適合VoIP業(yè)務(wù)的多模塊Wi-Fi mesh網(wǎng)絡(luò)

　　隨著無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，幾乎每天都有新的公用或私用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在部署。當(dāng)在Wi-Fimesh中使用多跳來(lái)覆蓋大范圍區(qū)域的時(shí)候，出現(xiàn)了帶寬下降、無(wú)線干擾和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題嚴(yán)重破壞了對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的提供，比如Wi-Fi提供商最希望提供的VoIP業(yè)務(wù)。多模塊化設(shè)計(jì)、多射頻、多信道的Wi-Fimesh網(wǎng)絡(luò)可以解決上述所有這些問(wèn)題，提供真正的高性能Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，使得語(yǔ)音這樣的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)最優(yōu)化。

　　雖然Wi-Fi已經(jīng)明確了其數(shù)據(jù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是在部署無(wú)線VoIP(wVoIP)時(shí)，還有一些內(nèi)在的問(wèn)題需要解決。而Wi-Fimesh網(wǎng)絡(luò)解決了Wi-Fi的問(wèn)題，使得規(guī)劃、部署和運(yùn)營(yíng)更加節(jié)省成本，尤其是在有線難以達(dá)到的環(huán)境（在幾十平方公里內(nèi)需要成百上千個(gè)的有線光纖節(jié)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)上是不劃算的）。

　　一、mesh網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)要求

　　StrixSystems公司認(rèn)為，mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須能夠傳送高吞吐量、低時(shí)延和端到端QoS。這些要求已經(jīng)不僅是在無(wú)線終端和接入點(diǎn)之間，還包括整個(gè)mesh鏈路直到有線終結(jié)點(diǎn)。因此，mesh骨干網(wǎng)必須滿(mǎn)足以下4個(gè)要求。

　　1.經(jīng)過(guò)多跳的高吞吐量

　　無(wú)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(fù)載。支持高吞吐量的能力直接等價(jià)于系統(tǒng)能夠提供的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)。經(jīng)過(guò)多跳后帶寬的不足將導(dǎo)致無(wú)法令人滿(mǎn)意的用戶(hù)密度，網(wǎng)絡(luò)中也就需要額外的設(shè)備和更多的有線終結(jié)點(diǎn)。

　　2.經(jīng)過(guò)多跳的低時(shí)延

　　為了避免發(fā)生抖動(dòng)這樣的問(wèn)題，每跳必須保證分組包時(shí)延最小。分組包在mesh網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)停留的時(shí)間必須最短，達(dá)到與有線網(wǎng)絡(luò)基本相同的性能。因此，在理想情況下，分組包應(yīng)該在從前一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到所有信息之前就被轉(zhuǎn)發(fā)出去。

　　3.端到端QoS為語(yǔ)音分組包的設(shè)置優(yōu)先級(jí)

　　為了解決負(fù)載流量之間的沖突，語(yǔ)音必須在mesh骨干中賦予優(yōu)先級(jí)，在具有流量?jī)?yōu)先級(jí)處理能力的交換機(jī)上被終結(jié)。為語(yǔ)音分配優(yōu)先級(jí)需要是自動(dòng)的，能夠通過(guò)VLAN/SSID很好地進(jìn)行處理。在短期內(nèi)還不能過(guò)多地指望802.11e。僅僅在無(wú)線終端和AP之間提供服務(wù)等級(jí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。mesh在整個(gè)骨干網(wǎng)提出了對(duì)QoS的要求，以避免mesh中每一跳可能會(huì)發(fā)生的沖突。

　　4.Layer2交換網(wǎng)絡(luò)

　　在Layer3網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)的漫游問(wèn)題，而Layer2網(wǎng)絡(luò)使得該問(wèn)題最小化。Layer3網(wǎng)絡(luò)還要求對(duì)不同的高層協(xié)議進(jìn)行仔細(xì)地規(guī)劃。這兩點(diǎn)都會(huì)引起性能和安裝上的問(wèn)題。

　　以上這四個(gè)因素中的任何一個(gè)都將直接影響到可擴(kuò)展性（根據(jù)用戶(hù)的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的覆蓋）和語(yǔ)音質(zhì)量。如果多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足這些要求，它將缺乏語(yǔ)音支持能力。

　　二、無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)方案

　　無(wú)線Mesh的方案有很多種，但是大部分的方案都來(lái)源于最初的無(wú)線分布式系統(tǒng)（WDS）概念。WDS是一種使用無(wú)線橋接和無(wú)線中繼的無(wú)線AP模式，無(wú)線橋接也就是只能在AP之間進(jìn)行通訊，AP不接受無(wú)線客戶(hù)端的訪問(wèn)；而無(wú)線repeating既允許AP之間互相通訊，AP也可以與無(wú)線客戶(hù)端進(jìn)行通訊。所有的mesh網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上都是用戶(hù)流量在離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)（比如到達(dá)有線的LAN）之前通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　吞吐量和時(shí)延問(wèn)題的根源來(lái)自于802.11是一種半雙工技術(shù)，也就是在一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)功能（或者發(fā)送、或者接受流量）。因此，用于無(wú)線終端和mesh骨干網(wǎng)的頻段個(gè)數(shù)，這些頻段在某個(gè)特定拓?fù)渲兴�起到的作用將�?huì)直接影響到上面提到的4個(gè)因素。

　　1.單模方案把所有信息放在同一信道上

　　StrixSystems公司認(rèn)為，單模模式是無(wú)線mesh最脆弱的一種方案，因?yàn)槊總�(gè)節(jié)點(diǎn)僅使用一個(gè)頻段（信道）來(lái)處理所有的三個(gè)功能：終端接入、ingress回程和egress回程。當(dāng)更多的AP加入到網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候，用于回程流量的帶寬將會(huì)占據(jù)越來(lái)越高的比例，僅僅留很少一部分容量給無(wú)線客戶(hù)端。而且，節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)發(fā)送和接收，而且在其覆蓋范圍內(nèi)另一個(gè)AP正在傳輸?shù)臅r(shí)候，該AP也不能發(fā)送數(shù)據(jù)。這些問(wèn)題將導(dǎo)致經(jīng)過(guò)3跳后，時(shí)延將變得不可忍受。這種對(duì)可用共享帶寬的競(jìng)爭(zhēng)是基于類(lèi)似以太網(wǎng)的無(wú)線沖突避免原則(CSMA/CA)。

　　這也就意味著，在單模mesh架構(gòu)下，一個(gè)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(yán)重的時(shí)延問(wèn)題。

　　簡(jiǎn)單計(jì)算一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在單模方案中每個(gè)無(wú)線客戶(hù)端只能獲得很有限的吞吐量。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)你有5個(gè)AP，每個(gè)AP有20個(gè)無(wú)線客戶(hù)端與之相連，所有的AP和客戶(hù)端共享同一個(gè)802.11b信道（5Mbit/s），這樣等價(jià)于每個(gè)用戶(hù)只能獲得少于50kbit/s的吞吐量——比撥號(hào)連接還要慢。而且由于所有的無(wú)線客戶(hù)端和AP必須工作在同一個(gè)信道上，無(wú)線資源的競(jìng)爭(zhēng)和RF干擾還會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)期的時(shí)延。

　　2.雙模方案實(shí)現(xiàn)回程共享

　　在雙模方案中，一個(gè)模塊專(zhuān)門(mén)用來(lái)連接無(wú)線客戶(hù)端，而另一個(gè)模塊專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行無(wú)線回程傳輸——回程信道同時(shí)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(zhuān)門(mén)的模塊，終端側(cè)的問(wèn)題（如低吞吐量，高時(shí)延）會(huì)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此全網(wǎng)的性能仍然由于回程時(shí)延長(zhǎng)導(dǎo)致的瓶頸問(wèn)題而不理想。

　　3.多模方案實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的無(wú)線mesh

　　在多模（或者稱(chēng)作結(jié)構(gòu)化mesh）方案中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)至少使用三個(gè)頻道的專(zhuān)用無(wú)線鏈路接口，分別為客戶(hù)端流量、ingress無(wú)線回程流量和egress無(wú)線回程流量設(shè)置獨(dú)立的模塊。這個(gè)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)的方案與單�；螂p模方案相比提供了很好的性能。因?yàn)槊總�(gè)鏈路都工作在獨(dú)立的信道上，專(zhuān)用的回程鏈路可以同時(shí)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(zhuān)門(mén)的模塊進(jìn)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(shí)延可以保持在4~5ms，大大低于語(yǔ)音所要求的120ms；如果每個(gè)模塊均能支持QoS和多重SSID/VLAN，就可以在無(wú)線終端為語(yǔ)音流量設(shè)置合適的優(yōu)先級(jí)，通過(guò)mesh網(wǎng)絡(luò)最終到達(dá)有線終結(jié)點(diǎn)。

　　為了滿(mǎn)足像VoIP這類(lèi)實(shí)時(shí)通信應(yīng)用的要求，Wi-Fimesh網(wǎng)絡(luò)要求多模塊、多射頻和多信道的體系架構(gòu)。多模架構(gòu)通過(guò)為終端接入、ingress回程、egress回程分別設(shè)置專(zhuān)門(mén)模塊的方法，可以非常經(jīng)濟(jì)地提供經(jīng)過(guò)多跳后高吞吐量、低時(shí)延和為語(yǔ)音流量設(shè)置高優(yōu)先級(jí)所要求的容量和覆蓋。

----《通信世界》

作者：成文