基于wifi的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

基于WIFI的無(wú)線網(wǎng)狀（Mesh）組網(wǎng)技術(shù)WiFi因高效的工作能力而受到熱捧,但是WiFi由于支持范圍有限,使得轉(zhuǎn)發(fā),通過(guò)多個(gè)無(wú)線跳來(lái)進(jìn)行組網(wǎng),即利用無(wú)線網(wǎng)狀(Mesh）組網(wǎng)技術(shù),在低前市場(chǎng)上的應(yīng)用,其業(yè)務(wù)支持能力和性能方面的優(yōu)勢(shì),證明了想法提出的合理性機(jī)可行性?；赪iFi的無(wú)線網(wǎng)狀（Mesh）組網(wǎng)技術(shù)不僅具有WiFi本身的優(yōu)勢(shì),還解決了WiFi的覆蓋范圍小的問(wèn)題,因此會(huì)有廣泛的應(yīng)用空間和很好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò);無(wú)線局域網(wǎng);WiFi;無(wú)線跳1．WiFi技術(shù)的探討與研究WIFI全稱Wireless 意思是無(wú)線保真技術(shù)又稱802.11b標(biāo)準(zhǔn)該技術(shù)使用的是2.4GHz附近的頻段。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11Mbps，在信號(hào)較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動(dòng)調(diào)整，有效地了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性情況高，在開(kāi)放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)的成本更低。同時(shí)它還能與已有的各種802.11DSSS設(shè)備良好的兼容。WIFI現(xiàn)狀及特點(diǎn)WIFI無(wú)線寬帶計(jì)入技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：300100（2）傳輸速度快，雖然有時(shí)WIFIMbpsWIFI（3）建網(wǎng)成本低：只要在機(jī)場(chǎng)、車站、更健康更安全：IEEE802.11實(shí)際發(fā)射功率約60~70毫瓦,而手機(jī)的發(fā)射功率約200毫瓦至1瓦間5瓦,而且WIFIWIFI技術(shù)剖析WIFIStatio基本服務(wù)單元（BasicServiceSet，BSS。網(wǎng)絡(luò)最基本的服務(wù)單元。最簡(jiǎn)單的服務(wù)單元可以只由兩個(gè)站點(diǎn)組成。站點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)的連接（associate）本服務(wù)單元中。分配系統(tǒng)（DistributionSystem，DS。分配系統(tǒng)用于連接不同的基本服AcessPointAP能。擴(kuò)展服務(wù)單元（ExtendedServiceSet，ESS。由分配系統(tǒng)和基本服務(wù)單元地理位置相去甚遠(yuǎn)。分配系統(tǒng)也可以使用各種各樣的技術(shù)。關(guān)口（Portal的補(bǔ)充。WIFI組建方法WIFIAccessPoint）AP絡(luò)橋接器或接入點(diǎn)，它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無(wú)線工作站與有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。具體鏈接如圖1所示。有線寬帶網(wǎng)絡(luò)（ADSLLAN等）AP，AP到授權(quán)后，則無(wú)需增加端口，也能以共享的方式上網(wǎng)。如果在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完備的100時(shí)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)問(wèn)題、誤碼問(wèn)題，WIFI設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與基站之間的切換和安全認(rèn)證也能得到很好的解決。WIFI與WIMAX技術(shù)的比較WIMAX是英文WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess802.16x2-11GWIMAX主要是解決100無(wú)線局域網(wǎng)）WIMAX將取代3G，成為下一代通訊的主流技術(shù)。各種標(biāo)準(zhǔn)之間的發(fā)展關(guān)系如圖2。WIFIAPWIFI得到了迅速的普及。WIFI的無(wú)線地位將會(huì)日益牢固。但WIFIWIFIWIFI信的補(bǔ)充。③未來(lái)還可以作為在特定的區(qū)域3GxDSLWIFI技術(shù)廣泛應(yīng)用于有線接入需無(wú)線延伸的領(lǐng)域，如臨時(shí)會(huì)場(chǎng)等。由于數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍和可靠性的差異，WIFI技術(shù)在寬帶應(yīng)用上將作為高速有線接入技術(shù)的補(bǔ)充。蜂窩移動(dòng)通信的補(bǔ)充。WIFI技術(shù)可定位為蜂窩移動(dòng)通信的補(bǔ)充。蜂WIFIWIFIWIFI其業(yè)務(wù)量。WIFI3GWIFI接入服務(wù)除了上網(wǎng)、接收email等應(yīng)用之外，并未出現(xiàn)對(duì)使用者而言具有獨(dú)占Mesh組網(wǎng)技術(shù)WirelessMeshNetwork,WMN)在近兩年迅速引起業(yè)界的關(guān)注。與很多新技術(shù)出現(xiàn)的背景類似,WMN用需求直接推動(dòng)的結(jié)果。首先,無(wú)線局域網(wǎng)的快速發(fā)展為企業(yè)和公眾帶來(lái)了極大的通信自由WiFi(Wireless 作為第一個(gè)被廣泛推廣的高速WLAN技術(shù),包括已經(jīng)批準(zhǔn)的IEEE802.11a,b,g和n等規(guī)范,由于其提高工作效率的能力而受到追捧,并在全球得到廣泛部署。然而,WiFi能夠支持的范圍非常有限:用戶只有保持在距離無(wú)線接入點(diǎn)設(shè)備英尺的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)高速連接。因此如果想把WiFi的服務(wù)模式變成無(wú)所不在的覆蓋,其成本將高得可怕那么,能不能將網(wǎng)上的無(wú)線設(shè)備作為路由器使用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)發(fā)直至把它們送至目的地,從而把接入點(diǎn)的覆蓋服務(wù)延伸到幾英里甚至更遠(yuǎn),這就是提出無(wú)線Mesh組網(wǎng)技術(shù)的基本思路,即通過(guò)多個(gè)無(wú)線跳來(lái)進(jìn)行組網(wǎng)(WiFi只使用一跳從而能在不添加有線基礎(chǔ)設(shè)施的情況下,大大延展無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍因此,無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種非常適合于覆蓋大面積開(kāi)放區(qū)域(包括室外和室內(nèi)的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)解決方案,其特點(diǎn)在于:由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無(wú)線AP構(gòu)成,AP均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通過(guò)無(wú)線中繼鏈路互聯(lián),將WiFi中的無(wú)線“熱點(diǎn)”擴(kuò)展為真正大面積覆蓋的無(wú)線“熱區(qū)”。這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的好處包括:WMNAP自愈合:即AP能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)路由連接,消除單點(diǎn)故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響,提供冗余路徑;兼容性:即如果采用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.11b/g制式,則可廣泛的兼容無(wú)線客戶終端；連通性:即采用Mesh結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),信號(hào)能夠避開(kāi)障礙物的干擾,使信號(hào)傳送暢通無(wú)阻,消除盲區(qū)。Mesh急通信（如大型災(zāi)難的就在現(xiàn)場(chǎng)）等。WiFi的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN）的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)無(wú)線設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)APAP和終端Mesh網(wǎng)絡(luò)的通信模式與上述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多WMN是一種基于多跳路由、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)等技自配置、自動(dòng)修復(fù)、自我平衡的。針對(duì)以上特點(diǎn),工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)開(kāi)始著手為其制定新的標(biāo)準(zhǔn),以滿足各種覆蓋與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)方面的需要。其中,IEEE802.11,IEEE802.15IEEE802.16WMN準(zhǔn)的工作組。下面將就 802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)WMN結(jié)構(gòu)的支持進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。最初的IEEE802.11業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)傳輸,速率最高只能達(dá)到2Mb/s,但是,IEEE802.11b和802.11a/g的峰值速度可以分別達(dá)到11Mb/s和54Mb/s,而IEEE802.11n則期望可以達(dá)到100Mb/s,這就使得現(xiàn)有的電纜和DSL連接限制了家庭和辦公網(wǎng)絡(luò)的連接速度倘若能夠跳過(guò)這些有線部分,則可以克服這一問(wèn)題,同時(shí)減少鋪設(shè)和維護(hù)以太網(wǎng)電纜的開(kāi)銷。至,WMN的思想被引入。雖可以用802.11點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式來(lái)構(gòu)建無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò),但是其MAC協(xié)議的不可伸縮性使得網(wǎng)絡(luò)的性能很差,不適合多跳的WMN。為了將其商用,IEEE新成立了一個(gè)IEEE802.11s子工作組,制定標(biāo)準(zhǔn)化的擴(kuò)展服務(wù)集(ESS即IEEE 802.11s專門為WMN定義了MAC和PHY層協(xié)議。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,WLAN接入點(diǎn)可以像路由器那樣轉(zhuǎn)發(fā)消息。在IEEE802.11s工作組中,Mesh網(wǎng)絡(luò)可以是2種基本結(jié)構(gòu):基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IEEE802.11s工作組為支持這兩種結(jié)構(gòu)制定了新的規(guī)范。在基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,IEEE802.11s工作組定義了一個(gè)基IEEE802.11MAC層的結(jié)構(gòu)和協(xié)議,來(lái)建立一個(gè)同時(shí)支持在MAC層廣播/多和單播的 IEEE802.11無(wú)線分布式系統(tǒng)(WDS）;而在終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,所有設(shè)備工作在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下的同一平面結(jié)構(gòu)上使用IP路由協(xié)議。戶端之間形成無(wú)線的點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),而不需任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支持。WiFi-Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程進(jìn)行WiFi-Mesh無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，首先要確定準(zhǔn)確的覆蓋目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)容量以及網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期質(zhì)量。包括 ：哪些區(qū)域需要覆蓋、會(huì)有什么樣的應(yīng)用、用戶量、服務(wù)質(zhì)量要求、覆蓋區(qū)域地圖、現(xiàn)有資源、附近是否有干擾源、硬件設(shè)選型、回傳鏈路及傳輸選擇等。AP若不滿足則進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。圖3WiFi-MeshWiFi-Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法結(jié)合以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)網(wǎng)結(jié)果，本文對(duì)WiFi-Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法中以下方面進(jìn)行了分析和總結(jié)。組網(wǎng)方式的均衡，建議先以802.11a/g雙頻模式進(jìn)行部署，在對(duì)帶寬有較高要求的區(qū)域802.11n進(jìn)行部署以提高容量。圖3WiFi-Mesh無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程圖。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中簇的劃分20Mesh簇都有一個(gè)或多個(gè)根節(jié)點(diǎn)APAPMeshMesh跳數(shù)選擇多跳為無(wú)線Mesh產(chǎn)生影響，因此跳數(shù)的選擇需要均衡考慮。時(shí)延是影響實(shí)際MeshQoSTCP量性能。4Mesh（a）4Mesh510550m處的吞吐量的性能下降較為明顯。Mesh35今－單AP單頻今－單AP單頻I跳泊頻2跳單頜跳跳-－跳SF1"P lOFTP叩的000l60140l208060。40。(）

單AP雙頻］雙頻2跳雙預(yù)3跳丑雙頻跳雙楨5跳OF'fP圖4（b）雙頻組網(wǎng)各跳各種業(yè)務(wù)時(shí)延趨勢(shì)圖頻點(diǎn)選擇及規(guī)劃行行行HI |HI |HI |門ITt11l6l4口口口lO864t窯 窯 S

、令＄｀、令的」一 一款 ＄ 兮妒的」一 一圖5單雙頻組網(wǎng)條件下不同條數(shù)吞吐量對(duì)比表建議最好采用5.8GHz頻段做無(wú)線回傳，2.4GHz做無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這是因?yàn)槟壳敖^大多數(shù)終端均工作在2.4GHz頻段，5.8GHz5.8GHz頻段。但由于5.8GHz5.8GHz對(duì)于2.4GHz35.8GHz66（a）2.4GHz6（b）5.8Ghz在進(jìn)行頻點(diǎn)規(guī)劃時(shí)，非重疊信道可以進(jìn)行復(fù)用，但確保使用同一信道的802.11a7（b）802.11b/g的頻點(diǎn)規(guī)劃示意圖圖7（a）802.11a頻點(diǎn)規(guī)劃示意圖圖7（b）802.11b/g的頻點(diǎn)規(guī)劃示意圖站址選擇與安裝在進(jìn)行站址選擇時(shí)，盡量遵循以下的原則：（1）（2）3）4）220V交流電，但需要確定是否能夠提供24h持續(xù)供電的電源，以及能否從燈桿頂端穿引電源線（5）Mesh拓?fù)鋾r(shí)，可以選擇周邊具有一定高（6）設(shè)MeshAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備，這有利于在樹(shù)木茂密的區(qū)域保證視距條件；圖8接到兩旁交替放置MeshAP節(jié)點(diǎn)7）（8）APAP天線的選擇的反射較少，所以要求天線的極化方向和高度盡量一致。對(duì)于室內(nèi)天線選擇，要根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的天線，一般全向天線用于環(huán)境，獲得很好的覆蓋效果。如圖9所示。9定向天線相互對(duì)打方式AP站間距AP的站間距和物理地形密切相關(guān)。根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，通常站點(diǎn)間距保持在300m左右。但用戶密度也決定了站點(diǎn)密度，如果某一區(qū)域的用戶密度較高，那么設(shè)計(jì)時(shí)就要首先考慮節(jié)點(diǎn)密度，適當(dāng)增加站點(diǎn)數(shù)量，縮小站間距。因此一般對(duì)于密集城區(qū)考慮AP間距在150～200m之間。但在實(shí)際操作的時(shí)候，AP的具體數(shù)量是和實(shí)際環(huán)境以及AP安放點(diǎn)密切相關(guān)的。AP的安裝位置不會(huì)那么理想，實(shí)際傳播路徑也會(huì)存在各種各樣的情況，因此，在規(guī)劃時(shí)，必須要進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境以及AP的安放點(diǎn)決定AP的數(shù)量及站間距。AP接入用戶數(shù)由于WLAN采用CSMA/CA機(jī)制，如果接入用戶過(guò)多，那么同一時(shí)刻發(fā)生沖AP接入用戶20～30臺(tái)左右應(yīng)該比較合適。干擾的規(guī)避由于WiFi-Mesh的頻譜