MESH自組網(wǎng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)詳細(xì)解析

1，MESH自組網(wǎng)介紹及其采用的主要技術(shù)

MESH自組網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。它是一種動(dòng)態(tài)地建立新的鏈接和其他節(jié)點(diǎn)相連的一項(xiàng)技術(shù),它具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等優(yōu)點(diǎn),可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)部署的成本和復(fù)雜程度。

圖1.MESH自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前，業(yè)內(nèi)MESH自組網(wǎng)主要采用如下的技術(shù)：

1)按照組網(wǎng)頻段，Mesh分為多頻多信道組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。單頻組網(wǎng)收發(fā)采用單一頻率，帶寬容量減少一半。多頻多信道組網(wǎng)下，設(shè)備使用多個(gè)正交頻率，分別用于不同的鏈路，可增加系統(tǒng)吞吐量。

2)在無(wú)線射頻技術(shù)方面，為了提高傳輸速率和性能，近年來(lái)已經(jīng)廣泛使用OFDM、MIMO、智能天線等技術(shù)。

3)在資源調(diào)度方面，通常分為CSMA/CA模式和TDMA模式。CSMA/CA采用資源競(jìng)爭(zhēng)模式，但節(jié)點(diǎn)和跳數(shù)多、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高時(shí)，資源有效利用率低。TDMA模式是一種基于時(shí)間分配的調(diào)度機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情況下，效率較高。

4)在網(wǎng)絡(luò)路由算法方面，不同于固定路由采用的RIP、OSPF路由協(xié)議，常見的Mesh無(wú)線路由算法包括DSDV、DSR、AODV等。

2、基于MESH自組網(wǎng)的無(wú)線產(chǎn)品

早期，寬帶MESH產(chǎn)品廣泛采用基于CSMA/CA的Wi-FiMESH技術(shù)。通過多頻模塊化設(shè)計(jì)，可以在ISM頻段上提供高容量、低成本的無(wú)線接入方案。Wi-Fi MESH產(chǎn)品在歐美國(guó)家“無(wú)線寬帶城市”建設(shè)中得到廣泛使用，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商、學(xué)校、企業(yè)、工廠等也有大量使用。該時(shí)期出現(xiàn)了諸如SkyPilot、Azalea等大量的Wi-FiMESH廠家。但是，在3G/4G商用后，無(wú)線寬帶接入市場(chǎng)急劇萎縮，很多廠家相繼倒閉。

圖2. Wi-Fi MESH多頻模塊化示意圖

Wi-Fi MESH由于頻段、帶寬、穩(wěn)定性等問題，不太適合于應(yīng)急通信等行業(yè)領(lǐng)域，采用同頻TDMA方式的MESH產(chǎn)品成為行業(yè)熱點(diǎn)。這類產(chǎn)品一般采用FPGA+ADC芯片架構(gòu)，可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的信道特征靈活設(shè)計(jì)底層無(wú)線通信協(xié)議，廣泛使用OFDM、MIMO等技術(shù)。使用這種方案的產(chǎn)品成本較高、功耗較大、開發(fā)穩(wěn)定工作的產(chǎn)品周期較長(zhǎng)。目前市面上采用此方案的公司比較多。

圖3.基于FPGA的MESH示意圖

此外還有采用LTE相關(guān)技術(shù)的MESH方案，其充分融合了LTE物理層技術(shù)，對(duì)其幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用不同的調(diào)制編碼方式適應(yīng)不同的信道變化，獲得最大的傳輸效率。LTE是一種非常完善、成熟的技術(shù)，可靠性、穩(wěn)定性可以得到保證，但是這種方案開發(fā)門檻高、投入較大，能夠做底層研發(fā)的公司較少。目前，中國(guó)信科集團(tuán)旗下的辰芯科技有限公司在其SDR芯片CX1860 上開發(fā)了一套基于LTE協(xié)議的MESH方案，采用私有無(wú)線通信協(xié)議安全可靠性高，支持QoS機(jī)制保證無(wú)線傳輸業(yè)務(wù)質(zhì)量，無(wú)線算法充分考慮了多徑信道環(huán)境，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在采用全向天線情況下也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高性能傳輸，最遠(yuǎn)傳輸150公里；該方案除了具備FPGA方案的靈活性外，在集成度、功耗方面也更有優(yōu)勢(shì)，便于開發(fā)小型化的終端產(chǎn)品，相關(guān)廠商可以在此方案基礎(chǔ)上快速開發(fā)自己的MESH產(chǎn)品。

圖4.基于LTE的單芯片MESH示意圖

3、MESH自組網(wǎng)的應(yīng)用

MESH自組網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用在武警、消防、人防應(yīng)急、三防應(yīng)急、水利防汛、電力巡檢、電力搶險(xiǎn)、“雪亮工程”、鐵路搶險(xiǎn)、海事執(zhí)法、海監(jiān)巡查、海關(guān)邊防、碼頭監(jiān)控、森林防火、油田防盜、軍事偵察、電視轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域。在城市、海上、山地等多種復(fù)雜環(huán)境中提供高質(zhì)量圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)移動(dòng)傳輸。

近幾年“雪亮工程”項(xiàng)目建設(shè)大多集中在城市中，下沉到縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)的工作尚顯薄弱?！把┝凉こ獭痹诳h鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)推行緩慢的原因之一就是部分農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱，沒有滿足要求的光纖網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)地形地貌等原因?qū)е录芫€施工難度大、成本高。在鄉(xiāng)村、山區(qū)、草原等地廣人稀的區(qū)域，“雪亮工程”建設(shè)項(xiàng)目采用無(wú)線MESH視頻監(jiān)控技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：

1)相比有線傳輸，無(wú)線傳輸可以節(jié)省光纖線纜成本，且部署快捷方便、便于維護(hù)，節(jié)省施工人力成本；

2)不存在私拉亂接光纜現(xiàn)象；不影響現(xiàn)有線路，減少與其他線路部門的矛盾；

3)相比無(wú)線網(wǎng)橋，MESH多跳特性可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離非視距傳輸?？山鉀Q“雪亮工程”中使用的電桿高度一般都只有數(shù)米，通常無(wú)線設(shè)備間會(huì)有樹木、建筑物、大山等遮擋，無(wú)法通視傳輸?shù)膯栴}；

4)與Wi-Fi網(wǎng)橋通過加大發(fā)射功率、采用定向天線方式相比， LTE MESH可以實(shí)現(xiàn)更高的接收靈敏度，采用全向天線遠(yuǎn)距離傳輸，可避免定向天線安裝復(fù)雜、需要技術(shù)人員指導(dǎo)、容易出現(xiàn)歪斜等問題。

4、MESH自組網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

設(shè)備小型化、便攜化是MESH產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，在充分考慮應(yīng)用場(chǎng)景和保障必要的功能性能的前提下,研究輕便靈巧化技術(shù),滿足單人背負(fù)和無(wú)人機(jī)載要求。

在應(yīng)急通信領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用Mesh自組網(wǎng)技術(shù)，Mesh與其他專網(wǎng)通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)融合也是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。
來(lái)源；通信世界