探討寬帶無線Mesh網絡的關鍵技術與應用

◆顧春靜

探討寬帶無線Mesh網絡的關鍵技術與應用

◆顧春靜

（蘇州市消防救援支隊 江蘇 215000）

隨著網絡技術的飛速發展，無線網絡的組網模式也發生著變化。基于人們對日常網絡的需求，結合不斷被更新的802.11x標準，一種覆蓋范圍廣、接入可靠、傳輸帶寬高、擴展性強的新型無線網絡被提出，它就是無線Mesh網絡。本文從寬帶無線Mesh網絡的簡要概述以及優勢分析入手，分析其核心技術，探索該網絡在各領域的應用。

寬帶無線Mesh網絡；關鍵技術；應用

隨著科技的飛速發展，人們利用無線網絡處理各類信息、實現各種應用，但大多情況都是基于三大運營商的公共網絡，在一些通信網絡擁塞、設施損壞的場合下，如何快速建立無線網，如何將可靠的將現場信息傳送到另一個城市，成為我們迫切需要解決的現實問題，一種具備自組織、自路由和自修復能力的無線通信及時便產生，無線Mesh網絡就是近年來無線通信領域發展起來的一種結合了WLAN和移動AdHoc網絡各自優勢的新型網絡技術，可對傳統網絡的帶寬容量和通信可靠性有所提升，并打破了傳統無線局域網絡中訪問需要固定接入點的問題，拓寬了訪問方式，以強調網絡的高速性和靈活性，在團隊野外活動、機場、礦井、電力、工廠等應急通信中有廣泛應用前景。

1 寬帶無線Mesh網絡的簡要概述以及優勢分析

1.1 無線Mesh網絡的簡要概括

無線Mesh網絡又被形象地稱為“多跳”網絡，是由Ad hoc網絡發展而來，可以與其他網絡實現無縫對接協同通信，是一個動態不斷擴展的網絡協議架構，任意的兩個設備均可以借由多條無線鏈路保持互聯互通。首先無線Mesh網絡在連接方式上實現了巨大突破。不同于傳統的無線局域網，無線Mesh網絡可以在任何無線設備節點處發送和接收信號，每一個節點都可以作為接入點和路由器。這樣一來，就在連接方式上完成了“一對一”到“多對多”的改變。其次數據在傳輸的過程中如果遇到阻礙，可以另行選擇臨近的其他節點，直至到達訪問地。最后無線Mesh網絡在省略節點處排列布線需求的同時，不失分布式網絡的特征，具有完整的冗余機制和重新路由功能，以保證網絡的正常運行。

1.2 無線Mesh網絡的優勢分析

在傳統單跳無線通信網絡中，組網節點只具備AP（Access Point，接入點）功能，組網的任何一個AP發生故障時，網絡將陷入癱瘓狀態。相對于單跳網絡，Mesh網絡將更加穩定，其有效地避免了“一對一”模式下可能發生的個別路由器故障導致的整個網絡癱瘓現象。網絡構造中提供的多路徑為數據傳輸保駕護航，即使某個節點出現流量過大而引起的堵塞問題，也不影響網絡的整體運行。在布置安裝方面，無線Mesh網絡在便捷性上更勝一籌。在應用范圍方面，無線Mesh網絡技術擴大了應用范圍，除了基礎設施外只需提供充足的電力支持，就可以完成遠端網絡連接，在室外也可以使用無線網絡，是解決“最后一公里”問題的關鍵技術之一。

2 寬帶無線Mesh網絡的核心技術分析

2.1 骨干網架構支撐無線Mesh網絡的“心臟”

在無線Mesh網絡中，骨干網架構的主要組成部分是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的無線路由器的網關、中繼功能外，還具有支持Mesh網絡互連的路由功能，可以通過無線多跳通信，以低得多的發射功率獲得同樣的無線覆蓋范圍。Mesh骨干網是一個可以進行自配置和自愈合的網絡，通過Mesh路由器的網關功能與因特網相連，普通客戶端和已有無線網絡可以通過Mesh路由器的網關或中繼功能接入無線Mesh骨干網絡中。在無線Mesh網絡中維護鄰居關系十分重要，其需要MP從接收到的Beacon或者ProbeRequest“幀”中分析得出對端MP的Meshprofile信息，與“本端”信息進行匹配后方可建立聯系。

2.2 客戶端架構使得網絡更加便民

無線Mesh網絡追求在用戶設備間形成點到點的無線服務，因此對客戶端架構提出了更高的要求。首先，客戶端架構主要由Mesh客戶端組成，在用戶設備間提供點到點的無線服務，由于無線Mesh網絡具有多跳性的特征，所以需要在客戶端形成一個能提供路由和配置功能的網絡。無線Mesh網絡節點不需要具備網關或中繼功能，就可以完成信息的輸送，這就可以理解為，一個單純的Mesh客戶端結構相當于一個由客戶端組成的無線Ad-hoc網絡。另外，客戶端運用Mesh網絡掃描技術，MP通過主動發送ProbeRequest探測幀或偵聽Beacon幀，來收集臨近節點的信息，以此來保障信息交換的安全性。

3 寬帶無線Mesh網絡的具體應用

3.1 公共場所的無線Mesh網絡應用

網絡的全覆蓋可以為各行各業的工作提供便利，比如醫院、旅游休閑場所、校園等人流量密集且具備強烈需求的公共場所更需要無線Mesh網絡的支持。這些場所的建筑大多密集，構造復雜度高，而且部分區域內需要進行防輻射處理，這就加大了布線的難度。另外這些場所對網絡建設的要求之高，不僅要求其覆蓋面積廣，還要求網速盡量快。無論是采用有線網絡還是傳統的無線局域網，都不可避免網絡災難引發的一系列危機事件，對人員和資源造成不同程度的損害。無線Mesh網絡恰恰可以避免這些問題，既能提高安全系數，還能節省建設成本，是公共場所理想聯網方案的不二之選。

3.2 復雜災害現場救援Mesh通信應用

因Mesh無線通信系統的便攜性、快速部署、可擴展性強的特點，在礦井救援、地震、山體滑坡、大跨度廠房等災害現場有廣泛應用空間，如現場公網癱瘓，可在災害現場內部部署多個Mesh節點，利用Mesh無線通信系統提供的Wi-Fi、HDMI、“藍牙”等接口，將圖像傳送到現場指揮部，利用指揮部的動中通衛星或者衛星“便攜站”將音視頻傳送到后方指揮部。Mesh通信設備可以利用救援現場的車載供電，或者使用大功率電池，電池一般可持續供電8小時以上，可多個便攜電池交替使用。在一些全密閉的地下空間，放置節點設備需要考慮可靠性和節約并舉，既要能讓信號穩定的傳輸，避免空間的不利影響，也要盡可能節約節點資源，做到系統效能最優化。

4 結束語

總而言之，新型無線網絡技術成為當下網絡建設的最佳選擇，其核心技術蘊含了無限的人類智慧，彰顯的是他們對科技時代的渴望與追求。無線Mesh網絡是在傳統無線局域網的基礎之上進行的一次質變，主要集中在安全性能和覆蓋面積上。網絡成為時代發展的象征，為人類實現理想的科幻藍圖做出巨大貢獻。作為一切科研活動的基礎，唯有網絡的與時俱進，才能為人類的創造力提供更廣闊的平臺。幾年前，科學家的假說在大多數人眼里都是天馬行空，幾年后的今天，龐大的網絡支撐起了科學家的幻想，并將其一點一點地變為事實。

[1]歲月.面向泛在異構網絡環境的無線mesh網絡安全問題研究[D].國防科學技術大學，2015.

[2]王權琦.無線Mesh網絡匿名通信關鍵技術研究與應用[D].東北大學，2016.

[3]劉思青.基于智能天線的無線Mesh網絡路由技術研究[D].東南大學，2018.

[4]徐放.Mesh技術在滅火救援應急通信中的應用[J].消防科學與技術，2014.