Введение

Радиоузлы, организованные в сетчатой топологии.

Беспроводная mesh-сеть (WMN) – это коммуникационная сеть, состоящая из радиоузлов, организованных в сетчатой топологии. Она также может являться формой беспроводной ad hoc сети. Mesh (сетчатая структура) подразумевает плотную взаимосвязь между устройствами или узлами. Беспроводные mesh-сети часто состоят из mesh-клиентов, mesh-маршрутизаторов и шлюзов. Мобильность узлов обычно невелика. Если узлы постоянно или часто перемещаются, mesh-сеть тратит больше времени на обновление маршрутов, чем на доставку данных. В беспроводной mesh-сети топология, как правило, более статична, что позволяет маршрутам сходиться и обеспечивать доставку данных до получателя. Таким образом, это слабомобильная, централизованная форма беспроводной ad hoc сети. Кроме того, поскольку она иногда полагается на статические узлы в качестве шлюзов, она не является полностью беспроводной ad hoc сетью. Mesh-клиентами часто выступают ноутбуки, мобильные телефоны и другие беспроводные устройства. Mesh-маршрутизаторы пересылают трафик к шлюзам, которые могут быть подключены к Интернету или не быть подключенными. Область покрытия всех радиоузлов, работающих как единая сеть, иногда называют mesh-облаком. Доступ к этому mesh-облаку зависит от совместной работы радиоузлов для создания радиосети. Mesh-сеть надежна и обеспечивает резервирование. Если один узел выходит из строя, остальные узлы могут продолжать общаться друг с другом напрямую или через один или несколько промежуточных узлов. Беспроводные mesh-сети могут самоорганизовываться и самовосстанавливаться. Беспроводные mesh-сети работают с различными беспроводными технологиями, включая 802.11, 802.15, 802.16, сотовые технологии и не ограничиваются какой-либо одной технологией или протоколом.

История

Беспроводные mesh-сети изначально разрабатывались для военных нужд, чтобы каждый узел мог динамически выступать в качестве маршрутизатора для любого другого узла. Таким образом, даже в случае отказа некоторых узлов, остальные узлы могли продолжать взаимодействовать друг с другом и, при необходимости, служить каналами связи для других узлов. Первые узлы беспроводных mesh-сетей имели одно полудуплексное радио, которое в любой момент времени могло либо передавать, либо принимать данные, но не одновременно. Параллельно с этим развивались сети с общим mesh-каналом. Впоследствии их сменило более сложное радиооборудование, способное одновременно принимать пакеты от вышестоящего узла и передавать пакеты нижестоящему узлу (на разных частотах или в разных CDMA-каналах). Это позволило разработать коммутируемые mesh-сети. По мере уменьшения размеров, стоимости и энергопотребления радиоустройств, узлы стало экономически целесообразно оснащать несколькими радиомодулями. Это, в свою очередь, позволило каждому радио выполнять отдельную функцию, например, один радиомодуль для доступа клиентов, а другой – для организации каналов связи с вышестоящими сетями. Работы в этой области поддерживаются применением методов теории игр для анализа стратегий распределения ресурсов и маршрутизации пакетов.

Архитектура

Архитектура беспроводной сети является первым шагом к обеспечению экономически эффективного и ограниченного перемещения в пределах определенной зоны покрытия. Беспроводная инфраструктурная сеть, по сути, представляет собой сеть маршрутизаторов без прокладки кабелей между узлами. Она построена из равноправных радиоустройств, которые не требуют подключения к проводным портам, как традиционные точки доступа WLAN (AP). Инфраструктурная сеть передает данные на большие расстояния, разделяя путь на серию коротких переходов. Промежуточные узлы не только усиливают сигнал, но и совместно передают данные из точки А в точку Б, принимая решения о пересылке на основе знания топологии сети, то есть выполняют маршрутизацию, предварительно определяя топологию сети. Беспроводные mesh-сети имеют относительно "стабильную топологию", за исключением случайных отказов узлов или добавления новых узлов. Путь трафика, агрегированного от большого числа конечных пользователей, меняется нечасто. Практически весь трафик в инфраструктурной mesh-сети направляется через шлюз или от шлюза, в то время как в беспроводных ad hoc сетях или клиентских mesh-сетях трафик передается между произвольными парами узлов. Если скорость перемещения узлов высока, то есть часто возникают разрывы связи, беспроводные mesh-сети начинают терять стабильность и демонстрируют низкую производительность.

Управление

Этот тип инфраструктуры может быть децентрализованным (без центрального сервера) или централизованно управляемым (с центральным сервером). Оба варианта относительно недороги и могут быть очень надежными и устойчивыми, поскольку каждому узлу необходимо передавать данные только следующему узлу. Узлы функционируют как маршрутизаторы, передавая данные от ближайших узлов к другим узлам, находящимся на слишком большом расстоянии для одношаговой передачи, что позволяет сети охватывать большие территории. Топология сети должна быть относительно стабильной, то есть не предполагать высокой подвижности. Если один узел выходит из строя из-за аппаратной неисправности или другой причины, его соседние узлы могут быстро найти альтернативный маршрут с помощью протокола маршрутизации.

Операция

Принцип схож с тем, как пакеты данных перемещаются по проводной сети Интернет – данные переходят от одного устройства к другому, пока не достигнут конечного пункта назначения. Динамические алгоритмы маршрутизации, реализованные в каждом устройстве, обеспечивают это. Для реализации таких динамических протоколов маршрутизации каждое устройство должно обмениваться информацией о маршрутах с другими устройствами в сети. Затем каждое устройство определяет, что делать с полученными данными – пересылать их следующему устройству или сохранить, в зависимости от протокола. Алгоритм маршрутизации должен стремиться к тому, чтобы данные всегда шли наиболее оптимальным (быстрым) маршрутом к месту назначения.

Многорадиосети

Многорадиомешная сеть подразумевает использование различных радиомодулей, работающих на разных частотах, для соединения узлов в сети. Это означает, что для каждого беспроводного участка связи используется уникальная частота, что обеспечивает выделенную область коллизий CSMA. Благодаря большему количеству радиодиапазонов, пропускная способность сети, вероятно, возрастет за счет увеличения числа доступных каналов связи. Это аналогично предоставлению нескольких радиоканалов для передачи и приема данных.