一、Mesh組網(wǎng)初了解

1、Mesh組網(wǎng)是什么？

Mesh是一種多節(jié)點、無中心、自組織的無線多跳通信網(wǎng)絡（注：當前也有部分廠家及應用市場引出了有線Mesh及混合互聯(lián)：即有線+無線的概念，但我們這里主要討論傳統(tǒng)無線Mesh，因為在很多特殊應用場景下，是不具備布線條件或者說布線起來十分困難且使用不便的），網(wǎng)絡中的任何無線設備節(jié)點都可以作為路由器發(fā)送和接收信號，并且都能以任意方式動態(tài)地保持與其他單個或多個節(jié)點的連接通信。無線Mesh可以與其它網(wǎng)絡協(xié)同通信，以解決有線網(wǎng)絡覆蓋不到的絕大部分區(qū)域的通信問題。

2、網(wǎng)絡形態(tài)

Mesh網(wǎng)絡拓撲形態(tài)并不固定，完全依據(jù)各節(jié)點之間的信道質(zhì)量自適應變化，如以下幾張圖片所示4個節(jié)點組網(wǎng)時的網(wǎng)絡拓撲變化。

1) 鏈式拓撲

各節(jié)點之間鏈式分布，只有相鄰的兩個節(jié)點可以直接通信。

節(jié)點2、3、4回傳視頻數(shù)據(jù)給節(jié)點1，但節(jié)點4需要節(jié)點3、2作為中繼，節(jié)點3需要節(jié)點2作為中繼。

2) 星型拓撲

各節(jié)點之間以星型方式連接成網(wǎng)，網(wǎng)絡中有中央節(jié)點，其它節(jié)點都與中央節(jié)點直接相連。

節(jié)點2、3、4直接回傳視頻數(shù)據(jù)給節(jié)點1。

3) 網(wǎng)狀拓撲

由多個節(jié)點將多種類型網(wǎng)絡連接起來，可讓網(wǎng)絡選擇一條最快的路徑傳輸數(shù)據(jù)。

節(jié)點2、3、4回傳視頻數(shù)據(jù)給節(jié)點1，但節(jié)點4需要節(jié)點2作為中繼，節(jié)點2、3直接回傳到節(jié)點1。

二、Mesh組網(wǎng)的特點分析

1、Mesh組網(wǎng)特點

1) 不需要通訊節(jié)點之外的設備（基站）

2) 由兩個或兩個以上節(jié)點組成，且增加節(jié)點方便

3) 無中心靈活組網(wǎng)

4) 不需要或極少配置

5) 支持任意節(jié)點之間的相互通信

6) 支持多次中繼

2、Mesh組網(wǎng)優(yōu)勢

1) 快速部署：安裝簡單，上電即可。

2) NLOS：直視距節(jié)點可轉(zhuǎn)發(fā)信號給非直視距節(jié)點 。

3) 穩(wěn)定性：節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動無縫路由到更優(yōu)路徑繼續(xù)進行傳輸，且跨路由時不掉線，整個網(wǎng)絡的運行不會受到影響。

4) 結(jié)構(gòu)靈活：每個設備都有多個傳輸路徑可用，網(wǎng)絡可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免節(jié)點的通信擁塞。

5) 自同步：當主路由無線配置信息修改時，子路由會自動同步wifi等參數(shù)配置（新增節(jié)點接入后也無需設置即可自動同步）

6) 大帶寬：節(jié)點數(shù)量多，經(jīng)多個短跳傳輸數(shù)據(jù)時，干擾較小數(shù)據(jù)丟失少，總帶寬大。

3、局限以及攻克

傳統(tǒng)Mesh網(wǎng)絡的主要局限性在于節(jié)點限制以及轉(zhuǎn)發(fā)延遲，因而對于超大型的網(wǎng)絡使用場所以及對于實時性要求很高的網(wǎng)絡場景，Mesh存在一定的局限性。

基于此，希諾麥田借鑒4G、5G經(jīng)驗，基于場景深度定制，實現(xiàn)了無線基帶及調(diào)度協(xié)議全自研，打造出了全自定義無線寬帶Mesh自組網(wǎng)產(chǎn)品。具有低延時、遠距離、大帶寬、圖像壓縮、可二次開發(fā)的優(yōu)點，并逐步實現(xiàn)32節(jié)點到128節(jié)點的突破，解決了目前圖像無線傳輸中延時、畫質(zhì)、距離三難全，以及4G/5G公網(wǎng)覆蓋不足的兩大痛點。并已通過多個客戶測試集成，經(jīng)受市場檢驗，性能PK達到國際領先水平。后續(xù)將持續(xù)進行節(jié)點數(shù)突破以及延遲時間縮減，提供更靈活、高效、便捷的Mesh組網(wǎng)方案。

知識點擴充

Tips： Mesh組網(wǎng)與無線中繼的區(qū)別

以上我們了解了Mesh組網(wǎng)的基本概念和主要特點，那么同樣用來擴大信號覆蓋的無線中繼技術跟Mesh組網(wǎng)方案相比，有哪些不一樣的地方呢？

（1）?線中繼的?絡拓撲結(jié)構(gòu)是固定的，是由?戶設置之初就已經(jīng)定義好的，整個?絡?法保證是最優(yōu)的效果。?臺離線后，可能導致后面的所有節(jié)點癱瘓，無法自動修復。而Mesh可以智能組網(wǎng)，網(wǎng)絡自愈性強。

（2）?線中繼系統(tǒng)中?個路由器相互之間不知道彼此的狀態(tài)，無法主動引導設備連接更好的節(jié)點，設備從主路由連接到中繼路由時會出現(xiàn)明顯掉線。而Mesh可以找到最優(yōu)節(jié)點路由實現(xiàn)?縫漫游且無卡頓。

（3）?線中繼需要逐個配置SSID、密碼，并選擇需要中繼的?絡，步驟繁瑣，門檻較高。不像Mesh一樣具備自同步功能。

三、Mesh網(wǎng)絡分層

從網(wǎng)絡分層的視角觀察，Mesh覆蓋了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及部分網(wǎng)絡層的功能，如下圖所示。

Mesh在分層網(wǎng)絡中的位置

01 物理層（PHY）：

提供了用于傳輸數(shù)據(jù)的物理設備及接口，對于Mesh而言，其提供了無線傳輸（空口）、以太網(wǎng)、串口等數(shù)據(jù)傳輸接口。

02 數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）：

定義了數(shù)據(jù)在鏈路上的傳輸方式。傳統(tǒng)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為兩個子層，邏輯鏈路控制（LLC）層和媒體訪問控制（MAC）層，但在我司的Mesh產(chǎn)品架構(gòu)中，未明確區(qū)分LLC和MAC，只有MAC層，主要定義了數(shù)據(jù)傳輸幀格式、用戶接入方式、接入傳輸控制等。

03 網(wǎng)絡層（NETWORK）：

Mesh中網(wǎng)絡層的主要任務是為網(wǎng)絡上的不同主機提供通信，主要實現(xiàn)路由控制算法，為不同的數(shù)據(jù)包選擇合適的傳輸路徑，并不具備傳統(tǒng)意義網(wǎng)絡層中流量控制、擁塞控制等功能。

其中，MAC層以及網(wǎng)絡層中的路由控制是我們關注的重點。我司產(chǎn)品的MAC層采用時分多址（TDMA）協(xié)議，從而引出幀、時隙、多跳等概念。

四、組網(wǎng)術語理解

1、頻率（Hz）

頻率，是單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，是描述周期運動頻繁程度的量，單位為赫茲。無線通信中的頻率指的是電磁波的頻率，即信號波形在一秒內(nèi)重復的次數(shù)，一秒變化一次就是1Hz。

2、頻段

頻段指的是電磁波的頻率范圍，用作無線通信的頻段只是電磁波頻段中的一部分。

3、帶寬（Hz 或者 bps）

在通信領域，帶寬指的是頻段上用來通信的一小段頻率范圍，即無線信號的頻率寬度，單位是Hz。

注：

在計算機網(wǎng)絡領域，帶寬指網(wǎng)絡系統(tǒng)的通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的能力，即表征單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的"最高數(shù)據(jù)率"，單位是bit/s

4、頻點

頻點是給固定頻率的編號，它代表了帶寬上某個具體的發(fā)射頻率。

以上幾個概念比較抽象且易混淆，下面分享一個視頻來幫助大家理解記憶：

視頻資源加載失敗

（視頻源自B站@捻葉成劍，版權(quán)歸原作者所有）

5、發(fā)射功率（dBm）

這里先插一個概念：dB，dB是一個相對值，它表示功率P相對于參考功率P0的大小關系，公式是dB=10lg（P/P0）。由這個公式可以知道：

dB＋3=發(fā)射功率×2，因為10lg2=3

dB＋10=發(fā)射功率×10，因為10lg10=10

同理可得：

dB-3=發(fā)射功率÷2

dB-10=發(fā)射功率÷10

總結(jié)為口訣即：

“加3乘2，加10乘10;

?減3除2，減10除10”

接下來我們來說dBm，它是以1mW功率為基準的一個比值，即把dB公式中的參考功率P0固定成了1 mW，即dBm=10lg（P/1mW）所以是用來表示功率絕對值的一個概念。射頻發(fā)射功率單位一般是dBm。

例如：發(fā)射功率為1W，換算成dBm就是10lg（1W/1mW）即10lg（1000）= 30dBm。1W=30dBm，總結(jié)為口訣即:

“30是基準，等于1W整”

結(jié)合以上兩組口訣(第一組口訣對dBm同樣適用），就可以快速進行很多功率運算了，來個熱乎的例題試一下：

43dBm=30dBm+10dBm+3dBm=1W×10×2=20W41dBm=30dBm+10dBm+10dBm-3dBm-3dBm-3dBm=1W×10×10÷2÷2÷2=12.5W

此外，結(jié)合以上知識點及對數(shù)運算法則，也可以推導出另一個公式來進行W和dBm的換算：

dBm=30+10lgP，P的單位：W

大家可以根據(jù)實際需求選擇使用。

例：40W換算成dBm，為30+10lg40=46dBm

6、接收功率（dBm）

RSSI：無線接收信號強度指示（Received Signal Strength Indicator），單位是dBm，計算公式為10lg（接收功率值/1mw）。因為無線信號多為mW級別，當數(shù)值小于1mW時，轉(zhuǎn)化為dBm一般為負值。只有在理想狀態(tài)下，即無線路由器發(fā)射的功率都被無線網(wǎng)卡接收到了，此時的dBm值為0，當然在實際傳輸過程中是很難達到的。實際應用中dBm值越接近于0，信號強度越好，如-50dBm說明接收到的無線信號強度要高于-70dBm。

Tips：接收功率為什么會如此之小呢？

無線路由器發(fā)射功率一般都是100mw，還有更高的。但是接收功率值通常卻小于1mW。以-50dBm為例，它表示接收到的信號為0.01μW，僅為發(fā)射功率100mw的10000000分之一。實際上這個是正常的傳輸，就好像太陽發(fā)出的能量只有一億分之一被地球接收到一樣，接收功率肯定要遠遠小于發(fā)射功率。

7、靈敏度（dBm）

接收機能夠識別到的、最低的電磁波能量，單位也是dBm；即能接收到的最小功率信號。

Mesh設備的靈敏度通常在-100dBm左右，靈敏度負的越多，信號強度就越低，靈敏度也就越高，傳輸距離也就越遠。

8、底噪(dBm)

即背景噪聲，一般指電聲系統(tǒng)中除有用信號外的總噪聲。

9、信噪比（dB）

信噪比（SIGNAL NOISE RATIO，SNR or S/N），即放大器的輸出信號的功率，與同時輸出噪聲功率的比值，一般以分貝(dB)為單位。例如，某設備的信噪比為80dB，即輸出信號功率是噪音功率的10^8倍。信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，采集到的的信號質(zhì)量越高，否則相反。

在Mesh中功率和底噪用dBm表示，則信噪比用dB表示為：功率 - 底噪；例：接收功率為-80dBm，底噪為-97dBm，則信噪比為: -80 -（-97）= 17dB。（這里注意：一個dBm減另一個dBm時，得到的結(jié)果用dB表示）

10、碼流（Mbps）

碼流(Data Rate)是指視頻文件單位時間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，也叫碼率或碼流率，單位是Kb/s或者Mb/s

11、幀長（ms）

幀是Mesh網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧?，Mesh網(wǎng)頁里的幀長表示的是發(fā)射周期，單位為毫秒。

12、時隙（slot，單位ms）

表示幀長里面的具體的毫秒數(shù)，通常說到時隙的時候，會具體到時隙位置和時隙長度。

幀與時隙的關系：

幀、時隙是從時域角度去定義的，時隙是比幀更小的時間段，它可以理解成是幀的組成單位。在時分系統(tǒng)中，一個幀里面的不同時隙可以用來傳輸不同用戶、不同上下行的數(shù)據(jù)或者信令，實際上構(gòu)成了物理層面的信道概念。（在不同的系統(tǒng)里，幀與時隙的時間長度是不一樣的，一幀包含的時隙數(shù)也會不同。）