WiFi Mesh大都市环境下的组网性能研究

【摘要】文章结合实例,从大都市密集商圈场景出发,对WiFi Mesh组网的容量性能进行了研究,并给出了Mesh在大都市环境中建设应用的技术方案与建议。

【关键词】WiFi Mesh 密集市区 吞吐量 时延

1 引言

近年来WiFi Mesh(无线网状网格)技术发展迅速。WiFi Mesh是一种基于多跳路由的新型网络结构,其空口接入采用的是WiFi技术,接入点间采用Mesh技术构架,解决传统WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题。本文结合Mesh网络在大都市密集环境下组网的性能特点,给出了Mesh在大都市环境中建设应用的技术方案与建议。

2 Mesh组网吞吐量性能研究

WiFi Mesh网络由一组呈网状分布的无线AP构成,AP间采用点对点方式,通过无线中继链路互联。WiFi Mesh组网具有多跳性特点,每个网络节点和用户端设备均能选择并确定一个最佳路由。为了体现Mesh在大都市环境下的组网性能,笔者在上海徐家汇地区进行了Mesh多跳组网性能研究,试验区域如图1所示。试验研究直观地反映了Mesh在密集城区多跳性能情况。

试验中,通过无线和有线两种方式,对比研究了Mesh在大都市密集城区的吞吐量性能。

Mesh组网无线方式接入示意图如图2所示。该方式是指终端以无线的方式接入到Mesh网络中,各AP间以802.11a方式实现无线回程,从而实现Mesh多跳链状组网。其中IAP为有线接入根节点,WR为无线接入Mesh AP,STA为终端。

Mesh组网有线方式接入示意图如图3所示。该方式是指终端通过网线接入到Mesh网络中,AP间以802.11a方式实现无线回程,从而实现Mesh多跳组网。

Mesh组网无线、有线方式的吞吐量情况对比如图4所示。由试验结果看,有线方式比较理想,而无线方式提供的吞吐量则相差很多。

3 Mesh组网时延性能研究

WiFi Mesh网络中,数据包到达目的节点前须经过节点的中继转发,由此可能会降低链路的利用效率,产生传输时延。图5为在第三跳节点加载FTP并限速的时延情况,图6为在第三跳节点加载FTP并限速的丢包率情况。

由图5、6可知,由于密集城区中WiFi Mesh提供的无线吞吐量不高,FTP限速加载对时延影响不大,但丢包率受加载FTP影响成上升趋势。

4 大都市密集城区WiFi Mesh组网的特点

对于密集城区,Mesh网络所能提供的吞吐量性能较差,由此充分说明了在大都市环境下的Mesh组网的特点:

(1)大都市密集城区2.4GHz干扰大

大都市环境下典型干扰源如图7所示。由于2.4GHz为开放频段,接入门槛低,现有的AP都采用802.11b/g,而2.4GHz频段非重叠的信道只有三个,这使得在密集城区环境中,频率不够用的情况尤其明显,干扰情况尤为突出。

(2)大都市密集城区遮挡较多

2.4GHz频段绕射能力较差,容易受遮挡影响。而大都市密集城区通常有较多的建筑物等遮挡,这对Mesh组网带来很大限制,影响了Mesh网络吞吐量的性能。如图9所示,试验中,第二跳覆盖方向有较多树林遮挡,节点在无线方式下吞吐量性能很差。

5 结论

通过分析可以看出,干扰大、遮挡多为密集城区Mesh组网共性,干扰、遮挡产生的影响远大于Mesh多跳衰减。因此在密集城区进行Mesh组网,需要优先考虑规避干扰、遮挡等。同时,2.4GHz覆盖与5.8GHz回程要求兼顾,在确定站点后应进行规划仿真,选择合理的定向天线,保证足够的天线下倾角。另外宜尽量保证各节点AP间直线可视传输,以确保Mesh网络的高效性、可靠性。