【文章內(nèi)容簡介】 點就是該網(wǎng)絡(luò)可以兼容市場上已有的設(shè)備，但缺點是任意兩個終端節(jié)點之間不具備直接通信的功能。 混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，稱之為混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。在這種結(jié)構(gòu)中，終端節(jié)點已不是目前市面上僅僅支持WLAN的普通設(shè)備，而是增加了具有轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能的Mesh設(shè)備，設(shè)備之間可以以Ad Hoc方式互聯(lián)，直接通信。一般來說，終端節(jié)點設(shè)備需同時能夠支持接入上層網(wǎng)絡(luò)Mesh路由器和本層網(wǎng)絡(luò)中對等節(jié)點的功能。，因此同時支持兩種模式的設(shè)備可以在一個廣闊的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)多跳無線通信。移動終端設(shè)備既可以與其他網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)無線寬帶接入，又可以與其它用戶直接通信，還可以作為中間的路由器轉(zhuǎn)發(fā)其它節(jié)點的數(shù)據(jù)，送往目的節(jié)點。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點WMN具有以下一些結(jié)構(gòu)或技術(shù)上的特點[1314]。（1）多跳無線網(wǎng)絡(luò)。在不犧牲當(dāng)前信道容量的情況下，擴展當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍是WMN最重要的目標之一。WMN的另一個目標是為處于非視距范圍的用戶提供非視距連接。通過Mesh方式的網(wǎng)絡(luò)連接，只需要短距離的鏈路，經(jīng)受較少的干擾，就可以為網(wǎng)絡(luò)提供較高的吞吐量，以及較高頻譜復(fù)用效率。（2）支持Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有自形成、自愈和自組織能力。WMN靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、便利的網(wǎng)絡(luò)配置、容錯能力和網(wǎng)絡(luò)連通性，大大提升了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的性能。在較少的前期投資下，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需要逐步擴展。（3）移動性取決于節(jié)點的類型。如前所述，WMN通常有幾類節(jié)點，分別具有不同的移動性特征。Mesh網(wǎng)關(guān)和路由器的移動性通常較低，而Mesh客戶終端則既可以是靜態(tài)的，也可以是任意的移動節(jié)點。（4）多種網(wǎng)絡(luò)接入方式。在WMN中，既可以支持回程到因特網(wǎng)的接入，也可以支持端到端方式的通信。此外，可以通過WMN與其它無線網(wǎng)絡(luò)的集成，向終端用戶提供各種多媒體業(yè)務(wù)。（5）功耗限制取決于節(jié)點類型。Mesh路由器通常由外部供電，受功耗限制不嚴格，而Mesh客戶終端就如同蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的手機一樣，需要有效的節(jié)能機制。目前為Mesh路由器設(shè)計的MAC協(xié)議和路由協(xié)議等，并不一定是用于Mesh客戶終端。（6）與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)具有兼容性及互操作性?；诂F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或標準（如）的WMN在支持原標準上與這些標準相兼容。不過，WMN還需要與其它無線網(wǎng)絡(luò)（如蜂窩網(wǎng)絡(luò)）有互操作性。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別在網(wǎng)絡(luò)健壯性等性能方面，WMN中鏈路為點對多點結(jié)構(gòu)，如果其中的某一條鏈路出現(xiàn)了故障，節(jié)點便可以自動轉(zhuǎn)向其它可接入的鏈路，因而對網(wǎng)絡(luò)的可靠性有了很大程度的提高。而在采用星型結(jié)構(gòu)的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，一旦某條鏈路出現(xiàn)故障，可能造成大范圍的服務(wù)中斷。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面，WMN可融合其它網(wǎng)絡(luò)或技術(shù)（如WiFi、UWB等），速率可以達到54Mbit/s，甚至更高。而目前正在發(fā)展的3G技術(shù)，其傳輸速率在高速移動環(huán)境中僅支持144kbit/s，步行慢速移動環(huán)境中支持384kbit/s，在靜止狀態(tài)下才達到2Mbit/s。在設(shè)備成本方面，WMN大大節(jié)省了骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，而且AP、MR等基礎(chǔ)設(shè)備比起蜂窩移動通信系統(tǒng)中的基站等設(shè)備便宜得多。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與WLAN的區(qū)別在拓撲結(jié)構(gòu)上，WLAN是典型的點對多點單跳網(wǎng)絡(luò)，最后一跳的接入采用無線方式，終端節(jié)點必須借助接入點進行通信，數(shù)據(jù)不可轉(zhuǎn)發(fā)。而基礎(chǔ)設(shè)施Mesh網(wǎng)絡(luò)，是多跳無線網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自形成、自伸縮、自愈和自診斷等。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，WLAN的接入點負責(zé)終端設(shè)備的接入，其它網(wǎng)絡(luò)特征與有線LAN相同，而WMN的所有中間節(jié)點均須承擔(dān)其它節(jié)點的信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，即具有路由器和中繼器功能。在路由協(xié)議上，WLAN采用固定路由，而WMN則采用動態(tài)路由，路由冗余和自愈能力強。在覆蓋范圍上，WLAN可在較小的范圍內(nèi)提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)（，），但典型情況下WLAN接入點的覆蓋范圍僅限于幾百米，因此如果想在大范圍內(nèi)應(yīng)用WLAN這種高速率的服務(wù)模式，成本將非常高。而對于WMN，則可以通過無線路由器對數(shù)據(jù)進行不斷轉(zhuǎn)發(fā)，直至把它們送至目的節(jié)點，從而把接入點的覆蓋服務(wù)延伸到幾公里遠。WMN的顯著特點就是可以在大范圍內(nèi)實現(xiàn)高速通信。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)與移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別在拓撲結(jié)構(gòu)上，WMN與移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)均是多點對多點網(wǎng)絡(luò)，拓撲結(jié)構(gòu)相似。但WMN大多數(shù)節(jié)點基本靜止不移動或者移動性弱，拓撲變化較小。在路由技術(shù)上，WMN基于其應(yīng)用的定位，強調(diào)的是吞吐量和穩(wěn)定性等性能，而移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)則更注重可靠性、魯棒性和安全性等。在業(yè)務(wù)模式上，由于兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目的不同，WMN著重的是用戶節(jié)點的接入功能，而移動Ad Hoc網(wǎng)是實現(xiàn)用戶節(jié)點之間的相互通信。因此，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)是來往于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)則是相鄰節(jié)點之間的業(yè)務(wù)流。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)缺點WMN與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比有以下優(yōu)點：（1）可靠性大大增強。WMN采用的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)避免了點對多點星型結(jié)構(gòu)，、中心網(wǎng)絡(luò)擁塞以及干擾、單點故障，而需要額外的可靠性投資成本。（2）具有沖突保護機制。WMN可對產(chǎn)生碰撞的鏈路進行標識，同時選擇可選鏈路與本身鏈路之間的夾角為鈍角，減輕了鏈路間的干擾。（3）簡化鏈路設(shè)計。WMN通常需要較短的單跳無線鏈路，所以不需要安裝天線塔，天線通常安裝在屋頂、電線桿和燈柱上，這樣降低了天線的成本（傳輸距離與性能），另一方面降低了發(fā)射功率，也將隨之減少了不同系統(tǒng)射頻信號間的干擾和系統(tǒng)自干擾，最終簡化了無線鏈路設(shè)計。（4）網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍增大。由于WR與IAP（Intelligent AP什么叫智能AP？（智能AP是一種集成了AC功能的AP設(shè)備，相較普通的AP擁有更為復(fù)雜的硬件設(shè)施和軟件功能，能夠在提供接入點服務(wù)的同時完成AC的功能。目前的WLAN已經(jīng)使用了））的引入，終端用戶可以在任何地點接入網(wǎng)絡(luò)或其他節(jié)點聯(lián)系，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比，接入點的覆蓋范圍大大增加，而且頻譜的利用率也大大提高，系統(tǒng)的容量得到了增長。（5）組網(wǎng)靈活、維護方便。由于WMN本身的組網(wǎng)特點，只要在需要的地方加上WR等少量的無線設(shè)備，即可與已有的設(shè)施組成無線的寬帶接入網(wǎng)。WMN的路由選擇特性使鏈路中斷或局部擴容和升級不影響整個網(wǎng)絡(luò)運行，因此提高了網(wǎng)絡(luò)的柔韌性和可行性。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，功能更強大、更完善。（6）投資成本底、風(fēng)險小。WMN的初建成本低，AP和WR一旦投入使用，其位置基本固定不變，因而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。WMN具有可伸縮性、易擴容、自動配置和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢，對于投資者來說，在短期之內(nèi)即可獲得盈利。此外，WMN一般采用非許可證頻段，所以也為用戶節(jié)省了服務(wù)支出。不過，目前來說，WMN也存在以下一些問題。（1）在無線點射頻接入方面，有針對單一射頻信道的WMN，也有針對多個射頻信道的WMN。對于不同的射頻信道的WMN的研究還處于試驗研制階段，性能改善總體來說還不太滿意。（2）在WMN路由準則和選擇算法等方面，目前提出的特別適合WMN的路由協(xié)議寥寥無幾，Microsoft Research雖提出了一種線性組合優(yōu)化路由準則，但被優(yōu)化變量的物理意義并非十分明顯和直觀，且引入的非線性運算使計算復(fù)雜度大大增加。另外，也沒有考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬（有效吞吐量）開銷，路由算法沒有對多媒體應(yīng)用最敏感的QoS因素（延遲）給予足夠的重視。（3）在WMN連接性和多路支持方面，每個節(jié)點鏈路連接度也是一個至關(guān)重要的問題，并非使用射頻信道越多，網(wǎng)絡(luò)性能越好，射頻信道數(shù)增加會帶來設(shè)備開銷的成本的上升，同時可能會帶來更多的干擾問題。目前正交分割多址接入（Quadra Division MultiAccess，QDMA）技術(shù)提供了自稱最佳的節(jié)點鏈路連接[4344]。（4）在WMN帶寬利用和資源分配算法方面，非常有效的可用算法和協(xié)議等相關(guān)問題還有待研究。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，不僅要考慮需無線傳輸?shù)母鞣N問題，如天線設(shè)計、多址接入控制等，還需要考慮各種網(wǎng)絡(luò)層功能的實現(xiàn)以及上下層功能之間的相互影響，這就使得無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要遠比傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。具體而言，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)有以下幾個關(guān)鍵技術(shù) [9]：（1）正交分割多址接入技術(shù) QDMA 技術(shù)是專門為廣域范圍內(nèi)通信的最優(yōu)化以及移動Mesh網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計的。它起源于軍事領(lǐng)域，是為了在特殊環(huán)境或緊急狀況下提供可靠的通信方式。QDMA 技術(shù)使用直接序列擴頻（DSSS）調(diào)制技術(shù)。由于它在MAC子層使用多信道方式（3個數(shù)據(jù)信道和1個控制信道），因此，與單個信道相比更能適用于高密度的WMN終端設(shè)備。QDMA技術(shù)提供一個高性能的射頻前端，這種前端含有類似于多抽頭Rake接收機（一般用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)）的功能和一種克服射頻環(huán)境快速變化的公平算法。 QDMA可在較廣的移動通信范圍內(nèi)提供較強的糾錯能力，同時增強的抗干擾能力和信號的靈敏度可使基于QDMA技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)提供達到250mph的移動速度。目前QDMA 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶_到1600m，~50m。除了通信的范圍和速率外，QDMA更獨特的是內(nèi)置的定位技術(shù)能夠?qū)νㄐ旁O(shè)備進行精確定位而不依賴于全球定位系統(tǒng)（GPS），誤差不超過10m。（2）隱藏終端問題處理技術(shù) 由于 WMN 采用無線傳輸媒質(zhì)，因此它與其他無線傳輸網(wǎng)一樣，不可避免地存在隱藏終端和暴露終端問題。由于無線媒質(zhì)的特殊性，隱藏終端問題都可能發(fā)生，都會導(dǎo)致信號碰撞的發(fā)生。（請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議）來避免，但并不能完全解決隱藏終端和暴露終端問題。盡管通過握手機制可以減少隱藏終端問題中沖突的概率和時間，但仍存在節(jié)點之間控制報文的沖突，而且不能解決暴露終端問題。事實上，WMN可看作簡化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，因此可根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的一些已有的成熟的方案來解決隱藏終端和暴露終端問題。（3）路由技術(shù)WMN的多跳無線網(wǎng)具有動態(tài)拓撲的特點，因此對它的路由協(xié)議就存在很多要求。WMN 的路由協(xié)議可以參考Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的一些路由協(xié)議。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議大致可以分為先驗式（Proactive）路由協(xié)議、反應(yīng)式（Reactive）路由協(xié)議以及混合式路由協(xié)議。目前幾種典型的路由算法有：DSDV（目的序列距離矢量路由協(xié)議）、DSR（動態(tài)源路由協(xié)議）、TORA（臨時按序路由算法）和 AODV（AdHoc 按需距離矢量路由協(xié)議）。最近，微軟公司提出了一種多無線收發(fā)器、多跳無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 MRLQSR，主要思想是在 DSR協(xié)議的基礎(chǔ)上采用最大吞吐量準則，已經(jīng)開始考慮 WMN 的特征。（4）正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù) WMN 物理層可以采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。OFDM 技術(shù)是將高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個正交子信道中，在每個子信道上進行窄帶調(diào)制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾。所采用的數(shù)字信息調(diào)制有時間差分移相鍵控和頻率差分移相鍵控，以快速傅里葉變換算法實施數(shù)字信息調(diào)制和解調(diào)功能。由于無線信道的頻率選擇性，所有的子信道不會同時處于深的衰落中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，利用信噪比高的子信道提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此 OFDM 系統(tǒng)在某種程度上能抵抗這種干擾。OFDM 結(jié)合分集、時空編碼、干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度提高系統(tǒng)性能，使 WMN性能得到進一步優(yōu)化。 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用WMN在家庭、企業(yè)、公共場所、智能交通等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。（1）家庭應(yīng)用WMN技術(shù)的一個重要用處就是用于構(gòu)建家庭無線網(wǎng)絡(luò)。家庭式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)不需要復(fù)雜的布線和安裝過程，可以連接臺式PC機、筆記本電腦和手持計算機、HDTV、DVD播放器、游戲控制臺，以及其它各種消費類電子設(shè)備。在家庭WMN中，各種家用電器既是網(wǎng)上的用戶，也作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分為其它設(shè)備提供接入服務(wù)。當(dāng)家用電器增多時，這種組網(wǎng)方式可以提供更多的容量和更大的覆蓋范圍。WMN技術(shù)應(yīng)用家庭環(huán)境中的另一個關(guān)鍵好處是它能夠支持帶寬高度集中的應(yīng)用，如高清晰度視頻。（2）企業(yè)應(yīng)用目前，企業(yè)的無線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)蜂窩電話式無線鏈路，為用戶提供點到點和點到多點傳輸。WMN則不同，它允許網(wǎng)絡(luò)用戶共享帶寬，消除了目前單跳網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負載的動態(tài)平衡。在WMN中，增加或調(diào)整AP也比有線AP更容易，配置更靈活，安裝和使用成本更低。尤其是對于那些需要經(jīng)常移動接入點的企業(yè)，WMN技術(shù)的多跳結(jié)構(gòu)和靈活配置將非常有利于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級。（3）學(xué)校應(yīng)用校園無線網(wǎng)絡(luò)與大型企業(yè)非常類似，但也有自己不同的特點。一是校園WLAN規(guī)模巨大，不僅地域范圍大，用戶多，而且通信量也大，與一般企業(yè)用戶相比,學(xué)生會更多地使用多媒體。二是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求高，網(wǎng)絡(luò)必須能夠?qū)崿F(xiàn)禮堂、宿舍、圖書館、公共場所以及室外等之間的無縫漫游。三是負載均衡非常重要，由于學(xué)生經(jīng)常要集中活動，當(dāng)學(xué)生同時在某個位置使用網(wǎng)絡(luò)時就可能發(fā)生通信擁塞現(xiàn)象。解決這些問題的傳統(tǒng)方法是在室內(nèi)高密度安裝AP，而在室外安裝的AP數(shù)量則很少。但校園網(wǎng)用戶需求變化較大，經(jīng)常需要增加新的AP或調(diào)整AP的部署位置，這會帶來很大的成本增加。而使用Mesh方式組網(wǎng)，不僅易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)升級和調(diào)整，而且能夠?qū)崿F(xiàn)室外和室內(nèi)之間的無縫漫游。（4）醫(yī)院應(yīng)用WMN還為像醫(yī)院這樣的公共場所提供了一種理想的聯(lián)網(wǎng)方案。醫(yī)院建筑物構(gòu)造密集而又復(fù)雜，一些區(qū)域還要防止電磁輻射，因此是安裝無線網(wǎng)絡(luò)難度最大的領(lǐng)域之一。醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)有兩個主要特點：一是布線比較困難。在傳統(tǒng)組網(wǎng)方式中，需要在建筑物上穿墻鑿洞才能布線，這顯然不利于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化。二是對網(wǎng)絡(luò)的健壯性要求很高。如果醫(yī)院里有重要的活動（如手術(shù)），網(wǎng)絡(luò)任何可能的故障都將會帶來災(zāi)難性的后果。采用無線Mesh組網(wǎng)則是解決這些問題的理想方案。如果要對醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)拓撲進行調(diào)整，只需移動現(xiàn)有Mesh節(jié)點的位置或安裝新的Mesh節(jié)點，過程非常簡單。無線Mesh網(wǎng)的健壯性和高帶寬也使它更適合于在醫(yī)院中部署。（5）旅游休閑場所應(yīng)用WMN非常適合于在