摘要：目前，無線局域網由于相對有線網絡的眾多優點受到廣泛應用，其中WiFi因為高效的工作能力而受到熱捧，但是WiFi由于支持范圍有限，使得它的發展受到一定程度的限制，這里對該問題進行了研究。在不添加有線基礎設施、擴大成本的情況下，考慮將網上的無線設備作為路由器使用，對數據進行不斷轉發，通過多個無線跳來進行組網，即利用無線網狀(Mesh)組網技術，在低成本的條件下，大大的擴展無線信號的覆蓋范圍。考慮到無線網狀組網技術在當前市場上的應用，其業務支持能力和性能方面的優勢，證明了想法提出的合理性及可行性。基于WiFi的無線網狀(Mesh)組網技術不僅具有WiFi本身的優勢，還解決了WiFi的覆蓋范圍小的問題，因此會有廣泛的應用空間和很好的發展前景。
關鍵詞：無線網狀網絡；無線局域網；WiFi；無線跳

1 無線Mesh組網技術
    無線網狀網絡(Wireless Mesh Network，WMN)作為一種新興的組網技術，在近兩年迅速引起業界的關注。與很多新技術出現的背景類似，WMN的出現是應用需求直接推動的結果。
    首先，無線局域網(WLAN)的快速發展為企業和公眾帶來了極大的通信自由。WiFi(Wireless fidelity)作為第一個被廣泛推廣的高速WLAN技術，包括已經批準的IEEE 802．11a，b，g和n等規范，由于其提高工作效率的能力而受到追捧，并在全球得到廣泛部署。然而，WiFi能夠支持的范圍非常有限：用戶只有保持在距離無線接入點設備(AP)300英尺的范圍內才能實現高速連接。因此，如果想把WiFi的服務模式變成無所不在的覆蓋，其成本將高得可怕。那么，能不能將網上的無線設備作為路由器使用，對數據進行不斷轉發，直至把它們送至目的地，從而把接入點的覆蓋服務延伸到幾英里甚至更遠，這就是提出無線Mesh組網技術的基本思路，即通過多個無線跳來進行組網(WiFi只使用一跳)，從而能在不添加有線基礎設施的情況下，大大延展無線信號的覆蓋范圍。因此，無線Mesh網絡是一種非常適合于覆蓋大面積開放區域(包括室外和室內)的無線區域網絡解決方案，其特點在于：由包括一組呈網狀分布的無線AP構成，AP均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯，將WiFi中的無線“熱點”擴展為真正大面積覆蓋的無線“熱區”。這種結構帶來的好處包括：
    自配置：即WMN中AP具備自動配置和集中管理能力，簡化了網絡的管理維護；
    自愈合：即AP能夠自動發現和動態路由連接，消除單點故障對業務的影響，提供冗余路徑；
    兼容性：即如果采用標準的IEEE802．11b／g制式，則可廣泛地兼容無線客戶終端；
    連通性：即采用Mesh結構的系統，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。
    所以，最適合部署無線Mesh網絡的環境為：大學園區、體育場館、臨時應急通信(如大型災難的救災現場)等。

2 基于WiFi的無線網狀網絡
    無線局域網(WLAN)的基本結構是兩個無線設備之間點對點或者點對多點的通信。在點對點模式中，無線連接取代了通信電纜，而且在兩個終端距離較近時可以進行可靠的數據傳輸。在點對多點模式下，系統有一個中央管理單元AP，所有的信號都被匯聚到該接入點中，因此無線網絡的可靠性依賴于AP和終端之間射頻連接的質量。無線Mesh網絡的通信模式與上述點對點或者點對多點通信模式是完全不同的。如前所述，WMN是一種基于多跳路由、對等網絡等技術的高速率、高容量的新型網絡結構，其本身是可以動態地不斷擴展、自組網、自配置、自動修復、自我平衡的。針對以上特點，工業界標準化組織已經開始著手為其制定新的標準，以滿足各種覆蓋與網絡業務方面的需要。其中，IEEE 802．11，IEEE 802．15以及IEEE 802．16等都建立了為WMN制定新標準的工作組。下面將就802．11標準對WMN結構的支持進行簡要介紹。最初的IEEE 802．1l業務主要限于數據傳輸，速率最高只能達到2 Mb／s，但是，IEEE802．11b和802．11a／g的峰值速度可以分別達到11Mb／s和54 Mb／s，而IEEE802．11n則期望可以達到100 Mb／s，這就使得現有的電纜和DSL連接限制了家庭和辦公網絡的連接速度。倘若能夠跳過這些有線部分，則可以克服這一問題，同時減少鋪設和維護以太網電纜的開銷。至此，WMN的思想被引入。雖然可以用802．11點對點模式來構建無線Mesh網絡，但是其MAC協議的不可伸縮性使得網絡的性能很差，不適合多跳的WMN。為了將其商用，IEEE新成立了一個IEEE802.11s子工作組，制定標準化的擴展服務集(ESS)，即IEEE 802．11s專門為WMN定義了MAC和PHY層協議。在這樣的網絡中，WLAN接入點可以像路由器那樣轉發消息。
    在IEEE 802．11s工作組中，Mesh網絡可以是2種基本結構：基礎設施的網絡結構和終端設備的網絡結構。IEEE 802．11s工作組為支持這兩種結構制定了新的規范。在基礎設施的網絡結構中，IEEE 802．11s工作組定義了一個基于IEEE 802．11 MAC層的結構和協議，來建立一個同時支持在MAC層廣播／多播和單播的IEEE802．11無線分布式系統(WDS)；而在終端設備的網絡結構中，所有設備工作在點對點模式下的同一平面結構上，使用IP路由協議。客戶端之間形成無線的點到點的網絡，而不需任何網絡基礎設施來支持。

3 已有解決方案
    目前市場上提供WMN解決方案的多是一些小公司，例如MeshNetworks，Tropos，BelAir，Proxim，CoWave，Networks，Ember等。下面分析幾種解決方案的優缺點。
3．1 BelAir
    采用3射頻接收回程站(three-radio backhaul)的解決方案，3個射頻接收機采用3個獨立的信道，每個信道帶有高向(Highly Directi-onal)天線以重用有用的頻率。采用環形天線陣列支持所有方向的回程覆蓋，天線具有高增益和窄水平波束寬度。采用多射頻接收回程站配置，易于擴展，減少了配置復雜性并提供更高的容量和吞吐量，采用創新的光學接口以及Radio-a-ware路由算法來選擇最佳路徑。它的缺點在于價格昂貴，目前不支持節點之間的用戶移動性，設計復雜，還不能形成“全網狀”的產品。
3．2 Tropos
    采用全向(Omni-Directional)天線廣播所有的數據到相鄰節點，不需要采用交換方式從一個天線交換數據到另一個天線，因此延時較低，控制協議只占有5％的帶寬，支持太陽能電源，靈活的電源配置方案。缺點是全向天線缺少穩定性，吞吐量較低，采用PCMCIA設計，缺少健壯性，易于被竊，更適合于在小范圍內配置。公司的研發力量有限，因此在市場上多采取低價策略。
3．3 Mesh Networks
Mesh Networks第一個進入市場的企業，在回程(backhaul)支持和安全性方面采用自己私有的QDMA體系結構，提供較低的延時，可以在單一的網狀網中支持infrastructure和client meshing兩張模式。它的缺點在于缺少穩定性，過多的依賴私有技術，和已商用的WLAN NIC卡不兼容，需要自帶采用PCMCIA設計的QDMA射頻接收卡，PCMCIA設計的節點很難保證安全性，如果竊賊獲得一張QDMA卡它將可以不受限制的訪問網絡。
3．4 Nortel
   上述廠商開發WMN技術較早，但是目前還沒有提供電信級解決方案的能力，相比較而言，老牌電信公司Nortel進入這一市場較晚，但是Nortel的優勢在于他們在OAM管理、安全性、產品支持等方面更有優勢，能夠提供安全可靠的電信級解決方案，以目前正在我國臺北市及高雄市部署的由Nortel公司提供的WMN網絡拓撲結構為例，如圖1所示。

    AP7220是一個智能節點，采用了包括智能天線陣列、集成路由器、自適應路由選擇、安全管理、無線對等層通信等技術。它與無線終端用戶之間采用IEEE 802．11b／g通信，與相鄰的AP7220采用802．11a進行中繼，通過增加外置的高增益定向天線，中繼距離可提高到5km。相鄰AP之間通過自適應路由選擇，為用戶終端選擇最佳路線。多個AP7220構成1個無線通信區域(CRN)。一個CRN中有一個或多個與有線網絡連接的網絡接入點(NAP)。NAP具有AP的邏輯功能，對CRN中的所有數據業務進行匯集，再通過以太網接口連接到三層路由器。

4 結語
    無線網狀組網技術目前被業界普遍認為是無線網絡技術的一個發展方向。在這一新興的無線市場上，基于WiFi的WMN的潛在最大競爭對手就是基于IEEE802．16標準的WiMax。WiMax所走的是先標準化再商用的路線，而WiFi則采取了先商用后標準的市場策略。經過近幾年的發展之后，基于WiFi的WLAN技術在安全性能、QoS、傳輸距離等方面均有了長足進步，而且在用戶市場認知度和產品規模化生產能力上也已經擁有了相當的積累。基于WiFi的WMN注定將在未來較長的一段時間內占據極其重要的市場地位。