无线Mesh解决多跳难题(星矢科技).doc

无线Mesh解决多跳难题概述随着无线mesh网络的普及，其规模和复杂程度持续发展然而多跳的mesh网 络遇到越来越多的难题，比如带宽降低，无线干扰以及网络时延等譬如，在网络 中的每一跳吞吐量会下降多达 50%，连续多跳情况下吞吐量下降得更迅速，其结果 将导致网络性能的严重降低 在语音和视频应用大量运行的极端情况下， 时延和 RF 干扰将达到不可接受的程度，而导致连接完全中断传统的mesh网络只能提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于大规模 网络部署还存在诸多疑问因而需要一种新型结构化的无线 mesh在其网络中无论 跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性为了具有可实施性，无线mesh必须是低时延的网络，为ingress和egress回 程流量提供单独的无线带宽链路 （类似于全双工连接），并自动地使用最高的可用吞 吐量它必须是多频、多信道、多RF的系统，还应该是模块化的，并且具有扩展为 未来技术的灵活性这种低时延的mesh网络已经在实验室环境（无噪声）和真实环境（有噪声） 中进行了测试测试跳数逐步从 1 跳增加到 10跳，结果表明即使达到 10跳，无噪 声情况下网络回程吞吐量只有 4%的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了 40%。

时延测 试结果也同样令人满意一一完全在语音（VoIP ）和视频应用可接受的范围内带宽下降测试结果是与为回程流量使用单频的 mesh网络的最佳情况进行比较的单频mesh网络在无噪声情况下经过5跳后带宽就会令人吃惊地丢失了 80%介绍无线局域网（WLAN或者 Wi-Fi ?已经不仅仅局限于小规模网络的解决方案由于 无线所固有的高效性和灵活性， 它已经成为 IT 的主流，并被认为是企业级和运营级 网络一种行之有效的解决方案业界中的很多企业都认识到，向无线终端提供数据 和 VoIP 的移动性服务将获得巨大的收益， 因此他们在特定区域进行无线覆盖或 “热 区”（hot zone）来更好地服务客户无线覆盖也可以扩展为大规模部署，比如城域 和区域网络，甚至实现覆盖多城市传输应用为什么需要无线 mesh？无线mesh网络具有诸多优于其它类型无线部署的优势这些优势主要集中在降低网 络关键环节的成本——安装、维护以及运行维护等方面以某些情况下，由于网络 拓扑结构、缺少有线基础设施、或者是在客户室内或室外位臵布线成本高等原因，无线mesh网络成为部署网络基础设施的唯一可行方案在发展历程上，业界中有三种 Wi-Fi方案:第一代集中式网络模式一一是一种非智能的网络， 相 互独立的多个接入点（AP）连接到同一个有线局域网中。

集中式网络模式第三代Wi-Fi mesh网络——是一种智 能网络由于网络节点间能够通过802.11 无线链路相互连接，因此它们不需要通过 有线连接到交换机上Mesh网络架构可以 扩展通信传输区域，也可以同时为无线用 户和网络节点提供接入服务如果设计的 合理，mesh网络可以成为咼性能、咼可靠 并具有冗余能力，并且能够扩展到包含成 千上万个设备这种类型的网络安装快捷， 并且不要求精细的规划和位臵选择即可获 得可靠的通讯简单地移动某个网络节点 或者增加一个节点就可以立即完善一个信 号较弱或无信号的区域■Fxs. / \ ■b y.\ /Nodesa 口 \ /■结构化Mesh网络模式第二代集中式网络模式一一是对已有交换机最简单 的一种扩展方式，大多数有线交换机设备均支持这种 模式倾向于将智能功能从AP剥离出来放到交换机中然 而，这种方法产生了许多意想不到的后果（例如，单点 故障、带宽瓶颈以及缺乏扩展性和灵活性）此外，要 是增加AP设备使得现有的WLA交换机端口不够用时，就 必须购买新的交换机这两种Wi-Fi方案还存在着一个共性的问题一一它们不是真正 的无线，只是“更少的”有线连接 AP的以太网还是必要的| Nodas自我修复的网络在无线mesh网络中，每个节点都会维持 到最邻近节的最优路径。

当无线环境发 生变化时，比如加入新节点或者发生拥 塞，数据路径会根据时延、吞吐量、噪 声等因素进行重新评估，并且mesh网络 会自动地进行自我调节将性能维持在 最佳性能如果某个数据路径丢失，或 者RF干扰影响了性能，网络会通过重路 由流量实现自我修复，这样节点既可以Nodes □保持连接，而且数据路径也始终是最优的所有的自我调节和自我修复过程都是动 态的，在后台执行并且是实时的 ――对用户而言是透明的，不需 要人为干预□绕过障碍物在室外环境中部署网络时，mesh 体系架构允许无线网络绕过大的 物体（比如建筑物和树木）进行 流量交换无线mesh网络能够很 容易地通过中间中继节点绕过 障碍物转发数据包，而不是试图 直接穿过障碍物尤其在有很多障碍物的城市环境或者有丘陵或山区等传统无线网 络覆盖有困难的乡村区域，该方案都非常有效实现无线Mesh勺方案无线Mesh勺方案有很多种，但是大部分的方案都来源于最初的无线分布式系统（Wireless Distribution System, WDS ）概念WD是一种使用无线桥接和无线 repeating的无线AP莫式，无线桥接也就是只能在AF之间进行通讯，AF不接受无线客 户端的访问；而无线repeating既允许AR之间互相通讯，AP也可以与无线客户端进行 通讯。

所有的mesh网络在本质上都是用户流量在离开网络（比如到达有线的LAN之 前通过多个节点用户流量到达目的地所要经过的跳数取决于网络的设计、链路的 长度、使用的技术以及其它一些因素单频方案 所有信息都在同一信道上单频模式是无线mesl最脆弱的方案接入点仅使用一个信道，此信道由无线客户端 和回程流量（在AR之间转发）共享当更多的AR加入到网络中的时候，用于回程流量的带宽将会占据越来越高的比例， 仅仅留很少一部分容量给无线客户端此现象的原因是由于无线是一个共享的媒质本方案的AP不能同时发送和接收数据而且在其覆盖范围内另一个 AP正在传输的时 候，该AP也不能发送数据这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则 （CSMA/CA简单计算一下就会发现，在单频方案中每个无线客户端只能获得很有限的吞吐量举例来说，假设你有5个AP,每个APt20个无线客户端与之相连，所有的APffi客户端 共享同一个802.11b信道（5MbpS，这样等价于每个用户只能获得少于 50KbpS的吞 吐量一一比拨号连接还要慢而且由于所有的无线客户端和 AP必须工作在同一个信 道上，无线资源的竞争和RF干扰还会导致不可预期的时延。

双频方案——回程共享 在双频方案中，一个频道专门用来连接无线客户端，而另一个频道专门用来进行无 线回程传输 回程信道同时由ingress和egress流量共享这意味着什么呢？无线客户端流量将得到一些的改善， 但是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想多频方案——结构化的无线 mesh在多频（或者称作结构化mesh方案中，每个网络节点至少使用三个频道的专用无 线链路接口， 其中一个频道用于客户端的流量， 第二个频道用于 ingress 无线回程流 量，第三个频道用于egress无线回程流量这个无线mesh网络的方案与单频或双频 方案相比提供了很好的性能因为每个链路都工作在独立的信道上，专用的回程链 路可以同时发送和接收数据Ch 8 I Oh. 1 1分离的Ingress/Egress回程链路多跳的难题多跳的难题包括带宽降低、无线干扰和网络时延问题，这些问题是由于流量需要在无线mesh网络中进行多次“跳跃”所引起的带宽降低当回程被共享的时候，多跳带来的带宽降低的问题尤为严重， 比如单频和双频方案 在这些情况下，每个从AP到AP “跳越”的流量，其吞吐量都几乎会被削减了一半 对于这类带宽降低模式主要有两个原理。

不管你选择最佳情景原理的降低为1/n （其中n是跳数），还是选择最坏情景原理的 降低为1/2n-1，带宽降低的数量都是现实存在的，参见下表NumOer对 Hops5-34&£75&wBest卍1/nTOO%30%2%3D%13%IK10%WorstCasua%TW0Hi最佳情况的场景是假设所有的节点都以线性的方式排列，类似于一个珍珠串，每个 节点只能和它两个邻接的节点通信但是在实际部署的 mesl网络中，任何一个节点都能“侦听”到至少3个或4个邻接的节点这时，带宽降低更加类似于最坏情况的 情景下图说明了 802.11a/g和802.11b采用单频方案在最佳情况的场景下吞吐量降 低的情况Single Radio Throughput DegradHfiion (Bost Ca&o}Nunntwr g

无线干扰无线干扰是一个十分重要的问题，它将影响到无线网络的性能简单地说，无线干 扰可以定义为非期望的信号干扰了其他无线通信设备的正常操作在当今的无线网 络中，802.11b和802.11g是企业和服务提供商向用户提供无线覆盖最常用的技术而大部分无线mesh部署都是使用802.11b作为无线回程的基础架构，这些网络回程带 宽很容易受到来自于相同频段内工作的邻近设备无线干扰的影响无线干扰还会导致传输错误，这些错误可能会混合而且需要注意的是，在网络不 同的部分干扰也千差万别就像前面所提到的，单频和双频方案在网络中使用同一 个回程信道，当网络中任何部分受到了干扰的影响，整个网络的性能将会降低而 且，这些方案不能修改网络中该部分的配臵（比如调整信道）来避免干扰Wi-Fi网络并不是工作在免许可的2.4 GH和5 GH频段的唯一无线设备还有其他类型设备工作在这些频段，包括安全系统、对讲系统、无绳以及其他很多设备另外，也有一些电子设备会在免许可频段内泄露无线信号（比如微波炉、计算机和 移动）这些设备会导致不同方式的干扰，可能是暂时的（比如微波炉）或持 续的（比如无线视频监控摄像机）网络时延VoIP 的应用是 Wi-Fi 的一个关键驱动力。

建立和部署 Wi-Fi 和 IP 融合的解决 方案可同时支持语音和数据服务，该解决方案可能会使得 WLAF在企业中得到广泛应 用为了支持这些语音和视频应用，就要求网络具有很小的时延和抖动当分组包在网络节点之间转发的时候，一定会存在处理时延在大规模广域 mesh网络中，通常需要很多到有线网络的终止点来避免过多的时延——但是这样就不能充 分发挥无线mesh网络的优势而且，随着时延的增加，语音和视频应用将受到严重 的影响（尤其当无线客户端漫游的时候），甚至可能会导致连接完全中断当mes使用layer 3 （路由）协议的时候将会引入另一个问题， 也就是在使用layer 3 协议的时候，帧头开销可能会很小，因此数据比较适合小规模或中等规模部署的网 络，而不适合支持很多用户的大规模环境， 这些用户会漫游并使用语音和视频应用时延会影响整个无线网络的性能， 而导致时延的原因有很多种， 包括啁啾声， 拥塞， 超时和重传。