mesh

無線Mesh網絡憑藉多跳互連和網狀拓撲特性，已經演變為適用於寬帶家庭網絡、社區網絡、企業網絡和城域網絡等多種無線接入網絡的有效解決方案。無線Mesh路由器以多跳互連的方式形成自組織網絡，為WMN組網提供了更高的可靠性、更廣的服務覆蓋範圍和更低的前期投入成本。WMN繼承了無線自組織網絡的大部分特性，但仍存在一些差異。一方面，不同於無線Ad Hoc網絡節點的移動性，無線Mesh路由器的位置通常是固定的；另一方面，與能量受限的無線Ad Hoc網絡相比，無線Mesh路由器通常具有固定電源供電。此外，WMN也不同於無線傳感器網絡，通常假定無線Mesh路由器之間的業務模式相對穩定，更類似於典型的接入網絡或校園網絡。因此，WMN可以充當業務相對穩定的轉發網絡，如傳統的基礎設施網絡。當臨時部署WMN執行短期任務時，通常可以充當傳統的移動自組織網絡。

WMN的一般架構由三類不同的無線網元組成：網關路由器（具有網關/網橋功能的路由器），Mesh路由器（接入點）和Mesh客户端（移動端或其他）。其中，Mesh客户端通過無線連接的方式接入到無線Mesh路由器，無線Mesh路由器以多跳互連的形式，形成相對穩定的轉發網絡。在WMN的一般網絡架構中，任意Mesh路由器都可以作為其他Mesh路由器的數據轉發中繼，並且部分Mesh路由器還具備因特網網關的附加能力。網關Mesh路由器則通過高速有線鏈路來轉發WMN和因特網之間的業務。WMN的一般網絡架構可以視為由兩個平面組成，其中接入平面向Mesh客户端提供網絡連接，而轉發平面則在Mesh路由器之間轉發中繼業務。隨着虛擬無線接口技術在WMN中使用的增加，使得WMN分平面設計的網絡架構變得越來越流行 ^[1]  。

Mesh組網需綜合考慮信道干擾、跳數選擇、頻率選取等因素。本節將以基於802.11s的WLANMESH為例，分析實際可能的各種組網方案。下面重點分析單頻組網和雙頻組網方案及性能。

單頻組網方案主要用於設備及頻率資源受限的地區，分為單頻單跳及單頻多跳。單頻組網時，所有的無線接入點Mesh AP和有線接入點Root AP的接入和回傳均工作於同一頻段，以圖1為例，可採用2.4GHz上的信道802.11b/g進行接入和回傳。按照產品實現方式及組網時信道干擾環境的不同，各跳之間採用的信道可能是完全獨立的無干擾信道，也可能是存在一定干擾的信道（實際環境中多為後者）。此時由於相鄰節點之間存在干擾，所有節點不能同時接收或發送，需要在多跳範圍內用CSMA/CA的MAC機制進行協商。隨着跳數的增加，每個Mesh AP分配到的帶寬將急劇下降，實際單頻組網性能也將受到很大限制。

雙頻組網中每個節點的回傳和接入均使用兩個不同的頻段，如本地接入服務用2.4 GHz 802.1l b/g信道，骨幹Mesh回傳網絡使用5.8 GHz 802.11a信道，互不存在干擾。這樣每個Mesh AP就可以在服務本地接入用户的同時，執行回傳轉發功能。雙頻組網相比單頻組網，解決了回傳和接入的信道干擾問題，大大提高了網絡性能。但在實際環境和大規模組網中，回傳鏈路之間由於採用同樣的頻段，仍無法完全保證信道之間沒有干擾，因此隨着跳數的增加，每個Mesh AP分配到的帶寬仍存在下降的趨勢，離Root AP遠的Mesh AP將處於信道接入劣勢，故雙頻組網的跳數也應該謹慎設置。

無線Mesh網絡實施中涉及到的關鍵技術主要包括：多信道協商；信道分配；網絡發現；路由轉發；Mesh安全。

（1）多信道協商

無線Mesh網絡進行多信道接入時，網絡中的MP節點一次只能偵聽一個信道，為了使用多信道，節點不得不在可用信道之間動態切換，這就需要一種協調機制，保證通信的兩個節點都工作在相同的信道上。一種解決方法是將時間軸被劃分為信標間隔，在每一個信標間隔的開始，建立一個叫做ATIM的時間窗口，並要求在ATIM時間窗口的起始時刻，網絡中所有節點都被強制切換到相同的信道上。在ATIM窗口內，有數據需要發送的節點使用控制消息和接收端協商信道。

信道協商過程如圖3所示，4個節點構成鏈狀拓撲，按照A-B-C-D順序排列。節點A有分組要發送到節點B，節點D有分組要發送給節點C。當一個新的信標間隔開始，所有節點都切換到信道1，進去到ATIM窗口，A等待一個隨機時延（避免衝突）後向B發送ATIM分組，ATIM分組中包含A的PCL（Preferable Channel List），這個表中記錄了結點鄰域內信道的使用情況。當結點B收到ATIM分組後，根據A的PCL和自己的PCL選擇信道。在發送端和

接收端通信範圍內，被較少結點使用的信道將被優先選取。假設結點B選擇了信道1，然後，結點B向結點A回覆ATIM-ACK分組，分組中包含選擇的信道，結點A向結點B發送ATIM-RES確認這次協商。根據ATIM-ACK和ATIMRES分組，結點A和結點B的鄰居也就知道了結點A和結點B將使用信道1通信，並更新自己的PCL，便於將來根據這些信息為自己選擇信道。當ATIM窗口結束，各結點切換到選擇的信道上，在信標間隔餘下的時間內進行通信。另外，MAC可以在ATIM窗口期間廣播消息，支持本地廣播功能。PCL將信道分為以下三種狀態。高優先級表示在當前信標間隔，此信道已經被該結點選用，每個信標間隔內，一個結點最多隻能有一個信道處於高優先級狀態。中優先級表示此信道還沒有被傳輸範圍內的結點選用。低優先級表示此信道至少已經被一個鄰居結點所選用。每個信標間隔的開始，PCL中的信道被複位到中優先級狀態。如果發送結點和接收結點協商好某個信道，那麼，這兩個結點就將該信道置為高優先級狀態；如果一個結點偵聽到ATIM-ACK或ATIM-RES分組，並且該分組中指定的信道處於中等優先級，就將該信道置為低優先級，與其關聯的計數器設置為1；如果分組中指定的信道處於高優先級，則不改變狀態；如果分組中指定的信道已經處於低優先級，則與其關聯的計數器增加1。這種多信道協商方法的目的是要選擇業務負載小的信道，儘可能地平衡信道負載，減小競爭和退避所浪費的帶寬。

（2）信道分配

信道分配技術主要用於多信道無線Mesh網絡中多個信道的使用和管理，在保證網絡良好連通性的同時，降低Mesh網絡中發生信道衝突的概率，以提升網絡效率。與多信道協商技術不同的是，信道分配技術是從信道頻率資源劃分的角度，分配Mesh網絡中多個信道的使用，比如為MP間的互連定義一組信道而為MAP和Mesh STA間的互連定義另一組信道。組劃分是一種常用的無線Mesh網絡信道分配方案，其將每個MP節點的所有鄰居節點進行組劃分，然後每個組進行信道的統一指定；每個組分配的信道則選擇節點衝突鄰域內使用次數最少的信道進行指定並保證組間的互連。

（3）網絡發現

網絡發現技術主要是用於Mesh網絡中新節點和鄰居節點的發現以及建立相應的信息列表。網絡發現主要是採用網絡掃描和列表維護的方式進行，其中網絡掃描是指無線Mesh網絡中的MP節點通過主動發送或監聽Beacon信號對其周圍的鄰居節點進行監聽，而列表維護則是把通過網絡掃描發現的屬於同一Mesh網絡的鄰居節點的信息加入列表中。如果發現的鄰居節點是新節點，則其可以通過路由表被整個網絡發現。

（4）路由轉發

無線Mesh網絡的很多技術特點和優勢來自於其Mesh網狀連接和尋路，而路由轉發的設計則直接決定Mesh網絡對其網狀連接的利用效率，影響網絡的性能。在設計無線Mesh網絡路由協議時要注意，首先，不能僅根據“最小跳數”來進行路由選擇，而要綜合考慮多種性能度量指標，綜合評估後進行路由選擇；其次，要提供網絡容錯性和健壯性支持，能夠在無線鏈路失效時，迅速選擇替代鏈路避免業務提供中斷；第三，要能夠利用流量工程技術，在

多條路徑間進行負載均衡，儘量最大限度利用系統資源；第四，要求能同時支持MP和Mesh STA。常用的無線Mesh路由協議可參照Ad Hoc網絡的路由協議，幾種典型的路由協議包括：動態源路由協議（DSR）、目的序列距離矢量路由協議（DSDV）、臨時按序路由算法（TORA）和Ad Hoc按需距離矢量路由協議（AODV）等。DSR是最常見的一種對等的基於拓撲的反應式自組織路由協議，它的特點是採用積極的緩存策略以及從源路由中提取拓撲信息，通過比對，實現路由創建。 ^[2] 

（5）Mesh安全

Mesh網絡特有的多跳自組織特性導致其特有的安全目標，例如Mesh節點間的雙向認證；各跳端到端鏈路數據流量的機密性和完整性保護；Mesh節點的接入控制和管理。為了針對性解決這些安全問題，Mesh安全技術被提出。Mesh安全關聯（MSA，Mesh Security Association）則是一種常用的Mesh安全架構。在MSA安全架構中，密鑰體系是其核心。一個MP只有通過身份認證後建立起一套密鑰體系才被允許在網絡中發起通信。MSA架構將參與安全交互的MP節點分成3種角色：MKD、MA和Candidate MP。Candidate MP是指希望加入Mesh網絡的節點。MA是具備為Candidate節點提供認證服務資格的節點，它能夠建立並維護一條通往MKD的安全鏈路以保證經其轉發的Candidate MP證信息的安全。MKD與外部認證服務器AS間存在一條安全物理鏈路，主要負責主密鑰的生成和分發以及確認MA的資格。初始MSA認證用於安全地建立MP對之間的鏈路。每個Candidate MP至少經過一次成功的初始MSA認證才可以在網絡中傳輸數據。一個完整的MSA認證過程可分為以下3個階段：P L M (P e e r L i n kManagement)協議交互階段；EAP認證階段；MSA4次握手階段。PLM用於協商後續階段所需的各種安全參數，並定義了密鑰選擇流程和角色選擇流程，允許MP通信對進行存儲密鑰的協商和EAP認證階段各自角色的選擇。在EAP認證階段使用EAP框架實現客户身份認證，最終將MKD生成的PMK-MA和隨機數分發到對應的MA。MSA4次握手階段將通過雙方共享的PMK-MA和交換的兩個隨機數生成最終的會話密鑰，並使用該會話密鑰保護傳輸數據的機密性和完整性，到此完成密鑰體系鏈路安全分支的建立。

函數功能：繪製由線條框構成的曲面。

語法格式：

mesh(X,Y,Z)

X、Y、Z中Z通常是X,Y的函數，即Z(X,Y)。X、Y通常是通過調用meshgrid函數生成的數據網格（具體參見meshgrid）。

mesh(Z)

mesh(...,C)

mesh(...,'PropertyName',PropertyValue,...)

mesh(axes_handles,...)

meshc(...)

meshz(...)

h=mesh(...)

相關函數：meshc,meshz,surf

可以直接導入各種逆向造型軟件，它們的Mesh模塊需要做的，就是三種功能：

1.生成小三角幾何體，有專門的算法來過濾多餘的點，以及從點雲中選擇最合適的三個相鄰點生成一個小三角片，

2.修改小三角幾何體，

3.在小三角幾何體上通過掃描，投影等方式生成廣順的曲線，作為製作曲面數據的工具。

繪製球面的一塊

v=-0.5:0.05:0.5;

[x,y]=meshgrid(v);

z=sqrt(1.0-x.^2-y.^2);

mesh(x,y,z);

即微軟的Microsoft Live Mesh，2008年11月1日，微軟已對美國和英國的LIVE ID開放了Windows mobile手機端的"Live Mesh”Beta服務。中國地區用户可以將LIVE ID所在地更改為US或UK，然後點擊US residents,UK residents，即可激活手機端提前體驗移動版"Live Mesh”Beta服務。

Live Mesh是一個“軟件+服務”平台，將計算機和其他設備通過互聯網整合到一起，允許個人和組織管理、訪問和共享他們的文件和應用，無縫整合各種設備和互聯網。Live Mesh包括：

§平台明確和構建用户的設備、數據、應用和人之間的數字關係-開發者將獲得開放的數據模型和協議。

§雲服務提供微軟數據中心的平台。

§軟件允許本地應用客户端離線進行雲計算的交互。

§平台體驗將用户設備、文件和應用，以及社會化圖表通過Feed整合在一起，這是該平台最主要的優勢。

通過Live Mesh可以在多環境、多設備上同步自己的數據，而且微軟為每一個用户提供了高達5G的數據存儲空間