无线Mesh网络课件

1、无线Mesh网络Wireless Mesh Network2014.5.8背景知识 在信息化时代的今天，人们总是希望不论何时、何地、与何人都能够进行快速、准确的通信。正当各种无线通讯技术的发展方兴未艾时，一种新的无线网络技术无线Mesh网络（WMN， Wireless Mesh Network）也逐渐发展起来，引起人们的广泛的关注。目前，WMN逐渐进入民用商业化研发和应用阶段，也在成为新一代因特网技术的重要组成部分。无线无线Mesh网络的基本概念网络的基本概念无线无线Mesh网络的网络的特征特征无无线线Mesh网络的网络的产生产生无线无线Mesh网络与其他通信网络的区网络与其他通信网络的区别别

2、无线无线Mesh网络的主要技术网络的主要技术无线无线Mesh网络结构网络结构无线Mesh网络无线无线Mesh网络的应用前景网络的应用前景无线无线Mesh网络的标准网络的标准无线无线Mesh网络的特点网络的特点无线无线Mesh网络的不足之处网络的不足之处无线Mesh网络的基本概念 Mesh的含义的含义 所有的节点都互相连接。所有的节点都互相连接。 无线无线Mesh网络（网络（Wireless Mesh Network, WMN） 从从Ad hoc网络分离出来，并承袭了部分网络分离出来，并承袭了部分WLAN的新技的新技术。术。 WMN又称无线网状网、无线网格网、无线多跳网。是又称无线网状网、无线网

3、格网、无线多跳网。是一种多跳、具有自组织和自愈特点的宽带无线网络结一种多跳、具有自组织和自愈特点的宽带无线网络结构，即一种高容量、高速率的分布式网络，是因特网构，即一种高容量、高速率的分布式网络，是因特网的无线版本。的无线版本。无线Mesh网络的特征 无线无线Mesh网络由网络由Mesh路由器（路由器（Mesh Router）和和Mesh客户端客户端（Mesh Client）组成）组成 Mesh网络中节点既是通信的发起者，也是数据分网络中节点既是通信的发起者，也是数据分组的中间转发者组的中间转发者 无线无线Mesh网络的特征：网络的特征： - 多跳无线网络，支持多种无线接入方式多跳无线网络，支

4、持多种无线接入方式 - 具有自形成、自愈和自组织能力具有自形成、自愈和自组织能力 - 与现有无线网络具有兼容性及互操作性与现有无线网络具有兼容性及互操作性无线Mesh网络的产生 WMN的出现是应用需求直接推动的结果的出现是应用需求直接推动的结果 - 蜂窝移动通信系统的出现，大大缓解了用户业务与系蜂窝移动通信系统的出现，大大缓解了用户业务与系统资源之间的矛盾。但只适用于人口稠密、有永久用户业统资源之间的矛盾。但只适用于人口稠密、有永久用户业务需求的地区。务需求的地区。 - 移动移动Ad Hoc网络技术一直在悄悄地与蜂窝移动通信技网络技术一直在悄悄地与蜂窝移动通信技术平行发展；但在相当长的一段时期

5、内并没有在民用通信术平行发展；但在相当长的一段时期内并没有在民用通信领域得到很好的应用。领域得到很好的应用。 - 无线局域网有效延伸了因特网的覆盖范围，但是商业无线局域网有效延伸了因特网的覆盖范围，但是商业化进程在很多地区并不成功。技术上也无法做到像蜂窝网化进程在很多地区并不成功。技术上也无法做到像蜂窝网络一样无处不在的信号覆盖。络一样无处不在的信号覆盖。无线Mesh网络的产生 三种无线网络技术的融合三种无线网络技术的融合： - - 移动移动Ad HocAd Hoc网络网络 - - WLANWLAN（无线局域网）（无线局域网） - - WBANWBAN( (蜂窝网络蜂窝网络) )移动Ad ho

6、c网络WBANWLANWMN无线Mesh网络结构骨干Mesh网络（多级结构） 混合Mesh网络（混合结构）客户Mesh网络（平面结构）Mesh网络类型无线Mesh网络结构 客户Mesh网络 提供用户点到点通信功能 不需要Mesh Router 每个用户节点都具有路由功能 类似于Ad Hoc网络无线Mesh网络结构行列插入及快捷键行列插入 骨干Mesh网络 由Wireless Mesh Router组成骨干网络 用户节点通过Access Point接入骨干网 骨干网与其他网络的连接及Access Point与Mesh Router的连接可以通过无线或有线的方式 Mesh Router之间的连接和

7、User与Access Point之间的连接通过无线方式无线Mesh网络结构 混合Mesh网络 骨干mesh网络和客户mesh网络的综合 Mesh router提供与其他网络，如WiFi、WiMax、蜂窝、Internet、Sensor等网络的连接 用户节点的routing功能为mesh网络提供更好的连通和覆盖无线Mesh网络与其他通信网络的区别 与蜂窝移动通信系统的区别与蜂窝移动通信系统的区别 可靠性提高可靠性提高 传输速率大大提高传输速率大大提高 采用采用WMN技术的网络中，可融合其他网络或技术（如技术的网络中，可融合其他网络或技术（如WiFi、超宽带等），速率可以达到超宽带等），速率可以

8、达到 54Mbit/s，甚至更高。，甚至更高。 3G技术，其传输速率在高速移动环境中仅支持技术，其传输速率在高速移动环境中仅支持144 kbit/s，步行慢速移动环境中支持步行慢速移动环境中支持 384 kbit/s，在静止状态下才达到，在静止状态下才达到2 Mbit/s。 成本降低成本降低 WMN中，大大节省了骨干网络的建设成本，而且接入点、中，大大节省了骨干网络的建设成本，而且接入点、 WMN路由器等基础设备比起蜂窝移动通信系统中的基站等路由器等基础设备比起蜂窝移动通信系统中的基站等设备便宜得多。设备便宜得多。无线Mesh网络与其他通信网络的区别 与与Ad hoc网络的区别网络的区别 WM

9、N与与Ad hoc网络均是点对点网络。网络均是点对点网络。WMN可视为可视为Ad hoc网络技术的另一版本。网络技术的另一版本。 WMN注重的是注重的是“无线无线”，而，而Ad hoc网络更强调的是网络更强调的是“移动移动”。 WMN多为静态或弱移动的拓扑，而多为静态或弱移动的拓扑，而Ad hoc网络多为随意移网络多为随意移动（包括高速移动）的网络拓扑。动（包括高速移动）的网络拓扑。 WMN节点的主要业务是来往于因特网网关的业务，节点的主要业务是来往于因特网网关的业务， Ad hoc网络节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。网络节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。 WMN主要是因特网

10、或宽带多媒体通信业务的接入，主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入，Ad hoc网络主要应用在军事上或其他专业通信，还未进行大规模的网络主要应用在军事上或其他专业通信，还未进行大规模的商用。商用。无线Mesh网络与其他通信网络的区别 与与WLAN的区别的区别 WLAN是典型的点对多点网络，采取单跳方式，数据是典型的点对多点网络，采取单跳方式，数据不可转发。可在较小范围内提供高速数据服务不可转发。可在较小范围内提供高速数据服务（802.11b可达可达11Mbit/s，802.11a可达可达54Mbit/s ），通），通常常WLAN接入点的覆盖范围仅限于几百米，在大范围接入点的覆盖范围仅限于几百米

11、，在大范围内应用内应用WLAN成本将很高。成本将很高。 WMN可通过无线路由器对数据进行不断转发，直到送可通过无线路由器对数据进行不断转发，直到送达目的节点，从而把接入点的覆盖范围延伸到几千米达目的节点，从而把接入点的覆盖范围延伸到几千米远。其显著特点是可以在大范围内实现高速通信。远。其显著特点是可以在大范围内实现高速通信。无线Mesh网络与其他通信网络的区别无线Mesh网络的特点 快速部署和易于安装快速部署和易于安装 非视距传输非视距传输 无线多跳网络无线多跳网络 具有自组织、自管理、自愈能力具有自组织、自管理、自愈能力 无线网络接入无线网络接入 移动性以及能耗限制与节点类型相关移动性以及能

12、耗限制与节点类型相关 具有无线基础设施骨干网具有无线基础设施骨干网 集成性集成性 高可靠性高可靠性 功耗限制减少功耗限制减少 高带宽高带宽 覆盖范围广覆盖范围广 定位准确定位准确无线Mesh网络的不足之处 还没有统一的技术标准，存在不同厂商还没有统一的技术标准，存在不同厂商设备之间的接口问题。设备之间的接口问题。 通信延迟通信延迟，目前没有有效的带宽和资源目前没有有效的带宽和资源分配算法分配算法 易受到恶意攻击、干扰和窃听易受到恶意攻击、干扰和窃听 分散管理问题分散管理问题，不能很好的支持多信道不能很好的支持多信道 目前没有性能优越的路由算法目前没有性能优越的路由算法 设备的成本和开销随使用信

13、道的增加而设备的成本和开销随使用信道的增加而增加增加 无线Mesh网络的主要技术 物理技术：物理技术：OFDM，MIMO，定向天线，智能天线，软件，定向天线，智能天线，软件无线电等无线电等 无线接入技术：无线接入技术：IEEE 802.11，IEEE 802.16，UWB，专，专用用MAC协议协议 无线路由技术：传统无线路由技术：传统Ad Hoc路由方式（路由方式（AODV,DSDV等），专用路由协议，多等），专用路由协议，多radio路由，分层路由，流量工路由，分层路由，流量工程等。程等。 传输技术：拥塞与信道失效问题，实时流媒体的传输传输技术：拥塞与信道失效问题，实时流媒体的传输 安全问题

14、：接入的鉴权，路由的安全，攻击的防范安全问题：接入的鉴权，路由的安全，攻击的防范 移动管理：节点的定位，小区的切换移动管理：节点的定位，小区的切换 电源管理：控制发射功率，维持网络连通，减少相互干扰电源管理：控制发射功率，维持网络连通，减少相互干扰 同步和跨层设计同步和跨层设计无线Mesh网络的标准 IEEE 802.11s 致力于定义致力于定义WMN网络网络MAC协议和路由协议问题。协议和路由协议问题。 IEEE 802.15.5 致力于定义建立小规模的固定、便携以及移动计算设备等短距致力于定义建立小规模的固定、便携以及移动计算设备等短距离无线连接的物理层和离无线连接的物理层和MAC层规范。层规范。 IEEE 802.16a 致力于解决致力于解决WMAN的的“最后一公里最后一公里”连接问题，为宽带无线接连接问题，为宽带无线接入提供了本地多点分布业务入提供了本地多点分布业务LMDS类型结构，使用了较低的类型结构，使用了较低的211GHz频段，支持非视距连接。频段，支持非视距连接。 IEEE 802.20 致力于在蜂窝体系下提供通用移动宽带无线接入，其工