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技术演进和Strix无线Mesh方案的优势

时间:03-19 来源: 点击:

随着无线Mesh网络技术和应用的不断发展,在过去的5年中Mesh技术也在不断的演进-技术演进的主要方向是解决无线Mesh随着规模和复杂程度 发展带来的多跳的Mesh性能难题,比如带宽降低,无线干扰以及网络时延等。譬如,在网络中的每一跳吞吐量会下降多达50%,连续多跳情况下吞吐量下降得 更迅速,其结果将导致网络性能的严重降低。在语音和视频应用大量运行的极端情况下,时延和RF干扰将达到不可接受的程度,而导致连接完全中断。

  Strix的第三代解决方案采用了多模块、多射频和多信道技术有效的解决了无线Mesh多跳性能的难题,远远优于单模块和双模块的早期Mesh解决方案的每跳50%的吞吐量下降。

  传统的单模块Mesh和双模块Mesh网络只能提供有限的扩展性,多跳自身的难题使得它对于大规模网络部署还存在诸多疑问。因而需要一种新型结构化的无线Mesh,在其网络中无论跳数多少,都能够提供高性能和高可靠性。

  为了具有可实施性,无线Mesh必须是低时延的网络,为Mesh上行和Mesh下行回程流量提供单独的无线带宽链路(类似于全双工连接),并自 动地使用最高的可用吞吐量。如Strix Mesh系统,采用多频、多信道、多RF模块方式组网. Strix这种低时延的Mesh网络已经在实验室环境(无噪声)和真实环境(有噪声)中进行了测试。测试跳数逐步从1跳增加到10跳,结果表明即使达到 10跳,无噪声情况下网络回程吞吐量只有4%的丢失,而实际噪声环境也仅丢失了40%。时延测试结果也同样令人满意--完全在语音(VoIP)和视频应用 可接受的范围内。带宽下降测试结果是与为回程流量使用单频的Mesh网络的最佳情况进行比较的。而早期的单模Mesh或者双模Mesh网络在无噪声情况下 经过5跳后带宽就会令人吃惊地丢失了80%。

  技术演进 - 实现无线Mesh的方案

  单模块Mesh方案--所有信息都在同一信道上

  单模块模式是无线Mesh最脆弱的方案。接入点仅使用一个信道,此信道由无线客户端和回程流量(在Mesh节点之间)转发共享。

  当更多的Mesh节点加入到网络中的时候,用于回程流量的带宽将会占据越来越高的比例,仅仅留很少一部分容量给无线客户端。此现象的原因是由于 无线是一个共享的媒质。单模块方案的Mesh节点不能同时发送和接收数据。而且在其覆盖范围内另一个Mesh节点正在传输的时候,该Mesh节点也不能发 送数据。这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则(CSMA/CA)。

  简单计算一下就会发现,在单模块Mesh方案中每个无线客户端只能获得很有限的吞吐量。举例来说,假设有5个节点,每个节点有20个无线客户端 与之相连,所有的节点和客户端共享同一个802.11b信道(5Mbps),这样等价于每个用户只能获得少于50Kbps的吞吐量--比拨号连接还要慢。 而且由于所有的无线客户端和Mesh节点必须工作在同一个信道上,无线资源的竞争和RF干扰还会导致不可预期的时延。

  双模块Mesh方案--回程共享

  在双频方案中,一个频道专门用来连接无线客户端,而另一个频道专门用来进行无线回程传输--回程信道同时由Mesh上行和Mesh下行流量共享。这意味着什么呢?无线客户端流量将得到一些的改善,但是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想。

  多模块Mesh方案--结构化的无线Mesh

  在多频(或者称作结构化Mesh)方案中,每个网络节点至少使用三个模块的专用无线链路接口,其中一个模块用于客户端的流量,第二个模块用于 Mesh上行无线回程流量,第三个模块用于Mesh下行无线回程流量。这个无线Mesh网络的方案与单模块或双模块方案相比提供了很好的性能。因为每个链 路都工作在独立的信道上,专用的回程链路可以同时发送和接收数据。

  多跳的难题

  多跳的难题包括带宽降低、无线干扰和网络时延问题,这些问题是由于流量需要在无线Mesh网络中进行多次"跳跃"所引起的。

  带宽降低

  当回程被共享的时候,多跳带来的带宽降低的问题尤为严重,比如单模块和双模块方案。在这些情况下,每个从MESH节点到MESH节点"跳越"的流量,其吞吐量都几乎会被削减了一半。对于这类带宽降低模式主要有两个原理。

  不管你选择最佳情景原理的降低为1/n(其中n是跳数),还是选择最坏情景原理的降低为1/2n-1,都会存在严重的带宽降低问题。

  最具代表性的场景是假设所有的节点都以线性的方式排列,类似于一个珍珠串,每个节点只能和它两个邻接的节点通信。但是在实际部署的Mesh网络中,任何一个节点都能"侦听"到至少3个或4个邻接的节点。这时,带宽降低更加类似于最坏情况的情景。

  无线干扰

无线干扰是一个十分重要的问题,它将影响到无线网络的性能。简单地说,无线干扰可以定义

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