http://www.51cto.com 2006-05-16 15:09 出處:山東通信技術(shù)
【導讀】寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)是目前研究的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，本文介紹了一種新的基于Wireless Mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統，其中包括它的結構，優(yōu)點(diǎn)和幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù), 最后介紹了這種技術(shù)目前的發(fā)展狀況。
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Wireless Mesh IEEE 802.16a 寬帶無(wú)線(xiàn)接入 5塊磚
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最近幾年來(lái)寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注，相對于其它寬帶接入技術(shù)，寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統投資少，建設周期短，提供業(yè)務(wù)快，具有很多優(yōu)點(diǎn)。IEEE委員會(huì )為此專(zhuān)門(mén)制定了IEEE802.16標準，提出了一種采用PMP網(wǎng)絡(luò )結構的寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案，但是采用PMP結構，必須確保視距傳輸，對于人口密集的城市，由于存在高樓、樹(shù)木等許多障礙物，導致覆蓋范圍非常受限，所以在后來(lái)制定的IEEE802.16a標準中，又提出了一種基于無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )實(shí)際上是一種高容量高速率的多點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，它是一種新型的可以解決"最后一公里"瓶頸問(wèn)題的分布式網(wǎng)絡(luò )。
Mesh網(wǎng)絡(luò )不同于傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，因為其中的每個(gè)用戶(hù)節點(diǎn)都是骨干網(wǎng)絡(luò )的一部分，可以轉發(fā)其它用戶(hù)節點(diǎn)的信息，并且隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的增加，網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍以及靈活性也會(huì )隨之增加。
2 基于Wireless Mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )構成
在這種網(wǎng)絡(luò )結構中，所有的BS和SS都稱(chēng)為節點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )中存在兩種節點(diǎn)：Mesh BS節點(diǎn)和Mesh SS節點(diǎn)，Mesh BS節點(diǎn)類(lèi)似于PMP網(wǎng)絡(luò )中的BS，它和其它主干網(wǎng)絡(luò )相連，實(shí)現寬帶接入；Mesh SS節點(diǎn)既可以實(shí)現本地用戶(hù)的寬帶接入，又可以轉發(fā)其它節點(diǎn)的數據，把這些數據傳送到目的節點(diǎn)，作用類(lèi)似于一個(gè)中繼站。Mesh網(wǎng)絡(luò )拓撲結構與PMP網(wǎng)絡(luò )結構最大的差別在于：在PMP網(wǎng)絡(luò )中，只有BS和SS之間可以直接通信，而在Mesh網(wǎng)絡(luò )中，SS之間也可以直接通信，并且BS和SS之間可以通過(guò)其它的SS間接通信。與一個(gè)節點(diǎn)直接相連的節點(diǎn)稱(chēng)為這個(gè)節點(diǎn)的鄰居節點(diǎn)，它們之間的距離稱(chēng)為"一跳"。
在使用Wireless Mesh技術(shù)構建的網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都具備路由選擇功能，每個(gè)節點(diǎn)只和鄰近節點(diǎn)進(jìn)行通信，因此是一種自組織和自管理的網(wǎng)絡(luò )。實(shí)際上，Wireless Mesh網(wǎng)絡(luò )更像是Internet本身的一種無(wú)線(xiàn)版本，分組數據從一個(gè)路由到另一個(gè)路由進(jìn)行傳遞直到到達其目的地，這些特點(diǎn)使Wireless Mesh網(wǎng)絡(luò )與傳統的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò )和固定通信網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)顯著(zhù)區別。
3 基于無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)
在過(guò)去的幾年里，寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統大多采用的是PMP結構，它能夠支持較高的數據速率，多個(gè)用戶(hù)共享網(wǎng)絡(luò )資源，但是它的覆蓋范圍較小，工作在微米波段，基站BS和用戶(hù)站SS之間需要視距傳輸，大大減少了能夠提供服務(wù)的用戶(hù)數，容量受限，當用戶(hù)增加時(shí)，需要增加新的BS設備來(lái)保證視距傳輸，這需要花費很大的代價(jià)。而對于基于Mesh結構的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，用戶(hù)數增加時(shí)，由于每個(gè)用戶(hù)站可以作為一個(gè)中轉站，潛在地增加了網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍。對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，采用無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò )比采用PMP網(wǎng)絡(luò )具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍增大，頻譜利用率提高，系統容量增加。
（2）Mesh網(wǎng)絡(luò )結構特有的多路由選擇特性提高了網(wǎng)絡(luò )的柔韌性和可用性，當某條路徑出現錯誤時(shí)，可以選擇其它的路徑。
（3）網(wǎng)絡(luò )具有可伸縮性，易擴容，初期建設費用低，投資成本大約是PMP網(wǎng)絡(luò )的15%。
（4）投資風(fēng)險相對較小，在較短時(shí)間內即可收回成本獲得盈利。
總之，這種技術(shù)比起傳統的點(diǎn)對多點(diǎn)來(lái)具有諸如節能、自動(dòng)配置和易擴容等很多優(yōu)勢，很多公司已經(jīng)開(kāi)始將Wireless mesh技術(shù)用以寬帶網(wǎng)絡(luò )接入，并且相關(guān)的無(wú)線(xiàn)路由器等產(chǎn)品也已開(kāi)始商用。
4 基于Wireless Mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
采用Wireless Mesh寬帶接入網(wǎng)絡(luò )確實(shí)可以解決PMP寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )存在的一些問(wèn)題，但是它也存在自己的問(wèn)題，其中有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決。
4.1 天線(xiàn)技術(shù)
Wireless Mesh寬帶接入網(wǎng)絡(luò )中一個(gè)重要的問(wèn)題就是天線(xiàn)的使用，因為每個(gè)節點(diǎn)必須和各個(gè)方向上的多個(gè)節點(diǎn)通信，很簡(jiǎn)單的一種方式就是采用全向天線(xiàn)，但是這樣覆蓋范圍有限，并會(huì )帶來(lái)干擾，導致頻譜利用率下降，減小網(wǎng)絡(luò )的容量。所以不建議采用全向天線(xiàn)，美國的SkyPilot公司將智能天線(xiàn)技術(shù)應用與Wireless Mesh網(wǎng)絡(luò )，允許頻譜重復使用，從而大大提高了頻譜的利用效率，同時(shí)減小了干擾。
4.2 路由選擇技術(shù)
Wireless Mesh寬帶接入網(wǎng)絡(luò )中另外一個(gè)很重要的問(wèn)題是路由選擇問(wèn)題，例如從某個(gè)節點(diǎn)A到達其它的節點(diǎn)B，可以經(jīng)過(guò)不同的用戶(hù)站中轉，于是就存在多條路徑，選擇哪條路徑就成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，這將直接影響系統的性能。而且，當節點(diǎn)增加或是減少時(shí)，Wireless Mesh網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構就會(huì )發(fā)生變化，路由選擇問(wèn)題變的更加復雜。采用Wireless Mesh技術(shù)，還會(huì )帶來(lái)"隱藏終端"問(wèn)題，這些都需要進(jìn)一步研究解決。實(shí)際上，Wireless Mesh技術(shù)可以看作是Ad hoc技術(shù)的簡(jiǎn)化版本，所以可以參考Ad hoc網(wǎng)絡(luò )中相應的解決方法來(lái)解決Wireless Mesh寬帶接入網(wǎng)絡(luò )中的這些問(wèn)題。
4.3 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)
寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統的頻譜資源有限，因此必須使信道資源盡可能充分地被用戶(hù)利用。在IEEE 802.16標準中規定的點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )中采用了動(dòng)態(tài)按需時(shí)分多址分配方式（DAMA-TDMA）, 在這種網(wǎng)絡(luò )中資源的管理和分配由BS負責，而在IEEE802.16a標準中規定，對于基于Wireless Mesh 技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)絡(luò )，帶寬的分配可以采用集中式調度方式，或者采用分布式調度方式。如果采用集中式調度方式，由Mesh BS節點(diǎn)收集所有Mesh SS節點(diǎn)的資源請求信息，分別為它們分配一定數量的帶寬資源。如果采用分布式調度方式，包括Mesh BS和Mesh SS在內的所有節點(diǎn)應該相互協(xié)調，充分利用資源。任何一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)，不能和"兩跳"以?xún)鹊泥徑鼌^域的其它節點(diǎn)發(fā)送的數據產(chǎn)生碰撞。
5 目前發(fā)展狀況
Wireless mesh技術(shù)應用于寬帶無(wú)線(xiàn)接入還是剛剛開(kāi)始，但是Wireless mesh技術(shù)在其它方面已經(jīng)獲得了初步應用，比如在日本的Nankoku市已經(jīng)使用Wireless Mesh連接了13個(gè)小學(xué)、4個(gè)中學(xué)和18個(gè)市政建筑。美國MeshNetworks公司也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了相關(guān)的無(wú)線(xiàn)硬件和智能路由軟件，其構建的Wireless Mesh網(wǎng)絡(luò )支持諸如手機和筆記本等移動(dòng)終端，這些終端可以自由接入或退出網(wǎng)絡(luò )，當兩個(gè)或更多終端退出網(wǎng)絡(luò )范圍時(shí)，還可以組成自己的微型網(wǎng)。
新頒布的IEEE802.16a標準中已經(jīng)明確提出把Wireless Mesh技術(shù)應用于寬帶無(wú)線(xiàn)接入領(lǐng)域，已經(jīng)引起了業(yè)界的關(guān)注，它會(huì )對目前用于駐地用戶(hù)寬帶接入網(wǎng)絡(luò )的DSL技術(shù)和電纜技術(shù)帶來(lái)很大的競爭壓力，很多公司已經(jīng)開(kāi)始將Wireless mesh技術(shù)用以寬帶網(wǎng)絡(luò )接入，并且相關(guān)的無(wú)線(xiàn)路由器等產(chǎn)品也已開(kāi)始商用。如諾基亞公司推出的無(wú)線(xiàn)路由器可以安裝在屋頂上，其產(chǎn)品目前已經(jīng)獲得超過(guò)50家運營(yíng)商的青睞，他們將借此建立以用戶(hù)為基礎的高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。另外，Wireless Mesh、智能天線(xiàn)和UWB技術(shù)的融合更是將深刻影響無(wú)線(xiàn)寬帶接入的未來(lái)。
6 結束語(yǔ)
本文簡(jiǎn)單介紹了一種新的基于Wireless mesh技術(shù)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統，重點(diǎn)討論了它的優(yōu)點(diǎn)以及其中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，采用Wireless Mesh技術(shù)，由于其不會(huì )受到基站覆蓋范圍的限制，很大程度上增加網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍，并且投資風(fēng)險小，網(wǎng)絡(luò )的可伸縮性和靈活性較大，有望給無(wú)線(xiàn)寬帶領(lǐng)域帶來(lái)重大變革。
