如何使用網(wǎng)狀網(wǎng)技術提高網(wǎng)絡性能
網(wǎng)狀網(wǎng)技術提高無線網(wǎng)絡性能
隨著無線網(wǎng)絡日益受到歡迎，用戶需要更高的帶寬、更大的覆蓋范圍和更好的可靠性。標準的“點到點”或“點到多點”技術，比如 802.11 和藍牙，都是短距離、直視條件下 (line-of-sight) 的無線網(wǎng)絡，有著固有的局限性。隨著額外節(jié)點加入網(wǎng)絡并分享接入點數(shù)據(jù)流，這些網(wǎng)絡的帶寬會逐漸降低。由于鏈路噪聲和傳輸錯誤，帶寬還會隨著距離增加而降低。多數(shù)標準的無線網(wǎng)絡在其有效距離內(nèi)具有“盲區(qū)” (dead spot)，這些點呈現(xiàn)出較低的信號質(zhì)量，這是由于干擾物體或較低的信號強度的緣故。單個故障就可以輕易使整個網(wǎng)絡癱瘓。設計者們正在嘗試使用網(wǎng)狀網(wǎng)技術（mesh network）技術來克服許多此類缺點，同時把無線覆蓋范圍延伸到整個社區(qū)或城區(qū)。
無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術是低功率的多級跳點 (multihop) 系統(tǒng)，它們處理消息的方式是把信息包從一個節(jié)點傳遞到另一個節(jié)點，直到信息包到達目的地。點到點網(wǎng)絡節(jié)點過濾掉所有信息包，只留下自己的信息包，與此不同的是，網(wǎng)狀網(wǎng)技術節(jié)點接收要傳給其它節(jié)點的信息包，并把它們再次傳送出去。多跳網(wǎng)絡運行方式很象因特網(wǎng)，并提供從源頭到目的地的多條冗余通信路徑。如果一條路徑由于硬件故障或干擾而停止工作，網(wǎng)狀網(wǎng)技術會自動改變信息包的路由，使它們穿過一條替代路徑。
與傳統(tǒng)的點到點網(wǎng)絡相比，網(wǎng)狀網(wǎng)技術的主要優(yōu)勢之一是每個節(jié)點所需的功率大大降低。一個多跳網(wǎng)絡節(jié)點只需要足夠的發(fā)射功率就可以到達相鄰節(jié)點；單跳節(jié)點必須承擔最大規(guī)定距離。在分布式傳感器網(wǎng)絡等某些應用中，各個節(jié)點可以靠得很近，從而使發(fā)射器功率極低，電池壽命很長。
低功率節(jié)點還有效地增加了總數(shù)據(jù)容量和網(wǎng)絡帶寬。當一個單跳網(wǎng)絡中的兩個設備試圖同時發(fā)射時，爭用協(xié)議會均分數(shù)據(jù)容量，因而給予每個設備一部分可用帶寬。由于網(wǎng)狀網(wǎng)技術中的各個節(jié)點功率很低，因此位于網(wǎng)絡不同部分的設備實際上可以在同一頻率同時發(fā)射，而不產(chǎn)生干擾。頻譜的這種復用提高了網(wǎng)絡的空間容量。
節(jié)點之間的較短距離還帶來了更高的網(wǎng)絡帶寬。在任何固定功率級別射頻發(fā)射中，噪聲導致的接收錯誤會隨著發(fā)射器和接收器之間距離的增加而增加。多數(shù)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議使用若干可變糾錯方案，它們犧牲了帶寬以便在較高的噪聲級連續(xù)運行。網(wǎng)狀網(wǎng)消除了這個問題，因為它在多條短距離無噪聲數(shù)據(jù)路徑上發(fā)射，而不是在一次大的、具有潛在噪聲的跳躍。
冗余路徑
網(wǎng)狀網(wǎng)的另一個明顯優(yōu)點是冗余路徑，與單跳網(wǎng)絡相比，它們帶來了更高的可靠性和數(shù)據(jù)速率。臨時的本地干擾，比如另一個無線電信號或一個減弱信號的物體，可能會阻止或降低傳統(tǒng)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)速率；而網(wǎng)狀網(wǎng)技術只是簡單地通過一條未受影響的替代路徑發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣，任何一個網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點中的硬件故障不會使網(wǎng)狀網(wǎng)完全失效。網(wǎng)狀網(wǎng)技術的冗余還提高了有效帶寬，這是因為多個數(shù)據(jù)流可以同時傳輸。例如，家庭聯(lián)網(wǎng)環(huán)境可以把視頻數(shù)據(jù)流從客廳的 DVD 播放器傳輸?shù)脚P室的電視機，同時把音頻數(shù)據(jù)流從家用電腦傳輸?shù)接斡境剡叺谋銛y式 MP3 播放器。
雖然網(wǎng)狀網(wǎng)技術有這么多優(yōu)點，但網(wǎng)絡專家們擔心多跳環(huán)境中的安全問題。例如，在一個包括多個電腦系統(tǒng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)中，安全的數(shù)據(jù)可能在到達目的地之前通過多個未授權節(jié)點。這種數(shù)據(jù)暴露可能需要復雜的加密或節(jié)點認證來防止泄密。網(wǎng)狀網(wǎng)技術還可能為黑客提供機會，來替換錯誤的路由信息或引入未授權的流量。當你使用網(wǎng)狀網(wǎng)技術來跨越校園或社區(qū)等寬廣區(qū)域時，這些安全問題會變得更明顯。
在部署某個新的多跳系統(tǒng)之前，潛在的網(wǎng)狀網(wǎng)用戶和開發(fā)者有多項需要定義和實現(xiàn)的硬件要求和軟件要求。例如，網(wǎng)狀網(wǎng)技術節(jié)點收發(fā)器的功率應該很低，以便允許頻譜在網(wǎng)絡其它部分的復用。雖然一些有趣的工作正在低功率節(jié)點中進行，但多數(shù)開發(fā)者選擇以 802.11 等現(xiàn)有廣泛可用的硬件開始，并創(chuàng)建軟件協(xié)議來啟用多跳系統(tǒng)。
網(wǎng)狀網(wǎng)代表了低成本、高帶寬技術，用于提供“最后一公里”即社區(qū)級通信基礎設施。例如，網(wǎng)狀網(wǎng)技術在安裝于燈柱、建筑物、車輛和最終用戶設備上的節(jié)點之間使用多跳路由，來為用戶提供全社區(qū)范圍的因特網(wǎng)接入。其網(wǎng)狀架構支持固定寬帶連接和移動寬帶連接，這是由于它結合了一種自組 (ad hoc) 對等路由技術和一種專有的 QDMA（正交分割多址）無線電協(xié)議。QDMA 無線電技術使用直接序列擴展頻譜，工作于 2.4GHz ISM（工業(yè)、科學及醫(yī)療）頻帶。當你向網(wǎng)絡添加設備或從網(wǎng)絡中取出設備時，MeshNetworks 公司的軟件可以發(fā)現(xiàn)和共享路由信息，并重新配置數(shù)據(jù)路徑。MeshNetworks 公司把其技術提供給 OEM 們，提供形式為 ASIC 芯片，它配有內(nèi)置路由技術、QoS（服務質(zhì)量）管理和精確定位技術。除了硅芯片以外，MeshNetworks 公司還提供 PCMCIA 形式的無線調(diào)制解調(diào)器卡和固定位置路由器。MWR-6300 是一種安裝于燈柱的路由器，用于在客戶端數(shù)量增加時，保證大面積地域、校園或建筑物內(nèi)部應用中的無線覆蓋范圍。
免費的網(wǎng)狀網(wǎng)軟件
LocustWorld 公司提供一種免費的軟件包，來幫助實現(xiàn)覆蓋社區(qū)的網(wǎng)狀網(wǎng)技術。該公司的 MeshAP 是一個開放源代碼軟件項目，運行于 Linux 操作系統(tǒng)，并可以把任何兼容 x86 的 PC 轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀網(wǎng)技術客戶端、轉(zhuǎn)發(fā)器、網(wǎng)關和接入點。LocustWorld MeshAP 提供遠程管理算法、安全算法和接入算法，來支持各種網(wǎng)狀網(wǎng)技術路由功能。在相鄰節(jié)點建立通信時，它會通過簽名的數(shù)字證書來核實對方節(jié)點的身份。然后，它會設置一個 2048 比特、密鑰加密的數(shù)據(jù)流。該軟件包括多種功能，使操作者可以決定他們允許哪些人進入網(wǎng)絡。授權用戶可以是為永久服務付費的用戶，也可以是臨時用戶，后者用一種提供固定長度聯(lián)機時間的票進行登錄。該程序還為每名用戶維護帶寬概要，以便在網(wǎng)絡上分配數(shù)據(jù)配額和優(yōu)先權。當用戶消耗因特網(wǎng)帶寬時，他們會用盡自己的配額，而當他們消耗配額時，他們的優(yōu)先權會下降。這樣，新用戶可以獲得比那些一直在占用服務的用戶更高的優(yōu)先權，而公平份額是由可用帶寬資源組成的。一旦用戶超過了自己的配額，該用戶不會被禁止訪問，但他將不再能夠獲得對服務的優(yōu)先訪問。為了簡化網(wǎng)狀網(wǎng)技術設置，LocustWorld 公司還提供咨詢服務和硬件，比如 400 美元的 MeshBox，這是一種專用路由設備，預先裝載了 MeshAP 軟件。
Tropos Networks 公司提供一種寬帶蜂窩 Wi-Fi 網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，它為電信運營商、網(wǎng)絡運營商和服務提供商們實現(xiàn)城市級寬帶無線數(shù)據(jù)覆蓋提供了方便。它的無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術系統(tǒng)使居民和游客能夠從服務區(qū)的任何地方訪問因特網(wǎng)，只要他們擁有配備標準 Wi-Fi 網(wǎng)絡連接的客戶端設備。嵌入于每個 Wi-Fi 單元中的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)提供了關鍵的智能。它實現(xiàn)了網(wǎng)狀網(wǎng)技術的自我組織和自我復原。當提供商增加新單元時，自動發(fā)現(xiàn)和最優(yōu)路徑選擇會無縫地把它們集成到網(wǎng)絡中。服務提供商們通過在網(wǎng)絡中的任何地方簡單地連接更多的有線回程鏈路，就能夠擴大總?cè)萘俊ropos Networks 公司提供室內(nèi)和室外 Wi-Fi 單元設備，以及操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡管理軟件。目前有多種蜂窩 Wi-Fi 系統(tǒng)、服務和支持選項，一般情況下，成本約為每平方公里 7722 至 19305 美元，這取決于地理狀況和射頻環(huán)境。
