无线mesh构建宽带移动互联.ppt

1、李 琪 【Motorola】,【无线Mesh构建宽带移动互联】,【网络分会：构建无缝移动互联网络】,议程,无线Mesh的概念 移动网络中Mesh组网的特点 目前Mesh标准的状况 Mesh路由协议的选择 Mesh网络的QoS Mesh网络的安全考虑,Meshing: 更好的网络基础架构,有线Internet就是一种网状结构,无线Internet也可以采用类似的网络结构,移动互联网络中的分布式网络结构,多跳（Multi-hop)Mesh结构很容易扩展移动网络,Mobile Core Network,Wireless Mesh,Mobile Core,Backhaul Layer,Capacity

2、 Injection Layer,Mesh Access Layer,Mesh组网结构的优势,Mesh组网能够 网络自组织、自愈、自均衡Automatic Network Formation and Repair, self healing, self balancing, survivable communications 覆盖范围扩展 更加灵活 网络更加强壮 通过多跳（Hopping）增加网络吞吐量 减少对有线传输的依赖,摩托罗拉为移动宽带Mesh应用开发了MotoMesh系统,源自于军事应用项目 AP与终端完全的Mesh系统 支持专有的MEA和公开的WiFi两种无线接入 广泛应用于公共安

3、全、交通管理、无线城市等领域 主要特性 大于1Mbps的传输速率 全IP架构 无需固定基础设施 极高的网络健壮性 高速移动的支持,完全符合分布式移动宽带接入网络的结构要求,IP Core,Mesh的标准化,IEEE成立了几个工作组研究Mesh标准 IEEE 802.11 TGs: 目标是为802.11 AP的Mesh组网设计无线分布式系统 (WDS) 标准。 IEEE 802.15.5: mesh across Bluetooth, 802.15.3, and 802.15.4。 IEEE 802.16e: 基于WiMax的Mesh IETF 发布了4个RFC，重点在Mesh路由协议： RFC

4、2501：MANET definition RFC3561：AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) routing protocol RFC3626：OLSR(Optimized Link State Routing) protocol RFC3684：TBRPF(Topology Dissemination Based Reverse-Path Forwarding) routing protocol,Mesh路由协议的选择,两种路由方式 Proactive主动式 路由信息一直保持并持续更新，路由选择迅速高效 大型网络需要太多时间和资源来建立和维护路由表

5、，带来较大的网络开销和较弱的网络扩展性 Reactive被动式 较小的网络开销 需要即时建立路由，增加了数据传输时延 更好的网络扩展性,Motorolas MeshConnex 路由引擎采用主被动混合 的方式, 实现内置的路由高效和网络扩展， 并减少包头开销，降低时延,D,E,C,A,B,X,多跳网络中路由算法的选择,基本方法 所有Mesh节点在所有时间都维护路由表 优点 路由建立迅速 缺点 路由开销较大 需维护大量路由信息 例如 OLSR,基本方法 需要时建立路由, 如有需要则保持路由信息 优点 较小的路由开销 缺点 路由建立时延较大 Route discovery packet flood

6、ing 例如 AODV,Proactive,Reactive,多条网络路由的两种基本方法各有优劣,Mesh Scalable Routing (MSR)路由协议,摩托罗拉采用MSR路由协议 Hybrid Routing混合路由 尽量减少周期性路由更新 (主动式路由仅维护Mesh节点至根节点) 消除网络大范围的广播 (被动式路由仅在相邻节点之间建立) 只在需要时建立和维护路由信息 (Reactive part) 快速路由建立至关键节点 Routes are immediately available to most important nodes (Wired APs, Databases, e

7、tc.) (Proactive part) 较少的路由开销 较少的内存需求 高度可扩展性 Mesh Routing Metrics 综合考虑hops, data rate, 链路质量，丢包率，中间节点类型 先连接后断开(Make-before-break) Route Warning Routing metrics threshold Link Sharing 平滑切换,链路质量与路径选择,LQM (Link Quality Measurement) 为MSR (Mesh Scalable Routing)提供链路质量信息，MSR决定到达目的地的最佳路由 LQM信息包括 LQ (Link Qu

8、ality), 代表数据包的完整率 (in %) Route metric, 代表1条路径的cost 单跳和多跳测量值有所不同 One-hop measurements Link quality (Packet Completion Rate) Data rate Link metric Signal strength Multi-hop measurement Route metric (“path selection metric”),预测与测量 Prediction vs measurement,当Mesh节点处于idle状态, 它从相邻节点接收 beacons 它只能预测 predic

9、t 链路质量 当Mesh节点处于active状态, 它能够主动获取更多信息 它能够测量 measure 链路质量 测量(Measurement) 总是比预测(prediction)更准确,AP1,AP2,AP1,AP2,Prediction,Measurement,Beacon,RTS,CTS,DATA,ACK,层2路由技术的优势,层2路由方式可以提供 更低的每跳时延: 2.2ms roundtrip through a node 更快的路由收敛，切换和自愈 主动式拥塞和干扰消除Proactive congestion and interference mitigation 与物理层更紧密地结

10、合形成更好的性能和扩展性 更小的代码量Smaller code footprint 对层3应用无任何影响，如直接支持IPv6，PPPoE等,Mesh接入网络的QoS,Mesh的QoS包括无线和有线侧两部分 MotoMesh支持 802.11e WMM on WiFi，以及私有的QoS优先级 数据包分类Packet classification 信道优先级划分Prioritized channel access 优先队列管理Priority queue management 多跳的包转发和流量拥塞管理，尽量减轻吞吐量的下降 IP QoS 有线侧 Backhaul侧的流量整型traffic sha

11、ping DSCP or 802.1p,MotoMesh QoS,50%,user 2 25%,user 1 15%,user 3 10%,Mesh,网络内的节点支持数据穿越Mesh网络时的QoS 针对单一Mesh节点, 带宽管理允许为不同用户及应用分配不同的带宽，以及Mesh无线传输所需带宽 Mesh根节点连接有线网络，支持有线侧的IP QoS,DSCP or 802.1p,IP Core,Mesh网络安全 重点是Mesh节点之间数据传输的安全 通过一系列的协议和算法来保护数据在Mesh节点之间传输时免遭入侵 (intruders), 偷窥(eavesdroppers), 和其它的一些安全攻

12、击. 更多应用于Mesh节点之间,Core,IAPA,MAPD,MAPE,IAPF,MAPB,MAPC,STAG,STAH,STAI,STAJ,Protected by Intra-Mesh Security,Protected by Station Security,STAG,STAI,Mesh 安全模式（Security Models）,End-to-End模式: 认证、授权、加密及完整性检验只在Mesh网络边缘进行，中间节点只负责转发数据，不会参与session，也不被信任. 隧道是实现端到端安全的典型方式，如VPN. 对安全通道两端点处理能力要求较高 (如多数WiFi Mesh AP)

13、 Hop-by-Hop模式: 一条路由中每一Mesh节点执行认证、授权、加密。中间节点是被信任的. 用户数据在路径中每个节点进行加密和解密，数据会暴露给中继节点。因此，一般认为，逐跳安全模式的安全性低于端到端的安全模式 如果需要，用户可以在Mesh安全节点基础上实施端到端的安全加密（如VPN），实现更高的网络安全目标,MotoMesh 实现网络安全的方式,Mesh网络内部安全 主要保障Mesh网络内部, 而利用私有协议或802.11 标准确保终端接入的安全. “Hop-by-Hop” 模式比较容易在现有硬件基础上提供较好的安全，将遵从802.11s标准的建议 分级密钥管理Hierarchical Keys (类似于 802.11r) 允许初始安全认证完成后快速建立安全连接，并限制密钥的散发至后端网络. Mesh网络节点之间通信采用 AES 加密数据 (