“单跳”与“多跳”网络
单跳(single-hop)
在传统的无线局域网中,每个客户端均通过一条与AP链接的无限链路来访问网络。
用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点,这种网络称为单跳网络(single-hop)。
多跳(multi-hop)
在无线多跳网络中,任何无线设备点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接受信号,每个节点都可以与一个或多个对等节点进行直接通信,这种网络称为多跳网络(multi-hop)。
也可以这样理解,即信息的传输是通过链路上的多个节点转发完成的,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信,多跳就是多次转发。
多跳中间节点的具体阐释及应用
多跳通信的优势在于可以扩大覆盖范围、降低能耗、提高网络性能和可靠性。由于每个节点都可以转发数据,因此可以增加网络的连通性,使得在网络中的任何两个节点之间都可以建立通信链路。多跳通信可以提高网络的可靠性和鲁棒性,因为当某些节点出现故障时,其他节点仍然可以继续传输数据。此外,多跳通信还可以降低能耗,因为可以通过分发任务来减少单个节点的能耗。
然而,多跳通信也存在一些挑战和限制。例如,由于每个节点都需要转发数据,因此需要更多的处理能力和存储空间。此外,由于需要更多的节点来转发数据,因此可能会导致更多的延迟和丢包。因此,在实际应用中,需要根据具体需求和场景选择合适的通信方式。
充当端结点产生或接受数据分组;
充当路由器对来自其它结点的数据分组进行转发。
主要应用有:无线Ad Hoc网络,无线传感器网络以及无线Mesh网络等。
多跳无线网络的现状
短程无线通讯( SRD )技术
Wi-Fi mesh
Wi-Fi mesh,其学名又叫802.11s。相较于传统的多路由器方案,Wi-Fi mesh采用的是路由器加中继器的组合架构;这些中继器在上电启动的时候会和这个路由器进行身份认证和网络注册,然后就可以和这个路由器协同工作在相同的信道;由于中继器是附属于这个路由器的信号转发设备,是这个无线路由器的信号延伸,因此其整体而言可以当作一个分布式的Wi-Fi路由器。手机在漫游移动的时候,接收到的始终是来自同一个无线路由器,同一个无线信道的信号,而不是来自多路由器,且独立不同的无线信道的数据,因此手机始终感受不到漫游切换的存在,也就没有了信道搜索,身份认证,地址分配等一系列耗时几十秒的网络注册过程,其漫游体验就好得多。
蓝牙 mesh
常见的大多数蓝牙设备都是工作在点对点模式。蓝牙还可以组建一种2-8个节点的小型 Piconet网络,其中一个设备做Primary设备,其余的设备做 Secondary 设备;这种模式因为不太常见,所以不为人们所熟知。
随着智能家居等新兴行业的蓬勃发展,人们需要一个规模更大,通讯距离更远,扩展性更强的网络,此时经典蓝牙的小型单跳网络,点对点和一对多通讯模式等技术指标已经捉襟见肘,于是蓝牙国际组织在 2017年7月17日发布了Bluetooth Mesh 的技术。新的蓝牙Mesh技术除了增加发射功率,支持更多的跳数和更大的网络规模之外,还可以实现多对多的通讯模式,极大的拓展了蓝牙技术的生态领域。
蓝牙 mesh功耗低、带宽仅有1~2M,和Wi-Fi技术动辄数百兆甚至几个G的带宽相比根本不值得一提,很显然在短时间内传输大量的数据不是其强项;但是在智能家居领域,传输的大多是一些设备的开关状态信息或者控制信号,其单次传输的数据量通常也就是几十个字节,而且这种操作并不频繁发生,一天也没有多少次,这个网络绝在大多数时候都是处于空载状态的,因此对于这一类应用而言,蓝牙mesh的带宽已经是非常高的了;另外,其通讯距离虽然达到了几十米,但是这远远没有达到其理论距离300米的极限,因此其信号质量仍然还是不错的,丢包率自然也就很低;
还有一点,其网络规模虽然达到几十个节点,但是其1-2Mbps的带宽平摊到每一个节点的带宽仍然还是比较高的,因此这个数量其实并没有太大的压力;同时我们注意到,在家庭环境中,每一户的面积都有一个大致的上限,其网络跳数自然不可能太大,通常不超过 3 跳;当然,在智能家居应用中,决定其使用体验的最重要因素还是其业务特性。当人们在手机上点击某个按钮执行开灯操作,此时他一扭头,去感知房间的灯光变化,这个延时就已经达到了几百毫秒,再加上人类的视觉停留和延迟效应,差不多也都1秒过去了;因此蓝牙Mesh在智能家居这一类的业务性质中,其整体用户体验仍然是不错的。
ZigBee 技术:家庭和工业
在智能家居领域无线通讯技术的“拓荒者”其实不是蓝牙Mesh,而是ZigBee;正因为蓝牙是所有手机的标配,而智能家居又大多是以手机作为操作终端的,它才凭借天然的竞争优势乘势崛起。ZigBee是一项新型的无线通信技术,其最主要的特点就是低功耗和多跳网络,蓝牙在补齐了多跳的短板之后,已经与之旗鼓相当了,但是其生态联盟要强大太多。虽然在智能家居领域遇到了蓝牙Mesh这个强劲的对手,但在工业无线通讯中ZigBee技术依然可以凭借其十余年的先发优势而占据优势地位,特别是在工业SCADA系统,油田、电力、矿山等领域的无线传感器应用方面占有较高的市场份额。