明日的无线宽带:Mesh网络

  我们可以想象一下,随着无线网络的发展,只需简单地通过无线控制设备就可以打开卧室中的DVD机,启动厨房的微波炉,甚至通过PDA问候远方的朋友。
  
  如何实现上述的梦想呢?许多实验室和厂商都全力投入无线网络技术的研发,802.11x的标准不断被更新,新的无线网络架构和技术也不断被提出。随着迅驰技术的成功,Intel也加大了对无线网络研究的力度。
  
  最近Intel联合其他厂商提出了新一代的无线网络架构——Mesh网络
  
  体验与契机
  2002年初,英格兰和苏格兰北部地区的200多个用户率先体验了这一新技术。试验网络的传输频率为28GHz。Radiant公司宣称:对于分布在1000平方米范围内的600个用户,Mesh网络能够提供8倍于目前大多数ADSL用户接入速率的高速连接,用户下载和加载时的速率高达4Mbps。这一速率使用户观看广播质量的视频聊天和视频点播成为可能,这让ADSL和电缆望尘莫及。
  
  最近,北电网络(Nortel)也发布了Mesh网络架构,并宣称在今后它会和传统电信网络结合,形成互补的无缝漫游(Seamless Roaming)网络。北电网络行销副总经理曾旭东认为,这种高性能的Mesh网络服务将在2004年下半年或2005年有着显著增长。
  
  美国SkyPilot公司更将智能天线技术应用于无线Mesh网络,使频谱再利用,从而大大提高了频谱的利用效率。而Mesh Networks公司开发出的相关无线硬件和智能路由软件,不仅可以构建无线Mesh网络,并可支持诸如手机和笔记本电脑等移动设备,且这些设备可以自由加入或退出网络;当两个或更多设备退出网络范围时,还可以组成自己的微网(图1)。
  

 

  
图1

  Mesh网络VS单跳网络
  Mesh网络也称为“多跳网络”,它是一个动态的可以不断扩展的网络架构,并能有效地在无线设备之间传输。为了让读者能够更好地理解Mesh网络,我们首先来看一下目前和它相对应的“单跳网络”。
  
  在传统的无线局域网中,用户如果要进行相互通讯的话,那么首先会访问一个固定的接入点(AP),这种访问的方式被称为单跳网络。而在多跳网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器。这样设计的好处:如果最近的AP由于流量大而拥塞的话,那么数据可以重新选择一个小流量路径进行传输。数据包根据网络的情况,从一个节点依次传送到多个节点,最终到达目的地。这样的访问方式就是多跳访问(图2)。
  

  
图2

  其实我们熟知的Internet就是一个“有线多跳”网络的典型例子。例如,我们要发送一份电子邮件,电子邮件并不会直接到达收件人的信箱中,而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器,最后到达用户的信箱。在转发的过程中,路由器一般会选择一条较好的路径,使得电子邮件能够尽快投递到用户信箱。
  
  对于传统的单跳无线网络,Mesh网络有3点明显的优势:强壮性、高带宽和高利用率。
  
  强壮性:Mesh网络要比单跳网络更加强壮,这是因为在数据通讯中网络性能的发挥并不是单单依靠某个节点。在传统的单跳无线网络中,如果固定的AP发生故障,那么该网络中所有的无线设备都不能进行通讯。而在Mesh网络中,如果某个节点的AP发生故障,它可以重新再选择一个AP进行通讯,数据仍然可以高速地到达目的地。
  
  高带宽:从物理的角度而言,无线通讯意味着通讯距离越短,那么通讯的效果会越好,因为随着通讯距离的增长,无线信号不但会衰弱而且会相互干扰,从而降低数据通讯的效率。而在Mesh网络中,是以一条条较短的无线网络连接代替了以往长距离的连接,从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。 由于是在短距离的节点之间进行传输,电源的功耗也会相应地减少,这对于笔记本电脑,PDA这类设备是非常实用的。
  
  高利用率:高利用率是Mesh网络的另一个技术优势。在单跳网络中,一个固定的AP被多个设备共享使用,随着网络设备的增多,AP的通讯网络可用率会大大下降。而在Mesh网络中,由于每个节点都是AP,根本不会发生此类问题;一旦某个AP可用率下降,数据会自动重新选择一个AP进行传输。
  
  Mesh网络的应用
  从本质上说,Mesh网络是一种类似于点对点的无线网络架构,这种架构可以大大减少网络的基础设施成本(例如AP,无线路由器数量),同时也可为无线网络服务供应商(WISP)减少70%~75%的营运、安装成本。
  
  基于Mesh网络的优势,它还可以在不同异构的环境下提供多种服务;当用户在高速移动时,或者在较大范围的区域内可以通过3G或2.5G传输语音、数据;在局部的范围内可通过WLAN提供宽带网络服务,例如视频点播等。随着Mesh网络的进一步发展,它最终可在企业的办公环境中将办公室电话或者手机进行整合。
  
  Mesh网络在家庭环境上有突出的优势。在无线家庭网络中,一旦建成Mesh网络,那么小区中的用户可以充分利用所有无线设备所提供的带宽来达到高带宽的应用,例如在线点播、高质量视频会议、高清晰电视、网络游戏等。家庭中的所有数字电子设备基本上都可以转化成无线网络的通讯。而对于商业环境而言,Mesh网络不仅可以平衡网络流量,更无须额外购买AP,可以降低商业应用中的网络流量瓶颈。而在酒店,机场等场所,用户可以更加高速地进行无线互联网冲浪。
  
  除此之外,Mesh网络在智能传输系统、救护定位(火灾,医护等)、交通调度方面都有非常不错的前景。通过短距离、多次快速的信息传递,能够及时了解事件发生的情况。
  
  小资料
  Mesh网络是一种新型的无线网络架构,是可以兼容现有任何802.11标准的无线网络通讯协议。除此之外,Mesh网络组织也自主开发了基于Mesh网络的QDMA通讯协议,它有较广的通讯范围,并且能够在高速移动中进行定位和信息收发。目前QDMA数据传输的范围达到1600米,而802.11b只有20~50米。不过由于覆盖更广的通讯区域,数据的峰值传输率为8Mbps,比802.11b的11Mbps略低。但除了通讯的范围和速率外,QDMA更独特的是能够对通讯设备进行精确定位,误差不超过10米。