通信（ 如大型災(zāi)難的救災(zāi)現(xiàn)場） 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)是兩個無線設(shè)備之間點對點或者點對多點的通信。在點對點模式中， 無線連接取代了通信電纜， 而且在兩個終端距離較近時可以進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在點對多點模式下， 系統(tǒng)有一個中央管理單元AP, 所有的信號都被匯聚到該接入點中， 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對點或者點對多點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)， 其本身是可以動態(tài)地不斷擴展、自組網(wǎng)、自配置、自動修復(fù)、自我平衡的。針對以上特點， 工業(yè)界標準化組織已經(jīng)開始著手為其制定新的標準， 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 制定新標準的工作組。下面將就802. 11 標準對WMN 結(jié)構(gòu)的支持進行簡要介紹。初的IEEE 802. 11業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)傳輸， 速率只能達到2 Mb/ s, 但是， IEEE 802. 11 b 和802. 11 a/ g 的峰值速度可以分別達到11 Mb/ s 和54 Mb/ s, 而IEEE802. 11n 則期望可以達到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， 同時減少鋪設(shè)和維護以太網(wǎng)電纜的開銷。至此， WMN 的思想被引入。雖然可以用802. 11 點對點模式來構(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IEEE 802. 11s 子工作組， 制定標準化的擴展服務(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 工作組定義了一個基于IEEE 802. 11 MAC 層的結(jié)構(gòu)和協(xié)議， 來建立一個同時支持在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)備工作在點對點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形成無線的點到點的網(wǎng)絡(luò)， 而不需任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來支持。

　　3  已有解決方案

　　目前市場上提供WMN 解決方案的多是一些小公司， 例如MeshNetw o rks, T ropos, BelAir, Pro xim, CoWav e, Netw orks, Ember 等。下面分析幾種解決方案的優(yōu)缺點。

　　3. 1  BelAir

　　采用3 射頻接收回程站（ threeradio backhaul ） 的解決方案， 3 個射頻接收機采用3 個獨立的信道， 每個信道帶有高向（ HighlyDirectional） 天線以重用有用的頻率。采用環(huán)形天線陣列支持所有方向的回程覆蓋，天線具有高增益和窄水平波束寬度。采用多射頻接收回程站配置， 易于擴展， 減少了配置復(fù)雜性并提供更高的容量和吞吐量， 采用創(chuàng)新的光學(xué)接口以及Radioaw ar e 路由算法來選擇路徑。它的缺點在于價格昂貴， 目前不支持節(jié)點之間的用戶移動性， 設(shè)計復(fù)雜， 還不能形成“全網(wǎng)狀”的產(chǎn)品。

　　3. 2  T ropos

　　采用全向（ OmniDirect ional） 天線廣播所有的數(shù)據(jù)到相鄰節(jié)點， 不需要采用交換方式從一個天線交換數(shù)據(jù)到另一個天線， 因此延時較低， 控制協(xié)議只占有5% 的帶寬， 支持太陽能電源， 靈活的電源配置方案。缺點是全向天線缺少穩(wěn)定性， 吞吐量較低， 采用PCMCIA 設(shè)計， 缺少健壯性， 易于被竊， 更適合于在小范圍內(nèi)配置。

　　公司的研發(fā)力量有限， 因此在市場上多采取低價策略。

　　3. 3  Mesh Networks

　　Mesh Netw o rks 個進入市場的企業(yè)， 在回程（ backhaul） 支持和安全性方面采用自己私有的QDMA體系結(jié)構(gòu)， 提供較低的延時， 可以在單一的網(wǎng)狀網(wǎng)中支持inf rast ructure 和client meshing 兩張模式。它的缺點在于缺少穩(wěn)定性， 過多的依賴私有技術(shù)， 和已商用的WLAN NIC 卡不兼容， 需要自帶采用PCMCIA 設(shè)計的QDMA 射頻接收卡， PCMCIA 設(shè)計的節(jié)點很難保證安全性， 如果竊賊獲得一張QDMA 卡它將可以不受限制的訪問網(wǎng)絡(luò)。

　　3. 4  Nortel

　　上述廠商開發(fā)WMN 技術(shù)較早， 但是目前還沒有提供電信級解決方案的能力， 相比較而言， 老牌電信公司Nortel 進入這一市場較晚， 但是Nortel 的優(yōu)勢在于他們在OAM 管理、安全性、產(chǎn)品支持等方面更有優(yōu)勢，能夠提供安全可靠的電信級解決方案， 以目前正在我國臺北市及高雄市部署的由Nortel 公司提供的WMN 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為例， 如圖1 所示。

　　AP7220 是一個智能節(jié)點， 采用了包括智能天線陣列、集成路由器、自適應(yīng)路由選擇、安全管理、無線對等層通信等技術(shù)。它與無線終端用戶之間采用IEEE 802. 11b/ g通信， 與相鄰的A P7220 采用802. 11a進行中繼， 通過增加外置的高增益定向天線， 中繼距離可提高到5 km。相鄰AP 之間通過自適應(yīng)路由選擇， 為用戶終端選擇路線。多個AP7220 構(gòu)成1 個無線通信區(qū)域（ CRN） 。一個CRN 中有一個或多個與有線網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)絡(luò)接入點（ NAP） 。NAP 具有A P 的邏輯功能， 對CRN 中的所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行匯集， 再通過以太網(wǎng)接口連接到三層路由器。

圖1 WMN 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

　　4  結(jié)語

　　無線網(wǎng)狀組網(wǎng)技術(shù)目前被業(yè)界普遍認為是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個發(fā)展方向。在這一新興的無線市場上， 基于WiFi 的WMN 的潛在競爭對手就是基于IEEE802. 16 標準的WiMax 。WiMax 所走的是先標準化再商用的路線， 而WiFi 則采取了先商用后標準的市場策略。經(jīng)過近幾年的發(fā)展之后， 基于WiFi 的WLAN技術(shù)在安全性能、QoS、傳輸距離等方面均有了長足進步， 而且在用戶市場認知度和產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)能力上也已經(jīng)擁有了相當?shù)姆e累?；赪iFi 的WMN 注定將在未來較長的一段時間內(nèi)占據(jù)極其重要的市場地位。

參考文獻:

[1]. ESS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ESS_2344455.html.