MESHネットワークとは

メッシュネットワークは「無線グリッドネットワーク」であり、アドホックネットワークから発展した「マルチホップ」ネットワークであり、「ラストワンマイル」問題を解決するための重要な技術の1つです。次世代ネットワークへの進化の過程において、無線は欠かせない技術です。ワイヤレス メッシュは他のネットワークと連携して通信でき、継続的に拡張できる動的なネットワーク アーキテクチャであり、任意の 2 つのデバイスがワイヤレス相互接続を維持できます。

概況

マルチホップ相互接続とメッシュ トポロジの特徴により、ワイヤレス メッシュ ネットワークは、ブロードバンド ホーム ネットワーク、コミュニティ ネットワーク、エンタープライズ ネットワーク、メトロポリタン エリア ネットワークなどのさまざまなワイヤレス アクセス ネットワークに対する効果的なソリューションに進化しました。ワイヤレス メッシュ ルーターは、マルチホップ相互接続を通じて AD ホック ネットワークを形成します。これにより、WMN ネットワーキングのより高い信頼性、より広いサービス カバレッジ、より低い初期費用が実現します。WMN はワイヤレス AD ホック ネットワークの特性の大部分を継承していますが、いくつかの違いがあります。一方で、ワイヤレス アドホック ネットワーク ノードの移動性とは異なり、ワイヤレス メッシュ ルーターの位置は通常固定されています。一方、エネルギーに制約のあるワイヤレス アドホック ネットワークと比較して、ワイヤレス メッシュ ルーターは通常、固定電源を備えています。さらに、WMN はワイヤレス センサー ネットワークとも異なり、通常、ワイヤレス メッシュ ルーター間のビジネス モデルは比較的安定しており、一般的なアクセス ネットワークやキャンパス ネットワークに似ていると想定されています。したがって、WMN は、従来のインフラストラクチャ ネットワークなど、比較的安定したサービスを備えた転送ネットワークとして機能できます。短期的なタスクのために一時的に導入される場合、WMNS は多くの場合、従来のモバイル アドホック ネットワークとして機能します。

WMN の一般的なアーキテクチャは、ゲートウェイ ルーター (ゲートウェイ/ブリッジ機能を持つルーター)、メッシュ ルーター (アクセス ポイント)、およびメッシュ クライアント (モバイルまたはその他) という 3 つの異なるワイヤレス ネットワーク要素で構成されます。メッシュ クライアントはワイヤレス接続を通じてワイヤレス メッシュ ルーターに接続され、ワイヤレス メッシュ ルーターはマルチホップ相互接続の形式で比較的安定した転送ネットワークを形成します。WMN の一般的なネットワーク アーキテクチャでは、どのメッシュ ルーターも他のメッシュ ルーターのデータ転送リレーとして使用でき、一部のメッシュ ルーターにはインターネット ゲートウェイの追加機能もあります。ゲートウェイ メッシュ ルーターは、高速有線リンクを介して WMN とインターネット間のトラフィックを転送します。WMN の一般的なネットワーク アーキテクチャは 2 つのプレーンで構成されていると考えることができます。アクセス プレーンはメッシュ クライアントにネットワーク接続を提供し、転送プレーンはメッシュ ルーター間のリレー サービスを転送します。WMN での仮想ワイヤレス インターフェイス テクノロジの使用が増えるにつれて、WMN によって設計されたネットワーク アーキテクチャの人気が高まっています。

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MESHネットワーク方式

メッシュ ネットワークでは、チャネル干渉、ホップ数の選択、周波数の選択などの要素を総合的に考慮する必要があります。このセクションでは、802.11 に基づく WLANMESH を例として取り上げ、考えられるさまざまなネットワーク スキームを分析します。以下では、単一周波数ネットワーキングおよび二重周波数ネットワーキング方式とそのパフォーマンスについて説明します。

単一周波数 MESH ネットワーキング

単一周波数ネットワーキング方式は、主にデバイスと周波数リソースが制限されている領域で使用されます。単一周波数シングルホップと単一周波数マルチホップに分けられます。単一周波数ネットワーキングでは、すべての無線アクセス ポイントのメッシュ AP と有線アクセス ポイントのルート AP が同じ周波数帯域で動作します。図 1 に示すように、2.4 GHz のチャネル 802.11b/g はアクセスおよびリターン送信に使用できます。製品とネットワークの実装時のさまざまなチャネル干渉環境に応じて、ホップ間で使用されるチャネルは完全に独立した非干渉チャネルである場合もあれば、特定の干渉チャネルが存在する場合もあります（実際の環境では後者のほとんどが後者です）。 ）。この場合、隣接ノード間の干渉のため、すべてのノードが同時に送受信することができず、マルチホップ範囲でネゴシエートするには CSMA/CA の MAC メカニズムを使用する必要があります。ホップ数が増加すると、各メッシュ AP に割り当てられる帯域幅が急激に減少し、実際の単一周波数ネットワークのパフォーマンスが大幅に制限されます。

デュアル周波数 MESH ネットワーキング

デュアルバンド ネットワーキングでは、各ノードはバックパスとアクセスに 2 つの異なる周波数帯域を使用します。たとえば、ローカル アクセス サービスは 2.4 GHz 802.1lb/g チャネルを使用し、バックボーン メッシュ バックパス ネットワークは干渉なしで 5.8 GHz 802.11a チャネルを使用します。このようにして、各メッシュ AP は、ローカル アクセス ユーザーにサービスを提供しながら、バックパスおよび転送機能を実行できます。単一周波数ネットワークと比較して、二重周波数ネットワークは逆送信とアクセスのチャネル干渉問題を解決し、ネットワークのパフォーマンスを大幅に向上させます。しかし、実際の環境や大規模ネットワークでは、バックホールリンク間で同じ周波数帯域が使用されるため、チャネル間の干渉がないという保証はまだありません。したがって、ホップ数の増加に伴い、各メッシュ AP に割り当てられる帯域幅は依然として減少する傾向があり、ルート AP から遠く離れたメッシュ AP はチャネル アクセスにおいて不利になります。したがって、デュアルバンド ネットワークのホップ数は注意して設定する必要があります。