无线MESH技术介绍 V1.0

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WiFi-Mesh关键技术 路由 关键技术-路由 关键技术
路由判据 无线MESH网络中另外一个很重要的问题是路由选择问题， 例如从某个节点A到达其它的节点B，可以经过不同的用户站中转， 于是就存在多条路径，选择哪条路径就成为一个关键问题，这将直 接影响系统的性能。而一般有线网络中的路由协议技术并不适合无 线路由场景.需要综合考虑多方面的因素，当节点增加或是减少时， 无线MESH网络的拓扑结构就会发生变化，路由选择问题变的更加复 杂。 快速收敛 无线网状网中拓扑高度变化。由于常规路由协议需要花费 较长时间才能达到收敛，而此时拓扑结构可能在达到收敛前又发生 了变化，结果导致整个网络路由始终无法处于收敛状态。在无线网 状网中，路由算法必须具备快速收敛特性，使其能够感知和跟踪上 节点移动造成的链路状况变化，以维护正确的动态路由。另外，由 于无线带宽有限，路由协议开销不能太大，否则会严重影响网络性 能 快速无缝切换 结点在高速移动的情况下,需要在很短的时间内进行 无线链路的切换,如果切换时间过长,会导致数据传输的中断等情况. .
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混合网络结构
• 在混合结构中，用户节点增加了具有转发和路由功能的Mesh 设备， 之间可以实现无线互连。
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B A
D E
C 新增F
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网络自修复功能
网状结构，无中心，单个节点破坏不会影响到其它节点，可进行 路由自调整。 节点具备功率自调整功能，通过覆盖区域呼吸效应减小节点毁坏 带来的影响。
B A F C E D E D A F C B
图a
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图b http://www.gbcom.com.cn
网络自组织功能
网络具备自组织功能，可自动探知新增节点，并更新路由，自动 调整网络参数，如相邻节点发射功率等 自组织功能带来诸多优势：减小无线规划复杂度、无需复杂配置、 新增节点非常方便…
B A A D E F C A’ C’ B C
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网络自平衡功能
节点具有自平衡能力，能根据数据目的地和各前向路由中拥塞情 况选择最佳路径发送 。
B A
D E F
C 路径拥塞 节点拥塞
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WiFi-Mesh典型网络 WiFi-Mesh典型网络
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WiFi-MESH技术起源 WiFi-MESH技术起源
在现代化战场上，各种军事 车辆之间、士兵之间、士兵与军事车辆 之间都需要保持密切的联系，以实现统一指挥， 协同作战。这是一 种典型的移动自组织网络.自组织网络已被认为是未来移动通信技术 的核心组成部分之一，甚至有不少人认为自组织网络的思想将会把所 有我们能想到的网络组合在一起，从而实现世界通信网络的大统一。
交流提纲
WiFi-Mesh定义及特点 定义及特点 WiFi-Mesh关键技术 关键技术 同类技术比较 典型应用场景和应用行业 当前应用状况
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什么是WiFi-Mesh 什么是
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无线Mesh技术特点 无线Mesh技术特点 Mesh
(1). 是一种新型无线技术，提供无线路由功能，可扩展WiFi形成无线城 域网 (2). 单节点无线性能比WiFi有很大增强，满足构建无线城域网的要求。 (3). 网络拓扑成网状 (4). 具备多跳功能 (5). 网络具有自组织能力 (6). 网络具有自修复能力 (7). 网络具有自平衡能力 (8). 高带宽，低成本
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WiFi-Mesh的三个阶段 的三个阶段
• 第一阶段的典型代表是基于交换技术的无线网状网。采用 交换技术的无线网状网产品是一个无线交换机和AP的结合， 它本身没有路由功能，必须有一个根节点来进行数据交换。 这一阶段的产品主要特征是适合小规模组网、连接多个热 点。 • 第二阶段的典型代表是基于路由技术的无线网状网。具有 路由功能的无线网状网真正体现了网状路由的特性。每个 无线网络中的路由器不仅为覆盖区内连接的用户提供网络 接入，同时作为该网络的基本设施将数据通过无线网状网 络路由到目的地。但由于使用的是来自于有线网络被广泛 应用的3层路由技术，并不完全适用于无线网络，无线网 状网的真正潜力没有发挥出来。
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WiFi-Mesh发展趋势 发展趋势
• 随着经济和文化的发展，越来越多的无线应用市场需求激发了无线技 术的快速发展。无线网状网自一开始就是为“随时随地随需”的无线 应用所设计，它可以动态地创建新的链接和其他节点相连，具有自组 网、自管理、自动修复、自我平衡等优点。无线网状网技术不但被 《福布斯》杂志认为是预示着无线革命下一个阶段的到来，也被IEEE 评选为代表未来趋势的十大信息技术之一。因此，无线网状网已经被 业内普遍认为是无线网络技术的发展方向，被公认为是未来的4G技术。
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网状拓扑
• 网状拓扑结构 。如下图。传统的无线网络结构如图b，属于树状结 网状拓扑结构。 构，有父子关系，每个节点只与它直接有父子关系的节点联系，父 节点故障将导致其所有子节点无法正常工作。MESH拓扑结构如图a， 没有父子关系，只要在无线发射功率可及范围之内的节点都可以直 接通讯，一个节点故障只会影响到与它相关的无线链路，其它链路 可照常通讯。这种网络的一个显著特点就是可靠性高。但其最大挑 战来自过于复杂的网络结构导致路由协议非常复杂，特别是在无线 环境中，节点具有移动性，而且无线环境瞬息万变，节点发射功率 也经常调整，导致网络拓扑结构变化非常频繁，路由协议必须能管 理这种快速变化，使任一时刻任意两点间通讯都能找到最佳路径。
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WiFi-Mesh的三个阶段 的三个阶段
• 第三代WiFi-Mesh产品，采用多种技术，在无线性能（传输距离、移 动速率、抗干扰、穿透等）方面具有大幅增强，能够适应于更多更复 杂的应用场景。第三代WiFi-Mesh网络具备灵活性高和容错能力强的 特点。它简化了视距通信问题并以最少量的网络基础设施和互联成本 大大扩展了网络的覆盖范围 。 • 相对于现有的有线系统，无线系统在信号质量、覆盖程度、传输距离、 通讯安全、服务质量等方面遭遇了更为苛刻的挑战。如何克服这些瓶 颈一直是无线网状网领域的核心问题。此外，如何与WiMAX、Zigbee 等其他新技术进行融合也是当前WiFi-Mesh的重要研究课题。
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平面结构
• 平面结构中所有节点都是对等的关系，每个节点都包含相同的MAC、 路由、管理和安全等协议，既可以接入网络，也可以转发其他节点的 消息。网内的节点能够形成任意网状的拓扑结构，节点也可以任意移 动，网络的拓扑结构会动态的发生变化。在这种环境下，由于节点的 无线通信覆盖范围有限，两个无法直接通信的用户终端可以借助其他 终端的分组转发功能进行数据通信，而不需要借助其他基础设施。
• 无线网状网(WiFi Mesh)，是一种基于WiFi技术而发展 出来的一种新型的无线城域网解决方案，由于其具有自 组网,自修复,自平衡,自动扩展等特点,目前正在世界范 围内尤其是欧美等发达国家掀起应用热潮。与传统无线 网络完全不同，WiFi-Mesh大幅降低运营商对网络部署 的成本和复杂程度。
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交流提纲
WiFi-Mesh定义及特点 定义及特点 WiFi-Mesh关键技术 关键技术 同类技术比较 典型应用场景和应用行业 当前应用状况
C C
B A
F A
B
F
E
D
E
D
图a
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图b http://www.gbcom.com.cn
Mesh网络的结构 网络的结构
• 一般而言，WiFi-Mesh网络由客户节点、Mesh 路由器节点和网关节点 组成。 • 客户节点可以是笔记本电脑、PDA、WiFi 手机、RFID阅读器和无线传 感器或控制器等；客户节点按照功能可以分为两类：一类只作为普通 终端接入网络，不具有转发信息的功能；另一类既具有普通节点的接 入功能，又具有路由和信息转发功能，即兼具了无线路由器的功能。 Mesh 路由器可以是普通PC，也可以是专用的嵌入式系统，如ARM 等。 • 按照结构层次，无线Mesh 网络可以分为平面结构、多极结构和混合 结构。
WiFi-Mesh的研究起源于美国军方DARPA计划中对MANET(Mobile Adhoc Network，移动自组织网络)的研究，应用于波斯湾和海湾战争的 作战通信指挥系统。今天，在经历了多年的技术进步和商业推动之后， 商用的无线网状网最终成为现实。目前，已经商用的无线网状网产品 基本上都基于WiFi，称之为WiFi-MESH
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多级网络结构
• 无线Mesh 网络的典型多级结构，分为上下两层。下层的客户节点可 以通过Mesh 路由器接入到上层Mesh 结构的网络中，Mesh 路由器提 供路由选择和中继功能，为客户节点提供一条顺利连接到网关节点的 无线链路。网关节点通过路由选择和管理控制等功能为移动终端选择 与其他网络节点通信的最佳路径。这种结构的优点：可以兼容市场上 已经有的设备，降低系统成本，提高了网络覆盖率和可靠性，缺点： 任意两个终端节点之间不能直接通信.
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分布式控制
• 分布式控制。为实现节点间相互通讯，无线网状网需要众多控制功能， 分布式控制。 如认证、无线资源安排、路由发现等，这些工作在传统网络中都是通 过中心控制节点完成的，但在无线网状网中没有中心控制节点，这些 工作必须由各节点或节点间自行完成，设计的控制流程与传统无线网 络存在很大区别。如下图所示：图b为传统网络，节点A和节点E认证 工作都与中心节点F直接交互；但在图a网状网网络中，节点A认证与 其相邻节点进行，如图中的B，节点E认证也与其相邻节点进行，如图 中的B和D，而B和D对A和E的认证信息必须事先从节点F获得。