Open Source & Linux Lab

Стандартизация обеспечивает совместимость разработок различных производителей. При наличии стандарта разработка протоколов по поддержке mesh-сетей и внедрение устройств на базе этих протоколов может вестись повсеместно. Разработка mesh-сетей ведется на базе двух технологий: нового WiMAX (IEEE 802.16) и уже существующего Wi-Fi (IEEE 802.11).

Mesh-сети - это сети сетевого уровня модели TCP/IP, функционирующие как обычные локальные сети типа IEEE 802. Так для других сетей и протоколов более высоко уровня mesh-сеть функционально эквивалентна радиовещательному Ethernet. Таким образом, чтобы mesh-сеть действительно была аналогична LAN типа IEEE 802, необходимо обеспечить взаимодействие с другими сетями через ретрансляцию данных на втором (сетевом) уровне и межсетевое взаимодействие на третьем (транспортном) уровне. Эту задачу решит стандарт 802.11s. В свою очередь стандарт 802.16 предназначен … (написать про WiMAX в общих чертах).

Cтандарт IEEE 802.11s находится сейчас в состоянии разработки и имеет статус черновика. Стандарт 802.11s определит способ построения и конфигурации mesh-сетей через добавление и удаление точек доступа.

Стандарт определяет два класса узлов: класс mesh-узлов, поддерживающих mesh-сервисы, и класс не mesh-узлов, включающий простые клиентские станции. Mesh-узел опционально может поддерживать и сервисы точек доступа (AP - «access point»). Сама mesh-сеть состоит из двух и более mesh-узлов, взаимодействующих друг с другом через mesh-сервисы.

Любое устройство, поддерживающее mesh-сервисы, называется mesh-точкой (MP - «mesh point»). Mesh-точка может быть либо только инфраструктурным устройством сети, либо полнофункциональной пользовательской станцией, которая участвует в формировании сети и работе с ней.

Один из особых типов mesh-точек - такой, который предоставляет сервисы точки доступа (AP). Такая MP называется mesh-точкой доступа (MAP - Mesh AP). Простые клиентские станции могут ассоциироваться с mesh-точкой доступа и получать доступ к сети. Сами клиентские станции mesh-сервисы, например, определение маршрута и ретрансляцию, не поддерживают.

Другая особая mesh-точка - mesh-портал (MPP - Mesh Portal) - mesh-точка с дополнительным не-802.11 сетевым интерфейсом доступа в Интернет, служащая точкой входа в mesh-сеть или выхода из нее. Одно устройство может объединять в себе MAP и MPP.

Стандарт также определяет возможность задавать особые опции для ограниченных в мощности mesh-точек. Такие точки могут соединяться только со своими соседями (узлами на расстоянии только одного беспроводного хопа), не используют всю беспроводную распределенную систему (WDS - Wireless Distribution System) и не участвуют в сервисах контроля за перегрузкой каналов связи.

Черновик стандарта определяет не перенаправляющие MP в качестве листьев mesh-дерева, которые способны полноценно действовать в рамках mesh-сети, даже если нет доступных MAP-точек, чего не могут делать простые клиентские станции.

Mesh-сеть может использовать один или несколько каналов взаимодействия, поэтому необходима структура, учитывающая топологию узлов, использующих тот или иной канал связи. Такой структурой является Унифицированный Граф Каналов (UCG - Unified Channel Graph).

Топология mesh-сетей - децентрализованная, что отличает их от обычных Wi-Fi сетей и обеспечивает автоматическую настройку и модификацию сети. По сути mesh-сеть формируется из кластеров, где каждый кластер сформирован на базе mesh-точки (MP). Mesh-точка доступа (MAP) может входить в разные кластеры одновременно. Число кластеров может быть любым, а число узлов в кластере обычно ограничено 8-16 mesh-точками, что необходимо для контроля задержек при передаче данных в сети.

На сетевом уровне стандарт определяет используемый по умолчанию протокол маршрутизации, что обеспечит взаимодействие средств коммуникации от разных производителей. Этот протокол получил название Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP). Выбор пути в протоколе комбинирует гибкость определения маршрута по требованию с некими расширениями, обеспечивающими эффективный проактивный выбор маршрутов к mesh-порталам. Благодаря своей гибридной природе протокол может быть легко адаптирован к работе как в преимущественно инфраструктурной, так и в преимущественно мобильной Ad Hoc сети.

Маршрутизация по требованию основана на протоколе AODV (RFC 3561) и в качестве метрики использует число хопов. Также в процессе поиска маршрута запоминаются уже посещенные узлы, чтобы избежать зацикливания. При этом узел запоминает несколько лучших маршрутов на случай, если передача не удастся.

Проактивная маршрутизация используется в инфраструктурных сетях. Например, mesh-портал входит в инфраструктуру сети, тогда для инициализации поиска маршрутов в сети он посылает некую нотификацию об этом. Каждый узел MP выбирает себе наиболее подходящего родителя, но и кэширует других кандидатов на случай потери родительского узла. Периодически узлы проверяют наличие маршрута к MPP. Расширения спецификации стирают разницу между клиентом сети и инфраструктурой ( непонятно). Устройства-клиенты могут также устанавливать соединения точка-точка с другими клиентами и точками доступа (AP) ( непонятно).

Протокол также дает возможность использовать другой протокол маршрутизации, основанный на метрику качества радио-линка - протокол RA-OLSR (Radio Aware-Optimized Link State Routing) ( radio aware link metric - как лучше перевести). Использование такой метрики уменьшает накладные расходы на передачу служебного трафика.

Фреймворк маршрутизации позволяет интегрировать и любой другой протокол.

В 802.11s улучшен механизм доступа к среде для эффективного выделения ресурсов под разноудаленные от шлюза узлы сети. Для этого была улучшена синхронизация и оптимизирован механизм EDCA (Enhanced Distributed Channel Access).

Большое внимание в стандарте уделяется безопасности. Для управления авторизацией используется механизм EMSA (Efficient Mesh Security Association), использующий как и традиционные WLAN уровень 802.11i для создания соединений, который включает аутентификацию для 802.1Х сетей, распределение ключей и шифрование управляющих кадров. Но от классических беспроводных локальных сетей mesh-сети отличаются тем, что их точки доступа выступают сразу в роли аутентификатора и просителя права доступа к сети.

Стандарт определяет управление потреблением мощности устройств.

Управление перегрузками - одна из ключевых проблем в mesh-сетях.