无线网状网的四个需求及运营实现分析

对无线数据网络来说，语音就是“杀手级应用”。而高性能的Wi-Fi网状网系统是杀手级IP无线网络。不过，不是所有的网状网都是一模一样的。随着无线网状网越来越流行—几乎每天都会有人宣布新部署的公共和专用网络，添加语音应用的商业需求就需要网络能提高总体性能，以便处理实时应用。

一旦网状网中出现多个中继段（hop），就很容易出现一些问题，譬如带宽衰退、网络时延和应用争夺优先级。如果网络覆盖广大地区，这些问题会更加严重。缺乏网络性能会严重影响Wi-Fi服务提供商最希望提供的一些实时服务，譬如VoIP。

网状网针对实时应用在性能方面，有四个重要需求;而将无线IP语音传输（wVoIP）部署到Wi-Fi网状网上，则可采用三种网状网架构;多无线装置、多射频架构对部署所需的资本费用，是否有积极的影响，运维这些网络，将需要哪些费用？

Wi-Fi网状网具有Wi-Fi的诸多优点，而且大大节省了规划、部署及运行这类网络所需的费用，尤其是在难以联网、不可能联网的环境，以及/或者在几十平方英里内连接上百个节点行不通的城域网环境。支持数据和语音的融合型Wi-Fi网络甚至可以得益于网状网架构，因为部署的多个无线装置扩大了覆盖距离、提高了带宽密度。高容量网状网节点通常可以为无线基础设施设备及安装提供最低的带宽成本，另外还便于降低网络运行成本。

网状网的四个需求

网状网基础设施性能必须能够提供高吞吐量、低时延和端到端服务质量，不仅仅是在无线手机和接入点之间，还要跨网状网链路延伸到有线终结点（通常是IP交换机）。正因为如此，网状网骨干网必须提供：

跨多个中继段的高吞吐量。不管中继段有几个（通常是3到10个），网状网骨干网必须能够支持流量负载。提供高吞吐量的能力直接关系到所支持的语音和数据用户的多少。如果跨多个中继段的带宽不足，就会导致用户密度无法让人满意;还需要在网络上使用额外设备及更多的有线终结点。

跨多个中继段的低时延。光有高吞吐量并不够。为了避免信号抖动，每个中继段必须尽量降低数据包时延。在网状网中，必须尽量缩短数据包在任何节点里面的等待时间（最好缩短至每个中继段仅为可忽略不计的5毫秒）。正因为如此，应当在接收到前一个节点发来的某个数据流里面的所有数据包之前，先把某个数据包发送出去。在网状网上传送数据必须是异步，而不是同步。在同步情况下，需要某种高度同步的节点间数据包路由协议。

端到端服务质量—优先处理语音数据包。如果网络负载很大，单单高吞吐量和低时延还不够。为了处理争用现象和负载需求的自发性，必须优先处理整个网状网骨干网上的语音流，并且采用端到端流量优先级划分机制加以终结。仅仅为无线手机和为该设备提供服务的AP无线装置（就像有线AP那样）之间提供服务级别已远远不够。网状网需要整个骨干网都要有服务质量，避免可能会在网状网中的每个中继段出现的争用现象。这种服务级别需要自动化（取决于基础设施），最好通过专门面向语音的不同的虚拟局域网/服务集标识符（VLAN/SSID）加以处理。802.11e离实际部署还有很远的距离，别指望它会在不远的将来普遍出现在无线基础设施和所有客户机设备上。

第二层交换网络。第二层网络最大程度地缓解了第三层网络中出现的漫游问题。第三层网络还需要针对不同类型的较高级协议进行认真规划。这两个因素导致了性能问题和协议配置问题。第二层无线网络则可以充当一条高级“线路”。

上述四个因素都直接影响到可扩展性（指用户数量和网络覆盖范围方面）和语音质量。如果特定的多中继段拓扑结构没有顾及到这些需求，免不了功能有限，而且缺少语音质量功能。

三种部署之道

无线网状网方案各不相同，但大多数的技术源自无线分布系统（WDS）这一最初概念。WDS是一种无线AP模式，采用无线桥接和无线中继。前者是指AP只在彼此间进行通信，不允许无线客户机访问自己。后者是指，AP不仅可以彼此通信，还可以同无线客户机进行通信。用户流量在离开网络前必须通过几个节点（譬如通过有线局域网），这是各类网状网的固有特点。用户流量到达目的地所要通过的中继段的数量将取决于网络设计、链路长度、所用技术及其他不确定因素。

单无线装置方案—同一信道传输各种信号 单无线装置方式是功能最弱的无线网状网方案。接入点只使用一个无线电信道，并由无线客户机和骨干网流量共享（流量在两个AP之间转发）。如果往网络上添加更多的AP，更多比例的无线带宽会专门用来转发骨干网流量，从而使得无线客户机没有多少容量可以使用，因为无线网络是共享介质。另外，AP也无法同时进行收发;有效距离内的另一个AP在传输信号时，它也无法发送。这样一来，仅仅通过3个中继段后，就会导致时延让人无法接受。

只要简单算一下，就可以证明：在这种单无线装置方案中，每个无线客户机只有很有限的吞吐量可以使用。譬如，假如你有5个AP，每个AP与20个无线客户机相连，因为所有AP和客户机共享同一个802.11b信道（5Mbps），所以相当于每个用户只有50K至100Kbps—吞吐量与拨号连接一样。又因为所有无线客户机和AP必须在同一个信道上工作，网络争用和射频干扰就会导致时延无法预测。

双无线装置方案—共享回程传输 如果采用双无线装置方案，一个无线装置可以专门用于支持无线客户机，而另一个无线装置专门用于支持无线回程传输—回程传输信道由入站流量和出站流量共享。因为双无线装置方案为客户机访问和回程传输提供了一个单独的无线装置，这在一定程度上缓解了客户机端的拥塞现象（低吞吐量、低时延），但回程传输网状网信道由入站流量和出站流量共享，因为回程传输无线装置仍必须在回程传输网状网入站和回程传输网状网出站之间不断切换。因而与单无线装置架构相比，这种方案对缓解回程传输的瓶颈问题作用甚小，对改善整个网状网上的时延问题也只有少许帮助。

多无线装置方案—结构化无线网状网 在多无线装置或者“结构化网状网”方案中，有几个专用的链路接口，而每个网络节点至少使用三个无线装置，包括一个无线装置用于无线客户机流量，第二个无线装置用于802.11a无线回程传输流量的入站，第三个无线装置用于802.11a回程传输流量的出站。与单无线装置或者双无线装置方案相比，这种无线网状网联网方案大大提高了性能。它允许专用的网状网回程传输链路可以同时收发，因为每条链路都在不同的信道上。

因为客户机入站、回程传输出站和回程传输入站这三项功能由专用的无线装置负责处理，所以可以：

（1）确保10个中继段上的高吞吐量;

（2）每个中继段的时延也被限制在4至5毫秒，10个中继段总共也就50毫秒—远低于语音所需的120毫秒。

（3）如果每个无线装置都支持服务质量，并支持多个SSID/VLAN，语音流量从无线手机通过网状网到达有线终结点的整个过程中都会得到合理的优先级处理。

最佳运营如何实现？

用于购买及安装无线基础设施的投资取决于每兆位的资本费用以及特定地区内可以提供服务的用户数量。日常性的运营费用不仅包括网络的管理及维护费用，还包括通常因为DSL、T1线、T3线以及/或者OC3宽带终结点付给基础设施宽带提供商的费用。

对服务提供商的资本费用而言，最主要的是每个无线装置所付的费用（1个无线装置可提供54兆位带宽，相当于根据为每个用户分配的带宽量支持一定数量的用户），以及按照所需密度以满足用户需求而部署无线装置的费用。多无线装置、多射频和多信道无线网状网架构能够以最具有成本效益的方案，部署密度最高的无线装置。与三个双无线装置的节点相比，购买及部署六个单无线装置的节点，每兆位的成本应当较低。分区的多无线装置节点所能处理的并发语音呼叫数量应当至少三倍于一个典型的单无线装置或双无线装置节点。

作为一笔重要的运营费用，宽带接入点（PoP）提供商通常会按照每条管道每个PoP的带宽收取费用。也就是说，虽然1条T3线的带宽相当于30条T1线，但T3线的成本大致仅为T1线的三倍，所以T3线的带宽成本只有后者的十分之一。归根到底，利用3条T3线而不是90条T1线可显著降低成本。譬如从部署架构方面来看，T3链路允许每个PoP可以使用多出十倍的网状网节点，这样提供商就能充分利用所有的T3带宽。实现这一点的惟一方法就是通过使用多无线装置、多射频、多信道的无线网状网架构，以便最充分、最有效地利用有线PoP。譬如说，如果使用单无线装置节点，每5平方英里就需要10个终结点;而改用多无线装置节点，一个有线终结点就够了。

就每个无线装置而言，多无线装置、多射频节点所需成本通常较低，安装成本也较低，而且可以通过使用每兆位成本较低但容量更高的带宽，利用经济得多的宽带终结点。为了满足语音等实时通信应用的需求，Wi-Fi网状网就需要多无线装置、多射频、多信道架构。想部署具有成本效益的网状网，并具有必要的传输容量和覆盖范围，以实现高吞吐量、低时延和高优先级的语音流量，就需要专门支持客户机入站、网状网回程传输入站和网状网回程传输出站的高容量节点。