图解无线mesh网络可扩展性相关技术

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1、图解无线Mesh网络可扩展性相关技术～教育资源库　　伴随全球移动通信系统(GSM)等移动网络在过去20年中的广泛普及，全球移动语音通信业务获得了巨大的成功。如今，随着技术的更新换代，移动通信除继续支持话音业务外，数据新业务的进展开始明显加快，而且对高传输速率、高覆盖以及良好的端到端服务质量(QoS)也有更迫切的要求。随着无线通信业务需求的不断增长，无线通信技术的发展日新月异，新的无线网络架构和技术不断被提出。在传统蜂窝通信技术以及自组织网络(AdHoc)技术的基础上，无线Mesh网络技术得到了快速发展，而且受到了工业界与学术界越来越广泛的重视[1-2]。　　无线Mesh网络与AdHoc网络

2、以及蜂窝网络如图1所示。可以看出，无线Mesh网络具有与AdHoc网络类似的大部分特点，比如自组织、自漫游、自恢复等，因此具有开放式的网状网络架构。然而，在无线Mesh网络中，各节点并不像AdHoc网络中那样全部是平等的，而是分为Mesh基站和Mesh移动台。其中Mesh基站的功能要远多于Mesh移动台，而且承担着比Mesh移动台更多的网络管理维护以及数据接力传输任务。换句话说，无线Mesh基站一直都固定担任AdHoc网络中簇头的作用，而不是像AdHoc网络中那样簇头只是临时的[3]。因此，从这点上来看，无线Mesh网络可以被看作是介于蜂窝网络与无线AdHoc网络之间的一种通信网络，其一定

3、程度上融合了传统蜂窝网络中集中式管理的特点，同时又保持了AdHoc网络的灵活性。表1列出了3种无线网络的基本特征。　　无线Mesh网络迅速发展的一个深层次原因是频谱问题。随着无线通信业务的发展，大量的多媒体业务需要更高速率的数据传输，因此也需要占用更大的带宽。虽然新的传输技术，如多入多出(MIMO)技术、自适应调制编码(AMC)技术以及近年出现的动态频谱共享技术等可以在一定程度上提高系统的频谱效率，从而缓解对频谱的需求，然而，未来对频谱的需求问题仍然很难让人乐观。从最新的世界无线电大会的频谱分配结果来看，低端的频谱占用越来越密集，因此未来无线通信系统如果需要更大的连续或对称频谱，将不得不寻

4、求在更高的频段进行传输[4]。由于无线信号在高频段将衰减得更快，因此在相同的发射功率的情况下，每一个基站的覆盖范围将变得更小。另外，除了技术和成本因素，由于发射功率对人生活的影响等诸多原因，单纯地增加基站发射功率显然也是不现实的。这样的情况下，无线Mesh网络中多跳传输的特点和优势正好得以发挥。尤其是在人口密集的城市高楼林立的情况下，由于大楼遮挡等原因而导致的无线信号覆盖困难也可以由部署无线Mesh网络来加以缓解。　　无线Mesh网络具有开放式的网络架构，从理论上来说具有较好的可扩展性。然而，在实际的系统中，无线Mesh网络的组网却面临着较多的实际问题。在现有无线Mesh相关的标准中，例如

5、IEEE802.11(AX)，也未能给出很明确实用的组网方案[5]。其中一个重要原因是在无线自组织网络中，存在随着节点数目的增加网络容量逐步降低的规律。文献[6]表明在AdHoc多跳网络中，每个节点的平均容量与变量成比例，其中n是节点的数目。而在无线Mesh网络中，由于受到中心网关的限制，其每个节点的平均容量变成与O(1/n)成比例[7]。因此，无线Mesh网络的大规模组网难以实施，需要更为强大的硬件设施以及更为高效的协议支持。　　本文重点探讨无线Mesh网络的可扩展性相关技术，目的是增强无线Mesh网络的自适应组网能力。　　1无线Mesh网络可扩展性相关技术　　在无线Mesh网络中，由于

6、多跳传输的原因，提高容量与增大覆盖范围成为一对矛盾体。因此，研究无线Mesh网络可扩展性相关技术，其目标是在保持容量的情况下扩大覆盖范围。而要达成以上的目标，需要从两个层面开展研究：一个是Mesh基站的可扩展性，另一个就是每个Mesh移动台的可扩展性。相比而言，目前Mesh移动台可扩展性研究比较多，而且其与AdHoc网络中的可扩展性研究有很多相似之处，但是Mesh基站的可扩展性却更为重要，因为Mesh基站是无线Mesh网络的骨干节点。　　1.1Mesh基站的可扩展性　　根据无线Mesh基站的特点，其可扩展性相关技术主要包括信道分配技术、智能路由技术以及多天线技术等几个方面。　　(1)信道分

7、配技术　　无线Mesh网络中的节点可以采用单信道或者多信道进行传输。然而，单信道的传输将引发非常复杂的共信道干扰问题，同时，还将加剧在无线自组织网络中存在的隐性终端和暴露终端的问题。很明显，在自组织网络中，网关跳数越大的节点，由于平均分配的带宽越小，其成功接入的机会就越小。虽然在跳数增加到很大时，可以使用频率复用技术来缓解，但是在单信道的情况下，节点分配到的带宽只能达到1/2m和1/m之间(m是跳数)，而且还存在着严重的