摘要：无线网状网(WMN)是近年被高度重视和快速发展的新型网络技术，支持宽带高速多媒体业务服务。文章就无线Mesh网络技术和应用进行讨论，综述无线Mesh网络的发展由来、基本技术、典型应用和现在的发展。随着未来无线分布技术和无线分布网络的发展，无线Mesh技术和网络将会成为无线移动通信的基本网络技术和网络结构，渗透到各种无线网络中，发挥更大作用。
关键词：无线网状网；Mesh路由器；无线宽带接入,未来无线通信
Abstract:TheWirelessMeshNetwork (WMN) has been actively researched and developed as a new network technology to support broadband and high speed multimedia services. In this paper, WMN technologies and applications are studied and analyzed deeply, including WMN evolution, key techniques, typical systems and recent development. With the development of distributed wireless technology and distributed wireless networks in the future, the WMN technology and networks will become the basic networking technology and network structure of wireless communications, and will be involved in all wireless networks.
Keywords:wirelessMeshnetwork; Mesh router; wireless broadband access; future wireless communications
基金项目：国家自然科学基金资助项目(60572066)
无线网状网(WMN)技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，因此，无线Mesh技术和网络的研究开发与实际应用，成为当前无线移动通信的热门课题之一，特别在未来移动通信系统长期演进(LTE)中，无线Mesh技术和网络成为瞩目焦点[1-6]。
1 无线Mesh网络的由来
无线Mesh网络的出现和发展，是与西方发达国家，特别是美国，在20世纪80年代Internet和无线局域网的兴起和应用直接相关。个人计算机的应用和Internet的出现，使人们的信息交流和信息应用变得极其方便和容易，极大地改变了人们的社会活动和生活状况，促进了社会飞速发展和进步。但是，已经有的城市建设布局和建筑物，不可能为Internet的需要任意更改和重建。建设布局不能改，城市建筑不能破坏，使Internet的覆盖和应用造成极大困难。因此，无线通信和无线覆盖具有极好的应用前景。无线覆盖作为Internet面向用户终端的接入手段，十分有效和方便，得到各方的重视，纷纷开展研究和应用，例如IEEE 802系列标准和产品，就是无线Mesh的典型代表。但是，各城市、各地区的有限的Internet接入点和网络连接位置，给通过无线实现全区域覆盖带来难题。
图1是一个无线IP接入点(无线网关)，对给定地区的无线覆盖图。在城市和高楼街区的特定环境，不可能对建筑物和街区作较大规模的建设和更改，某个较大区域可能只有一个无线网关(WGW)接入Internet。显然，要实现单一覆盖，在无线移动频段，WGW和相应的用户终端的发射信号功率将会很大，这往往是不允许或是做不到的。另外，对IP数据传输，要求数据速率高、通信质量好、差错率低，也需要足够的接收信号功率。WGW覆盖区域大，也就要求信号发射功率大。比如，图1中终端1到WGW距离是R1，稳定接收的发射信号功率为P1；终端4到WGW距离是R4，稳定接收的发射信号功率为P4。如果R4是R1的4倍，无线信号传播衰落因子a =4(一般为3～5)，即R4=4R1，则：
P4=4aP1=256P1
显然，为覆盖边缘地方，信号功率要增大250多倍，这是普通个人终端不可能实现的。另外，如果WGW使用的无线移动频段的带宽为B，作单一覆盖，每个用户终端的传送数据需要带宽b，则整个区域同时支持的最大多用户数为：
M =B /b
很明显，这里的单一覆盖，没有对给定频段进行复用，支持的终端数少，多用户能力不高。发射信号功率要求大，支持用户数又不高，是图1所示的单一无线IP接入点覆盖的重要缺陷。
为了解决这一难题，20世纪80年代提出了两种有效的解决方案。
一种解决方案如图2所示。为了保持如图1的较小信号发射功率P1都能应用到所有终端，并使在覆盖边缘或远端的用户终端能接入WGW，采用通过具有路由功能的邻近终端作中继接力，经过多跳，接入到WGW，实现微小功率下的Internet接入。这种形成微小功率区域覆盖的解决方案的综合，构成Ad Hoc网络。这种网络可实现微小信号功率接入，同时接入最大用户数不会增加，但是用户终端间中继接力通信需要增加额外开销。这对具有路由功能的终端依赖较大，在终端移动情况下路由选择和网络拓扑不能固定，变动大。不过，Ad Hoc网络不需要增添另外的无线路由器来实现微小区覆盖，通过终端的中继接力接入Internet，对构建终端不太移动、位置分布比较随机的无线传感器网络非常方便、实用和有效。
另外一种解决方案如图3所示。将一个WGW支持的相关区域内划分成不同的多个微小区域，可彼此重叠，各微小区设立一个无线路由器(WR)，形成众多无线路由器的网络覆盖。每个用户终端就近接入相应的WR，WR或直接接到GW，或通过邻近WR中继接力接到GW，实现整个区域的Internet接入。如果每个WGW都是这样一种引入众多WR的区域覆盖，多个GW覆盖区域的综合，就构成一种新型无线网络：无线Mesh网络，如图4所示。图4中众多WR相互合作和协同，成网状分布，对整个城市或任意区域无线覆盖，实现无线移动通信。
