第9章 无线Mesh网络

9.5 无线Mesh网络的应用模式
❖ WISP模式
WISP即无线ISP，又可称为WLAN运营商。随着 802.11b成为工业标准，运营商已经采用WLAN 提供因特网的接入。WISP可以在公共场所(如机 场、酒店、咖啡馆、茶馆等地方)架设自己的基 站，提供无线上网的服务。用户使用移动终端设 备(笔记本电脑、商务手机或PDA)可以在无线覆 盖区域安全方便地获得高速因特网接入服务，速 率最高可达11~54Mb/s。
(2)在WMN路由准则和选择算法等方面，目前提出的特别适 用于WMN的路由协议寥寥无几。
(3)在WMN连接性和多路支持方面，每个节点链路连接度也 是一个至关重要的问题，并非使用射频信道数越多，网 络性能越好，射频信道数增加会带来设备开销和成本上 升，同时可能会带来更多的干扰问题。
(4)在WMN带宽利用和资源分配算法方面，目前还没有提出 非常有效的可用算法和协议，相关问题还有待研究。
(3)从网络结构来看，WMN多为静态或弱移动的拓扑，而移动 Ad Hoc网络多为随意移动(包括高速移动)的网络拓扑。
(4)WMN与移动Ad Hoc网络的业务模式不同，前者节点的主要 业务是来往于因特网的业务,后者节点的主要业务是任意一对 节点之间的业务流。
(5)从应用来看，WMN主要是因特网或宽带多媒体通信业务的 接入，而移动Ad Hoc网络主要用于军事或其他专业通信。
基于WLAN的移动Ad Hoc网络
WiMAX作为Wi-Fi Mesh拓扑的回程
WiMAX作为Mesh拓扑内回程
WiMAX作为客户端的接入网
趋势
❖ 从移动Ad Hoc网络的发展历史及未来趋势可 见，无线网络的多跳连接将成为下一代无线 通信网络发展的必然趋势，可以为用户提供 真正的无处不在的连接(Ubiquitous Connection)。
3.无线Mesh网络与移动Ad Hoc网的主要区别
(1) WMN由无线路由器构成的无线骨干网组成。该无线骨干网 提供了大范围的信号覆盖与节点连接。移动Ad Hoc网络的节 点都兼有独立路由和主机功能，节点地位平等，接通性是依 赖端节点的平等合作实现的，健壮性比WMN差。
(2)WMN节点移动性低于移动Ad Hoc网络中的节点，所以 WMN注重的是“无线”，而移动Ad Hoc网络更强调的是 “移动”。
❖ 最新的专门适用于WMN的路由协议，包括多径源路 由(MSR)协议、多射频链路质量源路由(MR-LQSR) 协议、可预测的无线路由(PWRP)协议、单收发器 多信道路由(MCRP)协议等。
无线Mesh网络路由协议分类
❖ (1)多判据路由 ❖ (2)多信道路由 ❖ (3)多径路由 ❖ (4)分级路由 ❖ (5)跨层路由 ❖ (6)QoS路由 ❖ (7)基于地理位置信息的路由
❖ 移动Ad Hoc网络和WMN技术的发展始终与一些成 熟的技术与标准(如WLAN、WiMAX)，从而构成大 规模的可伸缩性无线网络
❖ 下一代无线网络(或4G无线网络)不再是一种全新的 单一结构的网络技术，而是多种无线网络技术的融 合，是一种多级网络形态。
移动Ad Hoc网络的演进
分级移动Ad Hoc网络
9.2 无线Mesh网络的结构
9.2.1无线Mesh网络结构的分类
❖ 1.平面网络结构 ❖ 2.多级网络结构 ❖ 3.混合网络结构
WMN平面结构
WMN分级结构
WMN混合结构
中国某城市超级城市WMN结构
9.2.2 802标准族对Mesh结构的支持
❖ 1．802.16对Mesh结构的支持
WiMAX基于Mesh的无线宽带接入结构图
传统基站方案的无线通信系统
WMN技术应运而生
为了能够实现无线通信中无处不在的通信 目标，需要基于移动Ad Hoc网络的技术基础， 开发出一种完全适用于民用通信的无线多跳 网络技术，WMN技术就随着这一需求而出现。
WMN结构示意图
WMN与移动Ad Hoc网络、WLAN 和WBAN的关系示意图
9.1.2 移动Ad Hoc网络向无线Mesh网络的演进
❖ 从拓扑结构上看，WLAN是典型的点对多点(P2MP，Point to Multiple Points)网络，而且采取单跳方式，因而数据不可 转发。WMN可以通过WR对数据进行智能转发(需要对 WLAN传统的AP功能进行扩展和改进)
❖ 从协议上看，WMN与移动Ad Hoc网络基本类似。WLAN的 MAC协议完成的是本地业务的接入，而WMN则有两种可能， 一种是本地业务的接入，另一种是其他节点业务的转发。对 于路由协议，WLAN是静态的因特网路由协议十移动IP；但 WMN则主要是动态的按需发现的路由协议，只具有较短暂 的生命周期。
2．802.11s对Mesh结构的支持
IEEE新成立了一个IEEE 802.11s子工作 组，制定标准化的扩展服务集(ESS)，即 802.11s专门为WMN定义了MAC和PHY层协 议。在这样的网络中，WLAN接入点可以像 路由器那样转发信息。
3．802.15系列对Mesh结构的支持
❖ (1)802.15.1:IEEE提出的第一个取代有线连接的WPAN技术标准，组网 方式灵活多样，且支持多跳，有力支持WMN结构。
ZigBee协议结构
4．802.20对Mesh结构的支持
802.20即移动宽带无线接入(MBWA)工作组成 立于2002年12月，致力于为移动用户开发一个标准， 支持在36Hz频带可靠地进行高速无线数据传输。同 时，在室内、室外环境中支持WMN结构。
9.3 无线Mesh网络MAC协议
在MAC协议上，WMN承袭了IEEE 802.11标准 中的很多技术，特别是802.11s标准更是专门针对传 统的802.11 MAC协议扩展成为支持网状结构的新的 协议，另外802.16 MAC协议也已支持网状结构。 专门针对WMN设计的MAC协议，包括速率自适应 多跳网MAC协议、多信道WMN MAC协议等。
9.1.4 无线Mesh网络的主要优缺点
❖ 优点:
(1)可靠性大大增强。 (2)具有冲突保护机制。 (3)简化链路设计。 (4)网络的覆盖范围增大。 (5)组网灵活、维护方便。 (6)投资成本低、风险小。
❖ 缺点:
(1) 对于不同射频信道的WMN的研究还处于试验研制阶段， 性能改善总体来说还不太满意。
❖ (2)802.15.2:主要目标是为802.15 WPAN发展推荐应用，此协议标准为 多种技术融入WMN提供了支持。
❖ (3)802.15.3:为消费类电子及通信设备提供短距离无线连接的高速WPAN 制定标准。子工作组802.15.3a进一步发展制定了基于多带OFDM联盟 (MBOA)的PHY层，使用超宽带(UWB)技术达到高达480Mb/s的峰值传输 速率,正是WMN所需的。
❖ (4)802.15.4:低数据速率、长电池寿命和低设备开销要求的遥测技术制定 的。ZigBee联盟正在制定运行在IEEE 802.15.4的MAC和PHY层以上的 高层协议它的网络层支持多种网络拓扑结构，如星形、簇形和Mesh。
❖
❖ (5)802.15.5:目前还在开发中，最终定位于WMN的MAC层，且不需要 ZigBee或IP路由支持。
9.1.1 无线Mesh网络的起源
❖ WMN的出现是应用需求直接推动的结果。 ❖ 传统的基于基站方案的无线通信系统是通过“最后一公里”
的无线接入，大大缓解了用户业务与系统资源
之间的矛盾。但只适用于人口稠密、有永久用户业务需求的 地区。 ❖ 移动Ad Hoc网络技术一直在悄悄地与蜂窝移动通信技术平行 发展；但在相当长的一段时期内并没有在民用通信领域得到 很好的应用。 ❖ 无线局域网有效延伸了因特网的覆盖范围，但是商业化进程 在很多地区并不成功。技术上也无法做到像蜂窝网络一样无 处不在的信号覆盖。
第9章 无线Mesh网络
内容提要
9.1 概述 9.2 无线Mesh网络的结构 9.3 无线Mesh网络MAC协议 9.4 无线Mesh网络路由协议 9.5 无线Mesh网络的应用模式
9.1 概述
无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network，又称无线网状网、无线网格网等) 和无线传感器网络一样，也是一种应用性的 网络技术，仍然主要是以前面几章介绍的各 种网络技术为基础的，特别是和移动Ad Hoc 网络技术有着非常密切的联系。
9.4 无线Mesh网络路由协议
❖ WMN是一种特殊的移动Ad Hoc网络，移动Ad Hoc 网络的很多路由协议可以作为WMN路由协议的基础。 例如，动态源路由(DSR)协议、基于目的序号距离 矢量(DSDV)协议、按需距离矢量(AODV)协议、基 于关联性的路由(ABR)协议和基于信号稳定性路由 (SSR)协议等。
WISP摸式的WMN解决方案
9.5.2 因特网延伸模式
❖ 无线(移动)因特网应用不仅包括那些移动性的 应用，还包括传统的有线因特网应用，这是 无线因特网加速发展的另一个推动因素。
❖ 结合了WMN技术的移动因特网可以提供高速、 大容量的业务处理，其覆盖范围之广，使移 动用户在位置不断变化的同时，不会感觉到 网络服务和性能的差异。
❖ 下一代无线网络在结构和技术上向Mesh结构 演进是必然趋势。
9.1.3 无线Mesh网络与其他无线网络的主要区别
❖ 1．无线Mesh网络与蜂窝网络的主要区别 (1)可靠性提高，自愈性强。 (2)传输速率大大提高。 (3)投资成本降低。 (4)网络配置和维护简便快捷。
2.无线Mesh网络与WLAN(Wi-Fi)的主要区别
WMN接入因特网方案
9.5.3 行业应用模式
1．家庭应用 2．企业应用 3．学校应用 4．医院应用 5．旅游休闲场所应用 6．快速部署和临时安装的应用 7．军事应用