網狀網

網狀網（mesh network）也成為多跳網絡，是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡技術。

在傳統的無線局域網(WLAN)中，每個客户端均通過一條與AP相連的無線鏈路來訪問網絡，用户如果要進行相互通信的話，必須首先訪問一個固定的接入點(AP)，這種網絡結構被稱為單跳網絡。而在無線Mesh網絡中，任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，網絡中的每個節點都可以發送和接收信號，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。 ^[1] 

如果最近的AP（Access Point）由於流量過大而導致擁塞的話，那麼數據可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節點進行傳輸。依此類推，數據包還可以根據網絡的情況，繼續路由到與之最近的下一個節點進行傳輸，直到到達最終目的地為止。 ^[1] 

在無線Mesh網狀網中，每個節點都會維持到最鄰近節的最優路徑。當無線環境發生變化時，比如加入新節點或者發生擁塞，數據路徑會根據時延、吞吐量、噪聲等因素進行重新評估，並且Mesh網絡會自動地進行自我調節將性能維持在最佳性能。如果某個數據路徑丟失，或者RF干擾影響了性能，網絡會通過重路由流量實現自我修復，這樣節點既可以保持連接，而且數據路徑也始終是最優的。所有的自我調節和自我修復過程都是動態的，在後台執行並且是實時的——對用户而言是透明的，不需要人為干預。 ^[2] 

單模塊模式是無線mesh最脆弱的方案。接入點僅使用一個信道，此信道由無線客户端和回程流量（在AP之間轉發）共享。 ^[3] 

當更多的Mesh節點加入到網絡中的時候，用於回程流量的帶寬將會佔據越來越高的比例，僅僅留很少一部分容量給無線客户端。此現象的原因是由於無線是一個共享的媒質。單模塊方案的Mesh節點不能同時發送和接收數據。而且在其覆蓋範圍內另一個Mesh節點正在傳輸的時候，該Mesh節點也不能發送數據。這種對可用共享帶寬的競爭是基於類似以太網的無線衝突避免原則(CSMA/CA)。 ^[3] 

簡單計算一下就會發現，在單模塊方案中每個無線客户端只能獲得很有限的吞吐量。舉例來説，假設你有5個AP，每個AP有20個無線客户端與之相連，所有的AP和客户端共享同一個802.11b信道（5Mbps），這樣等價於每個用户只能獲得少於50Kbps的吞吐量——比撥號連接還要慢。而且由於所有的無線客户端和AP必須工作在同一個信道上，無線資源的競爭和RF干擾還會導致不可預期的時延。 ^[3] 

在雙頻方案中，一個頻道專門用來連接無線客户端，而另一個頻道專門用來進行無線回程傳輸——回程信道同時由ingress和egress流量共享。這意味着什麼呢？無線客户端流量將得到一些的改善，但是全網的性能仍然由於回程的瓶頸問題而不理想。 ^[3]  當回程被共享的時候，多跳帶來的帶寬降低的問題尤為嚴重，比如單頻和雙頻方案。在這些情況下，每個從AP 到AP“跳越”的流量，其吞吐量都幾乎會被削減了一半。

在802.11b情況下，此表的起始吞吐量為5 Mbps－－因為802.11b任何信道的毛數據速率為11 Mbps，其有效吞吐量接近於5 Mbps。類似地，802.11a/g的有效吞吐量接近於24 Mbps。正像前表中所顯示的一樣，在無噪聲環境下的結果顯示了僅僅5跳帶寬就會有80%丟失。即使在最佳情景的時候，對於中等規模和大規模環境，帶寬的損失也是不可接受的。

在多頻（或者稱作結構化mesh）方案中，每個網絡節點至少使用三個頻道的專用無線鏈路接口，其中一個頻道用於客户端的流量，第二個頻道用於ingress無線回程流量，第三個頻道用於egress無線回程流量。這個無線mesh網絡的方案與單頻或雙頻方案相比提供了很好的性能。因為每個鏈路都工作在獨立的信道上，專用的回程鏈路可以同時發送和接收數據。 ^[3] 

對於大規模無線網絡部署，尤其在語音、視頻和數據漫遊應用很關鍵的時候，需要新型的無線Mesh 技術——提供專用的無線鏈路、802.11a 用於回程流量、低時延交換、蜂窩狀的客户端覆蓋。要想在任何時候都提供最佳的性能，這樣的網絡必須是模塊化的、多頻、多信道、多RF 的mesh。同時具有以下特點：非常靈活，完全可擴展的，而且是面向未來技術的，比如WiMAX、802.11n (MIMO)或者 Ultra-Wideband (UWB)。

這種多模的Mesh在10跳的情況下，在無噪聲環境中只丟失了4%的回程吞吐量，而在真實環境中也僅僅丟失40%回程吞吐量。時延結果也同樣令人振奮的，32 byte的分組包的時延只有15ms，1400 byte的分組包時延為25ms。這兩個結果都在VoIP和視頻應用可接受的時延限制即100ms以內。

多頻結構化的無線Mesh在廣域、高利用率環境中，當無線客户端使用的語音和視頻應用需要漫遊（比如在汽車或火車上）時，時延和帶寬問題變得讓人可以接受。使網狀網可部署高性能、高擴展性的網絡，並支持實時的語音、視頻和數據應用。

無線Mesh技術具有無單點故障的健壯性和穩定性。由軍方技術轉化而來的無線Mesh網絡，擁有傳統無線網絡無法比擬的智能性，因為它不依賴於某一個單一節點的性能。在單跳網絡中，如果某一個節點出現故障，整個網絡也就隨之癱瘓。而在 Strix無線Mesh網狀網結構中，每個Mesh網狀網節點都有多條數據路徑，多個Mesh節點形成網狀組網架構。如果任何一處的節點出現故障或者受到干擾，數據包將通過無線Mesh網狀網智能化的算法自動路由到備用路徑繼續進行傳輸，整個網絡的運行不會受到影響。 ^[2] 

在Strix無線Mesh網絡中，每個設備都有多個傳輸路徑可用，網絡可以根據每個節點的通信負載情況動態地分配通信路由，從而有效地避免了節點的通信擁塞。相比之下，單跳網絡卻不能動態地處理通信干擾和接入點超載的問題。 ^[2] 

無線通信的物理特性決定了通信傳輸的距離越短就越容易獲得高帶寬，因為隨着無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導致數據丟失的因素隨之增加。因此選擇經多個短跳來傳輸數據將是獲得更高網絡帶寬的一種有效方法，一個節點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節點轉發信息，可以繞開高大建築、地形地勢產生的阻擋，從而實現高帶寬的非視距傳輸能力。隨着更多節點的相互連接和可能的路徑數量的增加，總的帶寬也大大增加。此外，因為每個短跳的傳輸距離短，傳輸數據所需要的功率也較小。既多跳網絡通常使用較低功率將數據傳輸到鄰近的節點，節點之間的無線信號干擾也較小，網絡的信道質量和信道利用效率大大提高，因而能夠實現更高的網絡容量。 ^[2] 

無線Mesh網狀網提供了高速移動支持的能力，無線Mesh網狀網節點間進行非常快速切換的能力，可以在高速環境下的寬帶移動無線網絡的部署。以Strix公司的無線Mesh網絡技術為例，支持超過200 公里/小時的速度下的高速移動和快速漫遊切換，提供高效可靠的解決方案。 ^[2] 

網狀網技術是採用了類似Internet網絡的組網方式，是基於IP技術的寬帶無線網絡技術，可與現有的路由器、交換機等有線網絡無縫的融合，並且承載的數據業務、語音業務和視頻業務都能夠基於IP數據包傳輸。 ^[2] 

1、基於IEEE 802.11b/a/g的網狀網技術

使用基於IEEE802.11b/a/g的網狀網技術的有事在於傳輸數率較高，傳輸距離遠，其產品能夠與現有的無線局域網產品兼容，符合客户使用習慣，市場易於開拓。其缺點在於產品功耗較大，價格較高，相鄰頻道存在相互干擾，整個網絡的容量有限。 ^[4] 

2、基於ZigBee的網狀網技術

一直以來，低成本、低速率、低功耗的無線傳輸技術在很多領域有極大地需求。ZigBee正是一種新興的近距離、低複雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線傳輸技術，它是一種介於無線標記技術和藍夜之間的技術提案。 ^[4] 

3、基於UWB的網狀網技術

超寬帶技術UWB是一種無載波通信技術，它不採用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦窄脈衝傳輸數據，又稱脈衝無線電技術，出現於60年代。它佔有的頻譜範圍很寬，其中心頻率大於500MHz，相對寬帶大於25%。 ^[4] 

作為新興技術，網狀網技術諸多價值點使業界對其寄予厚望，多種技術特點使其在公共運營網絡和專網中獲得廣泛了認可。美國的舊金山、費城等多個城市已經採用該技術建設覆蓋整個城市的無線網絡，以期實現同時提供無線寬帶、市政管理和公共安全等功能。可以預見的，無線Mesh技術帶來的飛躍，將推動新一輪的無線應用熱潮。