適合VoIP業(yè)務的Wi-Fi mesh網(wǎng)絡
2006/09/25
隨著無線mesh網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展，幾乎每天都有新的公用或私用無線網(wǎng)絡在部署。當在Wi-Fimesh中使用多跳來覆蓋大范圍區(qū)域的時候，出現(xiàn)了帶寬下降、無線干擾和網(wǎng)絡時延等一系列問題。
這些問題嚴重破壞了對實時業(yè)務的提供，比如Wi-Fi提供商最希望提供的VoIP業(yè)務。多模塊化設計、多射頻、多信道的Wi-Fimesh網(wǎng)絡可以解決上述所有這些問題，提供真正的高性能Wi-Fi網(wǎng)絡，使得語音這樣的實時業(yè)務最優(yōu)化。
雖然Wi-Fi已經(jīng)明確了其數(shù)據(jù)應用的網(wǎng)絡拓撲結構，但是在部署無線VoIP(wVoIP)時，還有一些內(nèi)在的問題需要解決。而Wi-Fimesh網(wǎng)絡解決了Wi-Fi的問題，使得規(guī)劃、部署和運營更加節(jié)省成本，尤其是在有線難以達到的環(huán)境（在幾十平方公里內(nèi)需要成百上千個的有線光纖節(jié)點，在經(jīng)濟上是不劃算的）。
一、mesh網(wǎng)絡的四個要求
StrixSystems公司認為，mesh網(wǎng)絡架構必須能夠傳送高吞吐量、低時延和端到端QoS。這些要求已經(jīng)不僅是在無線終端和接入點之間，還包括整個mesh鏈路直到有線終結點。因此，mesh骨干網(wǎng)必須滿足以下4個要求。
1.經(jīng)過多跳的高吞吐量
無論mesh上有幾跳（通常是3到10之間），mesh骨干網(wǎng)必須仍然能夠支持流量負載。支持高吞吐量的能力直接等價于系統(tǒng)能夠提供的語音和數(shù)據(jù)用戶數(shù)。經(jīng)過多跳后帶寬的不足將導致無法令人滿意的用戶密度，網(wǎng)絡中也就需要額外的設備和更多的有線終結點。
2.經(jīng)過多跳的低時延
為了避免發(fā)生抖動這樣的問題，每跳必須保證分組包時延最小。分組包在mesh網(wǎng)絡中的任何節(jié)點停留的時間必須最短，達到與有線網(wǎng)絡基本相同的性能。因此，在理想情況下，分組包應該在從前一個節(jié)點接收到所有信息之前就被轉(zhuǎn)發(fā)出去。
3.端到端QoS為語音分組包的設置優(yōu)先級
為了解決負載流量之間的沖突，語音必須在mesh骨干中賦予優(yōu)先級，在具有流量優(yōu)先級處理能力的交換機上被終結。為語音分配優(yōu)先級需要是自動的，能夠通過VLAN/SSID很好地進行處理。在短期內(nèi)還不能過多地指望802.11e。僅僅在無線終端和AP之間提供服務等級是遠遠不夠的。mesh在整個骨干網(wǎng)提出了對QoS的要求，以避免mesh中每一跳可能會發(fā)生的沖突。
4.Layer2交換網(wǎng)絡
在Layer3網(wǎng)絡中會出現(xiàn)的漫游問題，而Layer2網(wǎng)絡使得該問題最小化。Layer3網(wǎng)絡還要求對不同的高層協(xié)議進行仔細地規(guī)劃。這兩點都會引起性能和安裝上的問題。
以上這四個因素中的任何一個都將直接影響到可擴展性（根據(jù)用戶的數(shù)量和網(wǎng)絡的覆蓋）和語音質(zhì)量。如果多跳拓撲結構不能滿足這些要求，它將缺乏語音支持能力。
二、無線mesh網(wǎng)絡方案
無線Mesh的方案有很多種，但是大部分的方案都來源于最初的無線分布式系統(tǒng)（WDS）概念。WDS是一種使用無線橋接和無線中繼的無線AP模式，無線橋接也就是只能在AP之間進行通訊，AP不接受無線客戶端的訪問；而無線repeating既允許AP之間互相通訊，AP也可以與無線客戶端進行通訊。所有的mesh網(wǎng)絡在本質(zhì)上都是用戶流量在離開網(wǎng)絡（比如到達有線的LAN）之前通過多個節(jié)點。
吞吐量和時延問題的根源來自于802.11是一種半雙工技術，也就是在一個時間內(nèi)只能執(zhí)行一個功能（或者發(fā)送、或者接受流量）。因此，用于無線終端和mesh骨干網(wǎng)的頻段個數(shù)，這些頻段在某個特定拓撲中所起到的作用將會直接影響到上面提到的4個因素。
1.單模方案把所有信息放在同一信道上
StrixSystems公司認為，單模模式是無線mesh最脆弱的一種方案，因為每個節(jié)點僅使用一個頻段（信道）來處理所有的三個功能：終端接入、ingress回程和egress回程。當更多的AP加入到網(wǎng)絡中的時候，用于回程流量的帶寬將會占據(jù)越來越高的比例，僅僅留很少一部分容量給無線客戶端。而且，節(jié)點不能同時發(fā)送和接收，而且在其覆蓋范圍內(nèi)另一個AP正在傳輸?shù)臅r候，該AP也不能發(fā)送數(shù)據(jù)。這些問題將導致經(jīng)過3跳后，時延將變得不可忍受。這種對可用共享帶寬的競爭是基于類似以太網(wǎng)的無線沖突避免原則(CSMA/CA)。
這也就意味著，在單模mesh架構下，一個頻段必須不斷地在ingress回程、egress回程和終端連接之間轉(zhuǎn)換，這將引起嚴重的時延問題。
簡單計算一下就會發(fā)現(xiàn)，在單模方案中每個無線客戶端只能獲得很有限的吞吐量。舉例來說，假設你有5個AP，每個AP有20個無線客戶端與之相連，所有的AP和客戶端共享同一個802.11b信道（5Mbit/s），這樣等價于每個用戶只能獲得少于50kbit/s的吞吐量——比撥號連接還要慢。而且由于所有的無線客戶端和AP必須工作在同一個信道上，無線資源的競爭和RF干擾還會導致不可預期的時延。
2.雙模方案實現(xiàn)回程共享
在雙模方案中，一個模塊專門用來連接無線客戶端，而另一個模塊專門用來進行無線回程傳輸——回程信道同時由ingress和egress流量共享。由于雙模方案為終端連接和回程分別提供了專門的模塊，終端側的問題（如低吞吐量，高時延）會得到一些改善，但是回程mesh信道還必須由ingress和egress流量共享。由于回程頻段還需要不斷地在ingress回程和egress回程間進行轉(zhuǎn)換，因此全網(wǎng)的性能仍然由于回程時延長導致的瓶頸問題而不理想。
3.多模方案實現(xiàn)結構化的無線mesh
在多模（或者稱作結構化mesh）方案中，每個網(wǎng)絡節(jié)點至少使用三個頻道的專用無線鏈路接口，分別為客戶端流量、ingress無線回程流量和egress無線回程流量設置獨立的模塊。這個無線mesh網(wǎng)絡的方案與單�；螂p模方案相比提供了很好的性能。因為每個鏈路都工作在獨立的信道上，專用的回程鏈路可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
由于ingress終端接入、egress回程和ingress回程都在專門的模塊進行處理，因此在10跳以上的情況下，依然能夠保持高吞吐量；每一跳的時延可以保持在4~5ms，大大低于語音所要求的120ms；如果每個模塊均能支持QoS和多重SSID/VLAN，就可以在無線終端為語音流量設置合適的優(yōu)先級，通過mesh網(wǎng)絡最終到達有線終結點。
為了滿足像VoIP這類實時通信應用的要求，Wi-Fimesh網(wǎng)絡要求多模塊、多射頻和多信道的體系架構。多模架構通過為終端接入、ingress回程、egress回程分別設置專門模塊的方法，可以非常經(jīng)濟地提供經(jīng)過多跳后高吞吐量、低時延和為語音流量設置高優(yōu)先級所要求的容量和覆蓋。
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