[ MESH ] MESH功能初步学习(基于802.11s)
一、MESH简介
1.1、功能介绍
Mesh网络即”无线网格网络”,是“多跳(multi-hop)”网络,是由ad hoc网络发展而来,是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。在向下一代网络演进的过程中,无线是一个不可缺的技术。无线mesh可以与其它网络协同通信,是一个动态的可以不断扩展的网络架构,任意的两个设备均可以保持无线互联。
上述是百度百科对MESH功能的介绍,理解起来,其实就是我们家庭的路由器,因为信号在闯过很多墙后导致信号变差,难以连接,例如 客厅(路由器) - 卧室 – 卫生间。假如在卧室能够手机连接wifi,而在卫生间无法连接。最直接的办法就是把路由器重客厅移动到卧室,但是这样做对于在卧室没有网线接口的家庭来说,不方便,而且也不美观。
此时就可以用到mesh功能了,我们可以用一个专业的硬件(MESH节点)放在卧室,只需要上电,不需要连接网线,经过配置MESH节点和路由器建立连接。此时我们在卫生间就可以接收到MESH节点发送的wifi信号,能够正常上网了。
综上,MESH就是解决了,用户因信号差连不上网,同样因为实际环境,无法重新布置网络,所提供一个新的便捷的解决方案
1.2、MESH网络结构
MESH网络中一般有三种设备,分别是
MESH中继节点,MP
MESH接入节点,MAP
MESH网关节点,MPP
MP,是用来作为网络的中继的,相当于一个“桥”来连接网络,它不能被手机等设备接入。
MAP,是可以用手机等设备接入的节点。
MPP,是网络的最终出口,所有数据都从该设备出去。
对于一般家庭用户来说,MP是不常见的,多数为MAP和MPP,相当于现在MESH路由器中的母(MPP)子(MAP)。而只有实在太远的情况下才会使用MP进行中继,例如下图的智能交通应用场景。
上述介绍的是比较简单的网络,同样有更加复杂的MESH,例如下图
即在MAP和MPP的基础上引申出MESH网关
1.3、MESH的优点
与传统网络相比MESH网络有以下几个优点:
- 覆盖范围大
可以使用MESH中继的方式将信号向更远的方向扩散,而且性能不会出现明显下降
- 可靠性高
MESH的无线组网,可以将任意两个节点想连接,其中一条或者多条连接断开也不会影响正常使用
- 部署成本低
由于不需要有线连接,降低了部署成本
- 自组织性
可通过增加或者减少节点的方式,随时扩大或者缩小网络的覆盖范围
二、802.11s简介
2.1、基础介绍
2006年2月,SEE-Mesh 和Wi-Mesh 联合提出802.11s 草案及其参考体系结构802.11s 草案标准:拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。网状网络带来一些新的术语。网状网架构将网状网节点定义为支持网状网服务的节点,支持接入点服务以及网状网服务的网状网节点叫做网状网接入点,连接在有线网络上的网状网节点的变体叫做网状网门户。
所有支持802.11s的设备都可以轻松实现MESH自组网。但是目前市面上的设备应该大部分不支持802.11s,因为802.11s是在openwrt 18.06开始可靠支持的
(https://openwrt.org/docs/guide-user/network/wifi/mesh/80211s)。
2.2、关键技术介绍
802.11s主要包括网络拓扑的发现和建立,信标和同步、mac接入机制、路径建立和转发、intra-mesh拥塞控制、交互工作、安全和帧格式、功率控制等内容。
2.2.1、拓扑发现和建立
802.11s中的mesh节点想要加入Mesh网络,必须进行Mesh profile的配置。
参数如下:
Mesh id即mesh网络名称
路径选择协议标识符
路径选择度量标识符
拥塞控制模式标识符
同步方法标识符
认证协议标识符
组网步骤如下:
第一步,Mesh邻居发现
类似于终端扫描WIFI, 分为主动扫描和被动扫描(802.11协议中定义)
第二步,邻居关系维护
在扫描过程中接收到的beacon和probe response帧(802.11的管理帧)中包含Mesh profile信息
第三步,Mesh节点连接和拆除
802.11s使用本节点MAC地址,本节点LINK编号,对方节点MAC地址,对方节点LINK编号来唯一指示一条连接
(1)连接建立
只要Mesh profile相同,则节点间就可以建立连接,但是连接后需要进一步认证才能进行数据转发
(2)连接拆除
接收到另一方的peer link close帧,则回复一个peer link close帧,连接就解除了
2.2.2、802.11s帧格式
主要是在传统的802.11帧格式中多出一个mesh control头部
2.2.3、网关通告与代理更新
所有的Mesh节点通过网关节点与外部通信,因此网关节点需要向所有节点通知自己的存在。一般采用RANN帧或者proactive PREQ帧进行通知
详细介绍参考《基于802.11s的多网关无线Mesh网设计与实现》