MESH网络.doc

什么是无线Mesh网络？
无线网络技术的发展日新月异，各种802.11x标准不断被更新，新的无线网络架构和技术也不断被提出。正当无线局域网（WLAN）的发展方兴未艾时，一种新的无线Mesh网络（无线网状网络）又出现了。无线Mesh网络的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号，传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解。无线Mesh技术的出现，代表着无线网络技术的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。

什么是无线Mesh网络？

无线Mesh网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。

在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如，当我们发送一份E-mail时，电子邮件并不是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，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。

与传统的交换式网络相比，无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线Mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。

Mesh网络的五大优势

与传统的WLAN相比，无线Mesh网络具有几个无可比拟的优势：

1．快速部署和易于安装。安装Mesh节点非常简单，将设备从包装盒里取出来，接上电源就行了。由于极大地简化了安装，用户可以很容易增加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。在无线Mesh网络中，不是每个Mesh节点都需要有线电缆连接，这是它与有线AP最大的不同。 Mesh的设计目标就是将有线设备和有线AP的数量降至最低，因此大大降低了总拥有成本和安装时间，仅这一点带来的成本节省就是非常可观的。无线Mesh网络的配置和其他网管功能与传统的WLAN相同，用户使用WLAN的经验可以很容易应用到Mesh网络上。

2．非视距传输(NLOS)。利用无线Mesh技术可以很容易实现NLOS配置，因此在室外和公共场所有着广泛的应用前景。与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用户。按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终到达无直接视距的目标用户。这样，具有直接视距的用户实际上为没有直接视距的邻近用户提供了无线宽带访问功能。无线Mesh网络能够非视距传输的特性大大扩展了无线宽带的应用领域和覆盖范围。

3．健壮性。实现网络健壮性通常的方法是使用多路由器来传输数据。如果某个路由器发生故障，信息由其他路由器通过备用路径传送。E-mail就是这样一个例子，邮件信息被分成若干数据包，然后经多个路由器通过Internet发送，最后再组装成到达用户收件箱里的信息。Mesh网络比单跳网络更加健壮，因为它不依赖于某一个单一节点的性能。在单跳网络中，如果某一个节点出现故障，整个网络也就随之瘫痪。而在Mesh网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。

4．结构灵活。在单跳网络中，设备必须共享AP。如果几个设备要同时访问网络，就可能产生通信拥塞并导致系统的运行速度降低。而在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因此不会导致系统性能的降低。

Mesh网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。在无线Mesh网络中，每个设备都有多个传输路径可用，网络可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。而目前单跳网络并不能动态地处理通信干扰和接入点的超载问题。

5．高带宽。无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是Mesh网络的优势所在。

在Mesh网络中，一个节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。

此外，因为每个短跳的传输距离短，传输数据所需要的功率也较小。既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻近的节点，节点之间的无线信号干扰也较小，网络的信道质量和信道利用效率大大提高，因而能够实现更高的网络容量。比如在高密度的城市网络环境中，Mesh网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰，大大提高信道的利用效率。
无线Mesh网络标准散见于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16等标准草案中
IEEE802.11s任务组，主要研究支持无线分布式系统(WDS)的协议，为WMN定义媒体接入控制(MAC)层和物理层协议，以实现WLAN在多个AP之间通过自配置多跳的方式组网，提高WLAN的覆盖范围。WDS是802.11网络的一部分，用来作中继桥接的功能，可以让无线AP之间通过无线进行桥接(中继)，同时不影响其无线AP覆盖的功能。支持WDS技术的无线AP或无线路由器具有混合的无线局域网工作模式，可以支持点对点、点对多点的数据传输。
IEEE 802 .11s提出了无线Mesh网络的参考体系结构，如图2所示。Mesh媒体接入协调功能组件(MMACFC)位于物理层之上、Mesh路由组件之下，负责有效的竞争接入和WMN中多跳节点间数据包发送接收的调度。当安全的Mesh链路建立以后，Mesh节点需要与其他Mesh节点协调以解决竞争和共享无线媒体的问题，来保证该节点本身及其他节点的数据包通过多跳的WMN有效转发。直观上看，MMACFC等同于802.11 WLAN中的分布式协调功能(DCF)或802.11e中增强的分布式信道接入机制(EDCA)。对DCF或EDCA加以必要的改进，可高效地工作于多跳Mesh网络中。MMACFC需要解决的问题有：隐藏终端问题、暴露终端问题、在多跳Mesh路径上从源节点到目的节点的流量控制、在多跳转发路径上的有效调度、对多跳多媒体业务(视频或语音)分布式允许接入控制、分布式保证服务质量(QoS)的业务管理、本地业务和转发业务的有效处理、不同网络环境下的可升级性、Mesh节点间信道工作接入的调度、使用多信道提高Mesh网络的性能等。
IEEE802.11s的目标是突破传统AP功能上的限制，使之具有Mesh路由器的功能，业务流转发给邻近的AP进行的多跳传输。这种方式决定了WMN具有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本等特点。这样，在新的WLAN架构中，WLAN的AP自动形成WLAN的WMN骨干网[4]。IEEE 802.11 Mesh网络可以是骨干网Mesh结构，也可以是客户端Mesh结构。客户端Mesh结构中，所有设备工作在WLAN 的Ad hoc网络模式下，WMN通过自动配置实现节点间的互联，摆脱了以往对AP的依赖。
IEEE 802 .15标准簇主要针对无线个域网开发的，主要定义了WPAN的物理层和MAC层。目前，802. 15. 1—802. 15. 3 本质上均不能直接支持网状网络结构，而只是点到多点方式下的微微网结构，但散射网已经有了WMN 的雏形[5]。
IEEE802.15.4标准的研究定位于低数据速率、长电池寿命要求的应用设备，为WPAN提供综合的网络解决方案。ZigBee协议是运行在IEEE802.15.4的MAC和物理层以上的高层协议，它的网络层明确定义了3种网络拓扑结构，星形、簇形和Mesh结构。在Mesh结构中，网络中的所有无线节点都相同，可以直接互相通信，每一次网络都会选择一条或者多条路由进行多跳传输，将所要传输的数据信息传给中心节点，如图3所示。Mesh网的每个节点都有多条路径到达中心节点，因此它的容故障能力较强，而且这种多跳系统以多跳代替了单跳的传输距离，减小了源节点所需要的发送功率。
IEEE 802.15.5目前还在开发中，定位于WMN的MAC层，不需要ZigBee或IP路由支持，它继承了802.15.1—802.15.4的一些基本思想，但完全支持Mesh结构。在802.15.5标准中，Mesh网络被定义为一个个域网(PAN)，有两种组网方式：全网状拓扑和部分网状拓扑。在全网状拓扑结构中，每一个节点直接与其他任何一个节点相连；在部分网状拓扑结构中，只有部分节点与其他所有节点相连，而其他节点则只是与交换较多数据的节点相连。802.15.5标准主要涉及的问题包括：碰撞避免的信标调度策略、路由算法、分布式安全问题、能效操作模式、对于网状节点和网状PAN 移动性的支持等。
IEEE802.16标准定义了无线城域网空中接口规范，为无线城域网(WMAN)提供“最后一公里”接入，是一种点对多点技术。鉴于无线Mesh网技术的不断发展，IEEE802.16标准工作组将Mesh结构纳入最近推出的IEEE802.16d/e 标准中。无线Mesh网络是对IEEE802.16标准中的点到多点(P2MP)网络结构的补充。网络中的每个节点都与周围邻居节点形成多条链路，并且可以选择其中的一条链路，用来传输来自本节点或其他节点的信息。这样，连接断开的可能性要远低于P2MP模式。同时，随着节点数的增加，IEEE802.16 Mesh网络的健壮性加强，覆盖范围扩大。
IEEE802.16 Mesh网络支持两种不同的物理层，支持自适应调制和编码，因此链路速率随着信道条件的变化而变化。对基于无线Mesh结构的WMAN来说，用户站(SS)间可直接或间接通信，不必通过基站(BS)中转。由于每个SS可以作为一个中转站，信号是以逐跳方式传输的，增加了网络的覆盖范围，当增加用户时不必再增加BS，其拓扑结构可以动态改变。另外，Mesh系统可以利用地形和建筑物，使用低传输功率和相对短的链路来减少干扰。还可使用方向性天线来大大地减少干扰和传输功率。减少内部干扰可以增加频率的再使用，提供频谱利用率；减少外部干扰，可以减少保护频带。同时，SS之间距离的缩短减小了室外天线功率和体积，降低了SS通信设备的成本。Mesh拓扑结构在可靠性、覆盖面积、规划用户和前期的低投入方面都有很好的表现。
另外，IEEE802.16 Mesh的集中式调度是基于时分多址(TDMA)方式的，可提供全面有效的资源利用率。为了支持用户的可移动性，在IEEE802.16d的基础上制定了新的标准IEEE802.16e。802.16e支持本地和地区的移动性，支持漫游和切换，移动速度可达到150 km/h[7]。目前，IEEE802.16工作组内新组建的Mesh Ad hoc特别委员会正在研究点到点数据传输的支持、信号障碍穿越等问题。WMN可使数据从一点绕过障碍物跳跃到另一点，只需少量网格即可带来单个基站覆盖范围的大幅度改进。如果这一小组的提案得以采纳，它们将成为特别任务组f着手IEEE802.16f标准的开发，将推动WiMAX获得更大的发展。
IEEE802.20，即移动宽带无线接入 (MBWA)工作组，主要研究为移动用户开发的标准。制定802.20 标准的目的：一是兼取固定无线接人网络的高数据传输速率和蜂窝网络的高移动性之优势，解决固定无线接入的低移动性和高速移动业务需求增长之间的矛盾；二是实现低成本、随时随地接入，各种IP业务共存的移动宽带无线接入网在全世界范围内的配置。这个标准的频谱利用效率很高，可以提供更高的QoS通信保障，支持在3 GHz频带可靠地进行高速无线数据传输，有望为以250 km/ h速度移动的用户提供高达1 Mb/s的高带宽数据传输，这将允许高速列车上的用户使用视频会议等应用。
802. 20 填补了当前802. 16 的低移动性高数据速率与蜂窝网高移动性低数据速率之间的性能空间。IEEE802.20网络是一个基于纯IP的网络。在室内、外环境中，802. 20均支持WMN结构。在这种网络结构中，移动节点之间可以直接或间接通信，避免“三角路由”的出现，改善移动网络性能，同时能迅速地接入主干网络，为移动用户提供快捷准确的服务。
Mesh网络的不足

尽管无线Mesh联网技术有着广泛的应用前景，但也存在一些影响它广泛部署的问题。

住宅小区无线网状网结构示意图

1．互操作性。目前影响无线Mesh技术迅速普及的一个重要障碍就是互操作性。正如任何一种新兴的网络技术刚出现时一样，无线Mesh网络现在还没有一个统一的技术标准，用户现在要么就只能使用某一个厂商的无线Mesh产品，要么面临如何与各种不同类型的嵌入式无线设备接口的问题，这个问题目前是影响无线Mesh技术推广使用最重要的原因。鉴于此，目前一些公司正在开发能够适应不同无线环境的可配置的无线网络设备，互操作性有望得到一定程度的解决。但要想彻底解决互操作性问题，最终还需要业界制定统一的无线Mesh技术标准。

2．通信延迟。既然在Mesh网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。一些对通信延迟要求高的应用，如话音或流媒体应用等，可能面临无法接受的延迟过长的问题。目前解决这一问题主要是通过增加Mesh节点以及合适的网络协议。随着多无线Mesh节点技术的出现这一问题将得到最终解决。

3．安全。与WLAN的单跳机制相比，无线Mesh网络的多跳机制决定了用户通信要经过更多的节点。而数据通信经过的节点越多，安全问题就越变得不容忽视。Internet本身即是使用Mesh方式进行通信的典型，它的安全隐患是众所周知的。尽管有线网络中使用的各种端到端安全技术，如虚拟专用网（VPN）同样可以用来解决无线Mesh的安全问题。但正如Internet一样，无线Mesh网络的安全是一个不容忽视的问题。

广泛的Mesh应用

Mesh网络在家庭、企业和公共场所等诸多领域都具有广阔的应用前景。

1．家庭
Mesh技术的一个重要用处就是用于建立家庭无线网络。家庭式无线Mesh联网可以连接台式PC机、笔记本和手持计算机、HDTV、DVD播放器、游戏控制台，以及其他各种消费类电子设备，而不需要复杂的布线和安装过程。在家庭Mesh网络中，各种家用电器既是网上的用户，也作为网络基础设施的组成部分为其他设备提供接入服务。当家用电器增多时，这种组网方式可以提供更多的容量和更大的覆盖范围。Mesh技术应用家庭环境中的另外一个关键好处是它能够支持带宽高度集中的应用，如高清晰度视频等。
2．企业
目前，企业的无线通信系统大都采用传统的蜂窝电话式无线链路，为用户提供点到点和点到多点传输。无线Mesh网络则不同， 它允许网络用户共享带宽，消除了目前单跳网络的瓶颈，并且能够实现网络负载的动态平衡。在无线Mesh网络中增加或调整AP也比有线AP更容易、配置更灵活、安装和使用成本更低。尤其是对于那些需要经常移动接入点的企业，无线Mesh技术的多跳结构和配置灵活将非常有利于网络拓朴结构的调整和升级。
3． 学校
校园无线网络与大型企业非常类似，但也有自己的不同特点。一是校园WLAN的规模巨大，不仅地域范围大，用户多，而且通信量也大，因为与一般企业用户相比学生会更多地使用多媒体；二是网络覆盖的要求高，网络必须能够实现室内、室外、礼堂、宿舍、图书馆、公共场所等之间的无缝漫游；三是负载平衡非常重要，由于学生经常要集中活动，当学生同时在某个位置使用网络时就可能发生通信拥塞现象。

解决这些问题的传统作法是在室内高密度地安装AP，而在室外安装的AP数量则很少。但由于校园网的用户需求变化较大，有可能经常需要增加新的AP或调整AP的部署位置，这会带来很大的成本增加。而使用Mesh方式组网，不仅易于实现网络的结构升级和调整，而且能够实现室外和室内之间的无缝漫游。
4． 医院
Mesh还为像医院这样的公共场所提供了一种理想的联网方案。由于医院建筑物的构造密集而又复杂，一些区域还要防止电磁辐射，因此是安装无线网络难度最大的领域之一。医院的网络有两个主要的特点。一是布线比较困难: 在传统的组网方式中，需要在建筑物上穿墙凿洞才能布线，这显然不利于网络拓朴结构的变化。二是对网络的健壮性要求很高: 如果医院里有重要的活动（如手术），网络任何可能的故障都将会带来灾难性的后果。
采用无线Mesh组网则是解决这些问题的理想方案。如果要对医院无线网络拓扑进行调整，只需要移动现有的Mesh节点的位置或安装新的Mesh节点就可以了，过程非常简单，安装新的Mesh节点也非常方便。而无线Mesh的健壮性和高带宽也使它更适合于在医院中部署。
5．旅游休闲场所
Mesh非常适合于在那些地理位置偏远布线困难或经济上不合算，而又需要为用户提供宽带无线Internet访问的地方，如旅游场所、度假村、汽车旅馆等。Mesh能够以最低的成本为这些场所提供宽带服务。
6．快速部署和临时安装
对于那些需要快速部署或临时安装的地方，如展览会、交易会、灾难救援等，Mesh网络无疑是最经济有效的组网方法。比如，如果需要临时在某个地方开几天会议或办几天展览，使用Mesh技术来组网可以将成本降到最低
回答者： chizhen
Mesh MEA（Mesh Enabled Architecture）是基于IP协议的无线宽带网络技术，它主要有以下的特点：

通讯范围
Mesh MEA网络的通讯范围较大，最大直线通讯距离为5公里，可用于大范围的无线通讯，并可组建城域网。

数据传输速率
Mesh MEA网络的最大数据传输速率为6Mbps，因此可进行实时的视频传输。

移动性
Mesh MEA网络的移动性非常好，网络终端可在高速移动状态下保持较高的数据传输速率。

兼容性
Mesh MEA网络可以通过相应的网关与Internet, Wi-Fi局域网, 公共电话网等网络相连。这样，Mesh MEA网络中的无线终端用户也可以连接到其它网络。

目前我们所使用的第二代移动电话通讯系统GSM和CDMA，主要是以语音通讯为主，因而只能进行很小量的数据传输。

GPRS虽然采用了分组交换的传输模式，可以更有效率的使用移动通讯的频谱，但其最大传输速率只有171.2kbps，无法达到无线宽带网络的要求。

第三代移动电话通讯系统3G，依然是以语音通讯为主，虽然可以在高速移动下保持通讯，但目前最高数据传输速率只有2Mbps, 依然无法满足无线移动宽带网络的高速数据传输的要求。

因此，通过以上比较可以得知，从技术上来讲，当前只有基于IP协议的无线网络系统才能满足高速数据传输的要求。

Wi-Fi是目前发展很快的基于IP协议的无线网络技术，但也存在着以下不足之处：
1． Wi-Fi网络存在着严重的安全隐患，因此无缘2004年雅典奥运会。同样的原因，2002年盐湖城冬奥会也没有采用Wi-Fi技术。
2． Wi-Fi网络的特点决定了一个区域只能有一套系统，否则会产生干扰。而多个运营商之间的计费、漫游也成为了拦路虎，无法想象从一个接入点到另一个接入点，要不停的变换用户的交费模式。
3． Wi-Fi网络受传输距离小的限制，只能在接入点周围很小的范围内使用。
4． Wi-Fi网络的移动性较差，终端无法在移动中接入无线网络。

Mesh MEA也是目前基于IP协议的无线网络系统，如表2-1和图2-1所示，与其它网络系统相比，它主要有以下特点：
1．通讯范围大，直线通讯距离为5公里，可组建城域网。
2．最大数据传输速率为6Mbps，可进行实时视频传输。
3．移动性好，可在高速移动下保持较高数据传输速率。
因此，与其它无线网络相比，Mesh MEA网络在无线网络的主要指标上都具有很大的优势。

想知道更多内容请和我联系：xujingxuan@terra-
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无线Mesh网络基本结构
    目前，无线网络技术正越来越受到人们的重视，其中，一种新型的宽带无线网络结构—无线Mesh网络(WMN)正成为无线网络研究中的一个热点。WMN是移动AdHoc网络(MANET)的一种特殊形态，是一种新型的宽带无线网络结构，它被看成是无线局域网和AdHoc网络的融合，并兼具两者的优势。
    有关无线Mesh网络的标准散见于802.11s、802.15.1/2/3/4、802.16d等标准草案中。目前国际标准化组织，特别是IEEE正在致力于与学术界共同推动无线Mesh网络的标准化工作,在802.20、802.15.5等标准中也正在考虑引入Mesh组网技术。
    无线Mesh网络基本原理
    使用WMN技术构建的网络，其拓扑结构呈网格状(如图所示)。在WMN中包括两种类型的节点：无线Mesh路由器和无线Mesh终端用户，其网络主干由呈网状结构分布的路由器连接而成。
    WMN有两种典型的实现模式：基础设施Mesh模式和终端用户Mesh模式。在基础设施Mesh模式中，在Internet接入点(IAP)和终端用户之间可形成无线的回路。IAP通过路由选择及管理控制等功能，为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径。同时，移动终端通过IAP可与其他网络，如Wi-Fi、WiMAX和传感器网络等的连接，提高网络自身的兼容性。
    在终端用户Mesh模式中，终端用户通过无线信道的连接形成一个点到点的网络。终端设备在不需要其他基础设施的条件下可独立运行，它可支持移动终端较高速的移动，快速形成宽带网络。终端用户兼具主机和路由器的角色：一方面，节点作为主机运行相关的应用程序；另一方面，节点作为路由器运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等操作。
    WMN与移动AdHoc网络的区别主要表现在两方面：一是组网方式不同。移动AdHoc网络是扁平结构，而WMN是分层和等级结构，在每层内部形成多个小AdHoc网络，不同层之间通过无线互连起来，做到集中控制管理和自由动态组网有机结合。二是它们解决的问题不同。移动Ad Hoc网络设计的目的是为了实现用户移动设备之间的对等通信，如在突发情况下快速布置网络，而WMN看重的是为用户终端提供无线接入，如与3G、WiMAX的用户进行无线宽带接入。
    无线Mesh网络关键技术
    WMN设计中的一个关键问题是，开发能够在两个节点之间提供高质量、高效率通信的路由协议。由于其网络节点的移动性使得网络拓扑结构不断变化，传统的Internet路由协议无法适应这些特性，需要有专门的、应用于无线Mesh网络的路由协议。在路由协议设计时，要考虑以下几方面：
    选择合理的路径算法。现有的很多路由协议是以最小跳数为标准选择路径的，但是，如果连接质量较差或者网络拥塞的话，这种标准就不合适了。因此，在选择路径时，不能只考虑最小跳数，还应该综合考虑网络的连接质量和往返时延等因素。
    确保对连接失败的可容错性。WMN的目标之一就是在出现连接失败时，确保网络的健壮性。如果一个连接失败了，路由协议必须很快选出另外一条路径，以避免出现服务中断。
    实现网络负载平衡。采用WMN的另一个目标是实现用户对资源的共享。当WMN中的某一部分出现数据拥塞时，新的数据应该选择流量较小的路径。
    能够同时满足不同类型节点的需求。对于路由器，它的移动性较弱且没有能源消耗的限制，它所需要的路由协议比现有的AdHoc网络的路由协议要简单得多；对于终端用户来说，情况恰恰相反。在设计WMN路由协议时，要充分考虑这两种节点的差异，分别满足它们的不同需求。
如果仅考虑提高某一层面协议的性能，效果并不明显。目前，WMN发展的趋势是跨层设计，即同时考虑多个层面间的影响。WMN的跨层设计要求打破传统的OSI/RM参考模型中严格分层的束缚，针对各层相关模块/协议的不同状态和要求，利用层与层之间的相互依赖和影响，对网络性能进行整体优化。具体来说，跨层设计就是充分、合理利用现有的网络资源，达到系统总吞吐量的最大化、总传输功率的最小化、QoS的最优化等最终目的。
    无线Mesh网络发展趋势
    WMN技术可以应用于军事指挥通信网、无线城域网、无线传感器网络、无线局域网等网络的“最后一公里”。同时，WMN的构建涉及移动通信、计算机网络和微电子技术等多领域，备受广大运营商、设备供应商以及无线增值业务集成商的关注。但是，目前WMN技术还面临着一些挑战。
    从无线技术上来看，移动用户节点间的协作通信、共用频谱资源等应用需求会带来不同无线技术间的融合和互操作性问题；从WMN技术的标准化道路方面来看，是否考虑将现有的其他无线网络技术标准融入到WMN技术中，还有很多不确定因素；从应用的角度来看，该技术还没有被社会各界广泛认知。毕竟，WMN是一项崭新的技术。今后，WMN技术的主要研究方向是解决挑战。未来，WMN必将为无线宽带应用带来重大变革。
无线Mesh网络 Ad Hoc网络
2009-03-26 01:47
    无线网络技术的发展日新月异，各种802.11x标准不断被更新，新的无线网络架构和技术也不断被提出。正当无线局域网（WLAN）的发展方兴未艾时，一种新的无线Mesh网络（无线网状网络）又出现了。无线Mesh网络的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号，传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解。无线Mesh技术的出现，代表着无线网络技术的又一 大跨越，有极为广阔的应用前景。
什么是无线Mesh网络？
无线Mesh网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。
在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。
这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。
其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如，当我们发送一份E-mail时，电子邮件并不是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，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。
与传统的交换式网络相比，无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线Mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。
Mesh网络的五大优势
与传统的WLAN相比，无线Mesh网络具有几个无可比拟的优势：
1．快速部署和易于安装。安装Mesh节点非常简单，将设备从包装盒里取出来，接上电源就行了。由于极大地简化了安装，用户可以很容易增加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。在无线Mesh网络中，不是每个Mesh节点都需要有线电缆连接，这是它与有线AP最大的不同。 Mesh的设计目标就是将有线设备和有线AP的数量降至最低，因此大大降低了总拥有成本和安装时间，仅这一点带来的成本节省就是非常可观的。无线Mesh网络的配置和其他网管功能与传统的WLAN相同，用户使用WLAN的经验可以很容易应用到Mesh网络上。
2．非视距传输(NLOS)。利用无线Mesh技术可以很容易实现NLOS配置，因此在室外和公共场所有着广泛的应用前景。与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用户。按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终到达无直接视距的目标用户。这样，具有直接视距的用户实际上为没有直接视距的邻近用户提供了无线宽带访问功能。无线Mesh网络能够非视距传输的特性大大扩展了无线宽带的应用领域和覆盖范围。
3．健壮性。实现网络健壮性通常的方法是使用多路由器来传输数据。如果某个路由器发生故障，信息由其他路由器通过备用路径传送。E-mail就是这样一个例子，邮件信息被分成若干数据包，然后经多个路由器通过Internet发送，最后再组装成到达用户收件箱里的信息。Mesh网络比单跳网络更加健壮，因为它不依赖于某一个单一节点的性能。在单跳网络中，如果某一个节点出现故障，整个网络也就随之瘫痪。而在Mesh网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。
4．结构灵活。在单跳网络中，设备必须共享AP。如果几个设备要同时访问网络，就可能产生通信拥塞并导致系统的运行速度降低。而在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因此不会导致系统性能的降低。
Mesh网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。在无线Mesh网络中，每个设备都有多个传输路径可用，网络可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。而目前单跳网络并不能动态地处理通信干扰和接入点的超载问题。
5．高带宽。无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是Mesh网络的优势所在。
在Mesh网络中，一个节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。
此外，因为每个短跳的传输距离短，传输数据所需要的功率也较小。既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻近的节点，节点之间的无线信号干扰也较小，网络的信道质量和信道利用效率大大提高，因而能够实现更高的网络容量。比如在高密度的城市网络环境中，Mesh网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰，大大提高信道的利用效率
前言
一、Ad Hoc网络的概念
二、Ad Hoc网络的特点
三、Ad Hoc网络的应用需求
四、与其他移动通信系统的比较
五、移动IP和Ad Hoc网络的结合
六、管理Ad Hoc网络面临的问题
七、结论
前言

随着人们对摆脱有线网络束缚 、随时随地可以进行自由通信的渴望，近几年来无线网络通信得到了迅速的发展。人们可以通过配有无线接口的便携计算机或个人数字助理来实现移动中的通信。目前的移动通信大多需要有线基础设施（如基站）的支持才能实现。为了能够在没有固定基站的地方进行通信，一种新的网络技术——Ad Hoc网络技术应运而生。Ad Hoc网络不需要有线基础设备的支持，通过移动主机自由的组网实现通信。Ad Hoc网络的出现推进了人们实现在任意环境下的自由通信的进程，同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。

一、AdHoc网络的概念

Ad　Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。Ad　Hoc网络最初应用于军事领域，它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由ＤＡＲＰＡ资助，其后，又在1983年和1994年进行了抗毁可适应网络ＳＵＲＡＮ（Ｓｕｒｖｉｖａｂｌｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）和全球移动信息系统ＧｌｏＭｏ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）项目的研究。由于无线通信和终端技术的不断发展，Ad Hoc网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地通过搭建Ad Hoc网络实现。

在Ad　Hoc网络中，当两个移动主机（如图1中的主机Ａ和Ｂ）在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。但是由于移动主机的通信覆盖范围有限，如果两个相距较远的主机（如图1中的主机Ａ和Ｃ）要进行通信，则需要通过它们之间的移动主机Ｂ的转发才能实现。因此在Ad Hoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。在Ad Hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故Ad Hoc网络也被称为多跳无线网络。其结构如图2所示。

Ad Hoc网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在Ad Hoc网络中，使用计算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制。通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理（ＰＤＡ）等移动终端设备。Ad Hoc网络不同于目前因特网环境中的移动IP网络。在移动IP网络中，移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在Ad Hoc网络中只存在无线链路一种连接方式。在移动IP网络中，移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之间均为有线网络，仍然使用因特网的传统路由协议。而Ad Hoc网络没有这些设施的支持。此外，在移动IP网络中移动主机不具备路由功能，只是一个普通的通信终端。当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构，而Ad Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。
二、Ad Hoc网络的特点

Ad Hoc网络作为一种新的组网方式，具有以下特点。
2．1 网络的独立性
Ad Hoc网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。Ad Hoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。

2．2 动态变化的网络拓扑结构

在Ad Hoc网络中，移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。对于常规网络而言，网络拓扑结构则相对较为稳定。

2．3 有限的无线通信带宽

在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远