◆顧春靜

探討寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

◆顧春靜

（蘇州市消防救援支隊(duì) 江蘇 215000）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式也發(fā)生著變化?；谌藗儗?duì)日常網(wǎng)絡(luò)的需求，結(jié)合不斷被更新的802.11x標(biāo)準(zhǔn)，一種覆蓋范圍廣、接入可靠、傳輸帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)的新型無線網(wǎng)絡(luò)被提出，它就是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)。本文從寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的簡要概述以及優(yōu)勢(shì)分析入手，分析其核心技術(shù)，探索該網(wǎng)絡(luò)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

隨著科技的飛速發(fā)展，人們利用無線網(wǎng)絡(luò)處理各類信息、實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，但大多情況都是基于三大運(yùn)營商的公共網(wǎng)絡(luò)，在一些通信網(wǎng)絡(luò)擁塞、設(shè)施損壞的場(chǎng)合下，如何快速建立無線網(wǎng)，如何將可靠的將現(xiàn)場(chǎng)信息傳送到另一個(gè)城市，成為我們迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題，一種具備自組織、自路由和自修復(fù)能力的無線通信及時(shí)便產(chǎn)生，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)就是近年來無線通信領(lǐng)域發(fā)展起來的一種結(jié)合了WLAN和移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)各自優(yōu)勢(shì)的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量和通信可靠性有所提升，并打破了傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)絡(luò)中訪問需要固定接入點(diǎn)的問題，拓寬了訪問方式，以強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的高速性和靈活性，在團(tuán)隊(duì)野外活動(dòng)、機(jī)場(chǎng)、礦井、電力、工廠等應(yīng)急通信中有廣泛應(yīng)用前景。

1 寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的簡要概述以及優(yōu)勢(shì)分析

1.1 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的簡要概括

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)又被形象地稱為“多跳”網(wǎng)絡(luò)，是由Ad hoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來，可以與其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接協(xié)同通信，是一個(gè)動(dòng)態(tài)不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)，任意的兩個(gè)設(shè)備均可以借由多條無線鏈路保持互聯(lián)互通。首先無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在連接方式上實(shí)現(xiàn)了巨大突破。不同于傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以在任何無線設(shè)備節(jié)點(diǎn)處發(fā)送和接收信號(hào)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以作為接入點(diǎn)和路由器。這樣一來，就在連接方式上完成了“一對(duì)一”到“多對(duì)多”的改變。其次數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中如果遇到阻礙，可以另行選擇臨近的其他節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)訪問地。最后無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在省略節(jié)點(diǎn)處排列布線需求的同時(shí)，不失分布式網(wǎng)絡(luò)的特征，具有完整的冗余機(jī)制和重新路由功能，以保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

1.2 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)分析

在傳統(tǒng)單跳無線通信網(wǎng)絡(luò)中，組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)只具備AP（Access Point，接入點(diǎn)）功能，組網(wǎng)的任何一個(gè)AP發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將陷入癱瘓狀態(tài)。相對(duì)于單跳網(wǎng)絡(luò)，Mesh網(wǎng)絡(luò)將更加穩(wěn)定，其有效地避免了“一對(duì)一”模式下可能發(fā)生的個(gè)別路由器故障導(dǎo)致的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中提供的多路徑為數(shù)據(jù)傳輸保駕護(hù)航，即使某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)流量過大而引起的堵塞問題，也不影響網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行。在布置安裝方面，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在便捷性上更勝一籌。在應(yīng)用范圍方面，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，除了基礎(chǔ)設(shè)施外只需提供充足的電力支持，就可以完成遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)連接，在室外也可以使用無線網(wǎng)絡(luò)，是解決“最后一公里”問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)分析

2.1 骨干網(wǎng)架構(gòu)支撐無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的“心臟”

在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，骨干網(wǎng)架構(gòu)的主要組成部分是Mesh路由器，作用是為客戶端提供IP寬帶接入。Mesh路由器除了具有傳統(tǒng)的無線路由器的網(wǎng)關(guān)、中繼功能外，還具有支持Mesh網(wǎng)絡(luò)互連的路由功能，可以通過無線多跳通信，以低得多的發(fā)射功率獲得同樣的無線覆蓋范圍。Mesh骨干網(wǎng)是一個(gè)可以進(jìn)行自配置和自愈合的網(wǎng)絡(luò)，通過Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)功能與因特網(wǎng)相連，普通客戶端和已有無線網(wǎng)絡(luò)可以通過Mesh路由器的網(wǎng)關(guān)或中繼功能接入無線Mesh骨干網(wǎng)絡(luò)中。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)鄰居關(guān)系十分重要，其需要MP從接收到的Beacon或者ProbeRequest“幀”中分析得出對(duì)端MP的Meshprofile信息，與“本端”信息進(jìn)行匹配后方可建立聯(lián)系。

2.2 客戶端架構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)更加便民

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)追求在用戶設(shè)備間形成點(diǎn)到點(diǎn)的無線服務(wù)，因此對(duì)客戶端架構(gòu)提出了更高的要求。首先，客戶端架構(gòu)主要由Mesh客戶端組成，在用戶設(shè)備間提供點(diǎn)到點(diǎn)的無線服務(wù)，由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有多跳性的特征，所以需要在客戶端形成一個(gè)能提供路由和配置功能的網(wǎng)絡(luò)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不需要具備網(wǎng)關(guān)或中繼功能，就可以完成信息的輸送，這就可以理解為，一個(gè)單純的Mesh客戶端結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)由客戶端組成的無線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。另外，客戶端運(yùn)用Mesh網(wǎng)絡(luò)掃描技術(shù)，MP通過主動(dòng)發(fā)送ProbeRequest探測(cè)幀或偵聽Beacon幀，來收集臨近節(jié)點(diǎn)的信息，以此來保障信息交換的安全性。

3 寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用

3.1 公共場(chǎng)所的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋可以為各行各業(yè)的工作提供便利，比如醫(yī)院、旅游休閑場(chǎng)所、校園等人流量密集且具備強(qiáng)烈需求的公共場(chǎng)所更需要無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的支持。這些場(chǎng)所的建筑大多密集，構(gòu)造復(fù)雜度高，而且部分區(qū)域內(nèi)需要進(jìn)行防輻射處理，這就加大了布線的難度。另外這些場(chǎng)所對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求之高，不僅要求其覆蓋面積廣，還要求網(wǎng)速盡量快。無論是采用有線網(wǎng)絡(luò)還是傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)，都不可避免網(wǎng)絡(luò)災(zāi)難引發(fā)的一系列危機(jī)事件，對(duì)人員和資源造成不同程度的損害。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)恰恰可以避免這些問題，既能提高安全系數(shù)，還能節(jié)省建設(shè)成本，是公共場(chǎng)所理想聯(lián)網(wǎng)方案的不二之選。

3.2 復(fù)雜災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援Mesh通信應(yīng)用

因Mesh無線通信系統(tǒng)的便攜性、快速部署、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，在礦井救援、地震、山體滑坡、大跨度廠房等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)有廣泛應(yīng)用空間，如現(xiàn)場(chǎng)公網(wǎng)癱瘓，可在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部部署多個(gè)Mesh節(jié)點(diǎn)，利用Mesh無線通信系統(tǒng)提供的Wi-Fi、HDMI、“藍(lán)牙”等接口，將圖像傳送到現(xiàn)場(chǎng)指揮部，利用指揮部的動(dòng)中通衛(wèi)星或者衛(wèi)星“便攜站”將音視頻傳送到后方指揮部。Mesh通信設(shè)備可以利用救援現(xiàn)場(chǎng)的車載供電，或者使用大功率電池，電池一般可持續(xù)供電8小時(shí)以上，可多個(gè)便攜電池交替使用。在一些全密閉的地下空間，放置節(jié)點(diǎn)設(shè)備需要考慮可靠性和節(jié)約并舉，既要能讓信號(hào)穩(wěn)定的傳輸，避免空間的不利影響，也要盡可能節(jié)約節(jié)點(diǎn)資源，做到系統(tǒng)效能最優(yōu)化。

4 結(jié)束語

總而言之，新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳選擇，其核心技術(shù)蘊(yùn)含了無限的人類智慧，彰顯的是他們對(duì)科技時(shí)代的渴望與追求。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的一次質(zhì)變，主要集中在安全性能和覆蓋面積上。網(wǎng)絡(luò)成為時(shí)代發(fā)展的象征，為人類實(shí)現(xiàn)理想的科幻藍(lán)圖做出巨大貢獻(xiàn)。作為一切科研活動(dòng)的基礎(chǔ)，唯有網(wǎng)絡(luò)的與時(shí)俱進(jìn)，才能為人類的創(chuàng)造力提供更廣闊的平臺(tái)。幾年前，科學(xué)家的假說在大多數(shù)人眼里都是天馬行空，幾年后的今天，龐大的網(wǎng)絡(luò)支撐起了科學(xué)家的幻想，并將其一點(diǎn)一點(diǎn)地變?yōu)槭聦?shí)。

[1]歲月.面向泛在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的無線mesh網(wǎng)絡(luò)安全問題研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2015.

[2]王權(quán)琦.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)匿名通信關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].東北大學(xué)，2016.

[3]劉思青.基于智能天線的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2018.

[4]徐放.Mesh技術(shù)在滅火救援應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2014.