无线城市方案建议书模版

XX项目 无线城市 网状网技术建议书 /webmoney 1 目录 1 理念和功能定位 .2 1.1 国外无线城市发展介绍 . 2 1.2 XX无线城市理念和功能 . 10 2 项目阶段目标划分 . 14 2.1 总体建设规划 . 14 2.2 覆盖方式 . 14 2.3 分区域建设 . 15 2.4 分阶段建设 . 17 2.5 未来技术发展展望 . 19 3 无线 MESH 技术介绍 . 21 3.1 无线 MESH技术发展 . 21 3.2 实现无线 MESH的方案 . 22 3.3 MESH多跳难题分析 . 24 3.4 第三代多模块无线 MESH解决多跳难题 . 27 4 技术选型 . 33 4.1 第三代多模块 MESH网状网组网 . 33 4.2 多业务无线网 . 40 4.3 安全性 . 44 4.4 可管理性 . 49 4.5 模块化产品设计 . 53 5 XX 无线城市规划 . 54 5.1 无线 MESH网络设计 . 54 5.2 无线基站分布 . 60 5.3 网络拓扑结构 . 62 5.4 系统容量 . 64 5.5 网络安全 . 65 5.6 多业务优先级 . 67 5.7 方案解决的问题 . 68 5.8 网络运行维护建议 . 70 6 成功案例 . 74 /webmoney 2 1 理念和功能定位 1.1国外无线城市发展介绍 1.1.1 发展现状 全城无线网络对城市的竞争力和城市品牌效应的提高吸引了越来越多的城市，很多发达国家的城市已经走在了前面。无线 mesh 技术在建网成本和建网速度也显示出了相当的优势，在美国，将 宽带光 纤部署到全城 至少需要 15 年时间，平均每个光纤点的费用在 2000到 3000 美金；如果使用无线 mesh 技术，整个城市的部署及整体工程建设至多需要一至两年，而每个无线服务接入点平均费用远低于光纤建网成本。作为城市范围内的无线网络通信手段，无线 mesh 技术可以提供多种多样切实可行的应用，全面的覆盖整个城市的无线网络不仅是一种无线通信技术创新，而且对于城市的数字化进程中是具有举足轻重的意义的。例如美国的纽约、旧金山、费城、萨克拉门托、 Tempe、 Chandler、 Vienna、 Iowa，荷兰的阿姆斯特丹，日本的东京 、京都，中国的台北等等，都有计划或已经开始投入建设，希望通过城市无线 mesh 网络过渡到数字时代，并为城市未来的发展提供坚实的信息通信保障。目前全球范围内，已有 88 个已经建设好或者正在建设的无线城市，在 2006 年将要建设的无线城市接近 100 个，并且越来越多地大中型城市或区域开始考虑部署无线 mesh网络，进行整个城市或部分区域的无线覆盖，提供随时随地接入的无线网络。 随着无线 mesh 技术所带来的新的城市管理应用，越来越多的国内城市也开始进行了无线城市的计划。根据中国国家统计局发布的数据显示： 2005 年综合实力最 强的 100 个城市中，生产总值超过 1000 亿元人民币达到 23 个，超过 200 亿的城市有 78 个，尤其是传统发达的环渤海、东部沿海、长三角和珠三角地区以及新兴城市。 目前全球范围内，已有 88 个已经建设好或者正在建设的无线城市，在 2006 年将要建设的无线城市接近 150 个，并且越来越多地大中型城市或区域开始考虑部署无线 mesh 网络，进行整个城市或部分区域的无线覆盖，提供随时随地接入的无线网络。可以讲，无线mesh 网络覆盖整个城市正在成为最引人注目并且引发强烈反响的基础设施建设。如下图所示，截至 2005 年已建设和 2006 年即将建设的无线城市数量统计： /webmoney 3 010203040506070美国 欧洲 大洋洲 亚洲 其他已建立的无线城市将部署的无线城市 下表为北美的无线城市列表： 其中，美国亚利桑那州 Tempe 市，目前全球范围内已部署较大的无线城市，也采用了无线 mesh 技术将整个城市的 100 平方公里区域进行无盲点的覆盖；从 2005 年 9 月份开始到今年 1 月底，仅仅花了六个月的时间就完成了 Tempe 市的六个城区的无线覆盖。下图为 Tempe 市的无线城市， /webmoney 4 大型无线城市，如荷兰的阿姆斯特丹，澳大利亚的悉尼等也都将采用无线 mesh 技术分区域的组建城域无线网络。正 在规划的纽约无线城市，号称全球最大的无线城市，面积上更是超过了 800 平方公里，计划为市政管理、应急通信提供更有效的无线通信手段，同时服务于 800 万的纽约市民。 马其顿共和国（ Macedonia），这个古老多山的前南斯拉夫联盟国家，正在全国范围建设无线 mesh 网络，覆盖的 30 多个城市及其郊区和乡村，面积超过了 2000 平方公里。正如 Farpoint 集团的分析师 Craig Mathias 说： 这好像不是一个要不要建的问题，而是一个什么时候建的问题。所有的大城市都将建立自己的无线城市网络。 它将变得好像电力供应或者 电话服务一样必不可少。 下图为马其顿共和国无线城市规划： 1.1.2 组网方式和业务模式 目前国外的无线城市主要采用两种投资建设方式： 1. 政府直接投资建设 /webmoney 5 2. 政府与无线运营商合作投资建设 部分无线城市的投资来源于市政府，如规划中大部分无线城市。这反映出政府对政策发布、城市安全、火警和急救等的关注，希望为市政管理和大众提供更多更有效的服务。 在其他一部分的无线城市中，政府和无线运营商合作组网，或者 运营商在政府配合协调下独立投资建网组建无线城市也受到了普遍的认可，尤其在北美非常的流行。如美国路易斯安那周的 Ruston 市 , Grambling 市 , Vienna 市和 Choudrant 市，四城市超过 70 英里的区域采用了 Strix mesh 无线覆盖。客户将免费使用一个 802.11b/g 客户端接收设备，以安全接入 Invisi-Wire 公司的网络，并且能够收到无限制的每月成本仅仅 34.99 美元Wi-Fi 服务和另外每月 24.99 美元的无线 VoIP 服务。 爱荷华州信息走廊 区域的 cFree无线项目，由非赢利性组织创建，旨在为位于该 走廊 区域的所有的城市提供免费无线接入。cFree 项目方和集成公司 CEC 公司（ Cedar Rapids 市的集成商）采用 Strix mesh 无线提供为 Cedar Rapids、 Coralville 和 Iowa 三城市的市中心区域和爱荷华市市立大学提供高速无线接入，共计可以服务到 200,000 多住户和学生。 Waz Tempe 则由运营商 MobilePro 投资建设并且进行运营，将会提供多种资费选择：每天 $8，每周 $20，每月 $30，提供在全城市任何地点的接入。住宅用户可以使用 $20 的服务替代拨号，而带宽与 DSL 连接基本类似。网络最多可以出售给三个不同的 WISP 合作伙伴，依托该网络进行运营。高级用户可以每月花费 $30 获得更高速的家庭服务，或者每月 $50 获得 VoIP 服务， $250 可以得到替代 T1线路的无线链路。这些套餐服务对客户端节点设备（ CPE： customer premises equipment）设备有一定要求。 Tempe 市的 mesh 网络除了作为公共运营外，政府的公共安全部门，包括警察、消防、救护医疗等作为集团用户租用遍布城市的无线 mesh 网络接入，以满足公共安全、应急救护中对于高速机动、快速组网的要求。目前 Tempe 市区的网络已与相邻的 Chandler和Gilbert 市组成面积约 180 平方英里（约合 450 平方公 里）的巨大无线 mesh 城域网，一套无线网络同时用于公共运营和政府公共安全部门。 运营商通过与政府合作进行全城无线建设来构建网络基础设施，即可以作为运营商为商户和市民提供全城漫游移动网络的平台，也可以作为市政用途的公共安全、应急通信和市政管理办公的使用，如 所谓的 M台湾计划 ，它以 移动台湾、应用无线、跃进新视界 为发展远景，政府将结合民间资源，共同推动移动生活、移动服务、移动学习等无线宽带应用服务。 政府专用网络与公共运营网络建设的显著区别 /webmoney 6 运营商无线公共运营网 政府无线专网 建网方式 城域范围无缝覆盖 ，公共区域和包括商业区、写字楼、住宅区等 只覆盖主要街道、广场、公园等公共区域 Mesh 节点距离 300-500 米 1-1.5 公里 接入终端 笔记本、 PDA、 Wi-Fi手机 移动车载、固定视频监控设备 主要应用 无线宽带互联网接入 无线 VoIP 应急救灾指挥调度，日常公共安全固定视频监控和移动视频监控，网格化城市管理通信平台 用户规模 用户量较大，固定的、可预测的业务量 用户量相对较少，具有突发性、不可预测的业务量 通过遍布城市的无线接入服务，运营商可以为政府提供应急服务、为商户提供类似于E1 的无 线专线租用服务，以及为市民提供无线宽带接入。无线接入服务的低廉的月租费用吸引了更多的 ADSL 用户转投无线服务，因此综合分析城市规模、建筑密集程度和与其他宽带服务提供商的竞争情况，无线运营商在 1 到 2 年之内就可以收回成本，这更激励了更多的 WISP 加入到无线城市网络的建设中。 1.1.3 无线城市应用 无线城市理念在全球范围内受到如此广泛的欢迎，这与其带来的关键性应用是密不可分的。下表是全球主要的无线城市项目建设概况、投资方式和应用的介绍列表： 名称 覆盖区域 建设方式 主要的市政 /安全应用 Tempe, Arizona 100 平方公里，全部覆盖 政府与无线运营商 公共安全、应急联动、市政管理、教育 、公共运营 Chandler,Arizona 200 平方公里，在建设中 政府与无线运营商 公共安全、应急联动 、公共运营 San Mateo 35 平方公里，全部覆盖 政府投资 公共安全、应急联动 Fresno,California 270 平方公里，部分覆盖，规划建设中 政府投资 公共安全、应急联动、市政管理 Chaska,Minnesota 41 平方公里 政府投资 公共安全、应急联动 Lafayette,Lousiana 34 平方公里， 20 万人口 无线运营商 公共安全、应急联动 Cerritos,California 22 平方公里 无线运营商 公共安全、应急联动、教育和市民服务 、公共运营 GrandHavenMichigan 34 平方公里 政府投资 公共安全、应急联动、市政管理办公 /webmoney 7 Lafayette, Lousiana 40 平方公里 政府与无线运营商 公共安全、应急联动 Buffalo, Minnesota 25 平方公里 政府投资 公共安全、应急联动、市政管理 Rio Rancho 150 平方 公里，规划建设中 政府与无线运营商 电子警务、市政管理办公 Adel, Geogia 20 平方公里 政府与无线运营商 公共安全、教育和市民服务 New York 825 平方公里， 700 万人口，规划中 政府投资 公共安全、应急联动、市政管理、教育 Gotland, 瑞典 314 平方公里，规划中 政府投资 电子政务、电子商务和市民服务 马其顿共和国 2000 平方公里 政府与无线运营商 市政管理办公、教育、市民服务 Vantaa, 芬兰 825 平方公里， 700 万人口，规划中 政府与无线运营商 公共安全、 市政管理、教育 Hampshire, 英国 60 平方公里 政府投资 公共安全、市政管理、市民服务 Sheringham, 英国 55 平方公里 政府投资 公共安全、市政办公、市民服务 伦敦 , 英国 150 平方公里市区 政府与无线运营商 公共安全、市政管理、市民服务 Auckland, 新西兰 70 平方公里，部分覆盖 政府与无线运营商 公共安全、市政管理、市民服务 Wellington, 新西兰 48 平方公里，部分覆盖 政府投资 公共安全、市政管理、市民服务 Cebu City, 菲律宾 市区面积 279 平方公里，部分覆盖，规划中 政府与无线运营商 电子政府、 公共运营 台北 , 中国 272 平方公里，初步的部分覆盖 无线运营商 电子政府、教育、市民服务 借助于无线 mesh 技术提供的更高性能、移动性并且可大面积覆盖的特性，完全摆脱了传统无线通信技术在网络速度，覆盖规模的约束和限制；绝大部分的城市决策者选择以下应用作为无线城市主要应用： 公共安全和应急救灾 市政管理和办公系统 电子教育和其他市民服务 1. 公共安全和应急联动是无线城市的主要应用 依托于关键的无线城市应用，城市可提高城市安全和管理的工作效 率，促进政府多个部门之间的协同工作，对经济发展、社会稳定和犯罪率控制有着积极的作用。 在这一点上，作为全美乃至全球应用最完美的无线城市，亚利桑那州的著名商业和传统的教育中心， Tempe 市是毫无疑问的经典案例。已经建成的覆盖 100 平方公里的无线城域网络同时供市政管理、公共安全、应急救灾、教育系统和市民所使用，而其中的公共安全和应急救灾更被各地城市政府认为是重中之重。 /webmoney 8 正如 Tempe 市长 Hugh Hallman 所介绍的 通过高带宽的无线城市网络，政府工作人员可以在 Tempe 市的任何地方、随时访问消防系统和警务系 统，读取联邦犯罪信息系统和亚利桑那州犯罪信息系统的记录，这在日常的执勤中极大的提高了工作人员的工作效率，及时准确地获取信息，并将事发现场的处理结果立即在数据库内更新。 Tempe 部署的无线 mesh 城域网络同时解决了应急救灾所必需的快速响应和高速机动，这也意味着可以挽救更多的生命。如火灾发生时，要求消防人员在消防车驶往火灾现场的高速移动中迅速从 GIS系统中查询地理位置，从消防系统中获取建筑物信息、消防栓水管、周边居民分布等重要数据，通过火灾现场的实时视频监控图像了解火情，并在第一时间联络医疗救护车开往现场。这 要求所有的应急工作人员和救灾车辆都是无线互连的，尤其是车辆在城市任何区域内高速移动中仍然保持高带宽的无线接入。特别的是，无线 mesh 支持 160km/h 的高速移动，远程指挥中心可以向赶往火灾现场的消防人员和其他救灾人员下达指挥命令。 无线纽约在规划设计中也将公共安全和应急救灾作为主要用途，为确保整个城市的安全建立覆盖整个城市范围的无线 mesh 网络。日常的公共安全以接处警为重点，集信息获取、信息传输利用以及信息发布于一体，通过无线 mesh 网络实时的、现场的处理和发布跨部门的公共安全信息管理。在应急联动中通过无线 mesh 技术将相关职能部门（公安、消防、交警、急救以及水、电、气、城管等）协同起来、统一指挥、联合行动，提供高效的紧急救援支持。 2. 城市管理和市政办公也是无线城市的必备应用 城市管理和办公系统也是无线城市的必备应用，配合公共安全和应急救灾通信和 合其他信息系统，如城市交通、水电管线、公共财产等可以为城管、交管和应急救灾提供更准确直观的信息。 如无线台北，以 政府主导的电子政务通过无线 mesh 技术为公共安全、公共管理部门、交通、商业和居民提供全天候的无线服务。政府办公人员也可以在城市内的任何一条街道、地铁站内 随时随地的无线接入市政办公网络。负责规划 无线台北 的台北市研究发展考核委员会（以下简称研考会）指出，该计划充分利用无线网络不受时空限制、频带宽、成本低等特性，将把台北打造成全新的 网络新都 （ Cyber City）。 纽约更是将无线视频监控网络同市政管理整合在一起，通过分布于城市各处的视频信息，完成对城市建设发展规划、智能交通的远程管理和资源调配。 /webmoney 9 3. 教育和其他市民服务 让所有市民彼此之间通过无线网络连成一体，促进教育、休闲与商务、通讯等关联产业发展是无线城市的补充应用。 在台北，政府利用无线城市为市 民提供了多种公共信息、交通信息、教育等便民服务。和市民看到在公交车站牌下等车的人们拿出 PDA 或平板电脑浏览网页、收发电子邮件、搜索资料、和朋友交谈，或线上学习，市民也可以随身携带数据库，甚至 把美术馆放在口袋里 、 把故宫放在背包中 。驾车者利用车载设备联网登入后，无线系统可自动感知汽车是否进入车流密集的市区，该系统将会提供 移动 定位服务，主动发布即时交 通信息。学生可以透过无线网络在家里、校园内使用电子教室和远程教育等多种教育服务。 欧美的无线城市也将教育作为无线城市的辅助应用。如 Tempe 市，全市人口的 40%拥有学士及以上学位，亚利桑那州立大学的教授和学生可以在无线的访问远程教育和多媒体教育资源，在城市各个角落享受无线城市网络带来的教育便利，这无疑会吸引和培养更多的创新人才，通过科技信息技术的进步为城市发展奠定基础。 /webmoney 10 1.2XX无线城市 理念和功能 1.2.1 XX 规划 1.2.2 理念和功能 我们打造无 城市 线网络信息平台的理念是 XX。 目标是采用无线宽带实现 全城覆盖，建设一个 时尚、敏捷、安全的无线城市，提升城市的竞争力和品牌效应。 建成后的 全覆盖无线网络平台主要应用于以下几个方面： 电子政务 为政府有关部门，特别是公安、交通、城市管理、卫生医疗、社区服务等部门，提供无所不在 的宽带网络接入 引 入电子办事系统， 提高政府职能部门的工作效率，并且 大幅度 降低 通信成本 电子信息发布 /查询，信息亭等 城市管理 网格化城市管理需要先进的无线通信手段 为了 满足交通指挥、城管监察、环境保护、社区卫生等各种移动信息化服务需要 ，使城市网格化管理结合先进的无线通信手段，城市管理工作人员可以提供更及时地、 准确地的掌握事故情况，提高响应速度和各部门协调能力 公共财产监控和定位，保护重要的公共财产和资源，提供视频监控和地理定位功能助力公共财产管理 公共安全和应急通信 基于 mesh 无线网大规模 无线视频监控或者移动视频监控 为公共安全部门提供实时的现场监控图形，提高威慑力， 起 到阻止犯罪的目的 ；同时，也能作为犯罪证据供日后使用 突发事件处理和应急移动通讯网络 遍布城市的无线网状网也 提供一个对社会性突发事件做出高效协同处置的平台，使政府部门对重大突发事件的快速反应和处理能力极大提高，能够为市民提供快速、及时的服务 公共 安全部门日常巡逻执勤的警务通无线支撑平台 /webmoney 11 电子商务 为企业移动员工提供无处不在的无线接入，使电子商务的通信手段更灵活、更低廉；无线网络 也将服务于 面向汽车制造、物流、仓储 的行业用户 教育和娱乐 为 城市 居民提提供教育、 办公、休闲、旅游和市民生活提供便利的无线宽带网络服务 ，提 升城市生活品质 消除数字鸿沟 为弱势人群提供廉价的无线互联网接入业务 ，普及家庭的互联网接入，提升人民素质和扩展教育渠道 广告和其他收费业务 结合电子商务发展以及第三方对网络平台的需求，衍生一些收费服务项目，如门户、广告、游戏等，并使之形成一系 列的关联 业务。 无线 城市 网络建成后，除电子政务和公共安全用户在认证和授权后进入相应专网后，其他企业、商务和居民用户将重定向到 统一的 门户网站。 如下图所示 Tempe 无线城市的门户网站， 企业和个人用户无线接入并且访问互联网时，门户网站将弹出界面对用户进行认证 ；广告 和其他增值 收费服务将以门户网站为主要载体 。 /webmoney 12 1.2.3 商业 模式 从国外建设方式和业务模式的分析来看， 无论是建设或 规划中大部分无线城市 都 反映出政府 用户 对政策发布、城市安全、火警和急救等的关注， 并且希望 能够以无线城市的便利通信架构为行业用户和市民提供服务。 由于国内运营商格局的四大运营商都具有良好的光纤资源、接入网资源或者移动通信基础架构，并且运营商对 3G 的战略考虑也不倾向于采用非授权 2.4GHz/5.8GHz 频段用于公共运营服务。综合以上的因素，导致国内运营商对于无线城市网络持观望态度，也因此没有进行任何的大范围城域无线部署。 从中国国内运营市场和城市发展的实际角度出发， 政府主导的投资模式是毫无疑问的 。这是因为，无线城市网络被定位于以政府应用为主，公共运营为辅的网络架构 ，即将政府专用网络和公共运营网络合 二为一的建设方式。 首先， 无线城市需求完全依靠市政府或相关部门投资，以公共安全和市政等应用为目标进行的无线城域或者区域的网络建设。所建成的无线网络网络都是市政和公安用途的专网，旨在保障社会稳定和应急救灾能力、降低犯罪率，提高政府执政能力和效率，提高服务水平，推进电子政务信息发展。 政府的公共安全部门，包括警察、消防、救护医疗等作为集团用户 /webmoney 13 租用遍布城市的无线 mesh 网络接入，以满足公共安全、应急救护中对于高速机动、快速组网的要求 。 其次， 通过遍布城市的无线接入服务 提供公共运营服务。 为商户提供类似于 E1 的无线专线 租用服务，以及为市民提供无线宽带接入，同时为企业移动员工提供可漫游的无线宽带接入服务。 同时，依托于无线网络，可以开展多种增值服务，如广告、交通情况和旅游信息等。 因此将政府专网和公共运营网络合二为一的方式建网，既可以在保证网络建设质量和对公共安全、应急救灾的优先支持，同时能够有效的降低政府的维护成本 ，达到以公共运营网养政府专网的目的 。在达到经济效率的同时，必将产生更大的设计效益。 1.2.4 建设 目标 对 XX 区域 XX 平方公里区域 内的街道、广场、公园和市政相关建筑 进行 覆盖， 车载台用户和手持用户可以在以上区域享受无缝的 接入和漫游服务；对于住宅区和商业区等靠近街道部分建筑提供 无缝的 无线覆盖， 建筑或小区内部用户可通过购买用户端设备接入无线网络。 综上所述， 建成 后的无线 mesh 系统将提供如下的功能 : 公共安全 /应急通信无线平台 电子政务 /市政管理 电子 商务 电子教育 /娱乐 缩短数字鸿沟 /便民网络通信服务 通过无线城市 mesh 网络， 进一步完善公共安全、应急联动和市政管理网络将逐步引导公众依托于 无线城市 更为高效地工作、高质量地健康生活，同时利用 无线城市 大力推动高新技术企业和传统企业发展，提高社会稳定和公共安全，吸引投资和 扩展贸易经济。 /webmoney 14 2 项目阶段目标划分 2.1总体建设规划 在建设初期，首先在功能性项目、东云街、总部园区等地点先期进行无线网络的建设，提供无线免费上网服务以及诸多便民服务，如信息查询亭、娱乐信息传播等，建设东云街“无线信息长廊”和“无线总部”，以此带动整个网络的建设。 中期的目标主要是无线覆盖区域伊宁路、经六路等主干路段、核心区重要公共区域、居民社区等，开始建立起智能交通网络、公共安全网络和应急联动网络，带动伊宁路、经六路干道沿线和核心区“信息化走廊”的区域性发展，做到为大部分的市民提供各种无线网络免费服务与 增值服务。 在中后期建设中，优化中心区城市网络，进一步完善公共安全、应急联动和智能交通网络；利用前期项目为后期项目持续稳定地积累资金和用户群，达到逐步引导公众依托于“无线城市”更为高效地工作、高质量地健康生活。 2.2覆盖方式 以下覆盖方式的考虑都是基于公共的 2.4GHz 频段的 802.11g/b 技术为基础的。 对于 4.9GHz 专用 应急和公安 频段的使用和覆盖将在技术选型部分作深入的介绍。 从大规模无线覆盖来看， 初期 以室外型基站为主的覆盖是最有效的覆盖方式。室外型基站与多种类型天线相配合不仅可以实现绝大部分街道广场 等室外区域的覆盖，同时通过对窗户和墙壁的穿透，能够充分的覆盖楼宇 1-3 层的室内区域 ，并且其他楼层靠近窗口处也能得到较好的无线信号覆盖 ；在用户使用专用 无线 客户端 CPE 设备后，更可以将室外无线覆盖，扩展到高层建筑的室内覆盖。如下图所示， Strix OWS室外型基站从室外向室内覆盖示意图： /webmoney 15 对于从室外向室内方式的覆盖，都很难保证 90-100%的无线网络室内覆盖。GSM/CDMA 移动通信就是一个很好的例子，用户已经习惯于移动到窗口以达到最好的覆盖效果。影响信号传播的主要因素是： 设备之间的通信距离差别很大 设 备之间的物理障碍物 用户端笔记本设备等终端发射功率略低 为了解决这个问题，对于大规模的室内覆盖可以采取室外基站加上无线客户端 CPE 设备结合的方式来进行。 Strix 建议的无线客 户端 CPE 设备使用更高的发射功率，提高用户与最近基站的通信距离。 CPE 设备及集成天线放置在室外墙壁上以更好的接受信号，同时为室内用户的笔记本用户提供无线接入或者以太网线接入。由于天线放置在室外并且有墙壁阻挡，无线信号不会影响到用户健康。如下图所示， 2.3分区域建设 考虑到 城市 的中心城区和主城区等采用分区域建设的方式进行 的 基础建设 。 并且 在 无线 /webmoney 16 网络 部署 之前， 需要该区域具备 设备 供电 资源、 安装位置 （灯杆或者屋顶） 和光纤 有线等条件 。 因此，无线 mesh 网络的建设也将采用分区域建设的方式，与该区域基础建设保持一致。 如下图所示 ， 具体的 分区域建设 阶段 将 与 城市 规划的开发进程 保持一致 。 /webmoney 17 2.4分阶段建设 对于各各分区建设的网络， 无线城域 mesh 网络 可采用 分阶段 方式 由疏到密 的过程 ，随着用户增加 逐步的 分阶段的 提升 覆盖面积和网络整体带宽 。 按照 无线 城市 网络 定位和发展需求，我们推荐两阶段的无线建设 ： 第一阶段： 90%室外覆盖 +30%室内覆盖 从政府应用为主导的网络建设思路出发， 第一阶段 初期的 无线 覆盖 采用室外型基站进行部署， 将保证 90%以上的室外覆盖 区域 ，保证市政管理和公共安全用户在室外绝大部分区域内使用笔记本 /PDA 终端等设备的正常接入，以及警用移动车辆在主要街道、广场等区域无缝的移动通信需要。 同时，初期的无线覆盖将 保证 30%的室内覆盖， 街道周边建筑物的1-3 层的绝大部分区域 都能得到无线覆盖 ，其他楼层靠近窗口也可以得到无线覆盖， 具体的覆盖效果取决于建筑格局和 mesh 基站安装位置。 第一阶段的建设目标达成后，园区内绝大部分的室外公共区域得得到良好的无线覆盖，公共安全 /应急通信和电子政务等应用将得到有效的开展，并且面向市民、公司的无线互联网接入运营也可以开始运作。 第二阶段： 95%室外覆盖 +80%室内覆盖 考虑到随着公共运营业务的开展，有越来越多的用户接入 mesh 网络中，并且更多的室内写字楼、住址区用户有接入网络的需求 。这样，第二阶段的无线覆盖将需要以室内型无线设备为主的覆盖，并且企业或者住宅区用户需要使用无线客户端设备 (CPE)。 因此，第二阶段的无线网络覆盖将保证 95%的室外覆盖和 80%的室内覆盖，在扩展政府和公共安全接入范围的同时，为更多的室内用户提供 无线网络接入服务。 第二阶段的主要建设目标是第一阶段建设的补充。随着公共安全和电子政务用户的使用，更多的经验和用户反馈将有利于总结第一阶段建设存在的问题，并在第二阶段的建设进行改进。同时，随着城区商业发展，越来越多的用户将使用便捷的无线城市系统，为了满足用户随时随地的接入需求以及住宅区和商业区建筑物内部的使用，加大室内覆盖范围也是第二阶段的主要目标。 值得注意的是，加大室内覆盖区域的目标是争取为了更多的市民提供无线互 联网接入服务，因此室内无线覆盖的部署和开展应该首先着眼于用户需求密集区域，不断的根据用户希求来扩展室内无线覆盖 ，并且 尽量 避免 追求覆盖面积的部署方式。 /webmoney 18 系统容量扩容 无线城域网络的覆盖范围不断扩展后，系统也需要根据用户需要不断注入更多的容量 。利用 Strix mesh 网络特有的 自动网络组织、自动拓扑结构调整的能力。 当网络中光纤增加的情况下 ， Strix mesh 网络拓扑结构自动调整， 与光纤进行连接的 无线 基站将动态的重新确定工作状态，作为无线核心点为 mesh 网络注入新的容量。 更为重要的是，光纤的注入可以在任何一个 mesh 节点出实施，不需要整个网络重新收敛。 如下图所示： 系统容量扩容前 系统容量扩容后 系统容量的扩容也可以从光纤点处通过 Strix Turbo A 108Mbps 技术进行Point-to-Point 或者 Point-to-Multi-Point 方式对容量进行扩容 /webmoney 19 2.5未来技术发展展望 4.9GHz 4.9GHz 频率段是专用的公共安全频段。该频段已获得了 FCC 许可，经过开发后专供美国公共安全使用，以满足其对安全的宽带通信的需要。作为需要授权使用的频段， 4.9GHz可以提供比不需授权的 ISM 2.4GHz 和 5.8GHz 频段更干净的频谱资源，保证了应急和警务专用用途的使用。 WiMAX WiMAX 的全名是微波存取全球互通 (Worldwide Interoperability for Microwave Access)，将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。该技术以 IEEE 802.16 的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升 802.11 使用率有功的 Wi-Fi 联盟， WiMAX 也成立了论发认证流程，为最后一步的产品测试预作准备。 WiMAX 标准协议中的 802.16d 和 802.16e 分别支持固定无线接入和移动无线接入。802.16d 标准可支持最高 70Mbps 的吞吐量和 50km 的覆盖半径，而 有准 4G 之称得802.16e 技术面向的是基于无线终端的大规模公共运营，旨在为几公里的范围内为终端提供 2Mbps 带宽的无线移动宽带服务。 但是从 WiMAX 技术发展 进程 来看，目前的 802.16d/e 两大标准虽然都被 IEEE 颁布，但是芯片的成熟程度依然是个问题 802.16d 芯片所提供的吞吐能力还不能超过 Wi-Fi 技术，而 802.16e 芯片的正式发布时间 还无法确定。 与此同时，客户端产品的价格和兼容性仍然是个问题 。 因此，从芯片的成熟度来看， 2007 年固定版的 802.16d 技术可能趋于成熟，并且可能作为提供光纤回程的技术，用于无线城市部署，而 802.16e 的发展将有更多问题需要解决。 802.11n 在传输速率方面， 正在制定的标准 802.11n 有望将带宽提高到 100Mbps 以上， 这得益于将 MIMO(多入多出 )与 OFDM(正交频分复用 )技术相结合而应用的 MIMO OFDM 技术，这个技术不但提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。 802.11n 将使 WLAN 传输速率达到目前传输速率几 倍，而且可以支持高质量的语音、视频传输，这意味着人们可以在写字楼中用 Wi-Fi 手机来拨打 IP 电话和可视电话。 在覆盖范围方面， 802.11n 采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列， /webmoney 20 可以动态调整波束，保证让 WLAN 用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使 WLAN 移动性极大提高。 让人遗憾的是， 802.11n 标准可能要与明年 3 月份通过，芯片、基站产品和客户端产品的成熟需要更长的一段时间。 综上所述，随着新技术的发展， WiMAX 和 802.11n 技术 的 标准颁布和未来 2-3 年内的产品成熟， 可以 极大的提高 室内 无线 覆盖 距离 ，甚至可以在不使用 CPE 的情况下完成对复杂室内环境的覆盖。 这要求无线网状网系统具有可升级能力，保证可平滑升级到未来的新技术平台上。 目前的 Strix Access/One OWS室外基站已经同时支持 2.4GHz、 5.8GHz和 4.9GHz的使用，允许为公共运营使用 2.4GHz 频段，而采用授权频段 4.9GHz 专用于公共安全和应急通信。 从 Strix Systems 产品设计角度来看，模块化 /板卡化设计具有极高的可升级性。对于未来技术的升级， OWS 室外型基站可以通过 现场升级，通过插入相应的 WiMAX 和802.11n 板卡 到现有的设备 就可以将设备升级到新的技术 。 从产品规划， Strix将于 2007年推出 WiMAX 模块，可以现场插入并且升级室外基站，使整个无线平台平滑过渡到Mesh+WiMAX 结合的 新高度。 /webmoney 21 3 无线 mesh 技术 介绍 3.1 无线 mesh技术发展 无线 mesh 网络具有诸多优于其它类型无线部署的优势。这些优势主要集中在降低网络关键环节的成本 安装、维护以及运行维护等方面。以某些情况下，由于网络拓扑结构、缺少有线基础设施、 或者是在客户室内或室外位置布线成本高等原因，无线 mesh 网络成为部署网络基础设施的唯一可行方案。在发展历程上，业界中有三种 Wi-Fi 方案： 第一代集中式网络模式 是一种非智能的网络，相互独立的多个接入点（ AP）连接到同一个有线局域网中。 第二代集中式网络模式 是对已有交换机最简单的一种扩展方式，大多数有线交换机设备均支持。这种模式倾向于将智能功能从 AP 剥离出来放到交换机中。然而，这种方法产生了许多意想不到的后果（例如，单点故障、带宽瓶颈以及缺乏扩展性和灵活性）。此外，要是增加 AP 设备使得现有的 WLAN 交换机端口不够用时，就必须购买新的交换机。这两种Wi-Fi 方案还存在着一个共性的问题 它们不是真正的无线，只是 更少的 有线。连接 AP 的以太网还是必要的。 第三代 Wi-Fi mesh网络 是一种智能网络。由于网络节点间能够通过 802.11 无线链路相互连接，因此它们不需要通过有线连接到交换机上。 Mesh 网络架构可以扩展通信传输区域，也可以同时为无线用户和网络节点提供接入服务。如果设计的合理， mesh 网络可以成为高性能、高可靠并具有冗余能力，并且能够扩展到包含成千上万个设备。这种类型的网络安装快捷 ，并且不要求精细的规划和位置选择即可获得可靠的通讯。简单地移动某个网络节点或者增加一个节点就可以立即完善一集中式网络模式 /webmoney 22 个信号较弱或无信号的区域。 在无线 mesh 网络中，每个节点都会维持到最邻近节的最优路径。当无线环境发生变化时，比如加入新节点或者发生拥塞，数据路径会根据时延、吞吐量、噪声等因素进行重新评估，并且 mesh 网络会自动地进行自我调节将性能维持在最佳性能。如果某个数据路径丢失，或者 RF 干扰影响了性能，网络会通过重路由流量实现自我修复，这样节点既可以保持连接，而且数据路径也始终是最优的。所有的自我调节和自我修复 过程都是动态的，在后台执行并且是实时的 对用户而言是透明的，不需要人为干预。 在室外环境中部署网络时， mesh 体系架构允许无线网络绕过大的物体（比如建筑物和树木）进行流量交换。无线 mesh 网络能够很容易地通过中间中继节点绕过障碍物转发数据包，而不是试图直接穿过障碍物。尤其在有很多障碍物的城市环境或者有丘陵或山区等传统无线网络覆盖有困难的乡村区域，该方案都非常有效。 3.2 实现无线 Mesh的方案 无线 Mesh 的方案有很多种，但是大部分的方案都来源于最初的无线分布式系统（ Wireless Distribution System, WDS）概念。 WDS 是一种使用无线桥接和无线repeating 的无线 AP 模式，无线桥接也就是只能在 AP 之间进行通讯， AP 不接受无线客户端的访问；而无线 repeating 既允许 AP 之间互相通讯， AP 也可以与无线客户端进行通讯。所有的 mesh 网络在本质上都是用户流量在离开网络（比如到达有线的 LAN）之前通过多个节点。用户流量到达目的地所要经过的跳数取决于网络的设计、链路的长度、使用的技术以及其它一些因素。 第一代 单模块 mesh方案 (single-radio)所有信息都在同一 信道上 单模块 模式是无线 mesh 最脆弱的方案。接入点仅使用一个信道，此信道由无线客户绕过 障碍物 /webmoney 23 端和回程流量（在 AP 之间转发）共享。 当更多的 AP 加入到网络中的时候，用于回程流量的带宽将会占据越来越高的比例，仅仅留很少一部分容量给无线客户端。此现象的原因是由于无线是一个共享的媒质。 本方案的 AP 不能同时发送和接收数据。而且在其覆盖范围内另一个 AP 正在传输的时候，该 AP 也不能发送数据。这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则 (CSMA/CA)。 简单计算一下就会发现，在 单模块 方案中每个无线客户端只能获得 很有限的吞吐量。举例来说，假设你有 5 个 AP，每个 AP 有 20 个无线客户端与之相连，所有的 AP 和客户端共享同一个 802.11b 信道（ 5Mbps），这样等价于每个用户只能获得少于 50Kbps 的吞吐量比拨号连接还要慢。而且由于所有的无线客户端和 AP 必须工作在同一个信道上，无线资源的竞争和 RF 干扰还会导致不可预期的时延。 第二代 双模块 方案 (dual-radio)回程共享 在 双模块 方案中，一个频道专门用来连接无线客户端，而另一个频道专门用来进行无线回程传输 回程信道同时由 ingress 和 egress 流量共享 。这意味着什么呢？无线客户端流量将得到一些的改善，但是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想。 第三代 多频方案 (multi-radio) 结构化的无线 mesh 在多频（或者称作结构化 mesh）方案中，每个网络节点至少使用三个频道的专用无线链路接口，其中一个频道用于客户端的流量，第二个频道用于 ingress 无线回程流量，第三个频道用于 egress 无线回程流量。这个无线 mesh 网络的方案与 单模块 或 双模块 方案相比提供了很好的性能。因为每个链路都工作在独立的信道上，专用的回程链路可以同时发送和接收数据。 /webmoney 24 3.3 Mesh多跳 难题 分析 随着无线 mesh 网络的普及，其规模和复杂程度持续发展。然而多跳的 mesh 网络遇到越来越多的难题，比如带宽降低，无线干扰以及网络时延等。譬如，在网络中的每一跳吞吐量会下降多达 50%，连续多跳情况下吞吐量下降得更迅速，其结果将导致网络性能的严重降低。在语音和视频应用大量运行的极端情况下，时延和 RF 干扰将达到不可接受的程度，而导致连接完全中断。 传统的 mesh 网络只能提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于大规模网络部署还存 在诸多疑问。因而需要一种新型结构化的无线 mesh，在其网络中无论跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性。 为了具有可实施性，无线 mesh 必须是低时延的网络，为 ingress 和 egress 回程流量提供单独的无线带宽链路（类似于全双工连接），并自动地使用最高的可用吞吐量。它必须是多频、多信道、多 RF 的系统，还应该是模块化的，并且具有扩展为未来技术的灵活性。 这种低时延的 mesh 网络已经在实验室环境（无噪声）和真实环境（有噪声）中进行了测试。测试跳数逐步从 1 跳增加到 10 跳，结果表明即使达到 10 跳，无噪声情况下网络回 程吞吐量只有 4%的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了 40%。时延测试结果也同样令人满意 完全在语音（ VoIP）和视频应用可接受的范围内。 带宽下降测试结果是与为回程流量使用 单模块 的 mesh 网络的最佳情况进行比较的。单模块 mesh 网络在无噪声情况下经过 5 跳后带宽就会令人吃惊地丢失了 80%。 分离的 Ingress/Egress 回程链路 /webmoney 25 带宽降低 当回程被共享的时候，多跳带来的带宽降低的问题尤为严重，比如 单模块 和 双模块 方案。在这些情况下，每个从 AP 到 AP跳越 的流量，其吞吐量都几乎会被削减了一半。对于这类带宽降低模式主要有两个原理。 不管 选择最佳情景原理 的降低为 1/n（其中 n 是跳数），还是选择最坏情景原理的降低为 1/2n-1，带宽降低的数量都是现实存在的，参见下表。 最佳情况的场景是假设所有的节点都以线性的方式排列，类似于一个珍珠串，每个节点只能和它两个邻接的节点通信。但是在实际部署的 mesh 网络中，任何一个节点都能 侦听 到至少 3 个或 4 个邻接的节点。这时，带宽降低更加类似于最坏情况的情景。下图说明了802.11a/g 和 802.11b 采用 单模块 方案在最佳情况的场景下吞吐量降低的情况。 在 802.11b 情况下，此表的起始吞吐量为 5 Mbps因为 802.11b 任何信道的毛数据速率为 11 Mbps，其有效吞吐量接近于 5 Mbps。类似地， 802.11a/g 的有效吞吐量接近于 24 Mbps。正像前表中所显示的一样，即使在最佳情景的时候，对于中等规模和大规模环境，带宽的损失也是不可接受的。 /webmoney 26 无线干扰 无线干扰是一个十分重要的问题，它将影响到无线网络的性能。简单地说，无线干扰可以定义为非期望的信号干扰了其他无线通信设备的正常操作。在当今的无线网络中，802.11b 和 802.11g 是企业和服务提供商向用户提供无线覆盖最常用的技术。而大部分无线 mesh 部署都是 使用 802.11b 作为无线回程的基础架构，这些网络回程带宽很容易受到来自于相同频段内工作的邻近设备无线干扰的影响。 无线干扰还会导致传输错误，这些错误可能会混合。而且需要注意的是，在网络不同的部分干扰也千差万别。就像前面所提到的， 单模块 和 双模块 方案在网络中使用同一个回程信道，当网络中任何部分受到了干扰的影响，整个网络的性能将会降低。而且，这些方案不能修改网络中该部分的配置（比如调整信道）来避免干扰。 Wi-Fi 网络并不是工作在免许可的 2.4 GHz 和 5 GHz 频段的唯一无线设备。还有其他类型设备工作在这些频 段，包括安全系统、对讲系统、无绳电话以及其他很多设备。另外，也有一些电子设备会在免许可频段内泄露无线信号（比如微波炉、计算机和移动电话）。这些设备会导致不同方式的干扰，可能是暂时的（比如微波炉）或持续的（比如无线视频监控摄像机）。 网络时延 VoIP 的应用是 Wi-Fi 的一个关键驱动力。建立和部署 Wi-Fi 和 IP 电话融合的解决方案可同时支持语音和数据服务，该解决方案可能会使得 WLAN 在企业中得到广泛应用。为了支持这些语音和视频应用，就要求网络具有很小的时延和抖动。 当分组包在网络节点之间转发的时候，一定会存 在处理时延。在大规模广域 mesh 网络中，通常需要很多到有线网络的终止点来避免过多的时延 但是这样就不能充分发挥无线 mesh 网络的优势。而且，随着时延的增加，语音和视频应用将受到严重的影响（尤其当无线客户端漫游的时候），甚至可能会导致连接完全中断。 当 mesh 使用 layer 3（路由）协议的时候将会引入另一个问题，也就是在使用 layer 3 协议的时候，帧头开销可能会很小，因此数据比较适合小规模或中等规模部署的网络，而不适合支持很多用户的大规模环境，这些用户会漫游并使用语音和视频应用。 时延会影响整个无线网络 的性能，而导致时延的原因有很多种，包括啁啾声，拥塞，超 /webmoney 27 时和重传。带宽时延产品（ Bandwidth Delay Product， BDP）是用来测量网络链路能力的一个产品 可以考虑在设计和部署大规模网络时应用。 3.4 第三代 多模块无线 mesh解决多跳难题 对于大规模无线网络部署，尤其在语音、视频和数据漫游应用很关键的时候，将需要新型的无线 mesh 技术 提供专用的无线链路、 802.11a 用于回程流量、低时延交换、蜂窝状的客户端覆盖。要想在任何时候都提供最佳的性能，这样的网络必须是模块化的、多频、多信道、多 RF 的 mesh。同时具有以下特点：非常灵活，完全可扩展的，而且是面向未来技术的，比如 WiMAX、 802.11n (MIMO)或者 Ultra-Wideband (UWB)。 专用无线链路 在建立一个高级的 mesh 网络时，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 节点和有线 VLAN 交换结构设计上的相似性。他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（ Client Connect）的下行方向回程和网络级连（ Network Connect）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 节点（回程）关联。网络级连无线模块必须根据到网络 egress（有线网络）的最佳可能路径为中继回程流量（ ingress 和 egress）建立与另一个 mesh 节点的链路。对于 repeater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 多接口无线 mesh 节点 vs 有线交换机 /webmoney 28 一个用于 ingress 流 量（回程），一个用于 egress 流量（回程），还有一个用于无线终端（用户接入）。下图阐明了这一概念。 802.11a无线回程 终端连接与网络连接 /webmoney 29 这个新型结构化的无线 mesh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 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 (Unlicensed National Information Infrastructure)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会不产生相互干扰。 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 网络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 网络都集中在 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。 /webmoney 30 蜂窝状覆盖 mesh 网络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 网络的有效性，可 分别在无噪 声环境和真实环境中做了一系列测试，跳数从 1 到增加到 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 网络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。高速应用下的低时延交换 /webmoney 31 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 网络的行为。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 网络的行为，所有测试都是使用 802.11a 作为无线回程的情况下完成的。 网络测试结果 在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 10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。 测试场景 /webmoney 32 带宽降低测试结果与 单模块 和 双模块 mesh 网络最佳情景相比较， 单模块 和 双模块mesh 网络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。 结论 多跳大规模无线 mesh 网络对带宽降低，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，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网络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网络来解决多跳的难题。这一新型网络需要使用模块化的、多频、多信道、多 RF的 mesh网络系统，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。 /webmoney 33 4 技术选型 4.1第三代多模块 mesh网状网组网 Strix Access/One 产品支持 mesh 拓扑组网技术，设备节点之间采用无线级联方式通信，同时每个节点都可与其他节点使用点对多点 point-to-multipoint 的方式连接。这样，可构建的网状网络内每个节点都有一条以上的无线上联链路，提高了无线传输服务的可用性。 从拓扑角度来说， mesh 拓扑结构超越了传统无线网桥的点到点、点到多点的拓扑结构，从而从根本上解决了城市范围内大规模无线网络部署中存在的建筑物等阻挡物的影响。 基于 802.11g/a/j 技术的 mesh 网络 的无线链路带宽为 54Mbps，通过使用 Turbo模式，无线链路带宽可高达 108Mbps，为大规模的城域使用提供了高带宽基础。 Strix mesh系统同时支持 2.4GHz、 4.9GHz 和 5.8GHz，支持多种无线覆盖和回程的组合，可以有效地提高系统对多个频率的使用效率。 如上图所示， Strix mesh系统可以采用 802.11g （ 2.4GHz）或者 802.11a（ 5.8GHz）作为节点之间的无线互联技术，同时每个无线 mesh 节点提供 802.11g 或者 802.11a 的用户覆盖。目前 2.4GHz 802.11g/b 具有 3 个非重叠信道， 5.75.8GHz 的 802.11a具有 5 个非重叠信道，如果同时利用 5.15.3GHz 和 5.45.7GHz 将提供 24 个非重叠的 802.11a信道。这种多频率、多信道的无线组网方式可以更有效的在 2.4GHz和 5.8GHz频段避免外来的干扰。 Strix mesh 室外基站 OWS在支持 2.4GHz/5.8GHz 的基础上，同 /webmoney 34 时支持 4.9GHz 的使用，作为需要授权使用的频段， 4.9GHz 频率更加 干净 ，能够提供更多的即可用于无线覆盖也可以用作无线回程的无线频率资源。 4.1.1 部署维护简单 自动 配置、自动发现 Strix mesh 系统具有自动配置能力，当网络节点启动后，该节点内的各模块互相自动发现并且自动确定各自的工作模式、智能扫描信道等功能，无需进行每个设备的手工配置。当网络中一个或者多个新加入的节点时，系统也可以自动发现新节点，通过管理界面对节点进行 mesh 组网授权后，新节点会自动下载配置。 Strix mesh 系统自动配置和自动发现的能力降低了网络部署和管理运维的工作负荷。 4.1.2 网络稳定性 自动调节、链路自愈 无线网络连接建立后形成 mesh 结构，每个网络节点以一定的时间间隔不断的执行决策算法。 每个节点具有的分布式智能以信号强度和网络性能为指标，在多条无线链路中选取最优路径路由流量，并且不断动态调整数据路径，限制了广播并且消除了瓶颈。这保证了任何由于网络单元被增加或是移除导致的网络拓扑变化都可以立即被检测到并进行相关的措施，保证网络总是处于最优的性能和运行状态。这样，网络必须具备了以下两个自组网特性 : Self-tuning 性能自我调节 Self-Healing 链路自动修复 如下图所示，在故障发生前， mesh 网络节点保持主链路、备选链路的信息，并且不断的动态的更新链路信息列表；当网络中的某一点 由于供电、损毁等原因出现故障，其他周边设备会迅速的在备选链路表中，选取具有最优参数的备选链路作为主链路； Strix Mesh系统的 SMFR (Scalable Mesh Fast Re-route)算法提供迅速的链路修复，在毫秒级别即完成主备链路的切换，整个过程对于网络中的最终用户都是透明的，不会造成用户的数据、语音或视频等应用的中断。 /webmoney 35 Mesh 拓扑图 故障发生前 Mesh 拓扑图 故障发生后 4.1.3 多模块、多信道、多射频技术 mesh Strix Access/One 产品支持多模块、多信道和多射频技术进行 mesh 组网，如下图所示 -每个节点都有多个不同功能的无线模块，分别处理无线终端接入、 mesh 回程和 mesh扩展等，利用多个专用模块提高无线 mesh 内部的性能。如下图所示 : /webmoney 36 同时，每跳都是使用不同的 2.4GHz 或者 5.8GHz 信道进行传输，大幅度的改善了多个 mesh 节点之间或者外界射频环境带来的干扰。 这种多模块、多信道、多无线技术的无线网状具有非常好的多跳能力，其多跳 TCP 吞吐 量指标如下所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10N o i s e - F r e e 2 3 . 8 0 2 3 . 8 0 2 3 . 7 0 2 3 . 5 0 2 3 . 4 0 2 3 . 4 0 2 3 . 3 0 2 3 . 2 0 2 3 . 1 0 2 2 . 9 0R e a l i s t i c 2 1 . 3 0 2 0 . 1 5 1 9 . 1 5 1 8 . 7 0 1 7 . 8 0 1 6 . 5 5 1 5 . 2 0 1 4 . 2 5 1 3 . 0 0 1 2 . 1 5N u m b e r o f H o p sA c c e s s / O n e T h r o u g h p u t C a p a c i t y ( M b p s ) 在实验室条件下每跳吞吐量下降在 1%以下，在实际应用环境下，每跳吞吐量下降在10%以下。 多扇区 Strix 室外型 mesh 系统， OWS支持多种类型的外接天线，如全向天线、定向天线、扇区天线和抛物面天线等。 Strix OWS的多模块架构可与多种扇区天线组合，如 120 度扇区天线，组成具有 3 个扇区的 mesh 网络节点。 802.11G 2.4 Ghz 802.11G 2.4 Ghz 802.11G 2.4 Ghz 802.11A 4.9 to 5.8 Ghz 802.11A 4.9 to 5.8 Ghz 802.11A 4.9 to 5.8 Ghz /webmoney 37 Strix OWS 支持的多扇区可以是 2.4GHz、 4.9GHz 或者 5.8GHz，并且可以按照网络性能需求，构建 3 扇区、 4 扇区、 6 扇区或者 8 扇区。每个扇区都有专用的无线模块处理业务流量，这样多扇区在提供 360 度覆盖的前提下，达到了成倍的提高节点总体容量的目的。扇区天线也能够提供比全向天线更高的增益，如 120 度扇区天线的增益通常是 360度全向天线增益的一倍，理论上可以提高 50%的覆盖范围。这样，多扇区构架能够提供更大的覆盖范围，以及更好的将无线信号穿透墙壁和窗户，进行从室外向室内的无线覆盖。 频率规划 Strix mesh 支持 2.4GHz、 4.9GHz 和 5GHz 等频段的灵活使用，以上 3 种中的任何技术都可以作为骨干互联或者终端 覆盖。考虑到目前 2.4GHz 频段的高使用量，推荐采用4.9-5.8GHz 频段作为 mesh 节点无线互联的无线技术，提供更多的非重叠信道。 mesh 多扇区构架与 GSM/CDMA 移动通信中的多小区部署非常相似，可以充分的利用多信道的频谱资源，并且具有自动的动态的降低干扰的功能。 通过多射频技术使用和合理的多信道规划，相邻扇区使用的信道间隔在 2 个信道或以上，相邻 mesh 中继节点使用的信道间隔在 1 个信道或以上，这样充分的保证系统整体性能，并且降低干扰的影响。 作为未来可能的公共安全专用频段， 4.9GHz 需要无线电管理 机构授权审批后才能使用，可以更加有效的避免开发频段带来的干扰。 Strix OWS室外基站以支持 4.9GHz，通过软件配置即可在 4.9-5.8GHz 全频段下进行频点选择。 /webmoney 38 降低总体成本 多模 mesh 网络内部性能损耗非常低，不需要额外几倍地增加光纤点来弥补内部性能损耗。这样，多模 mesh 的多跳高吞吐能力可以保证在同等的光纤资源下，比传统网桥、单模 mesh 和双模 mesh 等技术提供更广阔的覆盖和接入范围。从另外一个角度来说，对于覆盖某个特定区域， Strix 多模 mesh 组网所需要的光纤节点远少于单模 mesh/双模mesh。 如下图所示，多模 mesh 组网通常采用 5-10 跳以上的网状网部署，而单模 mesh/双模 mesh 仅能采用 2-3 跳的部署方式。 光纤点的节省意味着初期的额外的光纤部署成本 (CAPEX)和运营期间的光纤租用成本(OPEX)。因此，多模 mesh 组网毫无疑问地降低了网络的总体成本。 多模 mesh 组网拓扑 单模 /双模 mesh 组网拓扑 2.4GHz/4.9GHz/5.8GHz 支持 Strix mesh 支持多种无线频段和射频技术的使用， 2.4GHz、 4.9GHz 和 5.8GHz 可以灵活在 Strix Access/One 网络内使用；同时提供 2.4GHz、 4.9-5.8GHz 的混合覆盖，实现了关键应用与公共运营业务的分频点使用，即频段无需授权使用的 2.4GHz 用于无线网络的公共运营， 4.9GHz 或者 5.8GHz 用于政府用户、公共安全和应急通信等关键应用。 /webmoney 39 4.1.4 车载移动支持 Strix Mesh 技术支持节点间的高速移动和快速切换，移动 mesh 节点通过 Strix私有协议处理切换 /漫游，通过在移动车辆上架设 Strix mesh 节点和全向天线，即可在固定的多个 Strix mesh 节点之间进 行高速移动和切换。目前的实际测试表明，移动车载的移动速度可高达 150km/h 以上，车载 mesh 节点与固定 mesh 节点之间的每次切换可在 100ms内完成。 Strix Access/One OWS 2400 系列产品也是为移动应用所设计和优化的。这些节点可以安装在车辆内使用。对于移动性的关键市场是交通、公安、消防和公共设置车辆等。在车辆内的 OWS 2400设备直接与固定的基础架构 OWS节点通信，可以扩展 Wi-Fi 的覆盖，满足应急通信和其他远程接入用户的需求。 在应急救灾中，必须尽快的作出决策，而无线城域网络使之 成为可能。 该特性允许在移动车辆部署高清晰视频监控，如公交、警务车辆，或者应急救灾中的工作车辆。使视频监控图像可以通过 mesh 网络实时的回传到统一的指挥调度中心， 作为重要决策的依据； 并且可以实时的下载区域的卫星地图、建筑物结构图、消防水龙头分布、公共财产记录和犯罪信息记录的等等数据 。 利用 Strix mesh 对快速切换的支持，可以轻易的完成高清晰的移动视频监控。 Strix Access/One 同时支持快速的临时网络搭建，在多个车辆之间或者与固定基站一起快速组建临时 mesh 网络，同时提供 2.4GHz、 4.9GHz 和 5.8GHz 的应急宽带无线接入。如下图所示： 无线 mesh 提供的高速移动的无线宽带通信平台，可以在现场实时地完成信息的收集、回送、更新的功能，将提高应急队伍响应速度和效率。 /webmoney 40 4.2 多业务无线网 城域级别或者区域级别的无线网络部署要求政府部门、公共安全、公众服务和公共运营用户，如居民、商户、公司和城市外来访客可以并发的使用无线网络，同时要求不同的用户组能够得到不同的安全级别和 QoS服务质量。 4.2.1 标准终端支持 Strix Access/One mesh 系统支持标准的 802.11 技术，包括 802.11b/g/a/j 技术。用户可以利用现有的笔记本、 PDA 等内置或外接 Wi-Fi 适配器的手持终端，实现无线网络接入，而不需要购买或者安装额外的硬件。 4.2.2 多用户安全接入 无须多个不同用户分别建立各自的专网，通过使用一套 Strix mesh 多用途无线网络，就可以让不同用户组都拥有他们自己的私有网络 使用各自不同的 IP 地址规划、服务级别和安全设置，以保证多个用户可以同时使用一套城域 mesh 网络。如对于市政使用，包括公安、消防、应急服务等部门都有各自的私有网络，并且采用不同的访问和安全策略将多个部门分开管理。同时，这个网络也可以为 公共运营使用，每个用户组都可以确保他们的数据是与其他用户组隔离的。 将多个用户隔离的主要方式就是无线 VLAN 方式。 Strix Access/One 支持multi-SSID/VLAN 功能，基于 802.1q 标准协议，每个无线模块支持 16 个不同 BSSID的 SSID、 256 个 VLAN 和 4096 个 VLAN 标签。 VLAN 标签可以通过 BSSID 或者 Access Control List (ACL)进行定义。 BSSID无线网络标示可以配置为隐藏状态，可有效防止通过窃听发现无线网络的攻击。每个 BSSID和 VLAN 都可以具有不 同的认证和加密的安全配置。 这样，通过为不同组群用户设置独特的 SSID/VLAN 就能实现多业务分组，保证不同安全级别的接入，并对各组群的流量采用 802.1q 进行标记，然后配合三层设备将不同组群的流量路由到相应的网络中。 /webmoney 41 4.2.3 服务质量 Strix目前支持基于 Layer 2 (数据链路层 ) 的优先级队列和带宽控制的 QoS机制。这样 QoS机制可以通过 IP 报文 header部分的 VLAN Priorit、 Type of Service(TOS)和 IP Protocol 等方式，对从空中接口进入 Access/One 网络 的流量进行定义，然后将相应的业务流送到不同的优先级队列进行处理。 优先级队列共包括 4 个级别，即 High、 Medium-High、 Medium和 Low，发送 (TX)和接收 (RX)都具有这 4 个级别的优先级队列。 /webmoney 42 不同的应用和不同用户业务流量进行 QoS处理后，对时延敏感的服务，例如保证视频和语音流量被优先的处理；对优先级别要求高的用户流量，例如应急救灾和市政服务用户的优先级别高于公共运营用户，以防止应急救灾中由于大量非关键业务而导致某区域、某时段的网络拥塞，从而优先地保障应急通信、公共安全等应用在城市范 围内的无线通信。 同时， Strix支持预留带宽的 QoS策略。通过带宽预留，受影响的终端地址或者应用将获得受到总体可用带宽的一部分，并且可以指定预留的最大带宽和平均带宽。为了更有效的使用这个特性，建议对网络总体可用带宽做评估后，再决定带宽的分配，确保带宽预留策略可以保证特殊用户组的需求，并且仍然为其他非预留用户提供一定的带宽。 下图显示了如何使用 Access/One 网络为公共安全的不同应用制定优先级别。在这个例子里，通过端口和服务器 IP 地址定义优先级别。在公共安全网络，公安部门的 CAD 调度系统得到最高的优先级 别， 28/29 查询 (人口 /车辆查询 )给予第二级别的优先级，而视频监控作为第三级别，并且为其定义带宽限制，以避免消耗过多的网络带宽。 /webmoney 43 这样，建成后的无线 mesh 网络不仅可以为公共安全和应急救灾提供无线接入服务，更可作为一个运营平台为集团用户、个人用户提供高带宽无线数据接入、 Wi-Fi 电话等多种服务；并且各种不同用户组的同类型的应用也可以给予不同的优先级别。 /webmoney 44 4.3 安全性 随着 Wi-Fi 网络的流行，以及企业、热点、制造业、医疗、公共事业等行业开始认识到通过部署无线网络带来的工作效率提升和商业价值，对于无线网络 安全的讨论也在不断的受到关注。无线网络改变人们工作和生活的同时，传统上认为的机房内的物理安全等网络的物理界线也随之改变，面临了多种外界的潜在攻击，试图为授权进入网络。 Wi-Fi 无线网络是非常易于使用的系统，可以为用户提供非常方便的无线网络接入。但是从安全角度来看，建立链路必须的信息也是获取未授权访问所需要的信息。针对安全专家所提及的典型攻击 -协议分析、主动 /被动侦听、 man-in-the-middle、会话截取等等，真正的问题是保护那些进行这些攻击所必须的信息。 Strix Access/One 系统及其配 合的标准软件 /硬件安全系统允许用户设立根据策略(Policy)实施无线网络安全，保证敏感数据的完整性，提供完整的用户认证、鉴权，无线流量加密并且实时监测网络活动等等；并且使用 mesh 节点间的通信加密、新节点认证授权等多种机制，保证 mesh 无线网络骨干的安全。 Strix Access/One 系列产品支持目前业界先进的 802.11i 无线安全标准。在加密方式上支 持 WEP、 TKIP 和 AES，认证方式上支持明文、共享密钥、 MAC 地址和 802.1x等多种方式，确保仅有被授权的无线终端才能接入到网络中。 4.3.1 WEP/TKIP/AES 支持 WEP 安全协议基于 RC4 算法，仅能提供 4 种可能的密钥，并且在收集到了足够的流量后，仅有十几分钟即可破解。到 2001 年为止， WEP 的安全瑕疵已被广为人知。除非配置了对于特定 MAC 地址的密钥，所有的终端和无线基站通常使用共享密钥。密钥长度为64(40)或者 128(104)位，初始向量为 24 位，仅有一千六百万种组合。由于初始向量位数太短并且都是明文发送，往往一定量的流量后就会出现重复， WEP 使用 XOR 方式产生密钥，并且同一密钥的使用时间过长。 为了解决 WEP 的安全问题， Wi-Fi 联盟引入了 TKIP 来加强安全机制。 TKIP 采用了旋转密钥并且使用新息完整性 (MIC)。由于 MIC 需要相当的处理资源， Strix Access/One产品提供了足够的处理能力，确保性能不会因使用 TKIP 而受到影响。 /webmoney 45 AES协议 (Advanced Encryption Standard)作为 DES的替代技术，具有更理想的安全性 -AES 128-bit 密钥的排列组合是 DES 56-bit 密钥的 1021 倍，假设一部机器在一秒钟内可以破解 DES 密钥，那部机器得花上大约 149 兆年才能破解一个 128 位元的AES 密钥，因此被普遍 认为是无法破解的。 静态的 AES可以保护认证信息交换，因此仅有 MAC 地址信息是明文的，证书和动态加密密钥都是被加密的。一旦用户被认证，动态的 AES开始执行，快速的密钥更换足以击败任何解密者的努力。 Strix Access/One 协议产品完全支持 WEP、 TKIP 和 AES，并且采用 152-bit AES加密 mesh 节点之间的通信。 4.3.2 MAC地址认证和 SSID广播控制 Strix Access/One 支持基于 MAC 地址的增强认证。 MAC ACL (Access Control List)采用 Wi-Fi 无线网卡的地 址比对数据库以进行认证。不过，控制大量的 MAC 信息将带来一定的管理负荷。每