基于Mesh技術的網絡融合與協同

　　無線通信技術飛速發展，出現了無線局域網(WLAN)、WiMAX、Wi-Fi、無線個域網(WPAN)、無線Mesh網(WMN)、無線傳感器網(WSN)、Ad Hoc、3G和B3G移動通信網絡等許多新型的采用不同組網技術的異構網絡，給人們的工作和生活方式帶來了深刻變革。但在人們體驗著通信技術帶來的獲取信息越來越便利的同時，由于無線通信網絡朝著高速化、寬帶化、泛在化的方向發展，各種無線接入技術紛紛涌現，使得未來網絡的異構性更加突出。其實，不僅在無線接入方面具有這樣的趨勢，在終端、網絡、業務和運營管理等方面，異構化、多樣化的趨勢也同樣引人注目。如何將這些異構無線網絡融合在一起，互聯互通，并且多網協同工作，提供覆蓋廣、帶寬高、移動性高且費用低廉的接入服務，將是下一代無線通信系統的發展方向，也是網絡運營商以及通信行業產業價值鏈上各個其他環節所共同關注的問題。

　　1 無線網絡的異構性

　　針對不同的無線頻段特性、迥異的組網接入技術和多樣的業務需求，不同無線技術所使用的空中接口設計及相關協議在實現方式上具有差異性和不可兼容性。無線網絡及其通信系統的異構性主要體現在如下幾個方面[1]：

　　(1)頻譜資源異構

　　由于不同頻段物理特性不同，適用于各種頻段的無線技術也不同，各個區域頻譜規劃方式也有顯著區別，導致特定頻段上實現的無線技術總是需要滿足特定的技術和業務需求。

　　(2)組網接入技術異構

　　由于需要綜合考慮網絡規模、網絡覆蓋、兼容性等要求，組網方式、網絡功能設置、資源管理和配置方式等呈現出迥然不同的特點。而物理層及媒體訪問控制(MAC)層在調制技術、天線技術、加密技術、接入技術的實現上都有很大差別。

　　(3)業務需求異構

　　不同的用戶偏好和需求導致了多樣化的業務類型，包括傳統的電信業務、支持交互應用的交易型業務和以內容為中心的業務等。這些業務將具有不同的特征并對技術與終端提出不同的服務質量(QoS)要求。

　　(4)移動終端的異構

　　異構網絡條件下，不同網絡將提供不同的QoS，終端的工作環境將產生巨大的變化，業務需求、制式、運營者的差異導致了移動終端的不同，各種移動終端會具有不同的業務能力，包括接入能力、移動能力等[2]。

　　(5)運營管理的異構

　　不同的運營商將會設計出不同的管理策略，包括尋呼漫游策略、網絡切換策略、資源分配策略、認證與鑒權策略、計費策略等。為保證通信各層之間的有效交互并滿足組網需要，須根據所使用的無線資源以及所針對的業務特點，設計合理的通信協議棧和適當的網絡管理機制。

　　以上幾個方面交叉聯系，相互影響構成了無線網絡的異構性，也對網絡的穩定、可靠和高效性帶來了挑戰，這種異構性帶來的移動性管理技術、聯合無線資源管理和端到端的QoS保證是未來無線通信系統亟需解決的問題。

　　2 基于Mesh技術的網絡融合與協同

　　2.1Mesh技術介紹

　　無線Mesh網絡是一種新型寬帶接入網絡，又被稱為無線網狀網或無線網格網。WMN源于1997年美國軍方機構DARPA與ITT公司合作研究的最新集無線組網、路由和定位一體化的先進戰術通信系統(ATCS)。2004年1月，IEEE 802.11工作組專門成立了網狀網研究組，其初步草案計劃在2008年7月發表最終結果，這標志著WMN技術正式邁上標準化道路。無線Mesh網絡作為一種解決無線接入“最后一公里”“瓶頸”問題的關鍵技術受到了越來越廣泛的關注。WMN的核心是讓網絡中每個節點都發送和接收信號。作為一個多跳的系統，從源到目的地有多條冗余的通信路徑。網絡中每個節點都具備自動路由功能，每個節點只和鄰近節點進行通信，因此是一種自組織、自管理、自動修復、自我平衡的智能網絡。

　　WMN的架構可分為3類：基礎設施型網絡配置模式、客戶端型網絡配置模式以及混合型網絡配置模式。其中，混合型WMN將基礎設施型和客戶端型兩種網絡配置模式綜合在一起，吸收了兩者的優點，實現了優勢互補。圖1給出了混合型無線Mesh網絡的一個例子。它可以包括各種異構的無線/有線網絡，如無線局域網、WiMAX、無線蜂窩網、移動Ad Hoc網、無線傳感器網絡(WSN)、因特網以及無線骨干網。可以看出，無線Mesh網實際上已經是移動Ad Hoc網的超集，而移動Ad Hoc網只是無線Mesh網絡的一個子集。混合結構的無線Mesh網絡囊括了WMN的所有優點，具有網絡覆蓋范圍大、頻譜利用率高、可靠性高、多跳路由、組網靈活、維護方便和支持與其他無線網絡兼容和互操作等優點，可以應用到各種場景中，如寬帶家庭網、社區網絡、企業網絡、城域網絡等。特別地，WMN將成為未來無線核心網理想的組網方式，因此在這種網絡覆蓋情況復雜、多種技術并存的移動通信環境中，采用Mesh技術可以實現異構技術的有效融合與協同工作，實現異構資源的優勢互補和協調管理，不僅是技術發展的必然趨勢，也是網絡運營者實現最佳用戶體驗和最優的資源使用的根本途徑

　　2.2基于Mesh技術的網絡融合

　　由于異構網絡相對獨立自治，相互間缺乏有效的協調機制，造成了系統間干擾、重疊覆蓋、單一網絡業務提供能力有限、頻譜資源稀缺、業務的無縫切換等問題無法解決。因此異構網絡的融合已經成為網絡各個層面的主要趨勢，體現在網絡融合、業務融合、終端融合及運營管理的融合，各種業務都被整合在一個網絡的物理媒介(融合網絡)中進行傳輸，統一的傳輸控制協議/網間協議(TCP/IP)的普遍采用，使得各種以IP為基礎的業務都能在不同的網上實現互通。基于Mesh技術的融合需要從4個不同的層面來實現[4-6]。

　　(1)核心網與接入網的融合

　　目前基于IP分組數據網絡的有線網絡已經成為了下一代網絡要采用的基礎架構，這種網絡將為各種接入網提供合適的有線網絡的基礎結構。而WCDMA、GSM、WLAN等不同的移動接入網絡，覆蓋不同的區域，具有不同的技術參數，提供不同的業務能力，執行不同的通信與控制協議，具有不同的網絡結構，因此不同的接入網絡之間需要具有一定的信息交互能力以支持基于IP的網絡融合。同時終端的可重配置能力為接入不同網絡提供了保障，而IP技術的廣泛應用使得不同的接入網絡將基于IP網絡層進行融合。圖2給出了一個WMN應用到無線城域網的實例，各種用戶終端(如Wi-Fi手機、筆記本等)通過Ad Hoc方式相互連接，并根據其支持的協議選擇與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)可以通過無線多跳與視距范圍外的基站或Internet核心網建立聯系。這里，Wi-Fi Mesh基站和WiMAX基站充當了Mesh路由器，承擔融合的任務，并組成了無線Mesh骨干網，網絡間的融合通過IP層來實現，Mesh終端采用多模或重配置方式適應用戶和業務的需求，最終實現整個網

　　(2)業務的融合

　　業務的融合指不同的業務網提供統一的平臺、統一的用戶賬號和對用戶隱藏的自動切換機制，讓用戶感覺無論在什么情況下都能進行暢通無阻的通信，享受最佳的多元化服務。通過多種接入技術，在不同業務支持能力的網絡及終端限制條件下，使得業務同時向多個終端提供服務。如在圖2中，Wi-Fi手機和筆記本所承載的業務不同，但經過IP層面的融合，都可以接入WMN網絡，實現不同業務的互通。