基于MikroTik RouterOS的校園無線Mesh網(wǎng)絡應用

摘要無線Mesh網(wǎng)絡是一種新型的無線寬帶接入網(wǎng)絡，它融合了無線局域網(wǎng)和Adhoc網(wǎng)絡的優(yōu)勢，具有自組網(wǎng)、自修復、多跳級聯(lián)、節(jié)點自我管理等優(yōu)勢。本文簡要介紹無線Mesh網(wǎng)絡的概念和特性，并設計了一個基于MikroTik的校園無線Mesh網(wǎng)絡的應用方案。

關(guān)鍵詞無線RouterOSMesh

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A

1 引言

無線Mesh網(wǎng)絡技術(shù)原是一項軍事技術(shù)，戰(zhàn)場上的移動網(wǎng)絡需要很高的數(shù)據(jù)速率、很低的被檢出概率和防止人為干擾的能力，而Mesh技術(shù)就具備了這些能力。隨著人們對802.11a、802.11b和802.11g等WLAN技術(shù)了解的深入，Mesh網(wǎng)絡才逐步成為企業(yè)界和消費者矚目的焦點。

無線局域網(wǎng)絡作為高效率，低成本的無線解決方案已經(jīng)成為當今的主流技術(shù)。無線的移動性為用戶創(chuàng)造了高效靈活的工作環(huán)境，大大提高了工作效率，其價值已被越來越多的人們所認同。對于服務提供商，無線局域網(wǎng)的無線寬帶接入與漫游能力可以擴展提供給用戶的隨時隨地“永遠在線”的網(wǎng)絡接入服務，為 ISP 帶來了新的商機。如何突破 WLAN 的傳統(tǒng)“熱點”結(jié)構(gòu)，提供大面積無線“熱區(qū)”覆蓋和真正平滑漫游能力無線 Mesh 接入技術(shù)作為新一代的無線局域網(wǎng)技術(shù)應運而生。

2無線Mesh網(wǎng)絡的概念

無線Mesh網(wǎng)絡是基于IP協(xié)議的無線寬帶接入技術(shù)，它融合了WLAN和Adhoc網(wǎng)絡的優(yōu)勢，支持多點對多點的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有自組網(wǎng)、自修復、多跳級聯(lián)、節(jié)點自我管理等智能優(yōu)勢以及移動寬帶、無線定位等特點，是一種大容量、高速率、覆蓋范圍廣的網(wǎng)絡，成為寬帶接入的一種有效手段。從某種意義上講，Mesh網(wǎng)絡更主要的是一種網(wǎng)絡架構(gòu)思想，主要功能體現(xiàn)在無中心、自組網(wǎng)、多級跳接和路由判斷選擇等。

無線Mesh技術(shù)是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡完全不同的新型無線網(wǎng)絡技術(shù)，在傳統(tǒng)的各種無線接入網(wǎng)絡中，拓撲結(jié)構(gòu)主要采用點到點或點到多點。一般都有一個中心節(jié)點與骨干網(wǎng)直接相連，如AP、基站。中心節(jié)點負責控制各用戶節(jié)點的接入和提供到骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡接口，每個客戶端均通過一條與AP相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡，用戶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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡。功能上遠較用戶節(jié)點復雜，成本也比較高昂。

而在無線Mesh網(wǎng)絡中，任何無線設備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或多個對等節(jié)點進行直接通信。各用戶節(jié)點可以通過相鄰的其他用戶節(jié)點，以多跳方式實現(xiàn)到骨干網(wǎng)的連接，新用戶可以通過它周圍的其他用戶節(jié)點很方便地接入到網(wǎng)絡中，由于在網(wǎng)絡擴展時，不再需要中心節(jié)點，可以極大地減少整個網(wǎng)絡的建設成本。

這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于:如果最近的AP由于流量過大而導致?lián)砣脑挘敲磾?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點進行傳輸，直到到達最終的地為止。這種訪問方式就是多跳訪問。

3 無線Mesh網(wǎng)絡的特性

無線Mesh網(wǎng)絡是一種非常適合于覆蓋大面積開放區(qū)城(包括室外和室內(nèi))的無線區(qū)域網(wǎng)絡解決方案。無線Mesh網(wǎng)絡的特點是:由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無線AP構(gòu)成，AP均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯(lián)，將傳統(tǒng)WLAN中的無線“熱點”擴展為真正大面積覆蓋的無線“熱區(qū)”。

這種結(jié)構(gòu)帶來的好處包括:(1)自配置。無線Mesh網(wǎng)中AP具備自動配置和集中管理能力，簡化了網(wǎng)絡的管理維護。(2)自愈合。無線Mesh網(wǎng)中AP具備自動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)路由連接，消除單點故障對業(yè)務的影響，提供冗余路徑。(3)高帶寬。將傳統(tǒng)WLAN的“熱點”覆蓋擴展為更大范圍的“熱區(qū)”覆蓋，消除原有的WLAN隨距離增加導致的帶寬下降。另外，采用Mesh結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，信號能夠避開障礙物的干擾，使信號傳送暢通無阻，消除盲區(qū)。(4)高利用率。高利用率是Mesh網(wǎng)絡的另一個技術(shù)優(yōu)勢。在單跳網(wǎng)絡中，一個固定的AP被多個設備共享使用，隨著網(wǎng)絡設備的增多，AP的通訊網(wǎng)絡可用率會大大下降。而在Mesh網(wǎng)絡中，由于每個節(jié)點都是AP，根本不會發(fā)生此類問題，一旦某個AP可用率下降，數(shù)據(jù)會自動重新選擇另一個AP進行傳輸。(5)兼容性。Mesh采用標準的802.11b/g制式，可廣泛地兼容無線客戶終端。除此之外，無線Mesh還提供更好的移動漫游能力，以及端到端的安全連接等。

因此，最適合部署無線Mesh網(wǎng)絡的環(huán)境有:較大的大學園區(qū)，作育場館，公共場所，住宅小區(qū)接入，以及需要監(jiān)控的公共場所。

4 MikroTik RouterOS的校園無線Mesh網(wǎng)絡應用

目前，采用傳統(tǒng)的2.4GHz無線橋接技術(shù)來實現(xiàn)接入和網(wǎng)絡互連的最大問題是頻段擁擠，在應用于以點對點無線網(wǎng)橋模式，很容易受到干擾，穩(wěn)定性差。MikroTik (下轉(zhuǎn)第121頁)(上接第119頁)無線寬帶接入產(chǎn)品工作在5GHz和2.4GHz頻段，能很好優(yōu)化頻段擁擠和干擾問題，同時由于產(chǎn)品專門設計了路由選擇功能、接入管理功能和更強組網(wǎng)能力，支持最新的802.11s Mesh無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡，是以無線局域網(wǎng)技術(shù)為基礎發(fā)展起來的新型無線寬帶接入設備。下面是一個典型MikroTik的Mesh無線網(wǎng)絡:

從上面的圖中，我們可以到看紅色的連接是設備間的5G鏈路，也是設備間的骨干通信，黃色連接則是無線終端設備，藍色節(jié)點是二級網(wǎng)絡連接。通過Mesh我們可以靈活的在網(wǎng)絡中添加設備，實現(xiàn)網(wǎng)絡的冗余，Mesh的多點覆蓋還可以解決盲點和障礙問題。Mesh還提供更好的移動漫游能力，以及端到端的安全連接等等。

在上面這個Mesh無線網(wǎng)絡的基礎上，我們設計了一個多校區(qū)的大學校園無線Mesh覆蓋:

通過這個圖，我們可以看到Mesh是如何構(gòu)建一個完整的大學校園無線網(wǎng)絡，假設校區(qū)A點有光纖接入，且校區(qū)A的無線基站通過5G信號傳遞到校區(qū)B的AP1節(jié)點，在校區(qū)B我們通過3個AP使用2.4G頻段為本校區(qū)內(nèi)的終端戶(無線上網(wǎng)的筆記本、PDA、IP電話以及安裝無線網(wǎng)卡的PC)提供無線上網(wǎng)。在遠處的校區(qū)C也通過5G頻段連接到校區(qū)B的AP3，而校區(qū)C也同樣有寬帶線路的出口，也和校區(qū)A做了5G的骨干連接，形成一個環(huán)路。由于MikroTik Mesh具備自愈合，無線Mesh網(wǎng)中AP具備自動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)路由連接，消除單點故障對業(yè)務的影響，提供冗余路徑。這樣保證了當一個節(jié)點斷開后，其他節(jié)點不受影響。

MikroTik RouterOS內(nèi)核軟件中提供了動態(tài)Mesh和靜態(tài)Mesh兩種方式，集成了各種無線監(jiān)測軟件。在具體配置時，把所有無線模塊均采用橋接方式，為了避免環(huán)路的出現(xiàn)，每個設備的bridge都啟用STP協(xié)議，同時實現(xiàn)了設備間的冗余。所有設備間的配置都將Mode設置為ap bridge，Band、頻率、SSID配置為相同的參數(shù)，這樣就完成了無線漫游的設置。

5 結(jié)語

Mesh網(wǎng)絡作為一種新型的無線接入網(wǎng)絡，具有組網(wǎng)的快速靈活性和節(jié)點的分布性等優(yōu)點，可以提供高速的接入速率。此外，其以少量的基礎設施構(gòu)成覆蓋范圍廣的高速無線網(wǎng)絡，投資較小，網(wǎng)絡建設時間短，便于升級。我們有理由相信，隨著無線Mesh技術(shù)研究的不斷深入，其應用的領域會越來越廣。