无线网状网传输系统助力智能电网在线监控

　　在建立一个高级的Mesh网状网时，使用方法一定是与其它类型解决方案所不同的。它将应用模块化的方案，使用专用的带宽链路来完成AP的功能(客户端连接)或回程功能(网络级连)。注意图中理想的无线Mesh网状网节点和有线VLAN交换结构设计上的相似性，它们都为用户接入提供接口，都为回程链路提供了专门的接口——客户端连接的下行方向回程和网络级连的上行方向回程。

　　客户端连接无线模块必须设计为或者与无线客户端连接(用户接入)关联，或者使用分离的模块与其他Mesh网状网节点(回程)关联。网络级连无线模块必须根据到网络流量(有线网络)的最佳可能路径为中继回程流量建立与另一个Mesh网状网节点的链路。对于中继器或者用来扩展网络范围的节点，需要包含3个或更多的无线模块——个用于进程流量，一个用于回程流量，还有一个用于无线终端(用户接入)，图6阐明了这一概念。

　　802.11a无线回程

　　这个新型结构化的无线Mesh网状网需要支持不同类型的无线技术。一些原则决定了针对某一特定的用途，哪一种技术应用更为广泛。正如前面所提到的，802.11b和802.11g仅有三个可能的非重叠信道。然而802.11a没有此限制，并且该频段无线干扰更小(来自于其它笔记本电脑，无绳电话等)，频谱更宽。鉴于以上原因，802.11a非常适合用于回程Mesh网状网架构。

　　可获得的802.11a信道个数依赖于监管区域，比如美国FCC监管区域在5GHz范围内为免许可应用保留了4个频段。这四个频段指定为UNII频段，总共有24个可能的信道。802.11a与802.11b或802.11g相比较的另一个优势就是所有可获得的信道都是非重叠的。因此你可以让无线节点工作在临近信道而不会产生相互干扰。

　　在一些国家，也许不能利用802.11a的频谱。然而在网络中，节点之间的无线连接也可以像使用802.11a一样使用802.11g。这两种技术提供了相似的带宽和吞吐量特性，并都支持高速模式(11g的Super G，11a的Turbo)将连接速度从54 Mbps提高到108 Mbps。802.11a Turbo信道被指定为42、50、58、152和160信道。

       低时延交换

　　理想的Mesh网状网必须支持语音应用和快速漫游切换，这就是为什么网络应该设计为layer 2交换。这将会保持时延和开销最小，并提高多跳的性能。许多现在的Mesh网状网都集中在layer 3路由，这种方案的问题是路由开销最终会限制网络的可扩展性。

　　蜂窝状覆盖

　　Mesh网状网还应该允许使用多个、分离的扇区状天线(非常类似蜂窝网络中无线小区站点天线)同时向不同的方向发射信号，每个方向都使用不同的信道。蜂窝状覆盖可以支持向所有相连的客户端同时进行无冲突的传输——意味着在更大范围内，更多的用户可以与同一个节点进行关联，并且获得更高的吞吐量，这是因为用户之间发生更少的冲撞。

　　概念的验证

　　为了验证新型无线Mesh网状网的有效性，可分别在无噪声环境和真实环境中做一系列测试，跳数从1增加到10。测试的目标是表征流量经过多跳后的降低程度，流量通过了从客户端相连的节点到流量发生服务器这个菊花链上的多个节点。服务器用于测量TCP和UDP带宽性能(比如最大带宽)，并允许调整不同的参数和特征，它还可以报告带宽、时延和丢包率。

　　网络测试场景说明

　　在所有场景中都通过几种类型的测试来对流量进行表征。在理想的Mesh网状网中增加或减少节点的情况下，为了确定流量将受到什么影响的目的，这些测试可以认为是精确的。下图给出了这个测试场景的基本网络架构。

　　第一组测试场景是在无噪声、无干扰环境中进行的，可以认为是最优情况。目的是在没有外部资源和干扰影响下，精确地分析Mesh网状网的行为。第二组测试场景引入了真实环境，也就是网络暴露在充满噪声的环境中。为了表征流量通过Mesh网状网的行为，所有测试都是使用802.11a作为无线回程的情况下完成的。

　    每一跳都要通过有线以太网终端获取测试结果。结果表明，即使在1跳的情况下，这个网络在无噪声环境中只丢失了4%的回程吞吐量，而在真实环境中也仅仅丢失40%回程吞吐量。时延结果也是同样令人振奋的，32 byte的分组包的时延只有15ms，1400 byte的分组包时延为25ms。这两个结果都在VoIP和视频应用可接受的时延限制，即100ms以内。

　　带宽降低测试结果与单模块和双模块Mesh网状网最佳情景相比较，单模块和双模块Mesh网状网在无噪声环境下的结果显示了仅仅5跳带宽就会有80%丢失。

　　多跳大规模无线Mesh网状网对带宽降低，无线干扰和网络时延等问题十分敏感。如果没有使用多频结构化的无线Mesh网状网，每一跳的吞吐量可能会下降多达50%。特别是在更大规模部署情况下，网络时延和漫游也是需要着重考虑的问题。在广域、高利用率环境中，当无线客户端使用的语音和视频应用需要漫游(比如在汽车或火车上)时，时延和带宽问题将变得不可接受。

　　选择单频、双模块甚至某些多频Mesh网状网将会导致网络性能降低、扩展性差、不能支持大范围的应用。显然，需要一种新型的无线Mesh网状网来解决多跳的难题。这一新型网络需要使用模块化的、多频、多信道、多RF的Mesh网状网系统，使用蜂窝状覆盖来展示高级的系统回程。使用该系统可部署高性能、高扩展性的网络，并支持实时的语音、视频和数据应用。

　　当所有无线Mesh网状网基站启动运行后，各个基站将自动决策到有线网络的最优路径，随之产生的Mesh网状网拓扑将基于网络性能进行流量的负载平衡，如图8所示。

　　当电力线沿线任何一个铁路站点的光纤点发生故障，该区间内的固定Mesh网状网基站将自动调整无线链路，重新汇聚到就近的另外一个站点的光纤点，如图9所示。

　　当电力线沿线任何一个固定基站发生故障时，受到影响的固定Mesh网状网基站将自动调整无线链路，按照性能最优的方式重新进行汇聚，如图10所示。

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