Microhard P900电台Mesh自组网功能介绍

什么是Mesh

Mesh是各个接入节点之间相互协调配合，自动组成网络的一种数据传输方式，其主要的特点是：提高传输距离和数据速率。

在Mesh网络中，随着更多的节点加入，每个节点都能向外发出无线信号，从而提高网络覆盖率，同时每个节点都具有路由功能，可做数据转发，解决随接入点增加而造成的数据拥堵问题。

Mesh网络核心技术点是自形成、自修复的智能路由，在接入点之间分配客户端，当一条路径出现故障时，他们可以切换到其它接入点，提高整个网络的稳定与可靠。 

Mesh的常见应用

Mesh可应用在户外仪表、路灯等远距离大范围设施与上端设备的数据传输中。

无线Mesh网为传感器串口数据提供了长距离、稳定可靠的网络通道。项目中分散于各个节点的传感器数据如果直接使用3G路由器，每个节点都需要一台路由器与SIM卡，成本较高。

通过Mesh组网不仅能适应周围复杂的环境，避开遮挡物，将长距离的数据汇聚至路由器上，减少了3G路由器与SIM数量，降低项目成本。还能通过自组网的恢复性和路由功能保证数据网络的可靠性。下面就来详细介绍Mesh的特点。

Mesh基本特点

Mesh与点对多点传输模式相比，具有如下的优点：

1.增加通讯范围和提高数据速率：无线通信中由于外界对无线信号的干扰，传输距离越远信号失真越严重，需要增加更多的信号校验，所以相同发射功率下，无线范围越远数据速率越低。mesh通过增加节点，提高了远距离时单位范围内的无线信号功率，所以能获得更高的数据速率。

2.减少传输范围内的干扰：由于mesh是通过增加节点提高传输距离，所以每个节点的传输功率并没有提高，这减少了相同系统内的无线干扰，提高单个信道的信噪比，使得同一个mesh网络中相同信道可重复使用。

3. 解决网络拥堵与网络自修复：mesh网络中每个节点都具备路由功能，当网络中任一节点掉线或数据带宽不足时，下游节点会自动将路径切换到其他空闲路由节点上，同时多跳的网络传输方式支持通过中间节点的跳跃允许MESH网络绕过障碍物。

Mesh虽然有众多优点，但这种模式本身也存在缺陷，限制了其在无线通讯方案中的应用，使得这种方式没有在实际使用中被推广。目前主要面临的问题有三点：

1. 兼容性：mesh网络目前还没有一个统一的技术标准，每家厂商都使用自家的私有调制协议，无法与其他厂商的产品配套使用，这是Mesh技术无法被推广使用的首要问题。

2. 通信延迟：mesh网络中一个节点的数据会通过多个其他节点做路由转发，而每增加一个路由节点，都会产生通信延迟，当网络节点增加，网络规模扩大时，发送数据的总延迟就会过高，影响语音等数据传输。

3. 安全性：mesh网络的节点数据传输会经过多个其他节点，而更多的传输路径会产生更多数据泄露的风险，因此需要更多的加密等机制来提高mesh网络通讯的安全性。

P900 Mesh架构

P900 Mesh 支持自主规划节点路由，数据可通过多条路径传输至目的节点。

   P900mesh网络架构中，共有4种节点类型：

1. 主协调器（Primary Coordinator）：主协调器的角色是为系统提供网络同步，以确保所有单元处于活动状态，并能根据需要进行通讯。任何mesh网络中，只能有一个主协调器。对于任何能够在网状网络中通信的单元，它们必须能够听到来自协调器的同步数据。

2. 次级协调器（Second Coordinator）：次级协调器用于扩大主协调器的覆盖面积。多个次级协调器可用于冗余或确保足够的网络覆盖。次级协调器必须能够与主协调器或另一次级协调器通讯，确保网络能正常同步。

3. 备用协调器（Standby Coordinator）：备用协调器用于监视网络的同步情况，当它检测到主协调器脱机或无法执行网络同步时，备用协调器可以接管。备用协调器通过侦听同步数据包来监视主协调器的运行状况。当经过一组帧，但没有接收到同步数据时，备用协调器可以在网络脱机之前介入并开始发送同步数据。一个网状网络中只能使用一个备用协调器。

4. 远程客户端（从机Remote）：任何不属于协调器的单元都是远程客户端。远程客户端通常连接到终端设备，但也可以用来提供冗余路径以连接网络中的其他设备。与网络中的任何其他设备一样，远程设备可用于提供路由服务。虽然所有单元都可以配置为提供路由服务，但是这样做并不高效，因为会有大量开销消耗网络带宽。

P900 Mesh功能

1. 信道访问模式

P900提供三种不同的信道访问模式，来协调多个不同设备数据传输以及管理和减少数据冲突。分别是ALOHA、RTS/CTS和TDMA。在发送少量数据的系统中，ALOHA模式可能是较好的解决方案。对于发送大数据包的系统，对于数据丢失或冲突的容忍度较低，RTS/CTS可能是较好的。

 2. 等级排序

等级排名保证了有多个协调器的系统隔离和控制传输的机制，以减轻重叠覆盖区域中的碰撞。系统中的每个协调器都会自动分配一个列组，从主协调器开始（主协调为列组0）。使用4个级别的排名，然后对需要更多层的系统重复。远程客户端会有线选择低级别的协调员，无论其距离远近。

3. 智能路由

为了使Mesh网络成为一种有效的网络拓扑，必须执行路由功能来发现网络中到每个目标的路径，以确保选择比较佳的路径。Mesh网络中的所有单元，包括远程客户端，都可以按需要开启或关闭路由功能。

将单元开启路由以提供冗余，并为路由数据传输提供备用路径，可以共享网络负载。一般来说，在网络边缘的远程客户端不需要开启路由。

4. 路径成本计算

在路由请求/路由发现过程中，可能会返回多个路由作为比较好的路由的候选路由。通过计算跳数和跳间信号强度的成本指标，可以确定哪条路由是比较好的路由。下面的公式标明了路由成本、跳数、每一跳的成本的关系。

跳数和RSSI是系统中的实际测量值，自动计算。RSSI的成本由调制解调器根据跃点之间的测量值来设置。信号越强，其成本越低。每一跳的成本可以手动设置，每一跳成本设定值的不同会影响路由总成本，下图是两个不同设定值对三条不同路径的影响。

每一跳的成本设置为100时，路径1为优解（路径总成本为224），路径选择更注重路由跳数，路由跳数越少越好；而设置为10时，路径3为优解（路径总成本为36），路径选择更注重信号强度，优先选择信号强的。实际使用可根据需要设置每一跳的成本，选择合适的路由方式。