【文章內(nèi)容簡介】 端到對端的新的路由 。 多跳 每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和用戶端設(shè)備（無線通信單元）均能轉(zhuǎn)發(fā)和路由發(fā)送至另一個對端的數(shù)據(jù)包，能選擇并確定一個從發(fā)端到對端的最佳路由。 點對點網(wǎng)絡(luò) 自組織網(wǎng)絡(luò)通常由平等的網(wǎng)元構(gòu)成，只要發(fā)端和對端的距離足夠近，就能直接連接發(fā)端和對端。而不必通過中央管理節(jié)點。 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù) 從圖 3可以看出，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)在通常的 WGW(實現(xiàn)無線 Inter接入 )、無線用戶終端的基礎(chǔ)上，增添了無線路由器，由如圖 5所示的原有基礎(chǔ)的無線 接入網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)演變成如圖 6所示的無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)增加了無線路由器層，各路由器間由無線連接，路由器與無線 IP接入點 (WGW)間由無線連接，并可交叉鏈接，形成密集網(wǎng)絡(luò)。由此衍生出無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)特有的基本技術(shù)和處理方法，它們都是與常規(guī)單純的無線接入網(wǎng)絡(luò)不同的新增無線路由器層直接相關(guān)聯(lián)的。 13 無線 Mesh路由器的無線傳輸技術(shù) 在研究無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)過程中，常常把 Mesh路由器 (如 WR)的無線傳輸技術(shù)，稱為無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層技術(shù)。這里傳輸主要是指 WR與用戶終端間的無線傳輸、 WR之間的無線傳輸和 WR與 WGW間的無線傳輸。 WR與用戶終端間的無線傳輸是按用戶終端支持的無線技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化要求，實現(xiàn)類似于基站 或無線接入點的功能，能夠支持各種不同無線空中接口的接入要求。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)支持不同的標(biāo)準(zhǔn)化接入系統(tǒng)，有不同的無線傳輸技術(shù)， WR與用戶終端間的無線傳輸都能適應(yīng)。 WR之間的無線傳輸和 WR與 WGW間的無線傳輸是需要定義和確認(rèn)的。原則上，采用何種傳輸 技術(shù)與用戶終端支持的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)方式?jīng)]有直接關(guān)系，可以盡量采用現(xiàn)有的先進技術(shù)和方法。由于 WR相當(dāng)于基站，是位置固定的，是支持多用戶綜合高速數(shù)據(jù)的，是密集覆蓋并要盡量避免彼此間干擾的，是有多種路由選擇的。因此，智能定向天線技術(shù)、高效可控調(diào)制編碼技術(shù)、低臨界發(fā)射功率控制技術(shù)等是最重要的物理層傳輸技術(shù)。 智能定向天線技術(shù)是一種信號功率集中的指定方向波束成形技術(shù)，如圖 7所示。在 3G系統(tǒng)中，特別是在同頻工作的 TDSCDMA系統(tǒng)中，得到廣泛應(yīng)用。智能天線技術(shù)是一種特別的多輸入多輸出 (MIMO)技術(shù)，使用相位受控的 m個天線振子組合，可形成 m個不同方向的低功率定向發(fā)射，使到達接收點的信號功率最強，而對其他鄰近 WR的輻射最小，影響最小，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)密集覆蓋的低功率應(yīng)用。在不好直接利用智能天線的場合，也要采用 MIMO技術(shù)，提高功率效率和傳輸效率。 14 高效可控調(diào)制編碼技術(shù)是未來無線通信的共同要求。但是， WR之間和 WR與 WGW間的無線傳輸，由于位置固定、傳輸路徑固定、 信道 衰落起伏平穩(wěn)，因此能采用有效的信道估計補償技術(shù)實現(xiàn)比移動環(huán)境高得多的傳輸調(diào)制效率和編碼效率，完成高速通信。正交頻分復(fù)用 (OFDM)技術(shù)、正交幅度調(diào)制 (QAM)迭代 技術(shù)、 Turbo編解碼技術(shù)等能夠?qū)崿F(xiàn)高速、可控可管、自適應(yīng)，都是首選技術(shù)。 低臨界發(fā)射功率控制技術(shù)是信號功率效率提高的關(guān)鍵，與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)采用無線接入密集覆蓋辦法，能實現(xiàn)低信號功率應(yīng)用。為最大減小對鄰近 WR的干擾，發(fā)射功率最小臨界化的功率控制十分重要。圖 8是臨界低功率發(fā)射控制示意圖，圖8a發(fā)射功率過小，僅部分連接；圖 8b是發(fā)射功率過大，各 WR覆蓋彼此交叉重疊過多，相互干擾嚴(yán)重；圖 8c是發(fā)射功率控制到合適臨界的狀況，相互交叉重疊不多，各 WR都可經(jīng)由單跳或多跳連接到 WGW，全可 聯(lián)通 ，是 最佳控制。當(dāng)然，信號發(fā)射功率控制，不僅考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還要考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載，傳輸時延和業(yè)務(wù)質(zhì)量等要求，實現(xiàn)優(yōu)秀綜合性能的最大網(wǎng)絡(luò)容量。 多信道接入的 MAC技術(shù) 15 提供媒體訪問控制 (MAC)接入的多信道技術(shù)，同通常的無線通信網(wǎng)絡(luò)一樣，有頻分多址 (FDMA)技術(shù)、時分多址 (TDMA)技術(shù)、碼分多址 (CDMA)技術(shù)和使用定向天線的空分多址(SDMA)技術(shù)，實用中經(jīng)常是這些多址技術(shù)的部分或全部綜合應(yīng)用，形成彼此獨立互不串?dāng)_的多信道接入技術(shù)。由于 WR的定點定向傳輸可以充分利用智能天線技術(shù)實現(xiàn)空分多址 ，實現(xiàn)盡可能多的互不干擾獨立傳輸信道。相對常規(guī)無線通信，這是無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的又一特色。 在多址接入技術(shù)支持下，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的 MAC層設(shè)計與通常的典型無線網(wǎng)絡(luò)的 MAC設(shè)計一樣，同接入點相關(guān)。由于無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)不是單跳而是多跳系統(tǒng)，需要支持多跳的 MAC設(shè)計。首先是就近 Mesh路由器的接入選擇。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)是自組織網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)路由連接和用戶終端接入狀況的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨地理位置、通信環(huán)境、用戶移動、 WR布局等不同而不同，是變動的。如圖 9所示，圖 9(a)是一種 Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，終端經(jīng)過 3次跳轉(zhuǎn)接力，接入 Inter接入點 GW1，完成 MAC過程。圖 9(b)是同一地區(qū)同樣的 Mesh路由器和 WGW布局，但 Mesh拓?fù)溥B接不同，該終端在同樣位置，選擇同樣的 Mesh路由器，要經(jīng)過 4次跳轉(zhuǎn)接力，接入 Inter接入點 GW3，完成 MAC過程。但如果選擇臨近的另外不同的 Mesh路由器，可能只經(jīng)過 2跳或 3跳，就能接入 GW1。因此，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的就近 Mesh路由器的接入選擇，是動態(tài)的，與通常設(shè)計不同。典型的有應(yīng)用于 IEEE MAC技術(shù)協(xié)議 (MMAC協(xié)議 )，并考慮 MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的交互，引入多信道協(xié)同子 層 (MCCL)，以此增加網(wǎng)絡(luò)能力。 接入 WGW的路由技術(shù) 用戶終端通過 WR接到無線 IP接入點的路由技術(shù)和相關(guān)協(xié)議是多跳的無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的最重要技術(shù)。研究和設(shè)計接入 Inter的路由技術(shù)和協(xié)議，基本考慮準(zhǔn)則有：盡量少的多跳數(shù)、盡量小的時延、盡量大的數(shù)據(jù)速率、盡量低的差錯率、盡量大的路由穩(wěn)定等。這樣，接入 WGW的路由協(xié)議設(shè)計有如下幾點要尤其注意：首先，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議不能 16 僅僅根據(jù) “ 最小跳數(shù) ” 來進行路由選擇，而要綜合考慮多種性能度量指標(biāo)，綜合評估后進行路由選擇；其次，路由協(xié)議要提 供網(wǎng)絡(luò)容錯性和健壯性支持，能夠在無線鏈路失效時，迅速選擇替代鏈路避免業(yè)務(wù)提供中斷；第三，路由協(xié)議要能夠利用流量工程技術(shù)，在多條路徑間進行負(fù)載均衡，盡量最大限度利用系統(tǒng)資源；第四，路由協(xié)議要求能同時支持路由器和用戶終端。 無線 Mesh路由協(xié)議可參照 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，目前幾種典型的路由協(xié)議有：動態(tài)源路由協(xié)議 (DSR)、目的序列距離矢量路由協(xié)議 (DSDV)、臨時按序路由算法 (TORA)和 Ad Hoc按需距離矢量路由協(xié)議 (AODV)等。 DSR是最常見的一種對等的基于拓?fù)涞姆磻?yīng)式自組織路由協(xié)議，它的特點是采用 積極的緩存策略以及從源路由中提取拓?fù)湫畔ⅲㄟ^比對，實現(xiàn)路由創(chuàng)建。圖 10表示一個無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)，可能有上下行不同的路由選擇。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)中Mesh路由器通常都是靜止不動的，原則上沒有功耗限制，也沒有用戶移動帶來的路由器位置改變和路由拓?fù)涓淖儯虼?，可將現(xiàn)有 Ad Hoc路由協(xié)議加以簡化，進行跨層設(shè)計，建立簡單得多的路由協(xié)議。但是，對于移動用戶終端需要采用完全類似 Ad Hoc的路由協(xié)議，尋求就近接入點和接入路由。 接入網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議的另一個問題是如何選擇路由實現(xiàn)接入的公平性，讓用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)的機會、 數(shù)據(jù)速率和通信質(zhì)量是基本上一致的。圖 11給出了實現(xiàn)公平性的基本路由選擇方式，在可能情況下，對各自 Mesh路由器轉(zhuǎn)接基本能力相同時，盡量選擇如圖 11(a)的并行接入方式， WR各自支持接入的用戶終端，以可能的最大數(shù)據(jù)速率支持連接到Inter，各用戶享受的支持是相同的公平的。采用圖 11(b)的串行接入方式，在 Mesh路由器基本相同能力情況下，要公平就不能實現(xiàn)最大速率。這時， WR4通過 WR3把用戶終端以數(shù)據(jù)速率 S4接入 WGW，如果 WR3有用戶接入， WR3能支持的速率就是 S3S4，如果 WR最大支持 17 能力為 S，則 可能實現(xiàn)的公平接入是： S3=S4=S/2， WR4沒有達到最大支持能力， WR3達到最大支持能力，但它直接聯(lián)絡(luò)的用戶只能實現(xiàn) WR3部分接入能力。只有在 WR3接入能力明顯大于 WR4接入能力時，串行接入方式對實現(xiàn)接入公平，才比較有效。這種接入公平性的考慮，也是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各 Mesh路由器最大能力的接入考慮，可使網(wǎng)絡(luò)容量最大。 4． 無線 Mesh路由器配置技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常是指 Inter接入點和 Mesh路由器。在覆蓋區(qū)域給定的情況下， WGW放置位置可以變動的話，放置位置的確定；在 WR布局密度和數(shù)目給定情況下，放置 位置的確定，是構(gòu)建無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本研究課題。在大多數(shù)情況下， WGW位置是確定的，因此主要研究 Mesh路由器的配置問題。 Mesh路由器的配置，如上節(jié)的路由選擇所述一樣，有并行配置和串行配置的兩種方式。 為實現(xiàn)最大網(wǎng)絡(luò)能力，需要憑借在串行配置下的多跳鏈路 (路由 )。這種鏈路為提高效率，采用分時工作，因此要研究避免碰撞的分時策略和處理方法。如圖 12所示。 18 采用串行配置， Mesh路由器的最大接入能力在不同位置有不同要求，可以通過不同調(diào)制方式和不同微區(qū)大小覆蓋來轉(zhuǎn)接任務(wù)大的 Mesh路由器，使用高速傳輸技術(shù)， 覆蓋較小區(qū)域，減少用戶終端直接接入需求量。而在多跳末端位置的 Mesh路由器由于轉(zhuǎn)接工作少，可采用較低數(shù)據(jù)速率和較大區(qū)域覆蓋，實現(xiàn)最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)能力。如圖 13所示。 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的一般應(yīng)用 從本質(zhì)上說， Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種類似于點對點的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這種架構(gòu)可以大大減少網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施成本 (例如 AP，無線路由器數(shù)量 )，同時也可為無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商 (WISP)減少 70%~75%的營運、安裝成本。 基于 Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，它還可以在不同異構(gòu)的環(huán)境下提供多種服務(wù)；當(dāng)用戶在 高速移動時，或者在較大范圍的區(qū)域內(nèi)可以通過 3G或 、數(shù)據(jù)；在局部的范圍內(nèi)可通過 WLAN提供寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如視頻點播等。隨著 Mesh網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展，它最終可在企 19 業(yè)的辦公環(huán)境中將辦公室電話或者手機進行整合。 Mesh網(wǎng)絡(luò)在家庭、企業(yè)和公共場所等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。 家庭 Mesh技術(shù)的一個重要用處就是用于建立家庭無線網(wǎng)絡(luò)。家庭式無線 Mesh聯(lián)網(wǎng)可以連接臺式 PC機、筆記本和手持計算機、 HDTV、 DVD播放器、游戲控制臺，以及其他各種消費類電子設(shè)備，而不需要復(fù)雜的布線 和安裝過程。在家庭 Mesh網(wǎng)絡(luò)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)施的組成部分為其他設(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。 Mesh技術(shù)應(yīng)用家庭環(huán)境中的另外一個關(guān)鍵好處是它能夠支持帶寬高度集中的應(yīng)用，如高清晰度視頻等。 企業(yè) 目前，企業(yè)的無線通信系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的蜂窩電話式無線鏈路，為用戶提供點到點和點到多點傳輸。無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)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(fù)載的動態(tài)平衡。在無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)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)，無線 Mesh技術(shù)的多跳結(jié)構(gòu)和配置靈活將非常有利于網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級。 學(xué)校 校園無線網(wǎng)絡(luò)與大型企業(yè)非常類似，但也有自己的不同特點。一是校園 WLAN的規(guī)模巨大，不僅地域范圍大，用戶多，而且通信量也大，因為與一般企業(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)室內(nèi)、室外、禮堂、宿舍、圖書館、公共場所等之間的無縫漫游；三是負(fù)載平衡非常重要，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)作法是在室內(nèi)高密度地安裝 AP，而在室外安裝的 AP數(shù)量則很少。但由于校園網(wǎng)的用戶需求變化較大，有可能經(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。 醫(yī)院 Mesh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。由于醫(yī)院建筑物的構(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。 20 醫(yī)院的網(wǎng)絡(luò)有兩個主要的特點。一是布線比較困難：在傳統(tǒng)的組網(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)拓樸結(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?fù)溥M行調(diào)整，只需要移動現(xiàn)有的 Mesh節(jié)點的位置或安裝新的 Mesh節(jié)點就可以了，過程非常簡單， 安裝新的 Mesh節(jié)點也非常方便。而無線 Mesh的健壯性和高帶寬也使它更適合于在醫(yī) 院中部署。 旅游休閑場所 Mesh非常適合于在那些地理位置偏遠(yuǎn)布線困難或經(jīng)濟上不合算，而又需要為用戶提供寬帶無線 Inter訪問的地方，如旅游場所、度假村、汽車旅館等。 Mesh能夠以最低的成本為這些場所提供寬帶服務(wù)。 快速部署和臨時安裝 對于那些需要快速部署或臨時安裝的地方，