自适应无线Mesh网络组网技术的意义与应用场景

随着互联网通信技术的不断发展，互联网和移动通信技术在现实生活中得到了广泛的应用，并且互联网通信技术不断向着智能化，无线化发展。虽然Wi-Fi能够实现无线互联，但是基于IEEE 802.11的WLAN受限于其发射功率，信号覆盖范围有限，而在突发性，临时性，移动性比较强的场合，固定的基础设施将无法满足通信的需求，而且通信的成本也会很高，导致资源浪费并且通信质量也不高。

无线Mesh网络技术提供了理想的解决方案，在密集的城市里可以通过架设相比于Wi-Fi无线发射器少得多的无线AP节点，就可以实现快速的网络接入服务和支持多跳的远距离无线覆盖，各节点之间不必再通过上游路由节点进行信息转发实现通信，大大降低了AP节点的网络负载和传输速率的要求。

世界无线802.11标准制定小组一直在致力于对无线网状网的研究。网状网自组织网络最大的不同在于它不仅能够实现点到点，端到端的通信，还要求有更多的基础设备和信号基站来提供网络的接入和实现与其他组织形式的网络互联互通，这种网络自然就具有了很强的层次感。无线Mesh技术正处于高速研发和普及的过程中，自从802.11s任务小组于2004年9月成立以来，针对WMN的标准不断完善，IEEE 802.11s定义无线设备如何互连以创建WLAN网状网络，其可以用于相对固定（非移动）拓扑和无线自组织网络。802.11s通过使用“基于自配置多跳拓扑的无线电能量感知”技术，来定义支持广播/多播和单播传输的体系结构和协议来扩展IEEE 802.11MAC标准。为了使IEEE 802.11标准满足网格的要求，要在现有标准的基础上添加回程（基础结构WLAN的链路）和网关（基础结构WLAN到有线LAN的链路）的操作。

现有的标准是先由2005年5月发布了一项征求建议书，2005年7月各方提交了15项提案。直到2009年3月D 3.00草案于达到了79%的支持率。直到2016年，集成了网状路由功能的标准才最终确定下来。802.11s无线网状网络设备被标记为MeshStation（mesh STA），网状STA互相形成网格链接，可以使用自组织移动路由协议建立网格路径。该架构的一个关键方面是多跳无线链路的存在以及通过其他节点向目的地节点路由分组。传统的无线接入网络中的所有节点都是通过无线接入点AP进行互相通信和收发消息节点之间进行相互通信，发送节点将带有目的节点MAC地址的数据帧发送到中心AP节点，中心AP节点将数据帧转发出去，如果目的节点在本局域网中，则直接送达，不在本局域网中则路由到上一级路由进行转发，这种组网通信中心节点转发方式严重地压缩了网络的可扩展性和灵活性。

并且在这种组网方式下，随着节点间距离增大，网络性能会快速降低。而WMN一方面具有Ad hoc组织结构，并且在节点间距离较大的情况下，能够进行路径选择与节点转发，这样就增强了网络的覆盖能力；另一方面，各转发节点之间采用无线连接，进一步提高了组网的灵活性，而且降低了网络铺设的成本。(www.xing528.com)

由于无线Mesh网络是由移动Ad hoc网络发展而来，所以初期对无线mesh网络的研究主要是基于对原有的Ad hoc网络协议进行改造，所以目前Mesh网络的路由协议设计仍是无线mesh网络普及道路上的一大瓶颈。尽管普通的Wi-Fi技术具有无线连接传输速度较快等优点，不断地得到普及与应用，但是它也有着信号覆盖范围小且过度依赖于中心AP节点的缺陷。因此大力发展无线网状网络（WMN）成了必要，WMN是基于IEEE 802.11s标准的，一种高传输速度、自组织、自适应的无线网状网络，具有很高的容错性和健壮性。

由此可以预计WMN将成为下一代无线网络的标准，对于WMN的研究也将是意义重大的，WMN在没有固定的基础设施情况下提供灵活快速的无线数据通信。在救灾抢险时由于固定基础设备可能无法使用，为了解决临时通讯问题，需要临时组建网络，因此临时搭建一个Mesh网络既快捷又方便。这对于军事战争也有重大意义，军事战争地点随机，通信设施基本被毁，因此无线Mesh网络也可以解决关键问题，快速组建网络实现通信。

无线Mesh网络不仅建设成本低廉，组网方式简单灵活，维护费用低，而且具有极强的环境适应能力，这也就使得世界各大先进国家不断加大对无线Mesh网络研究的投入。同时因为无线网络具有独特的多跳特性，很多研究都是针对该网络的路由特性和组网方式进行的。在众多的可选路径中选择出性能最佳的路径对网络性能和传输速率的提高，网络负载与网络冗余的降低也是具有重大意义和作用的。

本部分内容来源于农业物联网监测与可信溯源关键技术研究项目，作为研究项目的重要的一部分无线Mesh关键技术研究，无线Mesh网络不仅建设成本低廉，组网方式简单灵活，维护费用低，而且具有极强的环境适应能力，这也就使得世界各大先进国家不断加大对无线Mesh网络研究的投入。同时因为无线网络具有独特的多跳特性，很多研究都是针对该网络的路由特性和组网方式进行的。在众多的可选路径中选择出性能最佳的路径对网络性能和传输速率的提高，网络负载与网络冗余的降低也是具有重大意义和作用的。尤其对于农业物联网的普及和农业的智能化，农业生产工具的使用，农业作物的生长状况监控，都有着重要使用价值及推广意义。