无线网状网与其他无线网络的“一较高低”

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无线网状网与其他无线网络的“一较高低”（精选2篇）

篇1：无线网状网与其他无线网络的“一较高低”

无线网络是当今的热点，而其中的无线网状网也是重点之一，那么，在众多无线网络类型中，无线网状网又有什么优势呢？其他无线网又有什么优点呢？那么本文将为大家详细的介绍一下几类的比较区别。

无线网状网 Vs Wi-Fi

Wi-Fi是基于IEEE802.11x标准的技术。目前，Wi-Fi包括IEEE802.11b、802.11a和802.11g。Wi-Fi发射采用的是低功率无线电信号，穿透能力差，不能穿过金属，水或其它密度高的材料。通常情况下，在一般典型的居家或办公室里，Wi-Fi网络的传输距离大约为25到50米。在户外开放的环境里，Wi-Fi网络的传输距离也只有300米左右。由于Wi-Fi网络的特点是带宽较高但通信范围较小，并且不具有移动性，但价格便宜，因此，它主要用于小范围的无线通讯，被定义为无线局域网。

目前，Wi-Fi网络迅速向人群聚集的地点或楼宇内发展，像咖啡店、酒店、机场候机大厅、写字楼等地为用户接入互联网的服务。 无线网状网(无线Mesh网络)是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构，具有移动宽带的特性，同时它本身可以动态地不断扩展，自组网、自管理，自动修复、自我平衡。相对于Wi-Fi，无线Mesh在组网方式、传输距离以及移动性上都有很大的改进，特别是它具有兼容Wi-Fi的特性，因此无线Mesh网络会对Wi-Fi在增加传输距离和移动性，扩展Wi-Fi应用上提供很大帮助。同时，终端目前的普及应用又会为无线Mesh的迅速推广带来好处。因此，Wi-Fi和无线Mesh网络可以相互补充、相互融合。

无线网状网 Vs 3G

众所周知3G已经酝酿很久，而且得到世界著名的各大通信公司的支持和拥护，我们国内也有TD-SCDMA专有技术，可谓众望所归。无需质疑，3G肯定会到来，只是一个时间的问题，但由于2.5G和WLAN的加强运作，延长了2G的寿命，再加上无线IP城域网的出现，以及3G标准和技术上存在的一些问题，使得3G处于非常被动的局面。到目前为止，数字移动电话在一些基本应用上已经做得很完美，如语音通信、短消息、简单的新闻服务以及股市行情等等，

下一步移动通信所要解决的就是实现移动电话之间更加直接的视频通信，但是目前实际运行当中的3G的数据传输速率还不理想。巨额的牌照费，技术问题、终端问题使3G的发展任重而道远，运营商需要投入大量的资金、人力来建设和完善，这些因素都会给3G的发展带来巨大的挑战。

无线Mesh网络也具有移动、宽带的特性，与3G提供的业务有些相近。但是二者的定位有所不同。3G定位在广域网，与2G、2.5G一样，将继续为公众移动通信服务，3G发展必须依赖大规模布网，时间会比较长。而无线Mesh是基于IP的，定位在城域网，组网灵活，可以先在小范围使用，然后逐渐发展起来，更适合于各垂直行业的专网应用。它先于3G进入市场，同时它又具有很强的兼容性，便于将来与3G兼容，解决3G末端接入的问题。“移动走向IP”和“IP走向移动”是通信发展的趋势，相信在未来的通信市场，3G与Mesh的结合存在很大的可能性。

无线网状网 Vs WiMAX

WiMAX是当前市场比较看好的技术，定位在无线IP城域网，包含802.16a、802.16e。802.16a的标准已经制定，只支持视线范围传输，固定点接入，支持点对点或点对多点组网；802.16e标准尚处在开发阶段，将会支持非视线传输和具有一定的移动性。目前市场上WiMAX成熟的商用化产品还没有推出。非常有意思的是，Mesh是有了商用化产品，标准刚刚开始制定，而WiMAX却是有了标准，还没有商用化产品。从市场角度讲，无线Mesh与802.16a虽然都是城域网应用，但是不会产生任何竞争，无线Mesh是移动城域网，目标是为专网中的个体提供移动宽带服务；而802.11a解决的点对点或点对多点的固定接入。待802.16e产品(加入了移动性能)出来，可能会与无线网状网有竞争关系，但因目前标准还未出来，所以还存在着一些不确定的因素。

总体来说，在占有市场空间方面，无线网状网已经先于WiMAX、3G进入市场。同时，无线网状网也可以依靠已被市场接受的Wi-Fi终端迅速发展起来。从技术上分析，无线网状网、Wi-Fi、WiMAX彼此可以相互补充，共同组成无线城域网。Wi-Fi以低廉的成本，普及的应用占据末端局域网接入市场，WiMAX则可以作为城域范围的固定点接入，无线网状网能够实现城域范围内的移动宽带专用通信网。当然，随着技术和市场的不断发展，无线网状网与将来的802.16e和3G在业务层面上的确存在着重叠的地方，由此也会带来一定的竞争，但我们目前所能得出的结论则是：它们之间的互补性要大于竞争性。

篇2：无线网状网与应用技术

无线网状网网络的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号,传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解。无线Mesh技术的出现,代表着无线网络技术的又一大跨越,有极为广阔的应用前景。

因此,研究无线网状网的定义特点和关键技术是十分必要的。

1 无线网状网概述

无线网状网WMN(Wireless Mesh Network)也称为“多跳(multi-hop)”网络,它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。无线Mesh网络(无线网状网络)由节点组成,节点分成网状路由器(mesh routers)和网状客户机(mesh clients),每个节点都可以转发分组。

学术界已经开始从WMN的角度重新思考现有无线网络,特别是IEEE 802.11网络、移动自组织网络和无线传感器网络等的协议设计。标准化组织正在积极制定有关网状网的规范。

在传统的无线局域网(WLAN)中,每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络,用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点(AP),这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接收信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

无线网状网WMN可以动态自组织和自配置,节点自动建立与维护其间的网状连接。其优点包括:先期投入低;渐进部署;易维护;健壮;可靠服务覆盖。配备无线网卡的节点可以直接、没有无线网卡的可以通过以太网等连接到无线网状路由器。WMN有助于实现任何时间、任何地点、总在线的理想状态。网状路由器的网关/网桥功能支持WMN和各种不同无线网络如蜂窝、无线传感器、Wi-fi、Wi MAX、Wi Media的集成。WMN对很多应用来说是一项非常有前途的无线技术,比如宽带家居网络、小区网络、企业网络和楼宇自动化等等。

2 无线网状网的结构与特征

2.1 WMN典型结构优势

这种结构的最大好处在于:如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话,那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推,数据包还可以根据网络的情况,继续路由到与之最近的下一个节点进行传输,直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

WMN概念来源于军事通信系统的可靠性需求以及因特网网络结构的抽象和无线环境的移植。传统的因特网本身就是网状结构,尤其是骨干网。此外,在这种结构下,路由分组数据可以绕过瓶颈和局部故障节点,从而能可靠地和高带宽端到端网络连接。WMN每个节点都具备路由或中继转发的功能,每个节点只和邻近节点进行通信,因此是一种多跳网络,且可利用更低的发射功率实现传统无线网络相同的信号覆盖。

为提高灵活性,WMN路由器节点通常配置多个支持相同或不同无线接入技术的无线接口。WMN与移动Ad hoc网和无线域网的最大区别在于MAC和路由协议不同,且其扩展性在WMN中得到较大改进,支持高层网状组网,拥有更高的网络容量。

另外拓扑的移动性也介于二者之间,WMN一般不支持移动Ad hoc网络那么强的移动性,也不容易形成孤立网络,且可采用先进的物理层技术如UWB、OFDM以及MIMO等形成网状拓扑连接和支持回程连接。而传统WLAN对节点移动性支持性较差,且不能支持多跳路由和转发。通常认为,WMN更像是因特网的一种无线版本,分组数据从一个路由器到另一个路由器通过逐跳传递直至到达其目的地。WMN技术比起传统网络的点对多点传输技术具有节能、自动配置和易扩展等优势。

WMN的网元节点或设备主要有4种类型:(1)无线网状/智能路由器(WMR/IR);(2)无线接入点/智能接入点(AP/IAP);(3)移动信息交换中心(MISC);(4)可选路由/中继功能的客户节点(Cli2ent)。其中网状路由器比客户节点功能要复杂些,且这4种网元节点可以根据特定应用需求来合理配置无线网络,以获得最佳网络性能和有效成本开销。根据网状路由器和客户节点功能的差异,WMN的实现通常包括基础设施型(Infrastructure Meshing)和客户端型(Client Meshing)两种基本网状配置模式和这两者的混合配置模式。

2.2 WMN典型特征

WMN是集成了Ad hoc网络和WLAN的组网优点,同时,WMN相比传统无线网络有结构优势和路由优势,和蜂窝等网络比较,具有频谱和能量效率优势。可靠性显著增强,避免点对多点星型如802.98。蜂窝网的集中控制方式易出现网络拥塞以及干扰、单点故障带来的低可靠性,从而带来额外可靠性保障投资。总之,WMN具有以下典型特征:

1)为一种多跳无线网络;

2)支持移动Ad hoc组网,具有自形成、自愈和自组织网络功能;

3)其移动性取决于应用域和使用的无线电射频;

4)能提供与外部网络的回程连接和内部网络的对等通信;

5)能耗限制取决于具体应用;

6)能够支持与其他无线网络兼容和互操作。

无线网状网(wireless mesh network)不但具有明显的分布式自组织特征,还可以利用多种通信手段如IEEE 802.11,Wi Max,Zig Bee等技术,被认为是一种有效的异构互联网络技术。其中,关于无线网状网容量估计的理论研究是基础性课题,与上述几个方面问题的研究重点密切相关。但是,相对于无线自组织网络而言,无线网状网容量估计理论的难度更大、挑战性更强。

无线网状网容量估计技术具有重要的理论意义和实用价值,但是存在着许多前所未有的困难,面临着较大的挑战,需要对其进行较为深入的理论分析,剖析技术难点,总结出行之有效的分析方法。本文试图通过对研究进展的总结,使更多的研究人员关注网状网容量理论,同时,更加迅速地把握问题的本质,提出创新性见解,实现理论突破。

3 WMN关键技术及其应用

3.1 无线Mesh的关键技术

在WMN的设计中,不仅要考虑需无线传输中的各种问题,如天线设计、多址接入控制等,还需要考虑各种网络层功能的实现以及上下层功能之间的相互影响,这就使得WMN的设计要远比传统的无线接入网复杂。具体而言,WMN需要解决以下关键技术。

3.1.1 智能无线技术

WMN中的天线设计对整个系统的性能和使用有着重大的影响。采用智能天线技术,可以在提高系统性能的同时简化其安装和使用。智能天线是具有测向和波束成形能力的天线阵列。使用智能天线技术,用户节点可以根据周围节点的状况,在软件控制下调整波束方向,分别对应多个相邻节点,起到充分复用的作用,提高了系统的容量。另外,当系统工作在低频段微波,使用智能天线还可以增强系统抗频率性衰落和抗多径衰落的能力。最后,当网络拓扑发生变化时,可以通过自动调整波束的方向来重新建立用户节点之间的联系。

3.1.2 多址接入技术

多址技术所要解决问题就是要研究如何将有限的通信资源在多个用户之间进行有效的切割与分配,在保证多用户通信质量的同时,尽可能地降低系统的复杂度,并获得较高的系统容量。正交分割多址(QDMA)技术为Mesh Networks公司专利技术,是专门为广域范围内通信的最优化以及移动网状网系统设计的。QDMA技术使用直接序列扩频(DSSS)调制技术,工作在2.4GHz的ISM频段上。由于它在MAC子层使用多信道方式(3个数据信道和1个控制信道),因此,与单个信道相比更能适用于高密度的WMN终端设备。QDMA技术提供一个高性能的射频前端,这种前端含有类似于多抽头Rake接收机(一般用于蜂窝网络)的功能和一种克服射频环境快速变化的公平算法。

QDMA可在较广的移动通信范围内提供较强的纠错能力,同时增强的抗干扰能力和信号的灵敏度可使基于QDMA技术的通信网络提供达到250mph的移动速度,而在实际多址环境应用中的IEEE802.11协议只能达到20mph。目前QDMA数据传输的范围达到1600m,而802.11b只有20-50m。除了通信的范围和速率外,QDMA更独特的是内置的定位技术能够对通信设备进行精确定位而不依赖于全球定位系统(GPS),误差不超过10m。

3.1.3 路由技术

WMN网络节点的移动性使得网络拓扑结构不断变化,传统的基于因特网的路由协议无法适应这些特性,需要有专门的应用于无线Mesh网络的路由协议。设计无线Mesh路由协议,当前主要有两种做法:一种是根据WMN与无线Ad Hoc网特点相似的特征,将Ad Hoc开发的路由协议如DSDV(目的序列距离矢量路由协议)、DSR(动态源路由协议)、TORA(临时按序路由算法)和AODV(Ad Hoc按需距离矢量路由协议)移植过来用于WMN;另一种是开发无线下专用的路由协议,如PWRP(可预测的无线路由协议)、MR-LQSR(多射频链路质量源路由)等协议。

单从性能角度来考察,必须开发适用于无线环境的Mesh路由协议。然而,从实现的复杂性考虑,改进已有路由协议是最快捷的方式。由微软公司提出的MR-LQSR协议是一种多无线收发器、多跳无线网络的路由协议,主要思想是在DSR协议的基础上采用最大吞吐量准则,已经开始考虑WMN的特征。

3.1.4 无线交换技术

在WMN的网络层设计上,交换方式的选择对整个网络的业务性能有很大的影响。WMN上承载的业务不单是宽带IP接入,也包括视频点播、网络会议等有较高Qo S要求的业务。由于电路交换方式难以满足多业务支持的要求,WMN的网络层一般使用分组交换。进一步又可分为三种:基于IP的分组交换、ATM交换、MPLS(多协议标签交换)。这三种方式在业务质量保证(主要是实时语音和视频业务)、业务传输效率、实现复杂度、网络可管理性等方面各有特点。基于IP的分组交换直接面向占主流的IP业务,但对实时业务的服务质量不能很好保证,尤其是在无线带宽资源紧张的时候。

ATM交换能保证实时业务的性能要求,但需要额外的带宽消耗和复杂的协议(如LANE,MPOA等)来承载具体业务。MPLS则能在一定程度上保证IP业务的服务质量,同时降低业务承载的复杂性。另外,选择交换方式时还要考虑到WMN的特性,比如链路的可靠性较差、节点的加入和退出、多跳对延时的影响等。这些特性要求对选取的交换方式做出一定的改进以保证WMN的网络性能。

4 无线Mesh的应用

其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如,当我们发送一份E-mail时,电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中,而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器,最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中,路由器一般会选择效率最高的传输路径,以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。

与传统的交换式网络相比,无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求,但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线Mesh网络里,如果要添加新的设备,只需要简单地接上电源就可以了,它可以自动进行自我配置,并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时,网络能够自动发现拓扑变化,并自动调整通信路由,以获取最有效的传输路径。

现今,Mesh网络在家庭、企业和公共场所等诸多领域都具有广阔的应用前景。

1)家庭

Mesh技术的一个重要用处就是用于建立家庭无线网络。家庭式无线Mesh联网可以连接台式PC机、笔记本和手持计算机、HDTV、DVD播放器、游戏控制台,以及其他各种消费类电子设备,而不需要复杂的布线和安装过程。在家庭Mesh网络中,各种家用电器既是网上的用户,也作为网络基础设施的组成部分为其他设备提供接入服务。当家用电器增多时,这种组网方式可以提供更多的容量和更大的覆盖范围。Mesh技术应用家庭环境中的另外一个关键好处是它能够支持带宽高度集中的应用,如高清晰度视频等。

2)企业

目前,企业的无线通信系统大都采用传统的蜂窝电话式无线链路,为用户提供点到点和点到多点传输。无线Mesh网络则不同,它允许网络用户共享带宽,消除了目前单跳网络的瓶颈,并且能够实现网络负载的动态平衡。在无线Mesh网络中增加或调整AP也比有线AP更容易、配置更灵活、安装和使用成本更低。尤其是对于那些需要经常移动接入点的企业,无线Mesh技术的多跳结构和配置灵活将非常有利于网络拓朴结构的调整和升级。

3)学校

校园无线网络与大型企业非常类似,但也有自己的不同特点。一是校园WLAN的规模巨大,不仅地域范围大,用户多,而且通信量也大,因为与一般企业用户相比学生会更多地使用多媒体;二是网络覆盖的要求高,网络必须能够实现室内、室外、礼堂、宿舍、图书馆、公共场所等之间的无缝漫游;三是负载平衡非常重要,由于学生经常要集中活动,当学生同时在某个位置使用网络时就可能发生通信拥塞现象。

解决这些问题的传统作法是在室内高密度地安装AP,而在室外安装的AP数量则很少。但由于校园网的用户需求变化较大,有可能经常需要增加新的AP或调整AP的部署位置,这会带来很大的成本增加。而使用Mesh方式组网,不仅易于实现网络的结构升级和调整,而且能够实现室外和室内之间的无缝漫游。

4)医院

Mesh还为像医院这样的公共场所提供了一种理想的联网方案。由于医院建筑物的构造密集而又复杂,一些区域还要防止电磁辐射,因此是安装无线网络难度最大的领域之一。医院的网络有两个主要的特点。一是布线比较困难:在传统的组网方式中,需要在建筑物上穿墙凿洞才能布线,这显然不利于网络拓朴结构的变化。二是对网络的健壮性要求很高:如果医院里有重要的活动(如手术),网络任何可能的故障都将会带来灾难性的后果。

采用无线Mesh组网则是解决这些问题的理想方案。如果要对医院无线网络拓扑进行调整,只需要移动现有的Mesh节点的位置或安装新的Mesh节点就可以了,过程非常简单,安装新的Mesh节点也非常方便。而无线Mesh的健壮性和高带宽也使它更适合于在医院中部署。

5)旅游休闲场所

Mesh非常适合于在那些地理位置偏远布线困难或经济上不合算,而又需要为用户提供宽带无线Internet访问的地方,如旅游场所、度假村、汽车旅馆等。Mesh能够以最低的成本为这些场所提供宽带服务。

6)快速部署和临时安装

对于那些需要快速部署或临时安装的地方,如展览会、交易会、灾难救援等,Mesh网络无疑是最经济有效的组网方法。比如,如果需要临时在某个地方开几天会议或办几天展览,使用Mesh技术来组网可以将成本降到最低。

5 总结与展望

本文综述了无线Mesh网的发展背景,发展趋势,关键技术和应用前景等几个热门问题.与传统的WLAN相比,无线Mesh网络具有几个无可比拟的优势,比如:快速部署和易于安装;非视距传输(NLOS);健壮性;结构灵活以及高带宽等等。

在Mesh网络中,一个节点不仅能传送和接收信息,还能充当路由器对其附近节点转发信息,随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加,总的带宽也大大增加。此外,因为每个短跳的传输距离短,传输数据所需要的功率也较小。既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻近的节点,节点之间的无线信号干扰也较小,网络的信道质量和信道利用效率大大提高,因而能够实现更高的网络容量。比如在高密度的城市网络环境中,Mesh网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰,大大提高信道的利用效率。

但是,尽管无线Mesh联网技术有着广泛的应用前景,但也存在一些影响它广泛部署的问题。比如互操作性,网络延迟和安全性方面的一些问题。总之,WMN领域是一个新兴的研究领域,尚有一些关键技术问题有待进一步解决。

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