李李 琪琪【Motorola】【无线无线Mesh构建宽带移动互联构建宽带移动互联】【网络分会：构建无缝移动互联网络网络分会：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QoSMesh网络的安全考虑Meshing: 更好的网络基础架构有有线Internet就是一种网状就是一种网状结构构无无线Internet也可以采用也可以采用类似的网似的网络结构构 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 NetworkWireless MeshMobile CoreBackhaul LayerCapacity Injection LayerMesh Access LayerMesh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摩托罗拉拉为移移动宽带Mesh应用用开开发了了MotoMesh系系统源自于源自于军事事应用用项目目 AP与与终终端完全的端完全的Mesh系系统统 支持支持专专有的有的MEA和公和公开开的的WiFi两两种种无无线线接入接入 广泛广泛应应用于公共安全、交通管理、用于公共安全、交通管理、无无线线城市等城市等领领域域 主要特性主要特性 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完全符合分布式移动宽带接入网络的结构要求IP CoreMesh的标准化的标准化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MeshIETF 发布了4个RFC，重点在Mesh路由协议：RFC2501：MANET definitionRFC3561：AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) routing protocolRFC3626：OLSR(Optimized Link State Routing) protocolRFC3684：TBRPF(Topology Dissemination Based Reverse-Path Forwarding) routing protocolMesh路由协议的选择路由协议的选择两种路由方式两种路由方式Proactive主动式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DECABX多多跳跳网网络中路由算法的中路由算法的选择基本方法基本方法所有所有Mesh节点在所有点在所有时间都都维护路由表路由表优点点路由建立迅速路由建立迅速缺点缺点路由路由开开销较大大需需维护大量路由信息大量路由信息例如例如OLSR基本方法基本方法需要需要时建立路由建立路由, 如有需要如有需要则则保持路保持路由信息由信息优点点较小的路由小的路由开开销缺点缺点路由建立路由建立时延延较大大Route discovery packet flooding例如例如AODVProactiveReactive多多条网条网络路由的路由的两种两种基本方法各有基本方法各有优劣劣Mesh Scalable Routing (MSR)路由路由协议协议摩托摩托罗拉采用拉采用MSR路由路由协议Hybrid Routing混合路由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 WarningRouting metrics thresholdLink Sharing平滑切换链路质量与路径选择链路质量与路径选择LQM (Link Quality Measurement) 为为MSR (Mesh Scalable Routing)提供链路质量信息，提供链路质量信息，MSR决定到达目的地的最佳路由决定到达目的地的最佳路由LQM信息包括信息包括LQ (Link Quality), 代表数据包的完整率 (in %)Route metric, 代表1条路径的cost单单跳和多跳测量值有所不同跳和多跳测量值有所不同One-hop measurementsLink quality (Packet Completion Rate)Data rateLink metricSignal strengthMulti-hop measurementRoute metric (“path selection metric”)预测与预测与测量测量 Prediction vs measurement 当当Mesh节点处于节点处于idle状态状态, 它从相邻节点接收它从相邻节点接收 beacons它只能预测 predict 链路质量当当Mesh节点处于节点处于active状态状态, 它能够主动获取更多信息它能够主动获取更多信息 它能够测量 measure 链路质量测量测量(Measurement) 总是比预测总是比预测(prediction)更准确更准确AP1AP2AP1AP2PredictionMeasurementBeaconRTSCTSDATAACKMotorola Internal Use OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006层2路由技术的优势层层2路由方式可以提供路由方式可以提供更低的每跳时延: 2.2ms roundtrip 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 OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006Mesh接入网络的接入网络的QoSMesh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 有线侧有线侧Backhaul侧的流量整型traffic shapingDSCP or 802.1pMotorola Internal Use OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006MotoMesh QoS50%50%user 2user 225%25%user 1user 115%15%user 3user 310%10%MeshMesh网络内的节点支持数据穿越网络内的节点支持数据穿越Mesh网络时的网络时的QoS 针对单一针对单一Mesh节点节点, 带宽管理允许为不同用带宽管理允许为不同用户及应用分配不同的带宽，以及户及应用分配不同的带宽，以及Mesh无线传输无线传输所需带宽所需带宽 Mesh根节点连接有线网络，支持有线侧的根节点连接有线网络，支持有线侧的IP QoSDSCP or802.1pIP CoreMotorola Internal Use OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006 Mesh网络安全网络安全重点是重点是Mesh节点之间数据传输的安全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 CoreIAPAMAPDMAPEIAPFMAPBMAPCSTAGSTAHSTAISTAJProtected byIntra-MeshSecurityProtected byStation SecuritySTAGSTAIMotorola Internal Use OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006Mesh 安全模式（Security Models） End-to-End模式模式: 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 OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006MotoMesh 实现网络安全的方式 Mesh网络内部安全网络内部安全 主要保障Mesh网络内部, 而利用私有协议或802.11 标准确保终端接入的安全. “Hop-by-Hop” 模式比较容易在现有硬件基础上提供较好的安全，将遵从802.11s标准的建议 分级密钥管理Hierarchical Keys (类似于 802.11r) 允许初始安全认证完成后快速建立安全连接，并限制密钥的散发至后端网络. Mesh网络节点之间通信采用 AES 加密数据加密数据 (类似于 802.11i WPA2). 目前Mesh安全限于Mesh AP内部，将来会延伸至整个ad-hoc mesh网络及终端.Motorola Internal Use OnlyMesh 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 owners. Motorola, Inc. 2006总总 结结多跳Mesh网络很容易扩展无线接入网络Mesh网络的特点是自组网、自愈合、自平衡混合路由机制兼具主动式路由和被动式路由的优势路由带来更低的跳（Hop）间时延和更少的网络开销，并对上层应用没有影响Mesh节点支持数据包穿越Mesh网络的QoS逐跳安全机制提供更多的灵活性