目前存在的無線通信網(wǎng)絡

1、無線通信網(wǎng)絡簡介無線通信網(wǎng)絡簡介 1. IEEE 802.11協(xié)議簡介協(xié)議簡介 1.1 1.1 WLANWLAN的發(fā)展及應用領域的發(fā)展及應用領域1.21.2 WLAN的兩種組網(wǎng)形式的兩種組網(wǎng)形式BBS2BBS1InternetAPAP圖1.1 具有中心控制點的WLAN 圖1.2 自組織WLAN 1.3 WLAN的所具有的主要優(yōu)勢的所具有的主要優(yōu)勢 組網(wǎng)簡單：無需網(wǎng)絡系統(tǒng)布線工程，一般只需要布置一個或組網(wǎng)簡單：無需網(wǎng)絡系統(tǒng)布線工程，一般只需要布置一個或幾個接入點就可以達到覆蓋一定區(qū)域范圍的局域網(wǎng)絡，從而幾個接入點就可以達到覆蓋一定區(qū)域范圍的局域網(wǎng)絡，從而大大減少了網(wǎng)絡組建時間；大大減少了網(wǎng)絡組建

2、時間； 靈活性與移動性：在無線信號覆蓋的范圍內，用戶可以不受靈活性與移動性：在無線信號覆蓋的范圍內，用戶可以不受線纜的束縛隨意地進行移動，在任何地點、在任意時間快速線纜的束縛隨意地進行移動，在任何地點、在任意時間快速地訪問網(wǎng)絡；地訪問網(wǎng)絡； 易于擴展：易于擴展：WLAN具有多種靈活的配置方式，能夠支持不同具有多種靈活的配置方式，能夠支持不同服務區(qū)間的漫游功能。因而可以根據(jù)應用的需要，方便將只服務區(qū)間的漫游功能。因而可以根據(jù)應用的需要，方便將只有幾個用戶的小型網(wǎng)絡擴展到上千用戶的大型網(wǎng)絡；有幾個用戶的小型網(wǎng)絡擴展到上千用戶的大型網(wǎng)絡； 節(jié)約經(jīng)濟：組建有線網(wǎng)絡時，為了考慮以后網(wǎng)絡的擴展往往節(jié)約經(jīng)濟

3、：組建有線網(wǎng)絡時，為了考慮以后網(wǎng)絡的擴展往往會預留多個利用率較低的信息接入點，而當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改會預留多個利用率較低的信息接入點，而當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改變或者更改覆蓋區(qū)域時，又需要布線來重新組建網(wǎng)絡，這些變或者更改覆蓋區(qū)域時，又需要布線來重新組建網(wǎng)絡，這些將帶來昂貴的經(jīng)濟代價。將帶來昂貴的經(jīng)濟代價。WLAN則由于組網(wǎng)簡單、易于擴展，則由于組網(wǎng)簡單、易于擴展，可以避免以上情況的發(fā)生，從而可以大大降低經(jīng)濟代價?？梢员苊庖陨锨闆r的發(fā)生，從而可以大大降低經(jīng)濟代價。1.4 IEEE 802.11協(xié)議族協(xié)議族1997年美國電氣和電子工程師協(xié)會（年美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE，Institute of E

4、lectrical and Electronics Engineers）推出了）推出了802.11協(xié)議，和其他協(xié)議，和其他IEEE 802協(xié)議一樣，協(xié)議一樣，802.11協(xié)議詳細定義了媒體接入控制（協(xié)議詳細定義了媒體接入控制（MAC, Medium Access Control ) 和物理層（和物理層（PHY, Physical Layer）的規(guī)）的規(guī)范范 IEEE 802.11a:工作頻率工作頻率5GHz，最高速率，最高速率54Mbps IEEE 802.11b:工作頻率工作頻率2.4GHz，最高速率，最高速率11Mbps IEEE 802.11g:工作頻率工作頻率2.4GHz，最高速率，最

5、高速率54Mbps注：以上三種協(xié)議定義了不同的注：以上三種協(xié)議定義了不同的PHY IEEE 802.11n：工作頻率：工作頻率5GHz或或2.4GHz，最高速率，最高速率600Mbps注：該協(xié)議定義了不同的注：該協(xié)議定義了不同的PHY和和MAC層層 IEEE 802.11e注：該協(xié)議定義了不同的注：該協(xié)議定義了不同的MAC層層1.5 1.5 IEEE 802.11/11e MAC協(xié)議的兩種操作模式協(xié)議的兩種操作模式 802.11點協(xié)調功能點協(xié)調功能（PCF, Point Coordination Function ) 802.11e混合可控信道接入混合可控信道接入（HCCA, Hybrid C

6、oordination Function (HCF) Controlled Channel Access） 802.11分布式協(xié)調功能（分布式協(xié)調功能（DCF, Distributed Coordination Function） 802.11e增強的分布式信道接入（增強的分布式信道接入（EDCA, Enhanced Distributed Channel Access） 1.6 1.6 IEEE 802.11 DCF MAC協(xié)議協(xié)議協(xié)議的操作特點：協(xié)議的操作特點：載波偵聽與沖突避免載波偵聽與沖突避免（CSMA/CA, Carrier Sense Multiple Access with Co

7、llision Avoidance） 二進制指數(shù)退避二進制指數(shù)退避 （BEB, Binary Exponential Backoff ）數(shù)據(jù)傳輸模式數(shù)據(jù)傳輸模式 （基本（基本（Basic）傳輸模式和）傳輸模式和RTS/CTS（Request to Send/Clear to Send）傳輸模）傳輸模式式 ）源節(jié)點目的節(jié)點其他節(jié)點DIFSDATASIFSACKNAVDIFSDIFSDIFS延遲后退避延遲接入圖2.1 DCF協(xié)議的基本傳輸模式 圖2.2 DCF協(xié)議的RTS/CTS傳輸模式1.7 1.7 IEEE 802.11e EDCA MAC協(xié)議協(xié)議協(xié)議的操作特點：協(xié)議的操作特點： EDCA機制

8、是對機制是對DCF機制的一種擴展，它通過機制的一種擴展，它通過不同的接入?yún)⒉煌慕尤雲(yún)?shù)數(shù)來為不同類別的業(yè)務流提供區(qū)分服務，從而達到保證實時業(yè)來為不同類別的業(yè)務流提供區(qū)分服務，從而達到保證實時業(yè)務的務的QoS的目的。的目的。EDCA在節(jié)點內部為不同的業(yè)務流定義了在節(jié)點內部為不同的業(yè)務流定義了四四種優(yōu)先接入類別種優(yōu)先接入類別（AC, Access Category）（如表）（如表2.1所示），并所示），并讓其分別對應于讓其分別對應于四個獨立的隊列四個獨立的隊列，相當于四個獨立的，相當于四個獨立的MAC層實層實體。每種體。每種AC都被賦予四種不同的接入?yún)?shù)，都被賦予四種不同的接入?yún)?shù)，采用載波偵聽

9、以采用載波偵聽以及與及與DCF類似的二進制退避機制獨立地參與信道的競爭類似的二進制退避機制獨立地參與信道的競爭。 CWminACCWminAC ：每種：每種ACAC的最小競爭窗口。當屬于該的最小競爭窗口。當屬于該ACAC的數(shù)據(jù)幀成功傳輸后或的數(shù)據(jù)幀成功傳輸后或者初始傳輸時，便從中均勻地選擇一個隨機整數(shù)作為退避計數(shù)器，此值越小，者初始傳輸時，便從中均勻地選擇一個隨機整數(shù)作為退避計數(shù)器，此值越小，表明該表明該ACAC優(yōu)先級別越高，獲得信道接入權的機會就越大。優(yōu)先級別越高，獲得信道接入權的機會就越大。 CWmaxACCWmaxAC ：每種：每種ACAC的最大競爭窗口。當屬于該的最大競爭窗口。當屬于該

10、ACAC的數(shù)據(jù)幀在第次傳輸中的數(shù)據(jù)幀在第次傳輸中發(fā)生沖突時，則在第次傳輸時所使用的將增大至原來的兩倍，直至達到最大發(fā)生沖突時，則在第次傳輸時所使用的將增大至原來的兩倍，直至達到最大值，并從中均勻地選擇一個隨機整數(shù)作為退避計數(shù)器重新開始退避，當達到值，并從中均勻地選擇一個隨機整數(shù)作為退避計數(shù)器重新開始退避，當達到最大重傳次數(shù)后丟棄該數(shù)據(jù)幀。最大重傳次數(shù)后丟棄該數(shù)據(jù)幀。 AIFSACAIFSAC：每種：每種ACAC的仲裁幀間隔（的仲裁幀間隔（Arbitration Inter-Frame SpaceArbitration Inter-Frame Space）。）。每種每種ACAC需要監(jiān)聽信道持續(xù)空

11、閑達到需要監(jiān)聽信道持續(xù)空閑達到AIFSACAIFSAC間隔后，方可進行數(shù)據(jù)的傳輸或間隔后，方可進行數(shù)據(jù)的傳輸或者退避計數(shù)器的遞減。者退避計數(shù)器的遞減。AIFSACAIFSAC可按照下面的公式來計算?？砂凑障旅娴墓絹碛嬎?。 其中，和是物理層參數(shù)，分別表示物理層時隙和短幀間隔大??；是大于其中，和是物理層參數(shù)，分別表示物理層時隙和短幀間隔大?。皇谴笥诘扔诘扔? 1的整數(shù)。較小的的整數(shù)。較小的AIFSAC AIFSAC 表示該表示該ACAC優(yōu)先級別越高，獲得信道接入權的優(yōu)先級別越高，獲得信道接入權的機會就越大。機會就越大。 TXOPACTXOPAC：每種：每種ACAC的傳輸機會（的傳輸機會（Tran

12、smission OpportunityTransmission Opportunity），），指的是指的是一個時間區(qū)間。當該一個時間區(qū)間。當該ACAC成功獲取到信道接入權后，在這段時間區(qū)間內不需要成功獲取到信道接入權后，在這段時間區(qū)間內不需要再次與其他節(jié)點競爭信道，而可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀，但不能超過時間區(qū)再次與其他節(jié)點競爭信道，而可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀，但不能超過時間區(qū)間的長度限制。較大的間的長度限制。較大的TXOPACTXOPAC表示該表示該ACAC可以占有更多的信道時間，以傳輸可以占有更多的信道時間，以傳輸更多的數(shù)據(jù)幀。更多的數(shù)據(jù)幀。 優(yōu)先級AC流類型AIFSNTXOPLimit(ms

13、)CWminCWmax10盡力而為的數(shù)據(jù)業(yè)務703110232031視頻探測3031102342視頻26.0161531563語音23.264777表2.1 四種優(yōu)先接入類別及其所對應的默認參數(shù)2. Zigbee(傳感器傳感器Sensor)網(wǎng)絡簡介網(wǎng)絡簡介 n ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復雜度的無線網(wǎng)絡技術; n 基于802.15.4標準;n ZigBee有三個可使用頻段，國內采用2.4G的ISM頻段;n ZigBee無線的傳輸帶寬在20-250Kbps范圍，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的傳輸;n ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點容量達到65535個，具有非常強大的組網(wǎng)

14、優(yōu)勢;ZigBeeZigBee能幫我們做什么能幫我們做什么n 無線控制或無線傳感器網(wǎng)絡n 組建PAN（ Personal Area Networks）n 設備之間的無線數(shù)據(jù)通訊n 無線控制燈、開關、溫控器、電氣用具等ZigBeeZigBee的應用場合的應用場合低速無線設備 TV VCR DVD CD 鼠標鼠標 鍵盤鍵盤 操作桿操作桿 保安保安 HVAC 照明照明 門禁門禁 玩具玩具 游戲器具游戲器具 監(jiān)視監(jiān)視 診斷診斷 傳感器傳感器工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)消費電子消費電子個人健康監(jiān)護 監(jiān)視監(jiān)視 傳感器傳感器 自動化自動化控制控制玩具和玩具和游戲游戲家庭家庭自動化自動化PC 機的機的外圍設備外圍設備Zi

15、gBeeZigBee與其他無線網(wǎng)絡與其他無線網(wǎng)絡Source: /en/resources/ZigBeeZigBee與其他無線網(wǎng)絡與其他無線網(wǎng)絡市場名市場名標準標準GPRS/GSM1xRTT/CDMAWi-Fi802.11bBluetooth802.15.1ZigBee802.15.4應用重點應用重點廣闊范圍廣闊范圍聲音聲音&數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)WEB,Email圖像圖像電纜替代品電纜替代品檢測，控制檢測，控制系統(tǒng)資源系統(tǒng)資源16MB+1MB+250KB+4KB-32KB電池壽命（天）電池壽命（天）1至至70.5至至51至至7100至至1000+帶寬（帶寬（

16、KB/s）64-128+11,000+72020-250傳輸距離傳輸距離1,000+1-1001-10+1-100+成功尺度成功尺度覆蓋面大，質量覆蓋面大，質量速度，靈活性速度，靈活性價格便宜，方便價格便宜，方便可靠，低功耗，便可靠，低功耗，便宜宜Source: /en/about/faq.aspZigBeeZigBee與其他無線網(wǎng)絡與其他無線網(wǎng)絡ZigBeeZigBee的優(yōu)勢的優(yōu)勢n低功耗、低成本n免費頻段n時延短n抗干擾能力強n網(wǎng)絡容量大n組網(wǎng)能力強ZigBeeZigBee與與802.15.4802.15.4nZigBee是一組基于是一組基于IEEE

17、802.15.4標準開標準開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術。技術。nIEEE 802.15.4僅處理僅處理MAC層和物理層層和物理層協(xié)議協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟擴展了聯(lián)盟擴展了IEEE對其網(wǎng)絡對其網(wǎng)絡層協(xié)議和層協(xié)議和API進行了標準化。進行了標準化。ZigBeeZigBee與與802.15.4802.15.4ApplicationAPISecurityNetworkMACPHY868MHz/ 915MHz/ 2.4Hz32-/64-/128-bit encryptionStar/Mash/Cluster-TreeCustomerZigBeeAllianc

18、e IEEE802.15.4- “the software”- Network,Security& Application layers- Brand managementIEEE 802.15.4- “the hardware”- Physical & Media Access Control layersSource: /resources/documents/IWAS_presentation_Mar04_Designing_with_802154_and_zigbee.pptZigBeeZigBee網(wǎng)絡中的設備類型網(wǎng)絡中的設備類型

19、ZigBeeZigBee網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構星型網(wǎng)絡ZigBeeZigBee網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構樹型網(wǎng)絡ZigBeeZigBee網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構MESHMESH網(wǎng)絡（網(wǎng)狀網(wǎng)絡）網(wǎng)絡（網(wǎng)狀網(wǎng)絡）ZigBeeZigBee通訊方式及信道通訊方式及信道n直序擴頻技術（DSSS）；n抗干擾能力極強，保密性，可靠性高；n國內采用2.4G頻道。 2.4G2.4G頻段各類無線設備的通訊頻段各類無線設備的通訊1. Wi-Fi系統(tǒng)2. 藍牙系統(tǒng) 3. 無線USB 4. ZigBee系統(tǒng) 5. 2.4GHz無繩電話 2.4G頻段無線系統(tǒng)信號比較無線USB的頻率捷變3. Ad Hoc(自組織自組織)網(wǎng)

20、絡簡介網(wǎng)絡簡介 隨著我國電信市場競爭的加劇，找準和開拓新的業(yè)務增長點成了電信運營商和設備提供商在市場中掌握先機的關鍵。 采用移動Ad Hoc網(wǎng)絡技術的MESH無線區(qū)域網(wǎng)等業(yè)務被認為是未來的業(yè)務熱點之一。 甚至有人稱：就象IP網(wǎng)絡改造傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡一樣，移動Ad Hoc網(wǎng)絡技術可能對現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡的結構和運營模式帶來劃時代的影響。Ad Hoc自組織無線網(wǎng)絡技術意義深遠 一組帶有無線收發(fā)裝置的組成的一個、臨時性 自創(chuàng)建（Self-Creating)、自組織(Self-Organizing)、自管理（Self-Administering)系統(tǒng)。 不依賴預設的基礎設施而臨時組建。 移動終端具有路由功能

21、，可以通過無線連接構成任意的網(wǎng)絡拓撲?？瑟毩⒐ぷ?，也可與Internet或蜂窩無線網(wǎng)絡連接。Overview-自組織功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiOverview-動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiOverview-自動最佳路由選擇-1Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiOverview-自動最佳路由選擇-2最佳路由

22、最佳路由備選替換路由備選替換路由有線回傳有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiOverview-自動路由保護/恢復Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi最佳路由最佳路由備選替換路由備選替換路由有線回傳有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiOverview-Overview-Wi

23、-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi MAC-碰撞碰撞/沖突避免、隱藏和暴露終端問題沖突避免、隱藏和暴露終端問題 QoS保證保證 功率控制與管理功率控制與管理 網(wǎng)絡的信息安全網(wǎng)絡的信息安全Core TechnologyExisting MANET protocolsdiscover routes on-demand (re-active)Maintain updated routes (pro-active)Source ro

24、utingTable drivenVariation of distant vector?Variations of link state routing?, ABR,TORA、先應式路由按需路由混合式路由（Hybrid）(局部先應，廣域按需）功率感知路由、地理位置信息路由、功率感知路由、地理位置信息路由、 QoS路由、多播路由、可擴展路由路由、多播路由、可擴展路由可以和許多技術結合基于WLAN的自組織無線網(wǎng)絡架構Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAX IEEE802.11b/g（2.4GHz）、）

25、、IEEE802.11（5GHz） 每個節(jié)點每個節(jié)點2002000m覆蓋范圍覆蓋范圍 64/128位位WEP加密（或加密（或WAPI）（可根據(jù)需要）（可根據(jù)需要 增加不同層增加不同層次的加密功能）次的加密功能） 高帶寬，高帶寬，11-54M /s或更高（或更高（IEEE802.11n） 面向數(shù)據(jù)業(yè)務面向數(shù)據(jù)業(yè)務(Data service oriented )的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡 支持支持VoWi-Fi 網(wǎng)絡可靠性高網(wǎng)絡可靠性高 組網(wǎng)非常方便組網(wǎng)非常方便 通用性和兼容性強通用性和兼容性強 成本優(yōu)勢成本優(yōu)勢 豐富的終端支持豐富的終端支持和其它寬帶網(wǎng)絡的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi

26、Wi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi在城域中的運用在城域中的運用 現(xiàn)場布控/緊急通信使用使用IEEE1609.4協(xié)議，即協(xié)議，即WAVE協(xié)議協(xié)議 蜂窩型蜂窩型Wi-Fi網(wǎng)絡已經(jīng)在美國一些城市部署和即將開始部網(wǎng)絡已經(jīng)在美國一些城市部署和即將開始部署，如署，如Michigan州的州的Grand Haven去年去年8月完成了月完成了Wi-Fi網(wǎng)絡覆蓋，成為了全美國第一座網(wǎng)絡覆蓋，成為了全美國第一座WiFi城市。城市。Chaska, Minnesota（密尼蘇達州）也已經(jīng)建成覆蓋全市的蜂窩型（密尼蘇達州）也已經(jīng)建成覆蓋全市的蜂窩型Wi

27、-Fi網(wǎng)絡，并投入運營。網(wǎng)絡，并投入運營。 Philadelphia（費城）投資（費城）投資700萬萬1000萬美圓搭建覆蓋萬美圓搭建覆蓋整個城市整個城市135平方英里的范圍，為整個城市提供一個基于平方英里的范圍，為整個城市提供一個基于IEEE802.11b的的Wi-Fi寬帶無線網(wǎng)絡，為目前世界上規(guī)模寬帶無線網(wǎng)絡，為目前世界上規(guī)模最大的蜂窩型最大的蜂窩型Wi-Fi城域無線寬帶網(wǎng)絡。城域無線寬帶網(wǎng)絡。 同時，美國其它一些大城市，如同時，美國其它一些大城市，如Madison、Boston、Culver City等都在計劃當中。等都在計劃當中。Anaheim, Portland; Minneapol

28、is; Arlington and Brookline. 2005年臺北市和年臺北市和Nortel合作，建立了覆蓋整個城市的蜂合作，建立了覆蓋整個城市的蜂窩型窩型Wi-Fi網(wǎng)絡。網(wǎng)絡。 英國（英國（BT）、澳大利亞、新西蘭等。）、澳大利亞、新西蘭等。4. Mesh(網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng))網(wǎng)絡簡介網(wǎng)絡簡介 什么是WiFi-Mesh 無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WiFi Mesh)，是一種基于WiFi技術而發(fā)展出來的一種新型的無線城域網(wǎng)解決方案，由于其具有自組網(wǎng),自修復,自平衡,自動擴展等特點,目前正在世界范圍內尤其是歐美等發(fā)達國家掀起應用熱潮。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡完全不同，WiFi-Mesh大幅降低運營商對網(wǎng)絡部署的成本和復

29、雜程度。WiFi-Mesh典型網(wǎng)絡WiFi-MESH技術起源l 在現(xiàn)代化戰(zhàn)場上，各種軍事 車輛之間、士兵之間、士兵與軍事車輛之間都需要保持密切的聯(lián)系，以實現(xiàn)統(tǒng)一指揮， 協(xié)同作戰(zhàn)。這是一種典型的移動自組織網(wǎng)絡.自組織網(wǎng)絡已被認為是未來移動通信技術的核心組成部分之一，甚至有不少人認為自組織網(wǎng)絡的思想將會把所有我們能想到的網(wǎng)絡組合在一起，從而實現(xiàn)世界通信網(wǎng)絡的大統(tǒng)一。l WiFi-Mesh的研究起源于美國軍方DARPA計劃中對MANET(Mobile Ad-hoc Network，移動自組織網(wǎng)絡)的研究，應用于波斯灣和海灣戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)通信指揮系統(tǒng)。今天，在經(jīng)歷了多年的技術進步和商業(yè)推動之后，商用的無線

30、網(wǎng)狀網(wǎng)最終成為現(xiàn)實。目前，已經(jīng)商用的無線網(wǎng)狀網(wǎng)產(chǎn)品基本上都基于WiFi，稱之為WiFi-MESH WiFi-Mesh的三個階段 第一階段的典型代表是基于交換技術的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。采用交換技術的無線網(wǎng)狀網(wǎng)產(chǎn)品是一個無線交換機和AP的結合，它本身沒有路由功能，必須有一個根節(jié)點來進行數(shù)據(jù)交換。這一階段的產(chǎn)品主要特征是適合小規(guī)模組網(wǎng)、連接多個熱點。 第二階段的典型代表是基于路由技術的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。具有路由功能的無線網(wǎng)狀網(wǎng)真正體現(xiàn)了網(wǎng)狀路由的特性。每個無線網(wǎng)絡中的路由器不僅為覆蓋區(qū)內連接的用戶提供網(wǎng)絡接入，同時作為該網(wǎng)絡的基本設施將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡路由到目的地。但由于使用的是來自于有線網(wǎng)絡被廣泛應用的3層

31、路由技術，并不完全適用于無線網(wǎng)絡，無線網(wǎng)狀網(wǎng)的真正潛力沒有發(fā)揮出來。WiFi-Mesh的三個階段 第三代WiFi-Mesh產(chǎn)品，采用多種技術，在無線性能（傳輸距離、移動速率、抗干擾、穿透等）方面具有大幅增強，能夠適應于更多更復雜的應用場景。第三代WiFi-Mesh網(wǎng)絡具備靈活性高和容錯能力強的特點。它簡化了視距通信問題并以最少量的網(wǎng)絡基礎設施和互聯(lián)成本大大擴展了網(wǎng)絡的覆蓋范圍 。 相對于現(xiàn)有的有線系統(tǒng)，無線系統(tǒng)在信號質量、覆蓋程度、傳輸距離、通訊安全、服務質量等方面遭遇了更為苛刻的挑戰(zhàn)。如何克服這些瓶頸一直是無線網(wǎng)狀網(wǎng)領域的核心問題。此外，如何與WiMAX、Zigbee等其他新技術進行融合也是

32、當前WiFi-Mesh的重要研究課題。WiFi-Mesh發(fā)展趨勢 隨著經(jīng)濟和文化的發(fā)展，越來越多的無線應用市場需求激發(fā)了無線技術的快速發(fā)展。無線網(wǎng)狀網(wǎng)自一開始就是為“隨時隨地隨需”的無線應用所設計，它可以動態(tài)地創(chuàng)建新的鏈接和其他節(jié)點相連，具有自組網(wǎng)、自管理、自動修復、自我平衡等優(yōu)點。無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術不但被福布斯雜志認為是預示著無線革命下一個階段的到來，也被IEEE評選為代表未來趨勢的十大信息技術之一。因此，無線網(wǎng)狀網(wǎng)已經(jīng)被業(yè)內普遍認為是無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展方向，被公認為是未來的4G技術。無線Mesh技術特點(1). 是一種新型無線技術，提供無線路由功能，可擴展WiFi形成無線城域網(wǎng)(2). 單節(jié)點

33、無線性能比WiFi有很大增強，滿足構建無線城域網(wǎng)的要求。(3). 網(wǎng)絡拓撲成網(wǎng)狀(4). 具備多跳功能(5). 網(wǎng)絡具有自組織能力(6). 網(wǎng)絡具有自修復能力(7). 網(wǎng)絡具有自平衡能力(8). 高帶寬，低成本網(wǎng)狀拓撲 網(wǎng)狀拓撲結構。網(wǎng)狀拓撲結構。ABCDEFABCDEF圖a圖b網(wǎng)絡自組織功能l 網(wǎng)絡具備自組織功能，可自動探知新增節(jié)點，并更新路由，自動調整網(wǎng)絡參數(shù)，如相鄰節(jié)點發(fā)射功率等l 自組織功能帶來諸多優(yōu)勢：減小無線規(guī)劃復雜度、無需復雜配置、新增節(jié)點非常方便BACD新增FEAC網(wǎng)絡自修復功能l 網(wǎng)狀結構，無中心，單個節(jié)點破壞不會影響到其它節(jié)點，可進行路由自調整。l 節(jié)點具備功率自調整功能，

34、通過覆蓋區(qū)域呼吸效應減小節(jié)點毀壞帶來的影響。BBACACDFE網(wǎng)絡自平衡功能l 節(jié)點具有自平衡能力，能根據(jù)數(shù)據(jù)目的地和各前向路由中擁塞情況選擇最佳路徑發(fā)送 。BACDFE路徑擁塞節(jié)點擁塞分布式控制 分布式控制。分布式控制。為實現(xiàn)節(jié)點間相互通訊，無線網(wǎng)狀網(wǎng)需要眾多控制功能，如認證、無線資源安排、路由發(fā)現(xiàn)等，這些工作在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中都是通過中心控制節(jié)點完成的，但在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中沒有中心控制節(jié)點，這些工作必須由各節(jié)點或節(jié)點間自行完成，設計的控制流程與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡存在很大區(qū)別。ABCDEFABCDEF圖a圖bMesh網(wǎng)絡的結構 一般而言，WiFi-Mesh網(wǎng)絡由客戶節(jié)點、Mesh 路由器節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點組成。

35、 客戶節(jié)點可以是筆記本電腦、PDA、WiFi 手機、RFID閱讀器和無線傳感器或控制器等；客戶節(jié)點按照功能可以分為兩類：一類只作為普通終端接入網(wǎng)絡，不具有轉發(fā)信息的功能；另一類既具有普通節(jié)點的接入功能，又具有路由和信息轉發(fā)功能，即兼具了無線路由器的功能。Mesh 路由器可以是普通PC，也可以是專用的嵌入式系統(tǒng)，如ARM 等。 按照結構層次，無線Mesh 網(wǎng)絡可以分為平面結構、多極結構和混合結構。平面結構 平面結構中所有節(jié)點都是對等的關系，每個節(jié)點都包含相同的MAC、路由、管理和安全等協(xié)議，既可以接入網(wǎng)絡，也可以轉發(fā)其他節(jié)點的消息。網(wǎng)內的節(jié)點能夠形成任意網(wǎng)狀的拓撲結構，節(jié)點也可以任意移動，網(wǎng)絡的

36、拓撲結構會動態(tài)的發(fā)生變化。在這種環(huán)境下，由于節(jié)點的無線通信覆蓋范圍有限，兩個無法直接通信的用戶終端可以借助其他終端的分組轉發(fā)功能進行數(shù)據(jù)通信，而不需要借助其他基礎設施。多級網(wǎng)絡結構 無線Mesh 網(wǎng)絡的典型多級結構，分為上下兩層。下層的客戶節(jié)點可以通過Mesh 路由器接入到上層Mesh 結構的網(wǎng)絡中，Mesh 路由器提供路由選擇和中繼功能，為客戶節(jié)點提供一條順利連接到網(wǎng)關節(jié)點的無線鏈路。網(wǎng)關節(jié)點通過路由選擇和管理控制等功能為移動終端選擇與其他網(wǎng)絡節(jié)點通信的最佳路徑。這種結構的優(yōu)點：可以兼容市場上已經(jīng)有的設備，降低系統(tǒng)成本，提高了網(wǎng)絡覆蓋率和可靠性，缺點：任意兩個終端節(jié)點之間不能直接通信.混合網(wǎng)

37、絡結構 在混合結構中，用戶節(jié)點增加了具有轉發(fā)和路由功能的Mesh 設備，之間可以實現(xiàn)無線互連。WiFi-Mesh關鍵技術-路由l 路由判據(jù)路由判據(jù) 無線MESH網(wǎng)絡中另外一個很重要的問題是路由選擇問題，例如從某個節(jié)點A到達其它的節(jié)點B，可以經(jīng)過不同的用戶站中轉，于是就存在多條路徑，選擇哪條路徑就成為一個關鍵問題，這將直接影響系統(tǒng)的性能。而一般有線網(wǎng)絡中的路由協(xié)議技術并不適合無線路由場景.需要綜合考慮多方面的因素，當節(jié)點增加或是減少時，無線MESH網(wǎng)絡的拓撲結構就會發(fā)生變化，路由選擇問題變的更加復雜。l 快速收斂快速收斂 無線網(wǎng)狀網(wǎng)中拓撲高度變化。由于常規(guī)路由協(xié)議需要花費較長時間才能達到收斂，而

38、此時拓撲結構可能在達到收斂前又發(fā)生了變化，結果導致整個網(wǎng)絡路由始終無法處于收斂狀態(tài)。在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中，路由算法必須具備快速收斂特性，使其能夠感知和跟蹤上節(jié)點移動造成的鏈路狀況變化，以維護正確的動態(tài)路由。另外，由于無線帶寬有限，路由協(xié)議開銷不能太大，否則會嚴重影響網(wǎng)絡性能l 快速無縫切換快速無縫切換 結點在高速移動的情況下,需要在很短的時間內進行無線鏈路的切換,如果切換時間過長,會導致數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛嗟惹闆r. .WiFi-Mesh關鍵技術-無線 無線性能增強技術無線性能增強技術 無線信號存在著慢衰落和快衰落問題，如何增強傳輸距離、移動速率、抗干擾、穿透等無線性能是眾多無線MESH廠家的研究重點。新興

39、的物理層無線電技術，如定向智能天線、自適應調制編碼、MIMO技術以及多無線電/多信道系統(tǒng)已經(jīng)成為下一代無線接入系統(tǒng)的不可或缺的關鍵技術。此外，為了進一步改善無線射頻性能以及高層協(xié)議的控制，更先進的可重配置無線電、感知無線電、甚至軟件無線電技術都已開始在無線系統(tǒng)中有所運用。這些高級物理層無線電技術的開發(fā)設計不僅對物理層性能起著決定性作用，而且要求進行整合物理層、MAC層和網(wǎng)絡層進行整體設計，以便最大限度的提高整個網(wǎng)絡性能。 另外對于WiFi-Mesh網(wǎng)絡,由于共享信道等以及干擾等方面的原因,多跳后帶寬會嚴重降低,這個也是需要解決的問題WiFi-Mesh關鍵技術-功率控制 功率控制與管理功率控制與

40、管理 功率控制與管理對于無線MESH網(wǎng)絡來說非常重要，特別是終端對節(jié)能尤為敏感。功率控制的主要好處在于：(1)采用盡可能小的發(fā)送功率或者減少不必要的功率發(fā)射能延長電池的使用期限，并且能增大網(wǎng)絡容量；(2)降低發(fā)射功率能夠減少鏈路沖突；(3)當系統(tǒng)流量負荷較高是，低發(fā)射功率將獲得更小的端到端時延；而當負荷較低時，高發(fā)射功率將獲得更小的時延，所以功率控制需要根據(jù)系統(tǒng)負荷大小確定功率的分配；(4)功率控制應該與網(wǎng)絡層的路由技術聯(lián)合進行優(yōu)化設計。 無線資源管理實際上包括前面所述的功率控制，還包括容量和負載管理，以及資源分配和調度機制等。無線資源管理一方面是滿足各種業(yè)務的QoS要求，另外一方面能保證珍貴

41、的無線資源高效使用。WiFi-Mesh關鍵技術-QoS與安全 QoSQoS保證保證 無線MESH網(wǎng)絡的大多數(shù)應用都是具有不同QoS要求的寬帶業(yè)務。這樣，除了端到端時延和公平性以外，還需要在通信協(xié)議中考慮時延抖動、聚合吞吐量、每節(jié)點吞吐量以及分組丟包率等性能評價指標。一般Mesh結點都具有轉發(fā)功能,特別是網(wǎng)狀網(wǎng)絡的情況下,結點自身業(yè)務和轉發(fā)業(yè)務發(fā)生沖突時如何保障QoS還是個問題 網(wǎng)絡信息安全網(wǎng)絡信息安全 無線MESH網(wǎng)和802.11無線局域網(wǎng)相比，多跳通信是一個主要的安全挑戰(zhàn)。無線通信的廣播本質使其更容易受到被動攻擊（如竊聽），以及主動攻擊（如信息篡改，DOS攻擊）。而這些安全隱患在多跳的MES

42、H網(wǎng)中將被進一步放大。所以必須設計安全的路由協(xié)議以對抗針對路由協(xié)議的攻擊。MESH網(wǎng)絡與傳統(tǒng)的WLAN無線局域網(wǎng)InternetInternet傳統(tǒng)的WLAN無線局域網(wǎng)無線MESH網(wǎng)絡- 熱點覆蓋- 依賴有線連接- 無線性能較差- 數(shù)據(jù)固定路徑轉發(fā)- 熱區(qū)覆蓋- 無線自成網(wǎng)絡，不依賴有線連接- 無線性能大幅增強- 自動適應最佳路由，網(wǎng)絡自組織，自均衡WLAN無線局域網(wǎng)（樹狀結構）-獨立唯一路徑獨立唯一路徑ABInternet-容易阻塞容易阻塞-必須經(jīng)過有線網(wǎng)絡，且因容易發(fā)必須經(jīng)過有線網(wǎng)絡，且因容易發(fā)生阻塞，網(wǎng)絡延時大生阻塞，網(wǎng)絡延時大-所有節(jié)點必須與有線相連，部所有節(jié)點必須與有線相連，部署不方

43、便（如采用網(wǎng)橋，則存署不方便（如采用網(wǎng)橋，則存在嚴重的單點故障問題）在嚴重的單點故障問題）MESH無線網(wǎng)狀網(wǎng)（網(wǎng)狀結構）-網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構、存在網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構、存在多條可選路徑，自動尋多條可選路徑，自動尋找最佳路徑找最佳路徑-多條路徑間自動平衡多條路徑間自動平衡流量，不易阻塞流量，不易阻塞-選擇最短路徑，延時選擇最短路徑，延時小小-無需所有節(jié)點落地，無需所有節(jié)點落地，網(wǎng)絡部署方便網(wǎng)絡部署方便-無單點故障問題，網(wǎng)無單點故障問題，網(wǎng)絡具備自愈能力絡具備自愈能力與WLAN無線性能對比無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)WLAN無線無線MESH覆蓋距離覆蓋距離(100mw發(fā)發(fā)射功率，全射功率，全向天線向天線)室內100m，

44、室外300m(空曠地帶)室內100200m，室外300m3Km(空曠地帶)移動性移動性小于50Km/h50Km/h350Km/h傳輸帶寬傳輸帶寬22Mbps(TCP)322Mbps(帶寬損失用于底層私有協(xié)議開銷)抗干擾能力抗干擾能力 弱強無線網(wǎng)絡性無線網(wǎng)絡性能能由于節(jié)點間無協(xié)商機制，再多節(jié)點也無法形成高質量無線覆蓋網(wǎng)絡，盲區(qū)眾多，切換時延大（幾秒）節(jié)點間存在協(xié)商機制，可以形成高質量覆蓋的無線網(wǎng)絡，可消除盲區(qū)，切換時延小(無縫切換幾秒) 各廠家間無線性能存在較大差異，是無線MESH產(chǎn)品的核心競爭焦點Mesh與 WLAN互補關系 WiFi網(wǎng)絡的特點是帶寬較高但通信范圍較小，主要用于小范圍的無線通訊

45、，被定義為無線局域網(wǎng)(WLAN)。 目前，WiFi網(wǎng)絡迅速向人群聚集的地點或樓宇內發(fā)展，像咖啡店、酒店、機場候機大廳、寫字樓等地為用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的服務。 相對于WiFi，無線Mesh在組網(wǎng)方式、傳輸距離以及移動性上都有很大的改進，特別是它具有兼容WiFi的特性，利用WiFi-Mesh和WLAN的特點,在組網(wǎng)絡時,可以用WiFi-Mesh做骨干傳輸,同時用WLAN做接入,做到互相補充的關系與公眾移動網(wǎng)絡比較2G公眾網(wǎng)公眾網(wǎng)(GPRS/CDMA1X)3G公眾網(wǎng)公眾網(wǎng)(TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000)3.5G公眾網(wǎng)公眾網(wǎng)(HSPA )無線無線MESH最大傳輸最大傳輸帶寬帶寬30-70

46、Kbps128Kbps,部分重點區(qū)域384Kbps 理論值下行14.4Mbps 上行5.8Mbps20Mbps網(wǎng)絡覆蓋網(wǎng)絡覆蓋廣域覆蓋,目前建設很充分,無處不在廣域覆蓋,目前僅在奧運城市建設廣域覆蓋,目前無建設城域覆蓋,按需建設安全安全國內未實施空口加密,安全存在重大隱患,可輕松進行空口竊聽和數(shù)據(jù)攔截空口加密可靠,主要隱患來自非專網(wǎng)存在的安全問題空口加密可靠,主要隱患來自非專網(wǎng)存在的安全問題空口加密,節(jié)點認證,用戶認證,專網(wǎng)建網(wǎng)成本建網(wǎng)成本高高高低使用費使用費中高高低無線Mesh與3G的融合3G已經(jīng)醞釀很久，而且得到各大通信公司的支持，我們國內也有TD-SCDMA專有技術，可謂眾望所歸。到目前

47、為止，數(shù)字移動電話在一些基本應用上已經(jīng)做得很完美，如語音通信、短消息、簡單的新聞服務以及股市行情等等。下一步移動通信所要解決的就是實現(xiàn)移動電話之間更加直接的視頻通信.無線Mesh網(wǎng)絡也具有移動、寬帶的特性，與3G提供的業(yè)務有些相近。但是二者的定位定位有所不同。3G定位在廣域網(wǎng)，將繼續(xù)為公眾移動通信服務，3G發(fā)展必須依賴大規(guī)模布網(wǎng)，時間會比較長。而無線Mesh是基于IP的，定位在城域網(wǎng)，組網(wǎng)靈活，可以先在小范圍使用，然后逐漸發(fā)展起來，更適合于各垂直行業(yè)的專網(wǎng)應用。它先于3G進入市場，同時它又具有很強的兼容性，便于將來與3G兼容，解決3G末端接入的問題。在未來的通信市場，3G與Mesh的結合存在很

48、大的可能性。 與WiMAX比較固定固定WiMAX移動移動WiMAX無線無線MESH最大帶寬最大帶寬(物理物理層。層。20Mhz頻率頻率資源資源)75Mbps75Mbps54Mbps支持移動速度支持移動速度不支持移動100Km/h以下50-350Km/h(各廠家能力不同)網(wǎng)絡覆蓋網(wǎng)絡覆蓋固定點之間通訊,視距傳輸距離可達30-50Km，但無法形成網(wǎng)絡城域覆蓋,城市環(huán)境覆蓋半徑可達成3-5Km。邊緣覆蓋困難。城域覆蓋,城市環(huán)境覆蓋半徑300m-1.5Km。可靈活按需建設。技術成熟度技術成熟度成熟，已規(guī)模商用預計2009年初成熟商用成熟，已規(guī)模商用建設成本建設成本高高低使用費用使用費用低低低頻率資源頻

49、率資源可使用許可頻段和非許可頻段中國未分配公開頻段，免許可無線Mesh 與Wimaxl 總體來說，在占有市場空間方面，WiFi-Mesh已經(jīng)先于WiMAX、3G進入市場。同時，WiFi-Mesh也可以依靠已被市場接受的WiFi終端迅速發(fā)展起來。l 從技術上分析，WiFi-Mesh、固定WiMAX,在遠距離大面積覆蓋時候,彼此可以相互補充，WiFi-Mesh做為接入,固定WiMax做骨干傳輸。同時無線網(wǎng)狀網(wǎng)能夠實現(xiàn)城域范圍內的移動寬帶專用通信網(wǎng)。隨著技術和市場的不斷發(fā)展，WiFi-Mesh與移動WiMax確實存在競爭,但是也有互補的情況.同時,目前移動WiMax技術不成熟,而且面臨眾多的問題,如

50、頻率沒有規(guī)定,技術不成熟,成本太高,同時支持WiMax的終端還很少.無線視頻監(jiān)控l 除固定無線視頻監(jiān)控外，還可移動視頻監(jiān)控，攝像頭可移動，視頻客戶端也可移動。視頻監(jiān)控是MESH的一種主應用方式無線寬帶上網(wǎng)l 由于MESH兼容WiFi終端，可以用WiFi卡上網(wǎng)，也可以用MESH卡上網(wǎng)，MESH卡性能比WiFi卡明顯優(yōu)越多媒體業(yè)務l 由于MESH能提供高帶寬，可以用于視頻廣播、視頻對講等業(yè)務固定MESH節(jié)點媒體播放服務器（含視頻編碼器）顯示屏視頻解碼器車載MESH節(jié)點無線VoIP業(yè)務l MESH擴展WiFi熱點成為熱區(qū)，WiFi手機可在城域范圍內漫游通訊，極大促進了WiFi手機的應用。應急臨時通信

51、l MESH屬于無中心網(wǎng)絡，具備自組織功能，無需事先布設基礎設置，終端間可自組織直接通訊，特別適用各類應急通訊場合。生產(chǎn)作業(yè)等數(shù)據(jù)業(yè)務 MESH節(jié)點除提供標準WiFi終端接入功能外，還提供RS232口、以太網(wǎng)口接入，適合各類傳感器、生產(chǎn)作業(yè)工具的接入，使其輕松在終端間或終端與服務器間通訊，滿足各行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的需要。無線MESH技術應用行業(yè)能源能源醫(yī)院醫(yī)院軍隊軍隊制造、倉儲物流制造、倉儲物流無線校園網(wǎng)無線校園網(wǎng)應急通信應急通信無線城市無線城市商務樓商務樓/ /酒店酒店智能交通智能交通無線社區(qū)無線社區(qū)無線MESH應用迅猛發(fā)展已在超過450個城市應用，行業(yè)應用更是廣泛。國內應用案例北京西城區(qū)公安無線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡北京市政府無線MESH政務綜合辦公網(wǎng)北京公安部門應急通訊系統(tǒng)北京奧運場館北京望京開發(fā)區(qū)上海嘉定無線新城鶴崗煤礦鐵路鐵路成昆線青島海洋大學暨南大學廈門大學上海外高橋第一期集裝箱碼頭上海外高橋第四期集裝箱碼頭南京港龍?zhí)都b箱碼頭大慶油田無線MESH設備廠家l STRIX（美國）l BelAirNetwork（加拿大） l TROPOS（美國）l Skypilot （美國）l Firetide （美國）l Motorola（美國）l Nortel （加拿大） l CISCO（美國）l 阿德利亞（總部在美國，主研發(fā)機構和市場在國內）l 寰創(chuàng)（國內）。5. 超寬帶技術超寬帶技術UWB UW