無線mesh構(gòu)建寬帶移動互聯(lián)

李 琪 【 Motorola】 【 無線 Mesh構(gòu)建寬帶移動互聯(lián) 】 【 網(wǎng)絡(luò)分會：構(gòu)建無縫移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 】 議程 無線 Mesh的概念 移動網(wǎng)絡(luò)中 Mesh組網(wǎng)的特點 目前 Mesh標準的狀況 Mesh路由協(xié)議的選擇 Mesh網(wǎng)絡(luò)的 QoS Mesh網(wǎng)絡(luò)的安全考慮 Meshing: 更好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu) 有線 Internet就是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 無線 Internet也可以采用類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 多跳（ Multi-hop)Mesh結(jié)構(gòu)很容易擴展移動網(wǎng)絡(luò) Mobile Core Network Wireless Mesh Mobile Core Backhaul Layer Capacity Injection Layer Mesh Access Layer Mesh組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢 Mesh組網(wǎng)能夠 網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈、自均衡 Automatic Network Formation and Repair, self healing, self balancing, survivable communications 覆蓋范圍擴展 更加靈活 網(wǎng)絡(luò)更加強壯 通過多跳（ Hopping）增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量 減少對有線傳輸?shù)囊蕾?摩托 羅 拉 為 移 動寬帶 Mesh應(yīng) 用 開發(fā) 了 MotoMesh系 統(tǒng) 源自于 軍 事 應(yīng) 用 項 目 AP與終 端完全的 Mesh系 統(tǒng) 支持 專 有的 MEA和公 開 的 WiFi兩種 無 線 接入 廣泛 應(yīng) 用于公共安全、交通管理、無 線 城市等 領(lǐng) 域 主要特性 大于 1Mbps的 傳輸 速率 全 IP架 構(gòu) 無需固定基 礎(chǔ)設(shè) 施 極 高的 網(wǎng)絡(luò) 健 壯 性 高速移 動 的支持 完全符合分布式移動寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)要求 IP Core Mesh的標準化 IEEE成立了幾個工作組研究 Mesh標準 IEEE 802.11 TGs: 目標是為 802.11 AP的 Mesh組網(wǎng)設(shè)計無線分布式系統(tǒng) (WDS) 標準。 IEEE 802.15.5: mesh across Bluetooth, 802.15.3, and 802.15.4。 IEEE 802.16e: 基于 WiMax的 Mesh IETF 發(fā)布了 4個 RFC，重點在 Mesh路由協(xié)議： RFC2501： MANET definition RFC3561： AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) routing protocol RFC3626： OLSR(Optimized Link State Routing) protocol RFC3684： TBRPF(Topology Dissemination Based Reverse-Path Forwarding) routing protocol Mesh路由協(xié)議的選擇 mai n al tA di r ec t B - - AB di r ec t A - - BC di r ec t B - - CD B - - D A - - DE B - - E C - - E兩種路由方式 Proactive主動式 路由信息一直保持并持續(xù)更新，路由選擇迅速高效 大型網(wǎng)絡(luò)需要太多時間和資源來建立和維護路由表，帶來較大的網(wǎng)絡(luò)開銷和較弱的網(wǎng)絡(luò)擴展性 Reactive被動式 較小的網(wǎng)絡(luò)開銷 需要即時建立路由，增加了數(shù)據(jù)傳輸時延 更好的網(wǎng)絡(luò)擴展性 Motorolas MeshConnex 路由引擎采用主被動混合 的方式 , 實現(xiàn)內(nèi)置的路由高效和網(wǎng)絡(luò)擴展， 并減少包頭開銷，降低時延 D E C A B X ma in a ltB d irec t A - B多跳 網(wǎng)絡(luò) 中路由算法的 選擇 基本方法 所有 Mesh節(jié) 點在所有 時間 都 維護路由表 優(yōu) 點 路由建立迅速 缺點 路由 開銷較 大 需 維護 大量路由信息 例如 OLSR 基本方法 需要 時 建立路由 , 如有需要 則 保持路由信息 優(yōu) 點 較 小的路由 開銷 缺點 路由建立 時 延 較 大 Route discovery packet flooding 例如 AODV Proactive Reactive 多 條網(wǎng)絡(luò) 路由的 兩種 基本方法各有 優(yōu) 劣 Mesh Scalable Routing (MSR)路由 協(xié)議 摩托 羅 拉采用 MSR路由 協(xié)議 Hybrid Routing混合路由 盡 量 減 少周期性路由更新 (主 動 式路由 僅維護 Mesh節(jié) 點至根 節(jié) 點 ) 消除 網(wǎng)絡(luò) 大范 圍 的廣播 (被 動 式路由 僅 在相 鄰節(jié) 點之 間 建立 ) 只在需要時建立和維護路由信息 (Reactive part) 快速路由建立至關(guān)鍵節(jié)點 Routes are immediately available to most important nodes (Wired APs, Databases, etc.) (Proactive part) 較少的路由開銷 較少的內(nèi)存需求 高度可擴展性 Mesh Routing Metrics 綜 合考 慮 hops, data rate, 鏈 路 質(zhì) 量， 丟 包率，中 間節(jié) 點 類 型 先 連 接后 斷開 (Make-before-break) Route Warning Routing metrics threshold Link Sharing 平滑切 換 鏈路質(zhì)量與路徑選擇 LQM (Link Quality Measurement) 為 MSR (Mesh Scalable Routing)提供鏈路質(zhì)量信息， MSR決定到達目的地的最佳路由 LQM信息包括 LQ (Link Quality), 代表數(shù)據(jù)包的完整率 (in %) Route metric, 代表 1條路徑的 cost 單跳和多跳測量值有所不同 One-hop measurements Link quality (Packet Completion Rate) Data rate Link metric Signal strength Multi-hop measurement Route metric (“path selection metric”) 預測與測量 Prediction vs measurement 當 Mesh節(jié)點處于 idle狀態(tài) , 它從相鄰節(jié)點接收 beacons 它只能預測 predict 鏈路質(zhì)量 當 Mesh節(jié)點處于 active狀態(tài) , 它能夠主動獲取更多信息 它能夠測量 measure 鏈路質(zhì)量 測量 (Measurement) 總是比預測 (prediction)更準確 AP1 AP2 AP1 AP2 Prediction Measurement Beacon RTS CTS DATA ACK Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 層 2路由技術(shù)的優(yōu)勢 層 2路由方式可以提供 更低的每跳時延 : 2.2ms round trip through a node 更快的路由收斂，切換和自愈 主動式擁塞和干擾消除 Proactive congestion and interference mitigation 與物理層更緊密地結(jié)合形成更好的性能和擴展性 更小的代碼量 Smaller code footprint 對層 3應(yīng)用無任何影響，如直接支持 IPv6， PPPoE等 Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh接入網(wǎng)絡(luò)的 QoS Mesh的 QoS包括無線和有線側(cè)兩部分 MotoMesh支持 802.11e WMM on WiFi，以及私有的 QoS優(yōu)先級 數(shù)據(jù)包分類 Packet classification 信道優(yōu)先級劃分 Prioritized channel access 優(yōu)先隊列管理 Priority queue management 多跳的包轉(zhuǎn)發(fā)和流量擁塞管理，盡量減輕吞吐量的下降 IP QoS 有線側(cè) Backhaul側(cè)的流量整型 traffic shaping DSCP or 802.1p Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 MotoMesh QoS 50% user 2 25% user 1 15% user 3 10% Mesh 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點支持數(shù)據(jù)穿越 Mesh網(wǎng)絡(luò)時的QoS 針對單一 Mesh節(jié)點 , 帶寬管理允許為不同用戶及應(yīng)用分配不同的帶寬，以及 Mesh無線傳輸所需帶寬 Mesh根節(jié)點連接有線網(wǎng)絡(luò)，支持有線側(cè)的 IP Q S DSCP or 802.1p IP Core Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh網(wǎng)絡(luò)安全 重點是 Mesh節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?通過一系列的協(xié)議和算法來保護數(shù)據(jù)在 Mesh節(jié)點之間傳輸時免遭入侵 (intruders), 偷窺 (eavesdroppers), 和其它的一些安全攻擊 . 更多應(yīng)用于 Mesh節(jié)點之間 Core IAPA MAPD MAPE IAPF MAPB MAPC STAG STAH STAI STAJ Protected by Intra-Mesh Security Protected by Station Security STAG STAI Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh 安全模式（ Security Models） End-to-End模式 : 認證、授權(quán)、加密及完整性檢驗只在Mesh網(wǎng)絡(luò)邊緣進行，中間節(jié)點只負責轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，不會參與session，也不被信任 . 隧道是實現(xiàn)端到端安全的典型方式，如 VPN. 對安全通道兩端點處理能力要求較高 (如多數(shù) WiFi Mesh AP) Hop-by-Hop模式 : 一條路由中每一 Mesh節(jié)點執(zhí)行認證、授權(quán)、加密。中間節(jié)點是被信任的 . 用戶數(shù)據(jù)在路徑中每個節(jié)點進行加密和解密，數(shù)據(jù)會暴露給中繼節(jié)點。因此，一般認為，逐跳安全模式的安全性低于端到端的安全模式 如果需要，用戶可以在 Mesh安全節(jié)點基礎(chǔ)上實施端到端的安全加密（如 VPN），實現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)安全目標 Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 MotoMesh 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的方式 Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全 主要保障 Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部 , 而利用私有協(xié)議或 802.11