无线mesh构建宽带移动互联

李 琪 【 Motorola】 【 无线 Mesh构建宽带移动互联 】 【 网络分会：构建无缝移动互联网络 】 议程 无线 Mesh的概念 移动网络中 Mesh组网的特点 目前 Mesh标准的状况 Mesh路由协议的选择 Mesh网络的 QoS Mesh网络的安全考虑 Meshing: 更好的网络基础架构 有线 Internet就是一种网状结构 无线 Internet也可以采用类似的网络结构 移动互联网络中的分布式网络结构 多跳（ Multi-hop)Mesh结构很容易扩展移动网络 Mobile Core Network Wireless Mesh Mobile Core Backhaul Layer Capacity Injection Layer Mesh Access Layer Mesh组网结构的优势 Mesh组网能够 网络自组织、自愈、自均衡 Automatic Network Formation and Repair, self healing, self balancing, survivable communications 覆盖范围扩展 更加灵活 网络更加强壮 通过多跳（ Hopping）增加网络吞吐量 减少对有线传输的依赖 摩托 罗 拉 为 移 动宽带 Mesh应 用 开发 了 MotoMesh系 统 源自于 军 事 应 用 项 目 AP与终 端完全的 Mesh系 统 支持 专 有的 MEA和公 开 的 WiFi两种 无 线 接入 广泛 应 用于公共安全、交通管理、无 线 城市等 领 域 主要特性 大于 1Mbps的 传输 速率 全 IP架 构 无需固定基 础设 施 极 高的 网络 健 壮 性 高速移 动 的支持 完全符合分布式移动宽带接入网络的结构要求 IP Core Mesh的标准化 IEEE成立了几个工作组研究 Mesh标准 IEEE 802.11 TGs: 目标是为 802.11 AP的 Mesh组网设计无线分布式系统 (WDS) 标准。 IEEE 802.15.5: mesh across Bluetooth, 802.15.3, and 802.15.4。 IEEE 802.16e: 基于 WiMax的 Mesh IETF 发布了 4个 RFC，重点在 Mesh路由协议： RFC2501： MANET definition RFC3561： AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) routing protocol RFC3626： OLSR(Optimized Link State Routing) protocol RFC3684： TBRPF(Topology Dissemination Based Reverse-Path Forwarding) routing protocol Mesh路由协议的选择 mai n al tA di r ec t B - - AB di r ec t A - - BC di r ec t B - - CD B - - D A - - DE B - - E C - - E两种路由方式 Proactive主动式 路由信息一直保持并持续更新，路由选择迅速高效 大型网络需要太多时间和资源来建立和维护路由表，带来较大的网络开销和较弱的网络扩展性 Reactive被动式 较小的网络开销 需要即时建立路由，增加了数据传输时延 更好的网络扩展性 Motorolas MeshConnex 路由引擎采用主被动混合 的方式 , 实现内置的路由高效和网络扩展， 并减少包头开销，降低时延 D E C A B X ma in a ltB d irec t A - B多跳 网络 中路由算法的 选择 基本方法 所有 Mesh节 点在所有 时间 都 维护路由表 优 点 路由建立迅速 缺点 路由 开销较 大 需 维护 大量路由信息 例如 OLSR 基本方法 需要 时 建立路由 , 如有需要 则 保持路由信息 优 点 较 小的路由 开销 缺点 路由建立 时 延 较 大 Route discovery packet flooding 例如 AODV Proactive Reactive 多 条网络 路由的 两种 基本方法各有 优 劣 Mesh Scalable Routing (MSR)路由 协议 摩托 罗 拉采用 MSR路由 协议 Hybrid Routing混合路由 尽 量 减 少周期性路由更新 (主 动 式路由 仅维护 Mesh节 点至根 节 点 ) 消除 网络 大范 围 的广播 (被 动 式路由 仅 在相 邻节 点之 间 建立 ) 只在需要时建立和维护路由信息 (Reactive part) 快速路由建立至关键节点 Routes are immediately available to most important nodes (Wired APs, Databases, etc.) (Proactive part) 较少的路由开销 较少的内存需求 高度可扩展性 Mesh Routing Metrics 综 合考 虑 hops, data rate, 链 路 质 量， 丢 包率，中 间节 点 类 型 先 连 接后 断开 (Make-before-break) Route Warning Routing metrics threshold Link Sharing 平滑切 换 链路质量与路径选择 LQM (Link Quality Measurement) 为 MSR (Mesh Scalable Routing)提供链路质量信息， MSR决定到达目的地的最佳路由 LQM信息包括 LQ (Link Quality), 代表数据包的完整率 (in %) Route metric, 代表 1条路径的 cost 单跳和多跳测量值有所不同 One-hop measurements Link quality (Packet Completion Rate) Data rate Link metric Signal strength Multi-hop measurement Route metric (“path selection metric”) 预测与测量 Prediction vs measurement 当 Mesh节点处于 idle状态 , 它从相邻节点接收 beacons 它只能预测 predict 链路质量 当 Mesh节点处于 active状态 , 它能够主动获取更多信息 它能够测量 measure 链路质量 测量 (Measurement) 总是比预测 (prediction)更准确 AP1 AP2 AP1 AP2 Prediction Measurement Beacon RTS CTS DATA ACK Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 层 2路由技术的优势 层 2路由方式可以提供 更低的每跳时延 : 2.2ms round trip through a node 更快的路由收敛，切换和自愈 主动式拥塞和干扰消除 Proactive congestion and interference mitigation 与物理层更紧密地结合形成更好的性能和扩展性 更小的代码量 Smaller code footprint 对层 3应用无任何影响，如直接支持 IPv6， PPPoE等 Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh接入网络的 QoS Mesh的 QoS包括无线和有线侧两部分 MotoMesh支持 802.11e WMM on WiFi，以及私有的 QoS优先级 数据包分类 Packet classification 信道优先级划分 Prioritized channel access 优先队列管理 Priority queue management 多跳的包转发和流量拥塞管理，尽量减轻吞吐量的下降 IP QoS 有线侧 Backhaul侧的流量整型 traffic shaping DSCP or 802.1p Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 MotoMesh QoS 50% user 2 25% user 1 15% user 3 10% Mesh 网络内的节点支持数据穿越 Mesh网络时的QoS 针对单一 Mesh节点 , 带宽管理允许为不同用户及应用分配不同的带宽，以及 Mesh无线传输所需带宽 Mesh根节点连接有线网络，支持有线侧的 IP Q S DSCP or 802.1p IP Core Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh网络安全 重点是 Mesh节点之间数据传输的安全 通过一系列的协议和算法来保护数据在 Mesh节点之间传输时免遭入侵 (intruders), 偷窥 (eavesdroppers), 和其它的一些安全攻击 . 更多应用于 Mesh节点之间 Core IAPA MAPD MAPE IAPF MAPB MAPC STAG STAH STAI STAJ Protected by Intra-Mesh Security Protected by Station Security STAG STAI Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 Mesh 安全模式（ Security Models） End-to-End模式 : 认证、授权、加密及完整性检验只在Mesh网络边缘进行，中间节点只负责转发数据，不会参与session，也不被信任 . 隧道是实现端到端安全的典型方式，如 VPN. 对安全通道两端点处理能力要求较高 (如多数 WiFi Mesh AP) Hop-by-Hop模式 : 一条路由中每一 Mesh节点执行认证、授权、加密。中间节点是被信任的 . 用户数据在路径中每个节点进行加密和解密，数据会暴露给中继节点。因此，一般认为，逐跳安全模式的安全性低于端到端的安全模式 如果需要，用户可以在 Mesh安全节点基础上实施端到端的安全加密（如 VPN），实现更高的网络安全目标 Motorola Internal Use Only Mesh Solutions _101606.ppt MOTOROLA and the Stylized M Logo are registered in the US Patent & Trademark Office. All other product or service names are the property of their respective ow ners. Motorola, Inc. 2006 MotoMesh 实现网络安全的方式 Mesh网络内部安全 主要保障 Mesh网络内部 , 而利用私有协议或 802.11