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MESH自組網(wǎng)的產(chǎn)品現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2019年10月28日 11:13  CCTIME飛象網(wǎng)  

1,MESH自組網(wǎng)介紹及其采用的主要技術(shù)

MESH自組網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。它是一種動(dòng)態(tài)地建立新的鏈接和其他節(jié)點(diǎn)相連的一項(xiàng)技術(shù),它具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等優(yōu)點(diǎn),可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)部署的成本和復(fù)雜程度。

圖1.MESH自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前,業(yè)內(nèi)MESH自組網(wǎng)主要采用如下的技術(shù):

1)   按照組網(wǎng)頻段,Mesh分為多頻多信道組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。單頻組網(wǎng)收發(fā)采用單一頻率,帶寬容量減少一半。多頻多信道組網(wǎng)下,設(shè)備使用多個(gè)正交頻率,分別用于不同的鏈路,可增加系統(tǒng)吞吐量。

2)   在無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)方面,為了提高傳輸速率和性能,近年來(lái)已經(jīng)廣泛使用OFDM、MIMO、智能天線(xiàn)等技術(shù)。

3)   在資源調(diào)度方面,通常分為CSMA/CA模式和TDMA模式。CSMA/CA采用資源競(jìng)爭(zhēng)模式,但節(jié)點(diǎn)和跳數(shù)多、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高時(shí),資源有效利用率低。TDMA模式是一種基于時(shí)間分配的調(diào)度機(jī)制,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情況下,效率較高。

4)   在網(wǎng)絡(luò)路由算法方面,不同于固定路由采用的RIP、OSPF路由協(xié)議,常見(jiàn)的Mesh無(wú)線(xiàn)路由算法包括DSDV、DSR、AODV等。

2、基于MESH自組網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品

早期,寬帶MESH產(chǎn)品廣泛采用基于CSMA/CA的Wi-FiMESH技術(shù)。通過(guò)多頻模塊化設(shè)計(jì),可以在ISM頻段上提供高容量、低成本的無(wú)線(xiàn)接入方案。Wi-Fi MESH產(chǎn)品在歐美國(guó)家“無(wú)線(xiàn)寬帶城市”建設(shè)中得到廣泛使用,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商、學(xué)校、企業(yè)、工廠(chǎng)等也有大量使用。該時(shí)期出現(xiàn)了諸如SkyPilot、Azalea等大量的Wi-FiMESH廠(chǎng)家。但是,在3G/4G商用后,無(wú)線(xiàn)寬帶接入市場(chǎng)急劇萎縮,很多廠(chǎng)家相繼倒閉。

圖2. Wi-Fi MESH多頻模塊化示意圖

Wi-Fi MESH由于頻段、帶寬、穩(wěn)定性等問(wèn)題,不太適合于應(yīng)急通信等行業(yè)領(lǐng)域,采用同頻TDMA方式的MESH產(chǎn)品成為行業(yè)熱點(diǎn)。這類(lèi)產(chǎn)品一般采用FPGA+ADC芯片架構(gòu),可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的信道特征靈活設(shè)計(jì)底層無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議,廣泛使用OFDM、MIMO等技術(shù)。使用這種方案的產(chǎn)品成本較高、功耗較大、開(kāi)發(fā)穩(wěn)定工作的產(chǎn)品周期較長(zhǎng)。目前市面上采用此方案的公司比較多。

圖3.基于FPGA的MESH示意圖

此外還有采用LTE相關(guān)技術(shù)的MESH方案,其充分融合了LTE物理層技術(shù),對(duì)其幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),可以應(yīng)用不同的調(diào)制編碼方式適應(yīng)不同的信道變化,獲得最大的傳輸效率。LTE是一種非常完善、成熟的技術(shù),可靠性、穩(wěn)定性可以得到保證,但是這種方案開(kāi)發(fā)門(mén)檻高、投入較大,能夠做底層研發(fā)的公司較少。目前,中國(guó)信科集團(tuán)旗下的辰芯科技有限公司在其SDR芯片CX1860 上開(kāi)發(fā)了一套基于LTE協(xié)議的MESH方案,采用私有無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議安全可靠性高,支持QoS機(jī)制保證無(wú)線(xiàn)傳輸業(yè)務(wù)質(zhì)量,無(wú)線(xiàn)算法充分考慮了多徑信道環(huán)境,進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在采用全向天線(xiàn)情況下也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高性能傳輸,最遠(yuǎn)傳輸150公里;該方案除了具備FPGA方案的靈活性外,在集成度、功耗方面也更有優(yōu)勢(shì),便于開(kāi)發(fā)小型化的終端產(chǎn)品,相關(guān)廠(chǎng)商可以在此方案基礎(chǔ)上快速開(kāi)發(fā)自己的MESH產(chǎn)品。

圖4.基于LTE的單芯片MESH示意圖

3、MESH自組網(wǎng)的應(yīng)用

MESH自組網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用在武警、消防、人防應(yīng)急、三防應(yīng)急、水利防汛、電力巡檢、電力搶險(xiǎn)、“雪亮工程”、鐵路搶險(xiǎn)、海事執(zhí)法、海監(jiān)巡查、海關(guān)邊防、碼頭監(jiān)控、森林防火、油田防盜、軍事偵察、電視轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域。在城市、海上、山地等多種復(fù)雜環(huán)境中提供高質(zhì)量圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)移動(dòng)傳輸。

近幾年“雪亮工程”項(xiàng)目建設(shè)大多集中在城市中,下沉到縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)的工作尚顯薄弱。“雪亮工程”在縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)推行緩慢的原因之一就是部分農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱,沒(méi)有滿(mǎn)足要求的光纖網(wǎng)絡(luò)資源,同時(shí)地形地貌等原因?qū)е录芫(xiàn)施工難度大、成本高。在鄉(xiāng)村、山區(qū)、草原等地廣人稀的區(qū)域,“雪亮工程”建設(shè)項(xiàng)目采用無(wú)線(xiàn)MESH視頻監(jiān)控技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì):

1)  相比有線(xiàn)傳輸,無(wú)線(xiàn)傳輸可以節(jié)省光纖線(xiàn)纜成本,且部署快捷方便、便于維護(hù),節(jié)省施工人力成本;

2)  不存在私拉亂接光纜現(xiàn)象;不影響現(xiàn)有線(xiàn)路,減少與其他線(xiàn)路部門(mén)的矛盾;

3)  相比無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋,MESH多跳特性可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離非視距傳輸?山鉀Q“雪亮工程”中使用的電桿高度一般都只有數(shù)米,通常無(wú)線(xiàn)設(shè)備間會(huì)有樹(shù)木、建筑物、大山等遮擋,無(wú)法通視傳輸?shù)膯?wèn)題;

4)  與Wi-Fi網(wǎng)橋通過(guò)加大發(fā)射功率、采用定向天線(xiàn)方式相比, LTE MESH可以實(shí)現(xiàn)更高的接收靈敏度,采用全向天線(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,可避免定向天線(xiàn)安裝復(fù)雜、需要技術(shù)人員指導(dǎo)、容易出現(xiàn)歪斜等問(wèn)題。

4、MESH自組網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

設(shè)備小型化、便攜化是MESH產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一,在充分考慮應(yīng)用場(chǎng)景和保障必要的功能性能的前提下,研究輕便靈巧化技術(shù),滿(mǎn)足單人背負(fù)和無(wú)人機(jī)載要求。

在應(yīng)急通信領(lǐng)域,也廣泛應(yīng)用Mesh自組網(wǎng)技術(shù),Mesh與其他專(zhuān)網(wǎng)通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)融合也是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。

編 輯:章芳
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