基于Mesh技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合與協(xié)同

　　無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)、WiMAX、Wi-Fi、無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)(WMN)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)(WSN)、Ad Hoc、3G和B3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等許多新型的采用不同組網(wǎng)技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，給人們的工作和生活方式帶來(lái)了深刻變革。但在人們體驗(yàn)著通信技術(shù)帶來(lái)的獲取信息越來(lái)越便利的同時(shí)，由于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)朝著高速化、寬帶化、泛在化的方向發(fā)展，各種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)紛紛涌現(xiàn)，使得未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性更加突出。其實(shí)，不僅在無(wú)線(xiàn)接入方面具有這樣的趨勢(shì)，在終端、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)管理等方面，異構(gòu)化、多樣化的趨勢(shì)也同樣引人注目。如何將這些異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合在一起，互聯(lián)互通，并且多網(wǎng)協(xié)同工作，提供覆蓋廣、帶寬高、移動(dòng)性高且費(fèi)用低廉的接入服務(wù)，將是下一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向，也是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商以及通信行業(yè)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上各個(gè)其他環(huán)節(jié)所共同關(guān)注的問(wèn)題。

　　1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性

　　針對(duì)不同的無(wú)線(xiàn)頻段特性、迥異的組網(wǎng)接入技術(shù)和多樣的業(yè)務(wù)需求，不同無(wú)線(xiàn)技術(shù)所使用的空中接口設(shè)計(jì)及相關(guān)協(xié)議在實(shí)現(xiàn)方式上具有差異性和不可兼容性。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及其通信系統(tǒng)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面[1]：

　　(1)頻譜資源異構(gòu)

　　由于不同頻段物理特性不同，適用于各種頻段的無(wú)線(xiàn)技術(shù)也不同，各個(gè)區(qū)域頻譜規(guī)劃方式也有顯著區(qū)別，導(dǎo)致特定頻段上實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)總是需要滿(mǎn)足特定的技術(shù)和業(yè)務(wù)需求。

　　(2)組網(wǎng)接入技術(shù)異構(gòu)

　　由于需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、兼容性等要求，組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)置、資源管理和配置方式等呈現(xiàn)出迥然不同的特點(diǎn)。而物理層及媒體訪問(wèn)控制(MAC)層在調(diào)制技術(shù)、天線(xiàn)技術(shù)、加密技術(shù)、接入技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上都有很大差別。

　　(3)業(yè)務(wù)需求異構(gòu)

　　不同的用戶(hù)偏好和需求導(dǎo)致了多樣化的業(yè)務(wù)類(lèi)型，包括傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)、支持交互應(yīng)用的交易型業(yè)務(wù)和以?xún)?nèi)容為中心的業(yè)務(wù)等。這些業(yè)務(wù)將具有不同的特征并對(duì)技術(shù)與終端提出不同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。

　　(4)移動(dòng)終端的異構(gòu)

　　異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下，不同網(wǎng)絡(luò)將提供不同的QoS，終端的工作環(huán)境將產(chǎn)生巨大的變化，業(yè)務(wù)需求、制式、運(yùn)營(yíng)者的差異導(dǎo)致了移動(dòng)終端的不同，各種移動(dòng)終端會(huì)具有不同的業(yè)務(wù)能力，包括接入能力、移動(dòng)能力等[2]。

　　(5)運(yùn)營(yíng)管理的異構(gòu)

　　不同的運(yùn)營(yíng)商將會(huì)設(shè)計(jì)出不同的管理策略，包括尋呼漫游策略、網(wǎng)絡(luò)切換策略、資源分配策略、認(rèn)證與鑒權(quán)策略、計(jì)費(fèi)策略等。為保證通信各層之間的有效交互并滿(mǎn)足組網(wǎng)需要，須根據(jù)所使用的無(wú)線(xiàn)資源以及所針對(duì)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的通信協(xié)議棧和適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制。

　　以上幾個(gè)方面交叉聯(lián)系，相互影響構(gòu)成了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠和高效性帶來(lái)了挑戰(zhàn)，這種異構(gòu)性帶來(lái)的移動(dòng)性管理技術(shù)、聯(lián)合無(wú)線(xiàn)資源管理和端到端的QoS保證是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)亟需解決的問(wèn)題。

　　2 基于Mesh技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合與協(xié)同

　　2.1Mesh技術(shù)介紹

　　無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種新型寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，又被稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)。WMN源于1997年美國(guó)軍方機(jī)構(gòu)DARPA與ITT公司合作研究的最新集無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)、路由和定位一體化的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)(ATCS)。2004年1月，IEEE 802.11工作組專(zhuān)門(mén)成立了網(wǎng)狀網(wǎng)研究組，其初步草案計(jì)劃在2008年7月發(fā)表最終結(jié)果，這標(biāo)志著WMN技術(shù)正式邁上標(biāo)準(zhǔn)化道路。無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種解決無(wú)線(xiàn)接入“最后一公里”“瓶頸”問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。WMN的核心是讓網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)送和接收信號(hào)。作為一個(gè)多跳的系統(tǒng)，從源到目的地有多條冗余的通信路徑。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備自動(dòng)路由功能，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只和鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，因此是一種自組織、自管理、自動(dòng)修復(fù)、自我平衡的智能網(wǎng)絡(luò)。

　　WMN的架構(gòu)可分為3類(lèi)：基礎(chǔ)設(shè)施型網(wǎng)絡(luò)配置模式、客戶(hù)端型網(wǎng)絡(luò)配置模式以及混合型網(wǎng)絡(luò)配置模式。其中，混合型WMN將基礎(chǔ)設(shè)施型和客戶(hù)端型兩種網(wǎng)絡(luò)配置模式綜合在一起，吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。圖1給出了混合型無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例子。它可以包括各種異構(gòu)的無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、WiMAX、無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、因特網(wǎng)以及無(wú)線(xiàn)骨干網(wǎng)?？梢钥闯觯瑹o(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)實(shí)際上已經(jīng)是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)的超集，而移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)只是無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)子集?；旌辖Y(jié)構(gòu)的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)囊括了WMN的所有優(yōu)點(diǎn)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、頻譜利用率高、可靠性高、多跳路由、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便和支持與其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兼容和互操作等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用到各種場(chǎng)景中，如寬帶家庭網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)絡(luò)等。特別地，WMN將成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)核心網(wǎng)理想的組網(wǎng)方式，因此在這種網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況復(fù)雜、多種技術(shù)并存的移動(dòng)通信環(huán)境中，采用Mesh技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)技術(shù)的有效融合與協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和協(xié)調(diào)管理，不僅是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者實(shí)現(xiàn)最佳用戶(hù)體驗(yàn)和最優(yōu)的資源使用的根本途徑

　　2.2基于Mesh技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合

　　由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立自治，相互間缺乏有效的協(xié)調(diào)機(jī)制，造成了系統(tǒng)間干擾、重疊覆蓋、單一網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供能力有限、頻譜資源稀缺、業(yè)務(wù)的無(wú)縫切換等問(wèn)題無(wú)法解決。因此異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層面的主要趨勢(shì)，體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、終端融合及運(yùn)營(yíng)管理的融合，各種業(yè)務(wù)都被整合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物理媒介(融合網(wǎng)絡(luò))中進(jìn)行傳輸，統(tǒng)一的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議(TCP/IP)的普遍采用，使得各種以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)都能在不同的網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通。基于Mesh技術(shù)的融合需要從4個(gè)不同的層面來(lái)實(shí)現(xiàn)[4-6]。

　　(1)核心網(wǎng)與接入網(wǎng)的融合

　　目前基于IP分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了下一代網(wǎng)絡(luò)要采用的基礎(chǔ)架構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)將為各種接入網(wǎng)提供合適的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。而WCDMA、GSM、WLAN等不同的移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)，覆蓋不同的區(qū)域，具有不同的技術(shù)參數(shù)，提供不同的業(yè)務(wù)能力，執(zhí)行不同的通信與控制協(xié)議，具有不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此不同的接入網(wǎng)絡(luò)之間需要具有一定的信息交互能力以支持基于IP的網(wǎng)絡(luò)融合。同時(shí)終端的可重配置能力為接入不同網(wǎng)絡(luò)提供了保障，而IP技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得不同的接入網(wǎng)絡(luò)將基于IP網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行融合。圖2給出了一個(gè)WMN應(yīng)用到無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的實(shí)例，各種用戶(hù)終端(如Wi-Fi手機(jī)、筆記本等)通過(guò)Ad Hoc方式相互連接，并根據(jù)其支持的協(xié)議選擇與Wi-Fi Mesh基站(IEEE 802.11)或WiMAX基站(IEEE 802.16)通信，而Wi-Fi Mesh基站(或WiMAX基站)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)多跳與視距范圍外的基站或Internet核心網(wǎng)建立聯(lián)系。這里，Wi-Fi Mesh基站和WiMAX基站充當(dāng)了Mesh路由器，承擔(dān)融合的任務(wù)，并組成了無(wú)線(xiàn)Mesh骨干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)間的融合通過(guò)IP層來(lái)實(shí)現(xiàn)，Mesh終端采用多?；蛑嘏渲梅绞竭m應(yīng)用戶(hù)和業(yè)務(wù)的需求，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)

　　(2)業(yè)務(wù)的融合

　　業(yè)務(wù)的融合指不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)提供統(tǒng)一的平臺(tái)、統(tǒng)一的用戶(hù)賬號(hào)和對(duì)用戶(hù)隱藏的自動(dòng)切換機(jī)制，讓用戶(hù)感覺(jué)無(wú)論在什么情況下都能進(jìn)行暢通無(wú)阻的通信，享受最佳的多元化服務(wù)。通過(guò)多種接入技術(shù)，在不同業(yè)務(wù)支持能力的網(wǎng)絡(luò)及終端限制條件下，使得業(yè)務(wù)同時(shí)向多個(gè)終端提供服務(wù)。如在圖2中，Wi-Fi手機(jī)和筆記本所承載的業(yè)務(wù)不同，但經(jīng)過(guò)IP層面的融合，都可以接入WMN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的互通。