传统的无线区域网络在进行大规模应用时常常因为线缆的限制而不能灵活地进行扩展。根据无线Mesh网络（WMN）的节点功能对组网结构进行分析，并讨论基于各种无线区域网络的网状网技术。最后介绍无线Mesh网络的应用前景，并指出研究重点。
1、概述
在无线通信中，传统的做法是通常是在接入用户的“最后一公里”的接入网部分采用各种无线接入技术，使得网络提供方能迅速将网络覆盖至用户需求的热点地区，用户也可以摆脱接入线缆的限制而随意接入通信网络。尽管各种无线网络技术在传输速率上远远比不上同期的有线传输技术，但却为通信网络的发展提供良好的技术支持。
但是，随着网络覆盖区域的扩大，各类无线接入点的有线连接要求使其在某些缺乏有线基础架构的环境中遇到诸多挑战和不便。而新的无线网络技术——无线网状网（Wireless Mesh Network，WMN）因其具有宽带无线汇聚连接功能、有效的路由及故障发现特性、无需有线网络资源等独特的优势，正受到越来越多的关注。在实际网络发展中，它可以与多种宽带无线接入技术如802.11、802.15、802.16、802.20以及3G移动通信等相结合，组成一个多跳无线链路的无线网状网络。这种无线网状网络可以有效减少故障干扰、降低发射器功率、延长电池使用寿命、极大地提高频率复用度，从而提高网络容量、无线网络的覆盖范围，并有效地提高通信可靠性。目前它已经被业内普遍认为是无线网络技术的一个发展方向。
2、WMN的网络结构
传统的无线接入技术中，主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。这种拓扑结构一般都存在一个中心节点，例如移动通信系统中的基站、802.11 WLAN中的AP等。中心节点一方面与各个无线终端通过单跳无线链路相连，控制各无线终端对无线网络的访问；另一方面，中心节点又通过有线链路与有线骨干网相连，提供到骨干网的连接。
而在无线Mesh网络中，采用网状Mesh拓扑结构，也可以说是一种多点到多点的网络拓扑结构。在这种Mesh网络结构中，各网络节点通过相邻的其它网络节点以无线多跳方式相连。目前，普遍认为无线Mesh网络包含两类网络节点：Mesh路由器和Mesh客户端。
Mesh路由器除了具有传统的无线路由器的网关/中继功能外，还支持Mesh网络互联的路由功能。Mesh路由器通常具有多个无线接口，这些无线接口可以基于相同的无线接入技术构建，也可以基于不同的无线接入技术。与传统的无线路由器相比，无线Mesh路由器可以通过无线多跳通信，以更低的发射功率获得同样的无线覆盖范围。
Mesh终端也具有一定的Mesh网络互联和分组转发功能，但是一般不具有网关桥接功能。通常，Mesh终端只具有一个无线接口，实现复杂度远小于Mesh路由器。
根据各个节点功能的不同，无线Mesh网络结构分为3类：骨干网Mesh结构（分级结构）、客户端Mesh结构（平面结构）、混合结构。
2.1 骨干网Mesh结构
骨干网Mesh结构由Mesh路由器组成，是一个可以自配置和自愈的网络，通过Mesh路由器的网关功能与因特网相连，普通客户端和已有无线网络可以通过Mesh路由器的网关或中继功能接入WMN，网络如图1所示。
图1 骨干网Mesh结构
其中虚线和实线分别表示无线和有线连接，使用包括IEEE 802.11在内的多种无线技术，具有以太网接口的普通客户端通过以太接口直接接入Mesh路由器。如果普通客户端采用与Mesh路由器相同的无线技术，则可以直接建立通信；若采用不同的无线技术，则不同的客户端需要先接入具有以太接口的基站再与Mesh路由器相连。
2.2 客户端Mesh结构
客户端Mesh结构是由Mesh客户端组成，在用户设备间提供点到点的无线服务。客户端组成一个能提供路由和配置功能的网络，支持用户的终端应用。由于组成网络的节点不需要具有网关或中继功能，所以不需要Mesh路由器，网络结构见图2。
图2 客户端Mesh结构
这种网络结构中的客户端通常只使用一种无线技术。任意节点发出的数据包可以经过多个节点的转发抵达目的节点，虽然节点不需要有网关和中继功能，但路由和自组织能力是必需的。
2.2 混合结构
综合以上2种结构，构建一种混合结构，Mesh客户端可以通过Mesh路由器接入骨干Mesh网络，如图3所示。这种结构提供了与其它一些网络结构的连接，如因特网、WLAN、WiMax、蜂窝和传感器网络。在这种结构中，可以利用客户端的路由能力为无线Mesh网络增强连接性、扩大网络覆盖范围。
图3 混合结构
3、WMN的组网扩展技术
无线Mesh网络就是多跳技术与传统的无线接入技术相融合的结果，如多跳技术分别与无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）和无线宽带城域网（WMAN）融合之后，造就了基于WLAN的WMN、基于WPAN的WMN和基于WMAN的WMN，无线网络中无处不在的接入理念将得到充分的发挥与体现。然而，传统的基于单跳网络的协议机制无法满足网络设计或性能要求，相关的技术如组网技术、MAC层协议等成为迫切需要改进的热点问题。同时，工业标准化组织（IEEE）也积极致力于为无线Mesh网络制定新的标准。下面对IEEE特别关心的组网技术进行了讨论。
3.1 WLAN中的网络扩展技术
IEEE在1997年制定了一个WLAN标准，即802.11协议，该标准主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端之间的无线接入，主要工作在ISO协议的最低两层（PHY层和MAC层）。最初802.11业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2 Mbit/s，但随后提出的802.11b和802.11 a/g峰值速率可以分别达到11 Mbit/s和54 Mbit/s，而研究中802.11 n的速率可以达到100 Mbit/s。有这样的速率保证，对于家庭、办公、校园和社区网络，就可以摒弃传统的线缆连接，增加组网灵活性，同时减少敷设和维护网络的开销。
然而，传统的802.11 Ad hoc模式的MAC层协议的固有属性并不支持网状连接，使得网络性能很差。为此，IEEE成立802.11 s子工作组，制定标准化的扩展服务集（ESS），即802.11 s专门为无线Mesh网络定义MAC层协议以及基于该MAC层的网络和其它协议。
在传统的802.11中有两种基本结构：基础设施的网络结构和终端设备的网络结构。802.11 s工作组为支持这两种结构制定了新的规范。图4所示的树形多跳WLAN网状网是基础设施的网络结构的扩展。该网络主要由3种节点构成：Mesh节点（MP）、Mesh接入点（MAP）、传统WLAN站点。其中，MP又分为一般MP和根MP。根MP是传统AP的扩展，它的一端通过有线或无线方式接入到因特网，而另一端则以生成树的形式向下延伸。一个生成树有且仅有一个根MP，它掌握整个网络的情况，如网络拓扑图、链路负载等，其作用相当于一个中心控制设备。由于受功率限制，根MP只能与它单跳范围内的子节点通信。同理，这棵生成树的其他一般MP也只能与它单跳范围内的子节点和父节点进行通信。因此，如果网络中不在单跳范围之内的节点想要进行通信时，就必须要使用草案中提出的路由协议，如RM-AODV、RM-OLSR等。为了保持与传统WLAN站点的兼容性，MAP扮演了多种角色：对于在它传输范围之内的传统802.11站点，它可以看成一个AP；而对于其他MP来说，它又可以看成是普通的MP。
图4 802.11 s草案的树形多跳WLAN网状网拓扑 | 
发表于 2007-11-19 11:22:30
/4 
