Сітчаста мережа — топологія мережі, в якій кожен вузол (називається вузлом меш) передає дані мережею і виступає в ролі комутатора. Всі вузли співпрацюють у розподілі даних в мережі, тобто кожен вузол бере участь у передачі даних.
Сітчасті мережі
Бездротові мережі передачі даних відіграють сьогодні важливу роль в житті людини. Вони заповнюють все більше ніш в нашому житті і використовуються насамперед для доступу в INTERNET, також для передачі звуку та відео з камер і мікрофонів, метеоданих для прогнозування погоди, активно застосовується в охоронних системах, платіжних терміналах, банкоматах, використовує їх комп'ютерна телефонія. Список можна ще довго продовжувати. З розвитком інфраструктури і відповідно кількості абонентів гостро стає питання якості та безперебійності доступу до мережі. Як забезпечити безперебійний та стабільний зв'язок в межах міста? Виходом можуть стати бездротові мережі, основані на технології Mesh. «Mesh» перекладається з англійської як отвір в ситі або лунка. Хоча сама мережа більше схожа на клубок сітки — кубло.
Інформаційні мережі, організовані за топології Mesh, здобули за останні півтора-два роки велике визнання. Масштаби проектів виросли до тисяч точок доступу і десятків тисяч користувачів. Mesh-мережі представляють найцікавіші рішення, інтегруючи різні мережні та радіотехнології, і тому повною мірою відповідають зрослим вимогам абонентів (мобільність, QoS, безпека).
Можливість організації за допомогою Mesh-топології локальних (LAN) і міських (MAN) мереж, легко інтегруються в глобальні мережі (WAN), є привабливим чинником для муніципальних та персональних користувачів. Наявні нині Mesh-мережі побудовані з використанням найпоширенішого бездротового стандарту Wi-Fi. Визначення Mesh-мереж
Перші згадки про Mesh для вирішення завдань передачі інформації слід шукати у військових застосуваннях. На базі технології Mesh створені системи для організації мобільного зв'язку з одиничними об'єктами в зоні військових дій. Такі системи забезпечують високошвидкісну передачу цифрової інформації, відео- і мовний зв'язок, а також визначають місце розташування об'єктів.
Mesh-мережа — це багатокрокова мережа, пристрої якої (Mesh-станції, MP, Mesh-Points) володіють функціями маршрутизатора і здатні використовувати різні шляхи для пересилки пакету. Ця технологія стає особливо необхідною за відсутності дротової інфраструктури для з'єднання станцій. В цьому випадку пакети пересилаються від однієї Mesh-станції до іншої до досягнення шлюзу з дротовою мережею. Для більшої надійності станція може мати більш ніж одну сусідню Mesh-станцію.
У першу чергу поняття Mesh визначає принцип побудови мережі, відмітною особливістю якої є самоорганізована архітектура, що реалізує наступні можливості: створення зон суцільного інформаційного покриття великої площі; масштабованість мережі (збільшення площі зони покриття і щільності інформаційного забезпечення) у режимі самоорганізації; використання бездротових транспортних каналів (backhaul) для зв'язку точок доступу в режимі «кожен з кожним» стійкість мережі до втрати окремих елементів.
Архітектура Mesh-мережі
Ідея Mesh-мереж бере свій початок з мобільних мереж (MANET), в яких функція маршрутизатора була реалізована на рівні ІР. Протокол MANET має обмежену продуктивність, оскільки ІР-рівню не доступна інформація про умови бездротової передачі і сусідні вузли. Зокрема ІР-рівню не доступна інформація про ймовірність спотворення пакетів завадами і колізіями, а також про схему модуляції і кодування, яка використовується в кожному із з'єднань. Mesh-мережі будуються як сукупність кластерів. Територія покриття розділяється на кластерні зони, кількість яких теоретично необмежена. Особливістю Mesh-мереж є використання спеціальних протоколів, що дозволяють кожній точці доступу створювати таблиці абонентів мережі з контролем стану транспортного каналу і підтримкою динамічної маршрутизації трафіку з оптимальним маршрутом між сусідніми станціями. При відмові будь-якої з них відбувається автоматичне перенаправлення трафіку по іншому маршруту, що гарантує отримання трафіку адресату за мінімальний час. Кожен абонент оснащений радіоустаткуванням для зв'язку з Mesh-маршрутизатором. Завдяки своїм особливостям Mesh-мережі можуть використовуватись в різних сферах.
Основна відмінність Mesh-мережі від архітектури «крапка-багатокрапка» в тому, що якщо в останньому випадку AP (Access Point) може спілкуватися тільки з BS (Base Station), то в Mesh-мережі можлива взаємодія безпосередньо між AP. Оскільки мережі стандарту IEEE 802.16 орієнтовані на роботу з широкими частотними каналами, Mesh-мережі увійшли до стандарту зовсім не з метою створення однорангових локальних мереж — для цього є стандарти групи IEEE 802.11. Причина в іншому: необхідний інструмент побудови широкосмугової мережі, в якій трафік може передаватися по ланцюжку з декількох станцій, ліквідовуючи тим самим проблеми передачі за відсутності прямої видимості. Відповідно і всі механізми управління, що у принципі дозволяють побудувати децентралізовану розподілену мережу, орієнтовані все ж таки на деревоподібну архітектуру, з виділеною базовою станцією (кореневий вузол) і домінуючими потоками BS-AP.
В Mesh-мережі всі станції (вузли) формально рівноправні. Проте практично завжди обмін трафіку Mesh-мережі із зовнішнім оточенням відбувається через один певний вузол. Такий вузол називають базовою станцією Mesh-мережі: саме на нього покладається частина необхідних для управління Mesh-мережею функцій. При цьому управління доступом може відбуватися або на основі механізму розподіленого управління, або централізованим способом під управлінням BS (Base Station). Можлива і комбінація цих методів.
Базове поняття в Mesh-мережі — сусіди. Під сусідами певного вузла розуміють всі вузли, які можуть встановлювати з ним безпосереднє з'єднання. Всі вони утворюють сусідське оточення. Вузли, пов'язані із заданим вузлом через сусідські вузли, називають сусідами другого порядку. Можуть бути сусіди третього порядку і т. д.
В Mesh-мережі немає поняття висхідних/низхідних (upstream / downstream)каналів: весь обмін відбувається за допомогою кадрів. Станції передають повідомлення або у відведені їм тимчасові інтервали (відповідно до попереднього значення каналів), або дістають доступ до каналів довільним (випадковим) чином. Кожний вузол має унікальну 48-розрядну (6-байтну) MAC-адресу. Крім того, для ідентифікації усередині Mesh-мережі станціям присвоюється 16-розрядний мережний ідентифікатор. Кожний вузол постійно зберігає список даних про всіх своїх сусідів (з вказівкою віддаленості, сектора для направленої антени, зразкової необхідної потужності передавача, затримки розповсюдження сигналу і т. ін.) і транслює його в мережу із заданою періодичністю. На підставі цих списків від кожного з вузлів відбувається управління мережею.
«Мережний вхід» — це інтервал, протягом якого новий вузол може послати повідомлення (NENT) про свій намір підключитися до мережі. Перед цим він повинен прийняти повідомлення про конфігурацію мережі, вибрати вузол для підключення, синхронізуватися з ним і лише потім відправляти запит. У відповідь вузол може або відмовити в доступі або призначить новому вузлу мережний ідентифікатор, канал і часовий інтервал для проведення процедур аутентифікації.
Розподіл канальних ресурсів в Mesh-мережі може бути централізованим і децентралізованим (розподіленим). Своєю чергою децентралізований розподіл буває координованим з Базовою Станцією і некоординованим.
Децентралізований розподіл ресурсів має на увазі, що розподіл, що відбувається в межах однієї групи сусідів (тобто між станціями, здатними безпосередньо зв'язуватися між собою). При координованому децентралізованому розподілі вузли обмінюються між собою спеціальними повідомленнями управління розподілом (DSCH). Координованість полягає в тому, що період видачі таких повідомлень кожною станцією визначений і відомий її сусідам. Координовані DSCH-повідомлення передаються в субкадрах управління черговістю доступу в обумовлених в мережному дескрипторі інтервалах, некоординовані DSCH-повідомлення передаються в субкадрі даних.
Wi-Fi Mesh-мережі
Mesh — мережа рішення що найбільш підходить для використання в умовах міста. Вона має високі якості надійності і доступності з'єднання, потенціал цієї технології дає можливість швидко і недорого надавати мобільним користувачам широкосмуговий доступ до ресурсів. Розгортання Mesh — мереж може коштувати набагато дешевше, ніж традиційні дротові мережі, оскільки вони не вимагають дорогої інфраструктури і прокладки кабелів і, окрім цього, економна в експлуатації, оскільки, як вже наголошувалося, здатна самовідновлюватись і само адаптуватись. В ній відсутній такий недолік як ефект «шийки пляшки», що є досить високим мінусом інших технологій. Також до плюсів можна віднести досить високу надійність даної мережі: у випадку виходу одного з її вузлів, навантаження в даній ситуації розподіляється на сусідні (при правильному проектуванні).
Подібні рішення підходять не тільки для міст, але і для університетів. Наприклад, зараз компанія Nortel, що належить до числа активістів упровадження Mesh-мереж, працює з одним з університетів США, який, використовуючи її технології, планує запустити мережу Wireless Mesh, покликану забезпечити викладацькому складу і студентам захищене широкосмугове підключення усередині приміщень і на вулиці.
Сервісні можливості
Хендовери
В цей час в стандарті 802.11 немає строгих специфікацій з реалізації хендоверу (Handover -«безшовного» переміщення абонентів між вузлами доступу). Слово «handover» перекладається, як «передача з рук в руки». Однак для забезпечення такого переходу передбачені спеціальні процедури сканування ефіру та приєднання («association»). Реалізація хендовера в мережах Wi-Fi може здійснюватися різним чином, наприклад, на базі протоколу Radius або під управлінням інтелектуального бездротового контролера, що організує «тунель» при переході клієнта у зону обслуговування сусіднього вузла доступу. У специфікації 802.11k описані процедури, що дозволяють клієнтського пристрою вибрати вузол доступу, до якої слід підключитися перед розривом поточного з'єднання. Крім того, використання алгоритму кешування, передбаченого специфікацією 802. 11i, забезпечує встановлення нового захищеного з'єднання за час, що не перевищує 20-30 мс.
Як результат-обладнання з підтримкою механізмів управління 802.11k забезпечує перемикання абонентського пристрою на новий вузол доступу за час не більше 50 мс. Така затримка не буде помічена користувачем, так як вона в декілька разів менше людського порогу сприйняття.
Міжмережевий роумінг
Об'єднання мереж Mesh (проблема роумінгу), а надалі також об'єднання мереж фіксованого та мобільного зв'язку служить вирішенню основного завдання: можливості надавати мобільним кінцевим користувачам якомога ширший асортимент послуг з якомога нижчою ціною. Звідси постає необхідність вирішувати завдання з організації міжмережевого роумінгу за відомим принципом «одна людина — один номер» при переміщенні абонента між мережами різного типу.
У межах міської мережі, що складається з набору кластерів, проблема роумінгу при переході клієнта з кластера в кластер вирішується механізмами ESSID, WEP/802.1x і VPN. Вільно переміщається клієнт ідентифікується по IP-адресою з організацією віртуальних IP-каналів.
Очікується, що в специфікації 802.11s буде описана процедура об'єднання мереж, в тому числі і різного типу. Створення великих мереж 802.11s дозволить усунути нині існуючу проблему переходу між мережами Wi-Fi, розгорнутими в різних містах.
Мультисервісність