无线网状网——无线mesh技术和网络

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1、无线网状网——无线Mesh技术和网络无线网状网(WMN)技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术,适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同,具有宽带高速和高频谱效率的优势,具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点,因此,无线Mesh技术和网络的研究开发与实际应用,成为当前无线移动通信的热门课题之一,特别在未来移动通信系统长期演进(LTE)中,无线Mesh技术和网络成为瞩目焦点[1-6]。  1无线Mesh网络的由来  无线Mesh网络的出现和发展,是与西方发达国家,特别是美国,在20世纪80年代I

2、nternet和无线局域网的兴起和应用直接相关。个人计算机的应用和Internet的出现,使人们的信息交流和信息应用变得极其方便和容易,极大地改变了人们的社会活动和生活状况,促进了社会飞速发展和进步。但是,已经有的城市建设布局和建筑物,不可能为Internet的需要任意更改和重建。建设布局不能改,城市建筑不能破坏,使Internet的覆盖和应用造成极大困难。因此,无线通信和无线覆盖具有极好的应用前景。无线覆盖作为Internet面向用户终端的接入手段,十分有效和方便,得到各方的重视,纷纷开展研究和应用,例如IEEE802系列标准和产品,就是无线Mesh的典型代表

3、。但是,各城市、各地区的有限的Internet接入点和网络连接位置,给通过无线实现全区域覆盖带来难题。  图1是一个无线IP接入点(无线网关),对给定地区的无线覆盖图。在城市和高楼街区的特定环境,不可能对建筑物和街区作较大规模的建设和更改,某个较大区域可能只有一个无线网关(WGW)接入Internet。显然,要实现单一覆盖,在无线移动频段,WGW和相应的用户终端的发射信号功率将会很大,这往往是不允许或是做不到的。另外,对IP数据传输,要求数据速率高、通信质量好、差错率低,也需要足够的接收信号功率。WGW覆盖区域大,也就要求信号发射功率大。比如,图1中终端1到WG

4、W距离是R1,稳定接收的发射信号功率为P1;终端4到WGW距离是R4,稳定接收的发射信号功率为P4。如果R4是R1的4倍,无线信号传播衰落因子a=4(一般为3~5),即R4=4R1,则:  P4=4aP1=256P1  显然,为覆盖边缘地方,信号功率要增大250多倍,这是普通个人终端不可能实现的。另外,如果WGW使用的无线移动频段的带宽为B,作单一覆盖,每个用户终端的传送数据需要带宽b,则整个区域同时支持的最大多用户数为:  M=B/b  很明显,这里的单一覆盖,没有对给定频段进行复用,支持的终端数少,多用户能力不高。发射信号功率要求大,支持用户数又不高,是图1

5、所示的单一无线IP接入点覆盖的重要缺陷。  为了解决这一难题,20世纪80年代提出了两种有效的解决方案。  一种解决方案如图2所示。为了保持如图1的较小信号发射功率P1都能应用到所有终端,并使在覆盖边缘或远端的用户终端能接入WGW,采用通过具有路由功能的邻近终端作中继接力,经过多跳,接入到WGW,实现微小功率下的Internet接入。这种形成微小功率区域覆盖的解决方案的综合,构成AdHoc网络。这种网络可实现微小信号功率接入,同时接入最大用户数不会增加,但是用户终端间中继接力通信需要增加额外开销。这对具有路由功能的终端依赖较大,在终端移动情况下路由选择和网络拓扑

6、不能固定,变动大。不过,AdHoc网络不需要增添另外的无线路由器来实现微小区覆盖,通过终端的中继接力接入Internet,对构建终端不太移动、位置分布比较随机的无线传感器网络非常方便、实用和有效。    -------------------------------分页栏-------------------------------  另外一种解决方案如图3所示。将一个WGW支持的相关区域内划分成不同的多个微小区域,可彼此重叠,各微小区设立一个无线路由器(WR),形成众多无线路由器的网络覆盖。每个用户终端就近接入相应的WR,WR或直接接到GW,或通过邻近WR中继

7、接力接到GW,实现整个区域的Internet接入。如果每个WGW都是这样一种引入众多WR的区域覆盖,多个GW覆盖区域的综合,就构成一种新型无线网络:无线Mesh网络,如图4所示。图4中众多WR相互合作和协同,成网状分布,对整个城市或任意区域无线覆盖,实现无线移动通信。      无线Mesh网络的基本小区是如图3所示的一个GW下的多个无线路由器(又称为Mesh路由器)覆盖的网络小区,其Mesh路由器和用户终端的最大发射信号功率可以做到仅为P1,而区域内的无线移动频段同时支持的最大多用户数为:  Mmesh=NB/b  N是该区域的Mesh路由器数目,理论上N越大

8、,能同时接纳的用户数越多

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