Che cos'è una rete MESH?

La rete mesh è una "rete a griglia wireless", una rete "multi-hop" derivata dalle reti ad hoc, ed è una delle tecnologie chiave per risolvere il problema dell'"ultimo miglio". Nel processo di evoluzione verso le reti di nuova generazione, il wireless è una tecnologia indispensabile. La rete mesh wireless può comunicare in modo cooperativo con altre reti ed è un'architettura di rete dinamica che può essere continuamente espansa, consentendo a due dispositivi qualsiasi di mantenere un'interconnessione wireless.

Situazione generale

Grazie alle caratteristiche di interconnessione multi-hop e topologia Mesh, le reti mesh wireless si sono evolute in una soluzione efficace per diverse reti di accesso wireless, come reti domestiche a banda larga, reti di comunità, reti aziendali e reti metropolitane. I router mesh wireless formano reti ad hoc tramite interconnessione multi-hop, che offre maggiore affidabilità, una copertura di servizio più ampia e costi iniziali inferiori per le reti WMN. Le reti WMN ereditano la maggior parte delle caratteristiche delle reti wireless ad hoc, ma presentano alcune differenze. Da un lato, a differenza della mobilità dei nodi delle reti wireless ad hoc, la posizione dei router mesh wireless è solitamente fissa. Dall'altro lato, rispetto alle reti wireless ad hoc con risorse energetiche limitate, i router mesh wireless hanno generalmente un'alimentazione fissa. Inoltre, le reti WMN si differenziano anche dalle reti di sensori wireless e si presume generalmente che il modello di business tra i router mesh wireless sia relativamente stabile, più simile a una tipica rete di accesso o a una rete campus. Pertanto, le reti WMN possono fungere da rete di inoltro con servizi relativamente stabili, come una tradizionale rete infrastrutturale. Quando impiegati temporaneamente per attività di breve durata, i sistemi WMNS possono spesso fungere da tradizionali reti mobili ad hoc.

L'architettura generale di una rete WMN (Wireless Mobile Network) è composta da tre elementi di rete wireless: router gateway (router con funzionalità di gateway/bridge), router Mesh (access point) e client Mesh (mobili o fissi). Il client Mesh si connette al router Mesh tramite una connessione wireless, e il router Mesh forma una rete di inoltro relativamente stabile tramite un'interconnessione multi-hop. Nell'architettura di rete WMN, qualsiasi router Mesh può fungere da ripetitore per l'inoltro dei dati verso altri router Mesh, e alcuni router Mesh offrono anche la funzionalità aggiuntiva di gateway Internet. Il router Mesh gateway inoltra il traffico tra la rete WMN e Internet tramite un collegamento cablato ad alta velocità. L'architettura di rete WMN può essere considerata composta da due piani: il piano di accesso fornisce le connessioni di rete per i client Mesh, mentre il piano di inoltro gestisce i servizi di relay tra i router Mesh. Con la crescente diffusione della tecnologia VWA (Virtual Wireless Interface) nelle reti WMN, l'architettura di rete WMN sta acquisendo sempre maggiore popolarità.

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Schema di rete MESH

Nelle reti mesh, fattori quali l'interferenza di canale, la selezione del numero di hop e la selezione della frequenza devono essere considerati in modo esaustivo. Questa sezione prende come esempio una rete WLANMESH basata sullo standard 802.11s per analizzare diversi schemi di rete possibili. Di seguito vengono descritti gli schemi di rete a frequenza singola e a doppia frequenza e le relative prestazioni.

Rete MESH a frequenza singola

Lo schema di rete a frequenza singola viene utilizzato principalmente in aree in cui le risorse di dispositivi e di frequenza sono limitate. Si divide in rete a frequenza singola a singolo hop e rete a frequenza singola a più hop. Nella rete a frequenza singola, tutti gli access point wireless (Mesh AP) e gli access point cablati (Root AP) operano nella stessa banda di frequenza. Come mostrato in Figura 1, il canale 802.11b/g a 2,4 GHz può essere utilizzato per la trasmissione in entrata e in uscita. A seconda del diverso ambiente di interferenza del canale durante l'implementazione del prodotto e della rete, il canale utilizzato tra gli hop può essere un canale completamente indipendente e privo di interferenze, oppure può essere presente un canale di interferenza (nella maggior parte dei casi quest'ultimo). In questo caso, a causa dell'interferenza tra i nodi vicini, non tutti i nodi possono ricevere o trasmettere contemporaneamente, e il meccanismo MAC CSMA/CA deve essere utilizzato per negoziare nell'intervallo multi-hop. Con l'aumento del numero di hop, la larghezza di banda allocata a ciascun Mesh AP diminuirà drasticamente e le prestazioni effettive della rete a frequenza singola saranno notevolmente limitate.

Rete MESH a doppia frequenza

Nelle reti dual-band, ogni nodo utilizza due bande di frequenza diverse per il backpass e l'accesso. Ad esempio, il servizio di accesso locale utilizza il canale 802.1lb/g a 2,4 GHz, mentre la rete backbone Mesh backpass utilizza il canale 802.11a a 5,8 GHz senza interferenze. In questo modo, ogni AP Mesh può svolgere la funzione di backpass e forward, servendo al contempo gli utenti con accesso locale. Rispetto alle reti a frequenza singola, le reti dual-band risolvono il problema dell'interferenza di canale tra backpass e accesso, migliorando notevolmente le prestazioni della rete. Tuttavia, in ambienti reali e reti su larga scala, poiché viene utilizzata la stessa banda di frequenza tra i collegamenti di backhaul, non vi è ancora alcuna garanzia che non vi siano interferenze tra i canali. Pertanto, con l'aumento del numero di hop, la larghezza di banda allocata a ciascun AP Mesh tende a diminuire e gli AP Mesh più distanti dall'AP radice saranno svantaggiati nell'accesso al canale. Di conseguenza, il numero di hop nelle reti dual-band deve essere impostato con cautela.