mesh

Mesh網路即”無線格線網路”，是“多跳（multi-hop）”網路，是由ad hoc網路發展而來，是解決“最後一公里”問題的關鍵技術之一。在向下一代網路演進的過程中，無線是一個不可缺的技術。無線mesh可以與其它網路協同通信，是一個動態的可以不斷擴展的網路架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯。

基本介紹

• 中文名：無線格線網路
• 外文名：mesh
• 學科：計算機網路、通信
• 優勢：快速部署和易於安裝
• 定義：一種無線網路技術
• 特點：可擴展性強、可靠性高

概況

無線 Mesh 網路憑藉多跳互連和網狀拓撲特性，已經演變為適用於寬頻家庭網路、社區網路、企業網路和城域網路等多種無線接入網路的有效解決方案。無線 Mesh路由器以多跳互連的方式形成自組織網路，為 WMN 組網提供了更高的可靠性、更廣的服務覆蓋範圍和更低的前期投入成本。WMN 繼承了無線自組織網路的大部分特性，但仍存在一些差異。一方面，不同於無線 Ad Hoc 網路節點的移動性，無線Mesh路由器的位置通常是固定的；另一方面，與能量受限的無線 Ad Hoc 網路相比，無線Mesh路由器通常具有固定電源供電。此外，WMN 也不同於無線感測器網路，通常假定無線Mesh路由器之間的業務模式相對穩定，更類似於典型的接入網路或校園網路。因此，WMN可以充當業務相對穩定的轉發網路，如傳統的基礎設施網路。當臨時部署WMN 執行短期任務時，通常可以充當傳統的移動自組織網路。

WMN的一般架構由三類不同的無線網元組成：網關路由器（具有網關/網橋功能的路由器），Mesh路由器（接入點）和Mesh 客戶端（移動端或其他）。其中，Mesh 客戶端通過無線連線的方式接入到無線 Mesh 路由器，無線 Mesh 路由器以多跳互連的形式，形成相對穩定的轉發網路。在 WMN 的一般網路架構中，任意 Mesh 路由器都可以作為其他 Mesh 路由器的數據轉發中繼，並且部分 Mesh 路由器還具備網際網路網關的附加能力。網關 Mesh 路由器則通過高速有線鏈路來轉發 WMN 和網際網路之間的業務。WMN 的一般網路架構可以視為由兩個平面組成，其中接入平面向 Mesh 客戶端提供網路連線，而轉發平面則在Mesh路由器之間轉發中繼業務。隨著虛擬無線接口技術在 WMN 中使用的增加，使得WMN 分平面設計的網路架構變得越來越流行。

MESH組網方案

Mesh組網需綜合考慮信道干擾、跳數選擇、頻率選取等因素。本節將以基於802.11s的WLAN MESH為例，分析實際可能的各種組網方案。下面重點分析單頻組網和雙頻組網方案及性能。

雙頻MESH組網

單頻MESH組網

單頻組網方案主要用於設備及頻率資源受限的地區，分為單頻單跳及單頻多跳。單頻組網時，所有的無線接入點Mesh AP和有線接入點Root AP的接入和回傳均工作於同一頻段，以圖2為例，可採用2.4GHz上的信道802.11b/g進行接入和回傳。按照產品實現方式及組網時信道干擾環境的不同，各跳之間採用的信道可能是完全獨立的無干擾信道，也可能是存在一定干擾的信道（實際環境中多為後者）。此時由於相鄰節點之間存在干擾，所有節點不能同時接收或傳送，需要在多跳範圍內用CSMA/CA的MAC機制進行協商。隨著跳數的增加，每個Mesh AP分配到的頻寬將急劇下降，實際單頻組網性能也將受到很大限制。

雙頻MESH組網

雙頻組網中每個節點的回傳和接入均使用兩個不同的頻段， 如本地接入服務用2.4 GHz 802.1l b/g信道，骨幹Mesh回傳網路使用5.8 GHz 802.11a信道，互不存在干擾。這樣每個Mesh AP就可以在服務本地接入用戶的同時，執行回傳轉發功能。雙頻組網相比單頻組網，解決了回傳和接入的信道干擾問題，大大提高了網路性能。但在實際環境和大規模組網中，回傳鏈路之間由於採用同樣的頻段，仍無法完全保證信道之間沒有干擾，因此隨著跳數的增加，每個Mesh AP分配到的頻寬仍存在下降的趨勢，離Root AP遠的Mesh AP將處於信道接入劣勢，故雙頻組網的跳數也應該謹慎設定。

雙頻MESH組網

關鍵技術

無線Mesh網路實施中涉及到的關鍵技術主要包括：多信道協商；信道分配；網路發現；路由轉發；Mesh安全。

（1）多信道協商

無線Mesh網路進行多信道接入時，網路中的MP節點一次只能偵聽一個信道，為了使用多信道，節點不得不在可用信道之間動態切換，這就需要一種協調機制，保證通信的兩個節點都工作在相同的信道上。一種解決方法是將時間軸被劃分為信標間隔，在每一個信標間隔的開始，建立一個叫做ATIM的時間視窗，並要求在ATIM時間視窗的起始時刻，網路中所有節點都被強制切換到相同的信道上。在ATIM視窗內，有數據需要傳送的節點使用控制訊息和接收端協商信道。

信道協商過程如圖2所示，4個節點構成鏈狀拓撲，按照A-B-C-D順序排列。節點A有分組要傳送到節點B，節點D有分組要傳送給節點C。當一個新的信標間隔開始，所有節點都切換到信道1，進去到ATIM視窗，A等待一個隨機時延（避免衝突）後向B傳送ATIM分組，ATIM分組中包含A的PCL（Preferable Channel List），這個表中記錄了結點鄰域內信道的使用情況。當結點B收到ATIM分組後，根據A的PCL和自己的PCL選擇信道。在傳送端和

圖1　基於ATIM 時間視窗的多信道協商過程

接收端通信範圍內，被較少結點使用的信道將被優先選取。假設結點B選擇了信道1，然後，結點B向結點A回復ATIM-ACK分組，分組中包含選擇的信道，結點A向結點B傳送ATIM-RES確認這次協商。根據ATIM-ACK和ATIMRES分組，結點A和結點B的鄰居也就知道了結點A和結點B將使用信道1通信，並更新自己的PCL，便於將來根據這些信息為自己選擇信道。當ATIM視窗結束，各結點切換到選擇的信道上，在信標間隔餘下的時間內進行通信。另外，MMAC可以在ATIM視窗期間廣播訊息，支持本地廣播功能。PCL將信道分為以下三種狀態。高優先權表示在當前信標間隔，此信道已經被該結點選用，每個信標間隔內，一個結點最多只能有一個信道處於高優先權狀態。中優先權表示此信道還沒有被傳輸範圍內的結點選用。低優先權表示此信道至少已經被一個鄰居結點所選用。每個信標間隔的開始，PCL中的信道被復位到中優先權狀態。如果傳送結點和接收結點協商好某個信道，那么，這兩個結點就將該信道置為高優先權狀態；如果一個結點偵聽到ATIM-ACK或ATIM-RES分組，並且該分組中指定的信道處於中等優先權，就將該信道置為低優先權，與其關聯的計數器設定為1；如果分組中指定的信道處於高優先權，則不改變狀態；如果分組中指定的信道已經處於低優先權，則與其關聯的計數器增加1。這種多信道協商方法的目的是要選擇業務負載小的信道，儘可能地平衡信道負載，減小競爭和退避所浪費的頻寬。

（2）信道分配

信道分配技術主要用於多信道無線Mesh網路中多個信道的使用和管理，在保證網路良好連通性的同時，降低Mesh網路中發生信道衝突的機率，以提升網路效率。與多信道協商技術不同的是，信道分配技術是從信道頻率資源劃分的角度，分配Mesh網路中多個信道的使用，比如為MP間的互連定義一組信道而為MAP和Mesh STA間的互連定義另一組信道。組劃分是一種常用的無線Mesh網路信道分配方案，其將每個MP節點的所有鄰居節點進行組劃分，然後每個組進行信道的統一指定；每個組分配的信道則選擇節點衝突鄰域內使用次數最少的信道進行指定並保證組間的互連。

（3）網路發現

網路發現技術主要是用於Mesh網路中新節點和鄰居節點的發現以及建立相應的信息列表。網路發現主要是採用網路掃描和列表維護的方式進行，其中網路掃描是指無線Mesh網路中的MP節點通過主動傳送或監聽Beacon信號對其周圍的鄰居節點進行監聽，而列表維護則是把通過網路掃描發現的屬於同一Mesh網路的鄰居節點的信息加入列表中。如果發現的鄰居節點是新節點，則其可以通過路由表被整個網路發現。

（4）路由轉發

無線Mesh網路的很多技術特點和優勢來自於其Mesh網狀連線和尋路，而路由轉發的設計則直接決定Mesh網路對其網狀連線的利用效率，影響網路的性能。在設計無線Mesh網路路由協定時要注意，首先，不能僅根據“最小跳數”來進行路由選擇，而要綜合考慮多種性能度量指標，綜合評估後進行路由選擇；其次，要提供網路容錯性和健壯性支持，能夠在無線鏈路失效時，迅速選擇替代鏈路避免業務提供中斷；第三，要能夠利用流量工程技術，在

多條路徑間進行負載均衡，儘量最大限度利用系統資源；第四，要求能同時支持MP和Mesh STA。常用的無線Mesh路由協定可參照Ad Hoc網路的路由協定，幾種典型的路由協定包括：動態源路由協定（DSR）、目的序列距離矢量路由協定（DSDV）、臨時按序路由算法（TORA）和Ad Hoc按需距離矢量路由協定（AODV）等。DSR是最常見的一種對等的基於拓撲的反應式自組織路由協定，它的特點是採用積極的快取策略以及從源路由中提取拓撲信息，通過比對，實現路由創建。

（5）Mesh 安全

Mesh 網路特有的多跳自組織特性導致其特有的安全目標，例如Mesh節點間的雙向認證；各跳端到端鏈路數據流量的機密性和完整性保護； Mesh 節點的接入控制和管理。為了針對性解決這些安全問題，Mesh安全技術被提出。Mesh安全關聯（MSA，Mesh Security Association）則是一種常用的Mesh安全架構。在MSA安全架構中，密鑰體系是其核心。一個MP 只有通過身份認證後建立起一套密鑰體系才被允許在網路中發起通信。MSA 架構將參與安全互動的MP 節點分成3種角色：MKD、MA和Candidate MP。Candidate MP是指希望加入Mesh網路的節點。MA是具備為Candidate節點提供認證服務資格的節點，它能夠建立並維護一條通往MKD 的安全鏈路以保證經其轉發的Candidate MP 證信息的安全。 MKD與外部認證伺服器AS間存在一條安全物理鏈路，主要負責主密鑰的生成和分發以及確認MA的資格。初始MSA認證用於安全地建立MP對之間的鏈路。每個Candidate MP至少經過一次成功的初始MSA認證才可以在網路中傳輸數據。一個完整的MSA認證過程可分為以下3個階段： P L M (P e e r L i n kManagement) 協定互動階段；EAP認證階段；MSA4次握手階段。PLM用於協商後續階段所需的各種安全參數，並定義了密鑰選擇流程和角色選擇流程，允許MP通信對進行存儲密鑰的協商和EAP認證階段各自角色的選擇。在EAP認證階段使用EAP框架實現客戶身份認證，最終將MKD生成的PMK-MA和隨機數分發到對應的MA。MSA4次握手階段將通過雙方共享的PMK-MA和交換的兩個隨機數生成最終的會話密鑰，並使用該會話密鑰保護傳輸數據的機密性和完整性，到此完成密鑰體系鏈路安全分支的建立。

MATLAB函式

函式簡介

函式功能：繪製由線條框構成的曲面。

語法格式：

mesh(X,Y,Z)

X、Y、Z中Z通常是X,Y的函式，即Z(X,Y)。X、Y通常是通過調用meshgrid函式生成的數據格線（具體參見meshgrid）。

mesh(Z)

mesh(...,C)

mesh(...,'PropertyName',PropertyValue,...)

mesh(axes_handles,...)

meshc(...)

meshz(...)

h = mesh(...)

相關函式：meshc, meshz, surf

模組功能

可以直接導入各種逆向造型軟體，它們的Mesh模組需要做的，就是三種功能：

1.生成小三角幾何體，有專門的算法來過濾多餘的點，以及從點雲中選擇最合適的三個相鄰點生成一個小三角片，

2.修改小三角幾何體，

3.在小三角幾何體上通過掃描，投影等方式生成廣順的曲線，作為製作曲面數據的工具。

程式示例

繪製球面的一塊

v = -0.5:0.05:0.5;

[x, y] = meshgrid(v);

z = sqrt(1.0 - x.^2 - y.^2);

mesh(x,y,z);

Live Mesh

即微軟的Microsoft Live Mesh，2008年11月1日，微軟已對美國和英國的LIVE ID開放了Windows mobile手機端的"Live Mesh”Beta服務。中國地區用戶可以將LIVE ID所在地更改為US或UK，然後點擊US residents,UK residents，即可激活手機端提前體驗移動版"Live Mesh”Beta服務。

Live Mesh 是一個“軟體+服務”平台，將計算機和其他設備通過網際網路整合到一起，允許個人和組織管理、訪問和共享他們的檔案和套用，無縫整合各種設備和網際網路。Live Mesh 包括：

§平台明確和構建用戶的設備、數據、套用和人之間的數字關係 - 開發者將獲得開放的數據模型和協定。

§雲服務提供微軟數據中心的平台。

§軟體允許本地套用客戶端離線進行雲計算的互動。

§平台體驗將用戶設備、檔案和套用，以及社會化圖表通過 Feed 整合在一起，這是該平台最主要的優勢。

通過 Live Mesh 可以在多環境、多設備上同步自己的數據，而且微軟為每一個用戶提供了高達5G的數據存儲空間