基于Mesh网络的无线通信技术

基于Mesh网络的无线通信技术

作者：王鹏

来源：《科技创新导报》2011年第35期

摘要:各种无线通信技术蓬勃发展的同时,一种新的无线网络技术——无线mesh网络也逐渐发展起来,引起了人们广泛的注意。本文简要介绍了无线mesh的网络拓扑结构、特点以及与Ad hoc网络进行了比较,通过mesh网络解决大规模的Adhoc网络不适合传输大量的信息等问题。

关键词:mesh 无线mesh网络 ad hoc网络移动性接入

中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)12(b)-0022-01

无线局域网络作为高效率、低成本的无线解决方案已经成为当今的主流技术。无线网络的移动性为用户创造了高效灵活的工作环境,大大提高了工作效率,其价值已被越来越多的人们所认同。

传统的基于基站方案的蜂窝通信系统在解决“最后一公里”的无线接入和为用户提供无线接入服务等问题上曾经起了很大的作用,但是随着无线用户数量的增加,系统有限的频谱资源制约着系统的容量,无法适应日益增长的需要,“最后一公里”瓶颈问题再一次凸显出来。空间资源复用的蜂窝移动通信系统的出现,部分缓解了业务增长与系统资源之间的矛盾。但是蜂窝移动通信系统在应用上仍然存在很多局限性,例如它比较适用于人口稠密的地区,但对于用户数量变化大、移动性强、不适合建立大功率基站的应用场合其效果就显得很弱了。无线Mesh网络接入技术的出现解决了分布式网络系统中“最后一公里”瓶颈的问题。

1 无线Mesh网络技术

无线Mesh网络(WMN,Wireless Mesh Network),又称为无线网状网、无线网格网,简称为WMN,大约出现在20世纪90年代中期以后。WMN的出现是应用需求直接推动的结果。“Mesh”一词原来的意思是指所有的节点都互相连接,网络中的每个节点都具备路由选择功能,每个节点只和邻近节点进行通信,因此是一种自组织和自管理的网络。

无线Mesh网络是一种与传统的无线网络完全不同的网络。传统的无线网络必须首先访问集中的接入点(AP)才能进行无线连接。这样,即使两个结点互相挨着,它们也必须通过接入点才能进行通信。而在无线Mesh网络中,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。Mesh网络技术原是一项军方技术,现在Mesh网络正逐步成为网络界瞩目的焦点。

2 无线Mesh网络拓扑结构

在使用WMN技术构建的网络中,网络中的每个节点都具备路由选择功能,每个节点只和邻近节点进行通信,因此是一种自组织和自管理的网络。实际上,WMN网络更像是Internet本身的一种无线版本,分组数据从一个路由到另一个路由进行传递直到到达其目的地,这些特点使WMN网络与传统的蜂窝通信网络和固定通信网络有着显著区别。WMN吸收了星型与网状两种网络结构的优点,是对两种网络结构的无缝融合,这种融合是通过在网络节点上执行

WMR(Wireless Mesh Routing)协议来完成的。WMN与传统无线星型网络的不同在于:Wireless Mesh采用了对等式的网络拓扑,需要在一种分散式网络环境中进行构建。

3 无线Mesh网络与移动Ad?hoc网络的区别及优势

通常我们把无线网络结构分成两种:

一种是点到多点的星型网络,如IEEE802.11无线mesh网；另一种是点对点的网状网络,如移动Ad hoc网络(MANET)。通常认为WMN是点对点网络的一种,把它看成是移动Ad hoc技术的一种简化版本,但实际上两者是有区别的,主要的不同在于网络结构的连接上。

Ad hoc技术研究开始于20世纪70年代。美国DARPA出于军事需要开始研究分组无线网(PRNET:Packet Radio Network)在战场环境下数据通信中的应用。与传统无线网络不同的是,Ad hoc网络既不需要固定的网络结构,也没有专用的固定的基站或路由器作为网络的管理中心。网络中的每个节点都具有路由器功能,能够发现和维护到其他节点的路由,并向邻居节点发射和转发数据分组。WMN中的接入点(AP)既可以作为MANET中的一种同等的数据转发实体,又可以作为连接到其它有线网络的桥接器。

另外,为减少计算机网络设计的复杂性,人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层。Ad hoc是在第三层做路由,第三层主要功能是在开放系统之间的网络环境中提供网络对等层对等实体建立、维护、终止网络连接的手段,因此不支持传统IP,所以Ad hoc只能实现内部通信。而mesh将路由功能放到了第二层(叫做转发),第二层是数据链路层,控制网络层与物理层之间的通信,它负责在两个相邻结点间的线路上,无差错地传送以帧为单位的数据,即在不可靠的物理线路上保证数据的可靠传输。Mesh利用第三层支持传统IP。实际上,mesh将整个无线网状网当作一个IP子网,从外部IP路由的角度来看,新的接入点和旧的接入点在同一个目的地,从路由上无须调整,只需要对网状网内部二层网桥转发信息进行调整,这样实现起来比较简单。所以mesh比较容易与现有网络融合。

第三,Ad hoc适用于在某些特定的场合,在这些地方需要用非常少的数据传输非常重要的信息,而且网络用户终端移动性也较低。大规模的Ad hoc网络不适合传输大量的信息,因为大规模的Ad hoc网络会产生高风险、高成本、低效率以及缺乏安全性等问题。Mesh网络技术解决了这些问题。WMN通常不是作为一个独立的网络形态存在,而是因特网的一种无线延伸,扩大了因特网的覆盖范围。这种方式省去了网络建设初期昂贵的基础设施建设费用,却实现了大范围的快速信号覆盖,比传统的点到多点方式的无线网络具有更多的优点。

第四,无线mesh网与Ad hoc网一样采用了多跳网状拓扑结构。但Ad hoc网络是由移动终端设备组成的无线分布式多跳网络,其中一般不包含静止的节点设备；而无线mesh网中的无线路由器大多是静止的设备,而且用户终端也可以是静止或移动的无线接入终端。

第五,Ad hoc网的设计目的是为了实现用户移动终端设备之间的对等网络通信,而无线mesh 网络着重的是给终端用户提供无线接入功能。

4 结语

总之,采用 Wireless Mesh 技术,由于其不会受到基站覆盖范围的限制,很大程度上增加网络的覆盖范围,并且投资风险小,Mesh网络的可伸缩性和灵活性较大,有望给无线宽带领域带来重大变革。从当前的无线网络发展趋势来看,无线Mesh网络将会和软件无线电、MIMO、OFDM/OFDMA等技术一样,成为下一代无线网络的技术热点。是一种非常有发展前途的宽带无线接入技术。

参考文献

[1] 刘化君,等编著.计算机网络与通信[M].高等教育出版社.

[2] 朱志祥,王瑞刚编著.IP网络多媒体通信技术及应用[M].西安电子科技大学出版社.