无线Mesh技术和网络.docx
《无线Mesh技术和网络.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无线Mesh技术和网络.docx(8页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、无线Mesh技术和网络发布时间:2009/10/29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Internet和无线局域
2、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IEEE 802系列标准和产品,就是无线Mesh的典型代表。但是,各城市、各地区的有限的Internet接
3、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。圈!单一无线IP接入点薰盖图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WGW距离是R1,稳定接收的发射信号功率为P1;终端4到
4、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35),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
5、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Ad Hoc 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不能固定,变动大。不过,Ad Hoc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 Interne
6、t,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。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。I 函3缶个无迷珞
7、由器置盖的网络无线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:M mesh=NB /bN是该区域的Mesh路由器数目,理论上N越大,能同时接纳的用户数越多。因此,无线Mesh网络,不仅能解决无线IP接入点少、接入Internet不方 便的问题,还能在微小信号功率下完成工作,实现大量用户终端的Internet应用。尽管作为Internet接入的WGW的位置和数量多少受城市环境和现有建筑格局所影响,仅在某些固定位置与Interne
8、t有线连接。但利用用户终端无线接入 的众多Mesh路由器实现新的网络布局,可以根据位置环境、传播特性、终端用户分布等情况灵活设定。WR可多可少,可稀可密。通常WR与GW之间也采 用无线通信,只不过是采用与不同于终端用户的无线频段实现固定点间的无线通信。所以,无线Mesh网络的网络结构和组网方法,结构灵活,易于安装,具 有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。2无线Mesh基本技术从图3可以看出,无线Mesh网络在通常的WGW(实现无线Internet接入)、无线用户终端的基础上,增添了无线路由器,由如图5所示的原有基础的无线 接入网络结构演变成如图6所示的无线Mesh网络结构。无线Mesh网络
9、增加了无线路由器层,各路由器间由无线连接,路由器与无线IP接入点(WGW)间由 无线连接,并可交叉链接,形成密集网络。由此衍生出无线Mesh网络特有的基本技术和处理方法,它们都是与常规单纯的无线接入网络不同的新增无线路由 器层直接相关联的。2.1无线Mesh路由器的无线传输技术在研究无线Mesh网络技术过程中,常常把Mesh路由器(如WR)的无线传输技术,称为无线Mesh网络的物理层技术。这里传输主要是指WR与用户终端 间的无线传输、WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输。WR与用户终端间的无线传输是按用户终端支持的无线技术和标准化要求,实现类似于基站或无线接入点的功能,能够支持各种不同
10、无线空中接口的接入 要求。无线Mesh网络结构支持不同的标准化接入系统,有不同的无线传输技术,WR与用户终端间的无线传输都能适应。WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输是需要定义和确认的。原则上,采用何种传输技术与用户终端支持的技术标准和系统方式没有直接关系, 可以尽量采用现有的先进技术和方法。由于WR相当于基站,是位置固定的,是支持多用户综合高速数据的,是密集覆盖并要尽量避免彼此间干扰的,是有多 种路由选择的。因此,智能定向天线技术、高效可控调制编码技术、低临界发射功率控制技术等是最重要的物理层传输技术。上图;无线Mesh路由器的智能天线智能定向天线技术是一种信号功率集中的指定方向波束
11、成形技术,如图7所示。在3G系统中,特别是在同频工作的TD-SCDMA系统中,得到广泛应用。智能天线技术是一种特别的多输入多输出(MIMO)技术,使用相位受控的m个天线振子组合,可形成m个不同方向的低功率定向发射,使到达接收点的信号功 率最强,而对其他邻近WR的辐射最小,影响最小,实现网络密集覆盖的低功率应用。在不好直接利用智能天线的场合,也要采用MIMO技术,提高功率效率 和传输效率。高效可控调制编码技术是未来无线通信的共同要求。但是,WR之间和WR与WGW间的无线传输,由于位置固定、传输路径固定、信道衰落起伏平稳,因此能采用有效的信道估计补偿技术实现比移动环境高得多的传输调制效率和编码效率
12、,完成高速通信。正交频分复用(OFDM)技术、正交幅度调制(QAM)迭代技术、Turbo编解码技术等能够实现高速、可控可管、自适应,都是首选技术。圈,I屈年忙廿1率发祁用低临界发射功率控制技术是信号功率效率提高的关键,与网络拓扑结构密切相关。无线Mesh网络采用无线接入密集覆盖办法,能实现低信号功率应用。为最大减小对邻近WR的干扰,发射功率最小临界化的功率控制十分重要。图8是临界低功率发射控制示意图,图8a发射功率过小,仅部分连接;图8b是发 射功率过大,各WR覆盖彼此交叉重叠过多,相互干扰严重;图8c是发射功率控制到合适临界的状况,相互交叉重叠不多,各WR都可经由单跳或多跳连接到 WGW,全
13、可联通,是最佳控制。当然,信号发射功率控制,不仅考虑网络拓扑结构,还要考虑到数据业务负载,传输时延和业务质量等要求,实现优秀综合性 能的最大网络容量。2.2多信道接入的MAC技术提供媒体访问控制(MAC)接入的多信道技术,同通常的无线通信网络一样,有频分多址(FDMA)技术、时分多址(TDMA)技术、码分多址(CDMA)技术和使用 定向天线的空分多址(SDMA)技术,实用中经常是这些多址技术的部分或全部综合应用,形成彼此独立互不串扰的多信道接入技术。由于WR的定点定向传输 可以充分利用智能天线技术实现空分多址,实现尽可能多的互不干扰独立传输信道。相对常规无线通信,这是无线Mesh网络的又一特色
14、。在多址接入技术支持下,无线Mesh网络的MAC层设计与通常的典型无线网络的MAC设计一样,同接入点相关。由于无线Mesh网络不是单跳而是多跳 系统,需要支持多跳的MAC设计。首先是就近Mesh路由器的接入选择。无线Mesh网络是自组织网络,网络路由连接和用户终端接入状况的拓扑结构随地理 位置、通信环境、用户移动、WR布局等不同而不同,是变动的。如图9所示,图9(a)是一种Mesh拓扑结构,终端经过3次跳转接力,接入Internet接入点 GW1,完成MAC过程。图9(b)是同一地区同样的Mesh路由器和WGW布局,但Mesh拓扑连接不同,该终端在同样位置,选择同样的Mesh路由器,要经过4次
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无线 Mesh 技术 网络
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5332230.html