基于Mesh技术的网络融合与协同

　　无线通信技术飞速发展，出现了无线局域网(WLAN)、WiMAX、Wi-Fi、无线个域网(WPAN)、无线Mesh网(WMN)、无线传感器网(WSN)、Ad Hoc、3G和B3G移动通信网络等许多新型的采用不同组网技术的异构网络，给人们的工作和生活方式带来了深刻变革。但在人们体验着通信技术带来的获取信息越来越便利的同时，由于无线通信网络朝着高速化、宽带化、泛在化的方向发展，各种无线接入技术纷纷涌现，使得未来网络的异构性更加突出。其实，不仅在无线接入方面具有这样的趋势，在终端、网络、业务和运营管理等方面，异构化、多样化的趋势也同样引人注目。如何将这些异构无线网络融合在一起，互联互通，并且多网协同工作，提供覆盖广、带宽高、移动性高且费用低廉的接入服务，将是下一代无线通信系统的发展方向，也是网络运营商以及通信行业产业价值链上各个其他环节所共同关注的问题。

　　1 无线网络的异构性

　　针对不同的无线频段特性、迥异的组网接入技术和多样的业务需求，不同无线技术所使用的空中接口设计及相关协议在实现方式上具有差异性和不可兼容性。无线网络及其通信系统的异构性主要体现在如下几个方面[1]：

　　(1)频谱资源异构

　　由于不同频段物理特性不同，适用于各种频段的无线技术也不同，各个区域频谱规划方式也有显著区别，导致特定频段上实现的无线技术总是需要满足特定的技术和业务需求。

　　(2)组网接入技术异构

　　由于需要综合考虑网络规模、网络覆盖、兼容性等要求，组网方式、网络功能设置、资源管理和配置方式等呈现出迥然不同的特点。而物理层及媒体访问控制(MAC)层在调制技术、天线技术、加密技术、接入技术的实现上都有很大差别。

　　(3)业务需求异构

　　不同的用户偏好和需求导致了多样化的业务类型，包括传统的电信业务、支持交互应用的交易型业务和以内容为中心的业务等。这些业务将具有不同的特征并对技术与终端提出不同的服务质量(QoS)要求。

　　(4)移动终端的异构

　　异构网络条件下，不同网络将提供不同的QoS，终端的工作环境将产生巨大的变化，业务需求、制式、运营者的差异导致了移动终端的不同，各种移动终端会具有不同的业务能力，包括接入能力、移动能力等[2]。

　　(5)运营管理的异构

　　不同的运营商将会设计出不同的管理策略，包括寻呼漫游策略、网络切换策略、资源分配策略、认证与鉴权策略、计费策略等。为保证通信各层之间的有效交互并满足组网需要，须根据所使用的无线资源以及所针对的业务特点，设计合理的通信协议栈和适当的网络管理机制。

　　以上几个方面交叉联系，相互影响构成了无线网络的异构性，也对网络的稳定、可靠和高效性带来了挑战，这种异构性带来的移动性管理技术、联合无线资源管理和端到端的QoS保证是未来无线通信系统亟需解决的问题。

　　2 基于Mesh技术的网络融合与协同

　　2.1Mesh技术介绍

　　无线Mesh网络是一种新型宽带接入网络，又被称为无线网状网或无线网格网。WMN源于1997年美国军方机构DARPA与ITT公司合作研究的最新集无线组网、路由和定位一体化的先进战术通信系统(ATCS)。2004年1月，IEEE 802.11工作组专门成立了网状网研究组，其初步草案计划在2008年7月发表最终结果，这标志着WMN技术正式迈上标准化道路。无线Mesh网络作为一种解决无线接入“最后一公里”“瓶颈”问题的关键技术受到了越来越广泛的关注。WMN的核心是让网络中每个节点都发送和接收信号。作为一个多跳的系统，从源到目的地有多条冗余的通信路径。网络中每个节点都具备自动路由功能，每个节点只和邻近节点进行通信，因此是一种自组织、自管理、自动修复、自我平衡的智能网络。

　　WMN的架构可分为3类：基础设施型网络配置模式、客户端型网络配置模式以及混合型网络配置模式。其中，混合型WMN将基础设施型和客户端型两种网络配置模式综合在一起，吸收了两者的优点，实现了优势互补。图1给出了混合型无线Mesh网络的一个例子。它可以包括各种异构的无线/有线网络，如无线局域网、WiMAX、无线蜂窝网、移动Ad Hoc网、无线传感器网络(WSN)、因特网以及无线骨干网。可以看出，无线Mesh网实际上已经是移动Ad Hoc网的超集，而移动Ad Hoc网只是无线Mesh网络的一个子集。混合结构的无线Mesh网络囊括了WMN的所有优点，具有网络覆盖范围大、频谱利用率高、可靠性高、多跳路由、组网灵活、维护方便和支持与其他无线网络兼容和互操作等优点，可以应用到各种场景中，如宽带家庭网、社区网络、企业网络、城域网络等。特别地，WMN将成为未来无线核心网理想的组网方式，因此在这种网络覆盖情况复杂、多种技术并存的移动通信环境中，采用Mesh技术可以实现异构技术的有效融合与协同工作，实现异构资源的优势互补和协调管理，不仅是技术发展的必然趋势，也是网络运营者实现最佳用户体验和最优的资源使用的根本途径

　　2.2基于Mesh技术的网络融合

　　由于异构网络相对独立自治，相互间缺乏有效的协调机制，造成了系统间干扰、重叠覆盖、单一网络业务提供能力有限、频谱资源稀缺、业务的无缝切换等问题无法解决。因此异构网络的融合已经成为网络各个层面的主要趋势，体现在网络融合、业务融合、终端融合及运营管理的融合，各种业务都被整合在一个网络的物理媒介(融合网络)中进行传输，统一的传输控制协议/网间协议(TCP/IP)的普遍采用，使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。基于Mesh技术的融合需要从4个不同的层面来实现[4-6]。

　　(1)核心网与接入网的融合

　　目前基于IP分组数据网络的有线网络已经成为了下一代网络要采用的基础架构，这种网络将为各种接入网提供合适的有线网络的基础结构。而WCDMA、GSM、WLAN等不同的移动接入网络，覆盖不同的区域，具有不同的技术参数，提供不同的业务能力，执行不同的通信与控制协议，具有不同的网络结构，因此不同的接入网络之间需要具有一定的信息交互能力以支持基于IP的网络融合。同时终端的可重配置能力为接入不同网络提供了保障，而IP技术的广泛应用使得不同的接入网络将基于IP网络层进行融合。图2给出了一个WMN应用到无线城域网的实例，各种用户终端(如Wi-Fi手机、笔记本等)通过Ad Hoc方式相互连接，并根据其支持的协议选择与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)可以通过无线多跳与视距范围外的基站或Internet核心网建立联系。这里，Wi-Fi Mesh基站和WiMAX基站充当了Mesh路由器，承担融合的任务，并组成了无线Mesh骨干网，网络间的融合通过IP层来实现，Mesh终端采用多模或重配置方式适应用户和业务的需求，最终实现整个网

　　(2)业务的融合

　　业务的融合指不同的业务网提供统一的平台、统一的用户账号和对用户隐藏的自动切换机制，让用户感觉无论在什么情况下都能进行畅通无阻的通信，享受最佳的多元化服务。通过多种接入技术，在不同业务支持能力的网络及终端限制条件下，使得业务同时向多个终端提供服务。如在图2中，Wi-Fi手机和笔记本所承载的业务不同，但经过IP层面的融合，都可以接入WMN网络，实现不同业务的互通。