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MESH自組網的產品現狀與趨勢

2019年11月3日 11:01  CCTIME飛象網  

1,MESH自組網介紹及其采用的主要技術

MESH自組網是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡。它是一種動態地建立新的鏈接和其他節點相連的一項技術,它具有自組網、自修復、多跳級聯、節點自我管理等優點,可以大幅降低網絡部署的成本和復雜程度。

圖1.MESH自組網拓撲結構

目前,業內MESH自組網主要采用如下的技術:

1)   按照組網頻段,Mesh分為多頻多信道組網和單頻組網。單頻組網收發采用單一頻率,帶寬容量減少一半。多頻多信道組網下,設備使用多個正交頻率,分別用于不同的鏈路,可增加系統吞吐量。

2)   在無線射頻技術方面,為了提高傳輸速率和性能,近年來已經廣泛使用OFDM、MIMO、智能天線等技術。

3)   在資源調度方面,通常分為CSMA/CA模式和TDMA模式。CSMA/CA采用資源競爭模式,但節點和跳數多、網絡負載高時,資源有效利用率低。TDMA模式是一種基于時間分配的調度機制,當網絡負載較重的情況下,效率較高。

4)   在網絡路由算法方面,不同于固定路由采用的RIP、OSPF路由協議,常見的Mesh無線路由算法包括DSDV、DSR、AODV等。

2、基于MESH自組網的無線產品

早期,寬帶MESH產品廣泛采用基于CSMA/CA的Wi-FiMESH技術。通過多頻模塊化設計,可以在ISM頻段上提供高容量、低成本的無線接入方案。Wi-Fi MESH產品在歐美國家“無線寬帶城市”建設中得到廣泛使用,國內運營商、學校、企業、工廠等也有大量使用。該時期出現了諸如SkyPilot、Azalea等大量的Wi-FiMESH廠家。但是,在3G/4G商用后,無線寬帶接入市場急劇萎縮,很多廠家相繼倒閉。

圖2. Wi-Fi MESH多頻模塊化示意圖

Wi-Fi MESH由于頻段、帶寬、穩定性等問題,不太適合于應急通信等行業領域,采用同頻TDMA方式的MESH產品成為行業熱點。這類產品一般采用FPGA+ADC芯片架構,可以根據應用場景的信道特征靈活設計底層無線通信協議,廣泛使用OFDM、MIMO等技術。使用這種方案的產品成本較高、功耗較大、開發穩定工作的產品周期較長。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相關技術的MESH方案,其充分融合了LTE物理層技術,對其幀結構進行特殊設計,可以應用不同的調制編碼方式適應不同的信道變化,獲得最大的傳輸效率。LTE是一種非常完善、成熟的技術,可靠性、穩定性可以得到保證,但是這種方案開發門檻高、投入較大,能夠做底層研發的公司較少。目前,中國信科集團旗下的辰芯科技有限公司在其SDR芯片CX1860 上開發了一套基于LTE協議的MESH方案,采用私有無線通信協議安全可靠性高,支持QoS機制保證無線傳輸業務質量,無線算法充分考慮了多徑信道環境,進行了優化設計,在采用全向天線情況下也能實現遠距離高性能傳輸,最遠傳輸150公里;該方案除了具備FPGA方案的靈活性外,在集成度、功耗方面也更有優勢,便于開發小型化的終端產品,相關廠商可以在此方案基礎上快速開發自己的MESH產品。

圖4.基于LTE的單芯片MESH示意圖

3、MESH自組網的應用

MESH自組網已經應用在武警、消防、人防應急、三防應急、水利防汛、電力巡檢、電力搶險、“雪亮工程”、鐵路搶險、海事執法、海監巡查、海關邊防、碼頭監控、森林防火、油田防盜、軍事偵察、電視轉播等領域。在城市、海上、山地等多種復雜環境中提供高質量圖像、語音、數據實時移動傳輸。

近幾年“雪亮工程”項目建設大多集中在城市中,下沉到縣、鄉、鎮的工作尚顯薄弱。“雪亮工程”在縣鄉鎮地區推行緩慢的原因之一就是部分農村地區基礎設施相對薄弱,沒有滿足要求的光纖網絡資源,同時地形地貌等原因導致架線施工難度大、成本高。在鄉村、山區、草原等地廣人稀的區域,“雪亮工程”建設項目采用無線MESH視頻監控技術具有如下優勢:

1)  相比有線傳輸,無線傳輸可以節省光纖線纜成本,且部署快捷方便、便于維護,節省施工人力成本;

2)  不存在私拉亂接光纜現象;不影響現有線路,減少與其他線路部門的矛盾;

3)  相比無線網橋,MESH多跳特性可實現長距離非視距傳輸。可解決“雪亮工程”中使用的電桿高度一般都只有數米,通常無線設備間會有樹木、建筑物、大山等遮擋,無法通視傳輸的問題;

4)  與Wi-Fi網橋通過加大發射功率、采用定向天線方式相比, LTE MESH可以實現更高的接收靈敏度,采用全向天線遠距離傳輸,可避免定向天線安裝復雜、需要技術人員指導、容易出現歪斜等問題。

4、MESH自組網的未來發展趨勢

設備小型化、便攜化是MESH產品未來發展趨勢之一,在充分考慮應用場景和保障必要的功能性能的前提下,研究輕便靈巧化技術,滿足單人背負和無人機載要求。

在應急通信領域,也廣泛應用Mesh自組網技術,Mesh與其他專網通信、衛星通信等系統融合也是未來發展重點。

編 輯:孫秀杰
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