網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)：無線網(wǎng)格改變網(wǎng)絡(luò)世界

作者上海網(wǎng)格首席專家 李明祿

    在20世紀(jì)，計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)在處理與傳輸數(shù)據(jù)上起到了革命性的作用�，F(xiàn)在，無處不在、無時不在的無線技術(shù)將會使21世紀(jì)成為以無線網(wǎng)格為標(biāo)志的第二個信息世紀(jì)。

　　低成本無線網(wǎng)格

　　在無線網(wǎng)格的各種解決方案中，IEEE 802.11 Wi-Fi技術(shù)提供了一種低成本的解決辦法。事實(shí)上，成百上千的草根Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)（即基本用戶Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)）已在世界范圍內(nèi)運(yùn)行，大多數(shù)草根Wi-Fi都傾向于為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)連接，而不是用戶之間的連接。所以，它還不是無線網(wǎng)格。

　　就像許多觀念漸漸成熟一樣，無線網(wǎng)格目前正在花開綻放�？匆豢从蒑IT媒體實(shí)驗(yàn)室Negroponete博士描述的百合花池塘和青蛙模型:“...沿著街道下去，超出了我的系統(tǒng)范圍，另一個鄰居已經(jīng)進(jìn)入Wi-Fi。而且還有另一個，又一個。想一想池塘里的百合花，又兩朵，又四朵。然后很多重疊，每一個的莖部插入到互聯(lián)網(wǎng)......將來，每一個Wi-Fi系統(tǒng)都將扮演成一個小的路由器，接替到最近的鄰居。消息可以對等式地蛙跳，就像青蛙一樣從一朵百合花跳到另一朵百合花——莖部是不必要的。”這個開放式的無線網(wǎng)格概念被呈現(xiàn)為一種普遍目的的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。 無線通信被用在終端用戶之間，就如用在終端用戶和區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)之間一樣。

　　擺脫互聯(lián)網(wǎng)的無線社區(qū)網(wǎng)

　　基于無線網(wǎng)格的概念，今年筆者提出了社區(qū)網(wǎng)(Community Area Networks)的概念。社區(qū)網(wǎng)是無線網(wǎng)格的一種形式。

　　社區(qū)網(wǎng)是一個使用免費(fèi)頻道的全無線網(wǎng)絡(luò)，是可以連接社區(qū)或城區(qū)，包含居民及移動用戶的多躍網(wǎng)絡(luò)。處于其覆蓋范圍內(nèi)的用戶能夠通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其他用戶通信并連接互聯(lián)網(wǎng)，這樣就提供了一個獨(dú)立的社區(qū)網(wǎng)以連接每一個家庭到當(dāng)?shù)卣�府部門或組織。
　　
　　Wi-Fi社區(qū)網(wǎng)提供了一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在這個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上我們建立服務(wù)平臺，其功能包括信息傳播、信息收集、對等局部搜索、查詢與跟蹤、普適結(jié)構(gòu)支持、視頻會議和視頻點(diǎn)播服務(wù)等。Wi-Fi社區(qū)網(wǎng)有許多優(yōu)點(diǎn)。像草根Wi-Fi一樣，它提供了一個低成本的互聯(lián)網(wǎng)訪問。在非營利性應(yīng)用方面，它為政府信息、在線教育、法律實(shí)施、信息共享和城鎮(zhèn)會議等提供了便利性。它同樣可以用在社區(qū)安全或者老年人護(hù)養(yǎng)等方面;營利性應(yīng)用有諸如視頻傳播平臺允許商業(yè)合作者提供視頻點(diǎn)播服務(wù)。值得注意的一點(diǎn)是，以上應(yīng)用都并不依靠互聯(lián)網(wǎng)。

　　無線社區(qū)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

　　無線社區(qū)網(wǎng)是含有超級節(jié)點(diǎn)（Super Node, SN）的社區(qū)網(wǎng)微結(jié)構(gòu)。一個超級節(jié)點(diǎn)被定義為一個固定的、相對可靠的節(jié)點(diǎn)，配備有天線從而可以進(jìn)行長距離傳輸信號，有足夠的功率提供路由，并且足夠的存儲空間提供高級服務(wù)。相比而言，一個普通節(jié)點(diǎn)（Normal Node, NN）可以是一個沒有天線、沒有大的存儲空間或者沒有足夠能力的小節(jié)點(diǎn)。同樣，一個普通節(jié)點(diǎn)不需要很可靠，它被允許隨時在線或者離線。超級節(jié)點(diǎn)是社區(qū)網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。它作為入口為居家或者移動用戶提供服務(wù)。在傳遞消息的時候它也提供信息存儲功能。這個異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)突破了以往的Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)的限制而能大大地提高社區(qū)網(wǎng)的可擴(kuò)展性。如圖1所示，一個超級節(jié)點(diǎn)能夠訪問至少六個鄰近的超級節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)因其而有很好的連接性。

　　超級節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。一個普通個人計算機(jī)或服務(wù)器可以被用作路由器，連接著一定數(shù)量的訪問節(jié)點(diǎn)。每一個訪問節(jié)點(diǎn)都附有天線。其中,一個是全向天線，以連接普通節(jié)點(diǎn),相控陣天線可以被用來擴(kuò)展覆蓋范圍,其他都是定向天線，諸如扇形或拋物面天線，用來連接其他超級節(jié)點(diǎn)。

　　最佳訪問節(jié)點(diǎn)數(shù)目可以根據(jù)通道分配算法決定。其通信體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　社區(qū)網(wǎng)的終端系統(tǒng)可以是任何設(shè)備，如計算機(jī)、電視機(jī)、或擁有無線界面卡的PDA,可兼容Wi-Fi的手機(jī)將是一個重要的終端設(shè)備。今后，將會有更多的機(jī)構(gòu)和廠商特別注重為3G/WiFi手機(jī)開發(fā)中間件和服務(wù)平臺。

　　中間件和服務(wù)平臺

　　社區(qū)網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供了很多的基本服務(wù)，諸如無線網(wǎng)絡(luò)的端到端連接，但是需要更多類型的服務(wù)才能獲得高級應(yīng)用�；ヂ�(lián)網(wǎng)的代理被用在覆蓋網(wǎng)中，而在社區(qū)網(wǎng)中超級節(jié)點(diǎn)本身就可以被用來建立覆蓋網(wǎng)。超級節(jié)點(diǎn)可被用作復(fù)制引擎來區(qū)域播送和多播，存儲空間可以被用來緩沖或鏡像。這樣，中間件使得這些服務(wù)功能易于實(shí)現(xiàn)。中間件和服務(wù)平臺所需提供的功能包括:區(qū)域播送和多播、緩沖、鏡像、信息廣播、信息收集、視頻會議和查詢與跟蹤。

　　無線網(wǎng)格是一個新興的領(lǐng)域，它將改變當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)世界的現(xiàn)狀，同時能夠?yàn)閮|萬人民提供新的機(jī)遇，不僅對于軟件企業(yè)有意義，跟終端用戶更是有著密切的關(guān)系。社區(qū)網(wǎng)是一種無線網(wǎng)格，可以被看作是無線網(wǎng)格的一部分。社區(qū)網(wǎng)與無線網(wǎng)格有許多共同的問題，也有它的特殊點(diǎn)。

　　在過去幾年的無線網(wǎng)格的研究中，上海交大網(wǎng)格計算中心在社會需求和草根Wi-Fi的啟發(fā)下提出了社區(qū)網(wǎng)的概念。初步研究成果包括802.11的遠(yuǎn)距離傳送，天線研究及信號干擾，無線網(wǎng)格路由器的研制，視頻服務(wù)器及視頻信號在無線網(wǎng)格上的傳送等，形成了一個最終成為社區(qū)網(wǎng)基礎(chǔ)的新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的路由協(xié)議及動態(tài)通道分配算法便社區(qū)網(wǎng)有望成為一個高性能的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。所有這些,都為建立一個社區(qū)網(wǎng)奠定了一個堅實(shí)的基礎(chǔ)。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證明社區(qū)網(wǎng)的基本思想是正確的、方法是可行的。

圖1 社區(qū)網(wǎng)結(jié)構(gòu)



圖2. 超級節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)


圖3. 社區(qū)網(wǎng)通信體系結(jié)構(gòu)

    相關(guān)鏈接 根據(jù)哈佛大學(xué)scott bradner等人所提出的觀點(diǎn)，無線網(wǎng)格是一種資源——通過共享網(wǎng)絡(luò)、相互連接的傳感器、移動電話以及其他的能夠互聯(lián)和通過有線網(wǎng)格互聯(lián)的相關(guān)設(shè)備組成。特別是，分布式的資源共享將會允許這些設(shè)備為網(wǎng)格計算提供新的資源和使用位置。