新一代无线接入技术Mesh

新一代无线接入技术——Mesh 无线 Mesh 网络（无线网状网络）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。 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。 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。 无线 Mesh 网络是一种新型的无线网络架构，它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。 无线 Mesh 是一种非常适合于覆盖大面积开放区城(包括室外和室内)的无线区域网络解决方 案。 无线 Mesh 网的特点 由包括一组呈网状分布的无线 AP 构成，AP 均采用点对点方式通过无线中继链路互联，将传 统 WLAN 中的无线"热点"扩展为真正大面积覆盖的无线"热区"。 自配置。无线 Mesh 网中 AP 具备自动配置和集中管理能力，简化了网络的管理维护。 自愈合。无线 Mesh 网中 AP 具备白动发现和动态路由连接，消除单点故障对业务的影响，提 供冗余路径。 高带宽。将传统 WLAN 的"热点"覆盖扩展为更大范围的"热区"覆盖，消除原有的 WLAN 随距离 增加导致的带宽下降。另外，采用 Mesh 结构的系统，信号能够避开障碍物的干扰，使信号 传送畅通无阻，消除盲区。 高利用率：高利用率是 Mesh 网络的另一个技术优势。在单跳网络中，一个固定的 AP 被多个 设备共享使用，随着网络设备的增多，AP 的通讯网络可用率会大大下降。而在 Mesh 网络中， 由于每个节点都是 AP，根本不会发生此类问题；一旦某个 AP 可用率下降，数据会自动重新 选择一个 AP 进行传输。 兼容性。Mesh 采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 802。11b/g 制式，可广泛地兼容无线客户终端。 除此之外，无线 Mesh 还提供更好的移动漫游能力，以及端到端的安全连接等等。 Wi-Mesh 联盟 Wi-Mesh 联盟由具有相同理念的公司所组成，期许通过一套无线网状区域网络标准，使无线 用户不论使用哪一家厂商产品，都能享受无缝隙通讯的便利。Wi-Mesh 联盟提案是根据 IEEE 标准协会(IEEE Standards Association)指导原则所研究发展，以现有和未来的 802.11 通 讯协定为基础，扩大科技重复运用与相容性。 Wi-Mesh 联盟成员来自各个领域的业界领导者，包括智邦科技、北电、ComNets、InterDigital、 NextHop、Thomson 等。他们积极合作推动全球无线网状区域网络(Mesh WLAN)标准化，以推 广多种无线通讯设备与服务间的互连性。通过伙伴间广泛技术合作，Wi-Mesh 联盟向美国电 气与电子工程师学会(IEEE)的 802.11 任务小组(TGs)会议，成功提报全球最新无线网状区域 网络标准提案。 Wi-Mesh 联盟提案的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 目的，是针对未来 802.11n 高产出规格进行扩充。此一策略将为全 球现有 Wi-Fi 网络基地提供支持，同时在现有指定的无线电频道中扩展建置 Wi-Fi 网络。 最近，北电网络(Nortel)也发布了 Mesh 网络架构，并宣称在今后它会和传统电信网络结合， 形成互补的无缝漫游(Seamless Roaming)网络。 Mesh 网络的五大优势 与传统的 WLAN 相比，无线 Mesh 网络具有几个无可比拟的优势： (1) 快速部署和易于安装。 安装 Mesh 节点非常简单，将设备从包装盒里取出来，接上电源就行了。用户可以很容易增 加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。Mesh 的设计目标就是将有线设备和有 线 AP 的数量降至最低，因此大大降低了总拥有成本和安装时间，仅这一点带来的成本节省 就是非常可观的。无线 Mesh 网络的配置和其他网管功能与传统的 WLAN 相同，用户使用 WLAN 的经验可以很容易应用到 Mesh 网络上。 (2) 非视距传输(NLOS)。 利用无线Mesh技术可以很容易实现NLOS配置，因此在室外和公共场所有着广泛的应用前景。 与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用 户。按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终 到达无直接视距的目标用户。这样，具有直接视距的用户实际上为没有直接视距的邻近用户 提供了无线宽带访问功能。无线 Mesh 网络能够非视距传输的特性大大扩展了无线宽带的应 用领域和覆盖范围。 (3) 健壮性。 实现网络健壮性通常的方法是使用多路由器来传输数据。如果某个路由器发生故障，信息由 其他路由器通过备用路径传送。Mesh 网络比单跳网络更加健壮，因为它不依赖于某一个单 一节点的性能。在单跳网络中，如果某一个节点出现故障，整个网络也就随之瘫痪。而在 Mesh 网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故 障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影 响。 (4) 结构灵活。 在单跳网络中，设备必须共享 AP。如果几个设备要同时访问网络，就可能产生通信拥塞并 导致系统的运行速度降低。而在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因 此不会导致系统性能的降低。 Mesh 网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。 (5) 高带宽。 无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距 离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。因此选择经多个短跳来传输数据 将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是 Mesh 网络的优势所在。 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。 Mesh 网络的不足 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。 (1) 互操作性。 目前影响无线 Mesh 技术迅速普及的一个重要障碍就是互操作性，无线 Mesh 网络现在还没有 一个统一的技术标准，用户现在要么就只能使用某一个厂商的无线 Mesh 产品，要么面临如 何与各种不同类型的嵌入式无线设备接口的问题，这个问题目前是影响无线 Mesh 技术推广 使用最重要的原因。想彻底解决互操作性问题，最终还需要业界制定统一的无线 Mesh 技术 标准。 (2) 通信延迟。 既然在 Mesh 网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，随着 无线 Mesh 网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。一些对通信延迟要求高的 应用，如话音或流媒体应用等，可能面临无法接受的延迟过长的问题。目前解决这一问题主 要是通过增加 Mesh 节点以及合适的网络协议。 (3) 安全。 与 WLAN 的单跳机制相比，无线 Mesh 网络的多跳机制决定了用户通信要经过更多的节点。而 数据通信经过的节点越多，安全问题就越变得不容忽视。Internet 本身即是使用 Mesh 方式 进行通信的典型，它的安全隐患是众所周知的。尽管有线网络中使用的各种端到端安全技术， 如虚拟专用网（VPN）同样可以用来解决无线 Mesh 的安全问题。但正如 Internet 一样，无 线 Mesh 网络的安全是一个不容忽视的问题。 Mesh 网络的应用 从本质上说，Mesh 网络是一种类似于点对点的无线网络架构，这种架构可以大大减少网络 的基础设施成本(例如 AP，无线路由器数量)，同时也可为无线网络服务供应商(WISP)减少 70%~75%的营运、安装成本。 基于 Mesh 网络的优势，它还可以在不同异构的环境下提供多种服务；当用户在高速移动时， 或者在较大范围的区域内可以通过 3G 或 2.5G 传输语音、数据；在局部的范围内可通过 WLAN 提供宽带网络服务，例如视频点播等。随着 Mesh 网络的进一步发展，它最终可在企业的办 公环境中将办公室电话或者手机进行整合。 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。 Mesh 技术使 Wi-Fi 在传输距离和移动性方面获得 提升 无线 Mesh 网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， 同时其本身可以动态地不断扩展，具有自组网、自管理、自动修复、自我平衡等特性，可以 保证音频、视频等信号在出现外来影响或内部故障时不至中断。无线 Mesh 技术的成熟，可 使 Wi-Fi 在传输距离和移动性方面获得提升，给 Wi-Fi 应用扩展带来新的机会。 无线 Mesh 有望跃升为主流技术 与传统的无线网络相比，无线 Mesh 是一种低成本、高带宽技术，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。因而能为网络用户提供更大的覆盖范围、 更高的吞吐率和更好的故障恢复性能。无线 Mesh 技术利用无线宽带接入，可覆盖校园、市 区或整个城市。基于此，Wi-Fi 应用还可以扩展到无线视频、无线 VoIP、无线远程监控等更 多领域。 无线 Mesh技术的诸多价值点使业界对其寄予厚望。奥维通公司的 O'Neal表示，Mesh是 Wi-Fi 实现更大领域覆盖的发展趋势。北电公司无线网状网产品部总监 Madan M. Jagernauth 也指 出：“无线 Mesh 技术是一个飞跃。以前的 AP 都是需要有线连接，但是现在每个 AP 之间可 以无线从空中连接，这是最大的突破点。”而即将出台的 IEEE Mesh 网络标准 802.11s 无 疑将激起又一轮 Wi-Fi 应用研发热潮。 摩托罗拉公司网中网部门技术副总裁 Joe Hamilla 表示：“802.11s 得到批准后，将会使网 状网络的概念无处不在。我们预计明年其需求将会剧增，并很快成为主流。” 预计新的 Mesh 标准不仅会被城域 Wi-Fi 系统所采用，而且可能被用于家庭、路由器、网关甚至消费电子设 备。 有趣的是,与其他网络技术先定标准，后出商用化产品的发展进程相反，Mesh 技术商用化产 品已出现，而标准才刚开始制定。尽管 802.11s 的最终标准可能要到 2008 年才出台，但此 前市场上已有不少“准标准化”产品。目前，北电、思科、摩托罗拉等厂商都有相关方案。 摩托罗拉还表示，一旦标准草案完成，该公司将 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 利用符合 802.11s 的软件对其 MeshConnex 城域 Mesh 网络系统进行升级。 除了上述大厂在积极动作外，一些小型公司和初创公司也逐渐加入 Mesh 阵营，备战符合 802.11s 标准的系统产品。例如 Strix Systems、Sky Pilot、PacketHop 以及 Tropos Networks 等公司。其中 Tropos Networks 公司在全球城域 Wi-Fi 的规模用户已达两百多个。 此外，网络通信厂商智邦科技(Accton)也表示今年第三季度推出支持 Mesh 的无线系列产品。 而阿德利亚科技(北京)公司的无线网状网产品 MSR50、MMI-50，可实现智能交通、无线校园、 物流、小区宽带等应用解决方案。 互操作性等问题仍待解决 尽管无线 Mesh 技术有着广泛的应用前景，众多厂商也在积极响应，但同样存在影响该技术 广泛部署的问题。 首先是互操作性。这是目前影响无线 Mesh 技术迅速普及的主要障碍。如同任何一种新兴的 网络技术刚出现时一样，目前无线 Mesh 网络还没有统一的技术标准，用户只有两种选择： 或者只使用某一厂商的产品；或者准备面对如何与各种不同类型嵌入式无线设备衔接的问题。 鉴于此，目前一些公司正在开发能够适应不同无线环境的可配置的无线网络设备，互操作性 有望得到一定程度的解决。不过，要想彻底解决互操作性问题，最终还需要统一的技术标准， 于是 IEEE 802.11s 也就备受业界期盼。 其次是通信延迟。由于在 Mesh 网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带 来一些延迟，因而随着无线 Mesh 网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。这 对于话音或流媒体等对通信延迟要求高的应用来说并不理想。目前解决此问题的方法主要是 通过增加 Mesh 节点以及合适的网络协议。 第三是安全问题。与 WLAN 的单跳机制相比，无线 Mesh 网络的多跳机制决定了用户通信要经 过更多的节点。而数据通信经过的节点越多，安全问题就愈加显著。其实互联网就是一个 Mesh 网络结构，其安全隐患众所周知。管有线网络中使用的各种端到端安全技术，如虚拟 专用网(VPN)可以用来解决无线Mesh的安全问题,但无线Mesh网络的安全仍是一个不容忽视 的问题。 从 LAN 到 MAN，无线 Mesh 部署中国 在部署应用方面，无线 Mesh 技术的及时性和延展性等优点，使其在区域无线网络连接中获 得广泛认可。美国的旧金山、费城等多个城市已经采用该技术建设覆盖整个城市的无线网络， 以期实现同时提供无线宽带、市政管理和公共安全等功能。2006 德国世界杯期间，Avaya 公司采用 Firetide 公司无线 Mesh 产品提供的网络语音服务技术，使得此次世界杯成为迄今 为止传播速度最为迅速、网络最为稳定，科技含量最高的一次盛会。 在中国，无线 Mesh 网络的应用部署也已起步。目前清华大学、青岛海洋大学都已完成覆盖。 台湾地区的台北、新竹也已经开始了无线 Mesh 网络的试运行。天津技术开发区也已采用北 电的无线 Mesh 解决方案在全区范围内部署，预计今年 9 月完成。据悉，部署完成后的天津 开发区无线 Mesh 网络将实现多达 200 个监控点，覆盖 30 平方公里范围的无线视频监控。此 外，北京也已经开始了无线 Mesh 网络的实验，并有望在 2008 奥运会中得到应用。 与仅停留在网络连通和接入服务层面的 Mesh 网络相比，天津开发区这样大范围的视频监控 系统部署还属首例。有业内人士认为，这可能会成为无线 Mesh 技术专业商用的新开端，延 伸到城域级就有可能带来规模效益。也许这才是 Mesh 技术带给 Wi-Fi 的最大价值，同时也 是提升 Wi-Fi 技术的关键所在。 Mesh 无线城市解决方案 Mesh 可以被用作城域范围内的建筑物之间的连接和街区的覆盖，用来在市中心、商业办公 和公共区域等环境下构建室外无线“热区”——为市政、公共安全部门和居民提供无线宽带 接入和高带宽的音频/数据/视频服务，完全不受用户位置及移动性的限制。公共安全、应急 联动通信以及无线因特网服务运营是目前无线城市的主要应用。  应急联动就是综合各种市政应急服务资源，统一指挥、联合行动，为相关职能部门（公 安、消防、交警、急救以及水、电、气、城管）提供相应的紧急救援支持，如 Wi-Fi 语音服 务、数据服务、视频监控等，为各部门提供强有力的保障。实现跨部门、跨区域以及不同职 能部门之间的统一指挥、协调一致，实现高效应急联动。  公共安全指为确保整个城市的安全，而建立的覆盖整个城市范围的无线 mesh 网络。以联 合指挥为核心，以接处警为重点，集信息获取、信息传输利用以及信息发布于一体，并可借 助各种辅助系统进行决策的综合信息管理支持系统。Strix Mesh 系统是一套完整的通过无 线通讯进行指挥调度的平台，可以综合对公安、消防、交警、急救以及水、电、气、城管等 联动单位进行管理，支持日常警务执勤和各种应急接警和处警需求。  无线因特网服务运营方面即指协助当地的 WISP 部署城域范围的无线 mesh 网络，为当地 市政工作人员、居民、商户以及临时访客建设多用途的无线网络。WISP 可以按流量按时间 参数进行相关网络运营，为用户提供可靠、稳定、安全的服务。可以提供高带宽的、可替代 专线的接入服务；为社区居民提供小区无线宽带接入；为市政工作人员提供可移动的无线网 络支持。 方案描述: Strix Mesh 使网络服务和应用的部署覆盖范围扩大到整个城市和周边地区，而仅需要 很少的光纤点。基本组成如下图所示： Mesh 网络能够协助当地政府部门提升商业运作的效率和可靠性，从而为市政工作人员 和市民提供优质的服务。消除公共安全部门与所服务的社区之间的通信差距，将至关重要的 信息和服务扩展到整个社区的范围。为执法部门和应急服务提供强健安全的无线解决方案； 以满足车辆和控制中心、快速应急响应、监控和数据交换的需要。 无线 mesh 单元可以安装在公共和市政的建筑物上、在街道边的灯柱或者专用的杆上、 在交通信号系统的十字路口和广告牌上等等；通过 Strix Mesh 的蜂窝网状组网特性，成功 快捷地形成对较大区域的无线网络覆盖。 Mesh 以上方案采用 Strix Access/One 革命性的 mesh（网状网格）技术，节点之间采用 蜂窝状无线级联方式通信。每个节点都可与其他节点以点对多点（point-to-multipoint） 的方式连接，无线级联采用多无线模块处理，没有跳数的限制。这样，Strix Access/One 可构建一个网状结构的网络，网络内每个节点都有一条以上的无线上联链路，提供了高冗余 性，保证了无线传输服务的高可用性。 方案优势：  公安、交通、消防、医疗救助系统通过 Strix Mesh 网络可以组建一个统一的专网。  Strix Mesh 提供城市级的 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 解决方案，提高 mesh 网络的可利用效率，避免重复投资。  少量的光纤点即可满足 Strix Mesh 网络的城领域级覆盖需求，降低了初期的网络投资成 本。  Strix Mesh 网络部署简单、安装快捷。节点可以自主配置，网络中新加入的节点也可以 被自动发现，降低了初期部署和管理运维的工作负荷。  Strix Mesh 网络运行稳定、可靠；具有自动调节、链路自主修复愈合功能。  Strix Mesh 网络使用目前最先进的无线网络安全标准 802.11i (WPA2)。  Strix Access/One 产品的独特模块化设计，升级简单，通过插入相应模块即可升级到新 的技术，保证了用户的投资成本。 Mesh 路由技术应用发展解析 随着近年来计算机和无线通信技术的发展，移动无线计算机技术得到了越来越广泛的普及 和应用。由于不再受到线缆铺设的限制，配备移动计算机设备的用户能够方便而自由地移动， 并可以与其他人在没有固定网络设施的情况下进行通讯。对于这样的情况，他们可以组成一 个移动 Adhoc 网络，或者组成移动的无线网状网。移动的无线网状网是一个无线移动路由器 （及其连接主机）组成的自主系统。该系统能够随机移动，可自动适应网络拓扑更新，甚至 不需要任何骨干网或者网络基础设施。 除了移动无线网状网外，最近也出现了越来越多的固定无线网状网的商业应用。其中一 个典型的例子是“社区无线网络”。它用于为先前没有因特网宽带接入的社区提供接入。在 这些固定“社区无线网络”中，每一个无线路由器不仅为其用户提供因特网接入，并且是这 个网络基础结构中的一部分——将数据在无线网状网络中无线路由到其目的地。 一个基于 3 层路由的无线网状网具备高度的灵活性和与生俱来的容错性。该网络简化了 视距传输问题，并以最小量的网络基础设施和互联成本扩展网络的规模和覆盖。在现实生活 中，也有混合型的无线网状网存在：网络中一部分网状网路由器是移动的，而其他网状网路 由器是固定的。 无论是哪种情况（移动或固定或混合），无线网状网络都有一些显著的特性，例如：高 动态性，智能性，端对端最佳路径选择，多跳性，通常带宽有限和计算能力不足。无线网状 网络的高动态性的原因有两个：第一，路由器本身可能移动（如在移动或混合无线网状网络 中），并造成网络拓扑结构的快速变动。第二，即使路由器本身不移动（如在固定无线网状 网络），由于干扰、地理和环境等因素，无线电链路的质量仍可能发生快速变化。 从以上这些特性可以知道，完备的无线网状网路由协议必须需要具备一下特点： * 分布式操作 * 快速收敛（保证更快的移动） * 可扩展性 * 适用于大量的小型设备 * 只占用有限的带宽和计算能力 * 主动式操作（减少初始延迟） * 在选择路由时考虑无线电链路的质量和容量 * 避免环路 * 安全性等 注 1：社区无线网络概念在美国等发达国家非常流行，在中国还处于开发阶段。 除了为有线网络设计的传统路由协议外（如 OSPF，RIP），也有大量为移动 adhoc 网络 设计的路由协议，这类路由协议一般被分为两个大类： 反应式路由协议（如 AODV、DSR、TORA）。该类协议只在需要的时候才发现并维持路由。 为了适应流量的需要，它们能够更有效地使用电源和带宽资源，其代价是增加路由发现的延 迟。 无线 Mesh 网络知识普及 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。这样的话，即使两个 802.11b 的节点实际上就是互相 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”这个词原来的意思就是指所有的节点都互相连 接，当然实际上绝大多数现代的 Mesh 网络只是通过部分节点相互连接。Mesh 网络技术一 度曾是一项军方技术，随着人们对 802.11a、b 和 g 等 LAN 技术了解的深入，Mesh 网络才逐 步成为企业界和消费者瞩目的焦点。 Mesh 网络就在身边 假如你还想象不出 Mesh 网络是什么样子，你大可不必为此绞尽脑汁，其实你所熟知的 因特网的构架已经就是一个 Mesh 网络的结构。 众所周知，接入因特网的用户位于网络的边缘，他们通过网络内部的路由器和节点相互 连接，而这些路由器和节点的连接方式是这样的：当任意两个节点之间的一条链路失效后， 路由器会经由一个或多个别的路由器找到一条另外的替代路径。这其实就体现了 Mesh 网络 的思想。 Mesh 网络的作用不仅仅体现在能提供冗余的链接方面，最重要的是它能使数据经由多 个节点进行传输，从而使付出的功率代价最小。想象一下使用电池供电的便携式电脑的情况， 假如通过 GPRS 卡与几公里外的蜂窝塔站进行连接的话，电池可能没有足够的电量来维持连 续的工作；但如果是 Mesh 网络，这些电量就足够使电脑通过仅几步远的蓝牙节点与其他站 点进行通信。 无线 Mesh 具有组网简单、方便和可扩展等优点。由于它是设计用来动态地创建新的链 接和其他节点相连的一项技术，因而只需要简单地激活邻近的两个装置，就可轻松地创建 Ad-hoc 通信连接。同时随着更多节点的相互连接和可能的路径数的增加，总的带宽也大大 增加了。 想在企业应用 Mesh 网络 当然 Mesh 网络技术的兴起并不意味着企业就应该用 Mesh 网络取代企业中现有的无线 网络设施，实际上 Mesh 网络技术在企业中有着很多的应用，并且还有更多的应用正在兴起 当中。 例如，Mesh 网络组建相对容易，在一个相对偏远的办公室里组建 Mesh 网络可以比传 统网络节省几小时到几周的时间。另外 Mesh 网络具有很强的健壮性，因而可以作为灾后网 络重建计划中的一个完整部分。Mesh 网络还可以用来为两栋建筑之间提供临时性的连接。 在比较大的校园里，应用室外 Mesh 网络能够覆盖普通的无线设施所不能覆盖的区域。而区 域性的 Mesh 网络解决方案，能使企业中的很多通过计算机与企业相连的远距离工作者很方 便地获得移动的无线接入。 无线 Mesh 网络的应用 无线 Mesh 网络的应用主要集中在两个方面：传感器和骨干网。 1.传感器 Mesh 传感器是一种构造相对简单、体积较小的装置，具有一个简单的处理器。从名称上就可 以想到，它经常被用来收集一些数据，例如湿度、压力、温度和振动等，并把这些数据传递 给其他的传感器。由于体积小，所以它们一般没有用户界面，甚至可以被视为数据传送器。 传感器还可以嵌入到设备当中，对压力、流量和温度进行监控。 关于传感器 Mesh 的应用，可以举个例子。例如，在不远的将来，传感器将会被应用于 对远洋货运的监控，每一个集装箱里都会装有几个传感器，这些传感器可以监控冷冻货物的 温度或者对装有对湿气敏感的家具集装箱中的湿度进行监控。由于这些集装箱往往会被紧紧 地塞到一起，受它们金属壁（也可能是里面货物）的影响，传统的无线电技术失效了。然而， 由于这些传感器彼此之间挨得很近，因而它们能够以接力的形式将信号传到集装箱开口端的 主控无线电设备上，并由此主无线电设备再对信息进行聚合。 传感器的另一个应用是设备监控和资产追踪，这时可以使用小的无线电设备来组成 Mesh 网络。 2.骨干 Mesh 无线Mesh网络的骨干一般是指网络中构成主要数据传输线路的那些高速链路。传统上， 骨干网是使用光纤（以前是铜线）将各个边缘网络相互连接起来。在 Mesh 中只需要有一个 节点连接到有线网络上，所有的 Mesh 节点就都可以接入到有线网络了。当然出于冗余度和 流量的考虑，可能会需要更多的节点与有线网络相连。 骨干 Mesh 可以布置在室内也可以在室外（很多公司都能同时提供这两种解决方案）。 室外设备往往附着在街灯上或者是建筑物外表面上有电力可用的地方。 由于线路上 Mesh 设备的出现，每一个节点都能与其他节点进行联系，因而，很多户外 系统就不仅仅起到数据回程作用了，它们也可以包含集成的接入点供客户端使用。这种解决 方案往往包含两套无线电，其中 802.11a 作为回程用，802.11b/g 给客户端用，这大大减轻 了回程和用户对流量的争夺问题。 如何保障 Mesh 安全 1、802.11mesh 网概述 1.1 802.11mesh 网的组网结构 部署传统无线网络时，人们总是苦于难以寻找到合适的有线接入点，尤其在空旷、缺乏 铜线/光纤等有线资源的室外环境中，问题更加明显。WMN 的出现在很大程度上解决了这一 问题：传统 WLAN 中，每一个 AP 都需要通过有线接入点连接到有线局域网；而 802.11mesh 网络由一组呈网状分布的无线路由器组成，无线路由器必须实现两个功能：用户接入（即传 统 802.11 无线局域网 AP 的功能）和无线中继（即转发数据给另一无线路由器）。如图 1 所示，只需要设置部分无线路由器通过有线接入点连接到宽带骨干网就足够了，至于无线路 由器之间则采用点对点方式通过无线中继链路互联，而在无线路由器对用户终端提供 802.11 连接。这大大减少了对有线资源的需求，极大地便利了无线网络的部署。 图 1 802.11mesh 网 1.2 802.11mesh 网的关键技术 当前，业界的 802.11mesh 网体系结构不尽相同，主要区别在于无线中继的方式和无线 中继链路路由选择的方法。无线中继手段，业界主要的分歧在于采用 Multi-Band、 Multi-Radio 方式还是采用 Single-Band、Single-Radio 方式。如果用户接入和无线中继工 作于同一频段，如使用工作于 2.4GHz的 802.11b作为用户接入，同时使用同样工作于 2.4GHz 的 802.11g 作无线中继，就是一种 Single-Band、Single-Radio 方式。反之，用户接入和无 线中继工作于不同频段，如使用工作于 2.4GHz 的 802.11b/g 作为用户接入，同时使用工作 于 5.8GHz 的 802.11a 作无线中继，则是一种典型的 Multi-Band、Multi-Radio方式，采用 Multi-Radio 方式至少可以将接入部分和无线中继部分从频率上分开，使得两者互不干扰， 能在一定程度上提升性能。 而在路由算法上，沿用有线网络路由协议还是开发专用的无线 mesh 路由协议也是两种 截然不同的技术路线。Mesh 路由的目的是为了寻找最优或相对最优的回传路径。在无线网 络中，网络性能同发送成功概率息息相关。在 WMN 中，一个好的路由算法必须兼顾减少路由 跳数以及降低某条链路上包错误概率。在这个意义上，传统的有线路由协议并不适合于无线 mesh 路由，因为它通常无法考虑一条无线链路上包错误概率。因此，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。 2、802.11mesh 网的安全 2.1 802.11mesh 网的安全挑战 Mesh 网和 802.11 无线局域网相比多跳通信是一个主要的安全挑战。众所周知无线通信 很容易受到被动攻击（如窃听），以及主动攻击（如信息篡改，DOS 攻击）。而这些安全隐 患在多跳的 mesh 网中将被进一步放大。 （1）在 802.11 无线局域网中每个用户端都和 AP 相连，所以有利于管理员的管理。但是由 于 802.11mesh 网是一个多跳网络，所以将所有的 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 都集中一端的无线网关将延缓网 络对攻击的检测和应对，这将无疑会给攻击者带来好处。 （2）由于无线路由器距离 Internet 接入点有近有远，远离 Internet 接入点的节点有可能 获得很小的带宽，所以设计合理的协议来保证节点间公平是很重要的。然而对公平性的保护 也带来了新的挑战。 （3）在有线网络中路由器一般会得到妥善的保护，所以对有线网络中的路由器的攻击不是 那么方便，然而不同于有线网的路由器无线路由器一般都在室外分布，比如安放在楼顶或安 放在路灯上。所以无线路由器得不到很好的物理保护。这很容易造成攻击者对无线路由器的 攻击，比如修改路由器中的信息，窃取路由器中用于认证的对称密钥或公私钥对，或者用非 法的无线路由器替换合法的。 （4）由于无线路由器得不到很好的物理保护，攻击者可以潜入网络伪装成合法的节点，发 布错误的路由信息。所以必须设计安全的路由协议以对抗针对路由协议的攻击。 2.2 802.11mesh 网的安全解决方案 目前 802.11mesh 网的安全方案主要是 Tropos 的 TroposMetroMesh 方案和 Nortel 的方 案。Tropos Metro Mesh 方案，采用了多层安全架构，对客户机提供 WEP、WPA保护；对无 线路由器间的数据采用 64/128 bit WEP 或 128bit AES 加密；同时使用 VPN 来增强整体的安 全性。 链路层的保护是无线网络安全机制的第一步，但是单独的链路层保护不能提供对敏感数 据的保护。TroposMetroMesh 使用了一系列方法来保护链路层的安全： （1）使用 WEP 通过用加密所有的帧来提供网络接入控制和安全数据传输。但是 WEP 被证明 易受被动攻击，如果单独使用不能提供充分的安全性。 （2）WPA 是 Wi-Fi 联盟最新的安全标准，它使用更强的密码体制。WPA 利用 EAP 和 RADIUS 提供更强的认证，它还提供了基于 802.1x 的端口接入控制。 （3）使用 128bitAES 加密所有终端用户在 mesh 网中多跳传输的数据直到它们到达一个有线 网关。 （4）使用 MAC 地址接入控制列表：接入点通过设置可接入名单和黑名单来进接入控制。但 是因为物理地址可以被修改所以基于 MAC 地址的接入控制只能当作多层安全体制中的一部 分。 （5）抑制网络名（ESSID）：接入点允许管理员有选择的抑制网络可用性的广播，这样可以 使非法的节点不能发现接入点，除非他使用探测工具。 （6）多网络名（ESSID）：使用多接入点标示可以灵活适应有不同无限设备和安全性的用户 组。在三、四层 Tropos 使用 VPN 来实现网络接入控制和保护数据传输。在无线路由器上使 用流量过滤来加强 VPN 提供的安全。使用 128bit AES 加密 PWRP 路由协议传输的节点身份和 路由选择路径信息。 管理信息的加密：作为网关的无线路由器从与它相关联的节点收集管理信息并发送到管 理服务器，并使用 AES 加密这些流量。所有的无线路由器可以使用基于 Web 的配置来进行配 置和监控，所有的配置信息使用 HTTPS 进行保护，这样网络管理者可以安全的配置和监控每 一个无线路由器。 Nortel 在安全方面也别具特色。每个无线路由器间均建立经过加密的 IPSec 隧道，以 便安全地传送所有用户的数据业务、内部信令处理和管理信息，也就是说数据在无线路由器 之间的传送都处于 IPSec 保护之下。不过网关并不涉及用户的认证工作。对于具有 WPA （802.11i）功能的用户而言，无线路由器会将用户的认证信息经过 IPSec 加密隧道“透明 地”传送到网络中心的 RADIUS 认证服务器进行合法性认证。通过认证后，无线路由器与用 户间的传输资料就会以WPA/802.11i加密算法加密，用户的传输资料将经由IPSec加密隧道， 在无线路由器之间传送直到网关。另外，无线路由器不仅支持多种用户 WPA：EAP-TLS、 EAP-TTLS、EAP-PEAP；还在无线路由器间采用以 WPA 为基础的认证功能，对新加入网络的无 线路由器进行认证，防止非法无线路由器接入。并使用基于 WPA 的加密功能，保证邻近无线 路由器间传送的路由和通信控制协议的安全。 3、结束语 802.11mesh 网将传统 WLAN 与 mesh 网结合起来增强了网络的覆盖能力以及可靠性。此 外它在移动漫游等方面与传统 WLAN 相比较同样也有着明显的优势。2004 年 1 月， IEEE802.11Working Group 正式专门成立了网格研究组（Mesh Study Group），同年 3 月又 成立了网格任务组（Mesh Task Group）。目的就是将 mesh 网的优点写进 802.11协议中去。 但是目前对 802.11 mesh 网的研究还处于起步阶段，还有很多需要解决的问题，尤其是对其 安全研究的工作还很少。Tropos 和 Nortel 安全方案都颇具特色，将无线侧的数据完全处于 加密防护下，代表了无线 802.11 mesh 网络安全方案的发展趋势。 Wi-Fi MESH，欲分 3G 和 WiMAX 一杯羹？ 出于对广域覆盖的低移动性宽带 IP 数据业务的看好，以及通信与计算机技术相互不断渗透， 形成了“宽带接入移动化”和“移动通信宽带化”两大趋势。当前的宽带无线技术领域，充 满着激烈的竞争。竞争主要集中于 3G 及其演进版与 BWA（Wi-Fi、WiMAX 等）的竞争以及 3G 和 BWA 内部各技术体制之间的竞争。当前，Wi-Fi MESH、WiMAX IEEE802.16e、和 3G（包括 HSxPA 和 1xEV-Dx）是能够在城域范围内提供无线宽带数据业务的三种主要技术，它们正在 全球范围内竞争市场份额。 MESH——将 Wi-Fi 的触角从局域网延伸到城域网 Wi-Fi 用户已达数亿，Wi-Fi 商业性热点已经在全球广泛部署。自从英特尔 2003 年推出 集成 Wi-Fi 模块的移动迅驰笔记本之后，Wi-Fi 笔记本用户群日益扩大，目前市场上超过 60% 的笔记本都具有 Wi-Fi 通信功能。根据 Wi-Fi 联盟的统计，2006 年 Wi-Fi 行业售出了 2 亿 多个芯片集，手持设备和消费类电子产品成为增长的新动力。根据咨询机构 Infonetics 的 研究报告，预计 2007年用户对 WiFi手机的需求将继续提升，预计从 2007年至 2010年，Wi-Fi 手机的出货量将增长 13 倍。根据著名市场调研公司 ABI Research 2006 年底的预测，由于 对宽带无线互联网需求的浪涌式增长，2006 年商业性 Wi-Fi 热点数量超过十四万个。同时 该报告研究表明，越来越多的用户都较长时间地使用 Wi-Fi 热点。 Wi-Fi MESH 市场需求空间很大。传统基于 IEEE802.11a/b/g 的 Wi-Fi 典型覆盖范围为 室外 300 米、室内 30 米。受到覆盖范围的限制，传统 Wi-Fi 很难在城市范围内满足笔记本 和 PDA 用户随时随地宽带上网的需求。如果将 Wi-Fi 热点“编织”起来，结成互相连接的网 状网络（MESH），那么就可以利用 Wi-Fi MESH 覆盖校园、街区甚至整个城市。截至目前， 包括 Motorola 和 Nortel 在内的众多厂商已经开发出各种 Wi-Fi MESH 产品并获得大规模应 用，非标准化的产品已经成为现实。为了解决各厂商 Wi-Fi MESH 产品之间的互操作性，IEEE 启动了 MESH 标准化工作——802.11s，预期 2008 年内可以发布标准。可以看出，Wi-Fi MESH 是在强烈的市场需求驱动下出现的，其发展过程与 3G、WiMAX 恰恰相反，是先有产品，后进 行标准化。 基于 IEEE802.11s 的 Wi-Fi MESH 网络结构如下图所示。 图 1 基于 IEEE802.11s 的 MESH 网络 基于 IEEE802.11s 的 MESH 是一个多点对多点的对等网络，即客户端和 AP 的地位相同， 都是 MESH 网络中的节点，都可以为其它节点转发业务，其中 AP 网关节点具有到 Internet 的有线宽带连接。这样一来，即便某节点位于 AP 网关节点的覆盖范围之外，也能通过其他 节点的“多跳”中继转发，最终通过 AP 网关接入 Internet。例如在图 1 中，“客户端节点 #2”将来自“客户端节点#1”的数据包转发给“AP 网关节点#1”，从而“客户端节点#1” 可以接入 Internet。基于 IEEE802.11s 的 MESH 不仅兼容现有的 IEEE802.11a/b/g 终端，而 且将对 IEEE802.11 的 MAC 层进行加强。此外，IEEE 802.11s 工作组考虑采用 IEEE 802.11i 规定的安全机制和 IEEE802.11e 中定义的 QoS 机制。 在实际使用中，一方面，原有的 Wi-Fi 终端本身并不支持多跳转发；另一方面即便新的 Wi-Fi 终端支持多跳转发，终端用户也未必愿意消耗自己的资源为其它用户转发业务。所以 在实际使用中，往往是只有 AP 之间可以相互转发业务，即 AP 之间结成 MESH，统一为低层 用户端设备提供宽带无线接入服务，如图 2 所示。 图 2 实际使用中典型的 MESH 网络结构 MESH 最大的优势——固定和便携模式下数据业务成本极低 数据业务成本主要由网络建设和网络运营维护成本构成，相对于 3G 和 WiMAX，Wi-Fi MESH 网络建设和维护成本很低。在网络设备成本方面，与 3G/WiMAX 基站动辄数十万的价格 相比，每个 Wi-Fi AP 的价格只有几百块钱；1 个 Wi-Fi AP 可以提供数十到上百 Mbps 的数 据吞吐量，而 1 个 3G/WiMAX 基站只能提供几到十几 Mbps 的数据吞吐量。此外，Wi-Fi AP 体积小、功耗低，可以部署在路灯杆上、屋檐下面，而 3G/WiMAX 基站需要站址、机房、铁 塔等资源。 当然，Wi-Fi 与 3G/WiMAX 等技术相比，Wi-Fi 实现规模覆盖的最大的缺陷在于需要密集的有 线传输资源。3G/WiMAX 基站的覆盖范围 WiFi AP 数十到上百倍。也就是说，如果覆盖相同 的地区，那么需要 WiFi AP 的数量 3G/WiMAX 基站数量的数十到上百倍；相应地，WiFi AP 需要的有线传输资源也是 3G/WiMAX 基站的数十到上百倍，从而导致 Wi-Fi 的有线传输成本 较高。此外，通常在某一地区，只有当地的强势固网运营商拥有密集的有线传输资源，导致 其他机构和组织很难在该地区开展 Wi-Fi 宽带数据接入业务。 基于 Wi-Fi 的 MESH 通过 AP 之间的多跳中继转发机制，无需稠密的固网资源，在显著降 低网络部属成本的同时，还有利于政府、校园、企业等单位以及新运营商开展业务，打破垄 断，促进竞争。 MESH 最大的缺点——技术缺陷导致难于运营 Wi-Fi MESH 技术本身存在很多缺陷，缺乏有效的商业模式，导致很难运营获利。 ●移动性支持差 Wi-Fi 技术本身不支持移动性，即便 IEEE802.11s 可能会对 Wi-Fi MESH 的移动性进行 增强，最多也只能支持步行的移动速度。而 3G 和 WiMAX 都支持 120km/h 以上的移动性。 ●非授权频率 WiFi MESH 工作于 2.4/5.8GHz ISM 开放频段，任何单位和个人无需许可都可以使用该 频段，即便有人故意干扰，也无法得到监管机构的保护，因此很难保证服务质量。而 3G 和 WiMAX 都工作在许可频段，网络不会受到干扰。 ●安全性差 即便引入 IEEE802.11e，WiFi 的安全性仍尚待完善，尤其是 MESH 引入多跳机制以后， 安全性受到更严峻的挑战。而 3G 已经具有比较完善的安全机制，WiMAX 的安全机制也强于 Wi-