Mesh 组网的原理是什么

Mesh 组网是一种多节点、无中心、自组织的无线多跳通信网络。在这种网络架构中，每个节点（通常为路由器或接入点）都能与其他节点通信，形成多跳（multi-hop）的网络结构，打破了对单一中心路由器的依赖。

一、Mesh 组网的基础概念
Mesh 网络中的节点可分为 Mesh 路由器和 Mesh 客户端。Mesh 路由器负责构建网络框架，实现数据转发和路由功能；Mesh 客户端则是接入网络的终端设备，如手机、电脑、智能家电等。与传统的星型网络不同，Mesh 网络的节点之间是对等关系，每个节点都能充当数据的发送者和接收者，还能作为其他节点数据传输的中继。这种结构赋予了 Mesh 网络强大的自组织和自愈能力。当网络中某个节点出现故障或信号减弱时，其他节点可以自动调整数据传输路径，保障网络的稳定运行。

二、Mesh 组网的工作机制
（一）动态路由
Mesh 组网的核心工作原理之一是动态路由。在 Mesh 网络中，每个节点都维护着一张路由表，记录了到达其他节点的最佳路径。当一个节点接收到数据时，它会根据当前网络的实时状况，如节点的负载、信号强度、链路质量等因素，动态计算并选择最佳的传输路径将数据发送到下一个节点，直至数据抵达目标节点。
例如，在一个由多个 Mesh 路由器组成的家庭网络中，当手机向服务器发送数据时，数据可能先到达距离最近的 Mesh 路由器 A，A 路由器通过分析自身的路由表和网络状态信息，发现经由 Mesh 路由器 B 转发到目标服务器的路径更优（可能是因为 B 路由器当前负载较低，且与目标服务器的连接更稳定），于是将数据转发给 B 路由器，B 路由器再按照类似的方式继续转发，最终将数据成功送达服务器。这种动态路由机制能够有效避开网络拥塞区域，提高数据传输效率。
（二）无缝漫游
无缝漫游是 Mesh 组网的另一大特色。当无线终端（如手机、平板电脑）在 Mesh 网络覆盖范围内移动时，它会实时检测周围各个 Mesh 节点的信号强度。当终端移动到信号更好的另一个节点覆盖范围内时，Mesh 网络会自动、快速地将终端切换到该节点上，确保终端始终保持稳定的网络连接，且这个切换过程对于用户来说几乎是无感知的。
以用户在家中边走边观看在线视频为例，当用户从客厅走到卧室时，手机最初连接的客厅 Mesh 路由器信号逐渐减弱，而卧室的 Mesh 路由器信号逐渐增强。此时，Mesh 网络会自动将手机的连接切换到卧室的 Mesh 路由器上，视频播放不会出现卡顿、中断等情况，用户能够流畅地享受视频内容。

三、Mesh 组网的关键技术
（一）多信道协商
在 Mesh 网络进行多信道接入时，由于节点一次只能侦听一个信道，为实现多信道的有效利用，节点需在可用信道间动态切换，这就需要多信道协商机制。该机制能确保通信的两个节点工作在相同信道上。例如，将时间轴划分为信标间隔，在每个信标间隔开始时，建立一个 ATIM 时间窗口，此时网络中所有节点强制切换到相同信道。在 ATIM 窗口内，有数据要发送的节点通过控制消息与接收端协商信道，根据节点邻域内信道的使用情况选择业务负载小的信道，以平衡信道负载，减少竞争和退避造成的带宽浪费。
（二）信道分配
信道分配技术用于多信道 Mesh 网络中多个信道的使用和管理。它从信道频率资源划分角度，为 Mesh 网络中的不同连接（如 MP 间的互连、MAP 和 Mesh STA 间的互连）定义不同的信道组，降低 Mesh 网络中发生信道冲突的概率，提升网络效率。比如采用组划分方案，将每个 MP 节点的邻居节点分组，为每个组指定使用次数最少的信道，并保证组间互连。
（三）网络发现
网络发现技术用于 Mesh 网络中新节点和邻居节点的发现及信息列表建立。Mesh 网络中的 MP 节点通过主动发送或监听 Beacon 信号对周围邻居节点进行监听，把发现的属于同一 Mesh 网络的邻居节点信息加入列表中。若发现新节点，可通过路由表让整个网络知晓。
（四）路由转发
Mesh 网络的路由转发设计直接影响其对网状连接的利用效率和网络性能。在设计路由协议时，不能仅依据 “最小跳数” 选择路由，要综合考虑多种性能度量指标；需提供网络容错性和健壮性支持，在无线链路失效时能迅速切换到替代链路；要能利用流量工程技术在多条路径间进行负载均衡；还需同时支持 MP 和 Mesh STA。常见的无线 Mesh 路由协议可参考 Ad Hoc 网络的路由协议，如动态源路由协议（DSR）、目的序列距离矢量路由协议（DSDV）等。
（五）Mesh 安全
Mesh 网络的多跳自组织特性带来了独特的安全需求，如节点间双向认证、各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护、节点的接入控制和管理等。Mesh 安全关联（MSA）是常用的 Mesh 安全架构，其核心是密钥体系。一个 MP 只有通过身份认证建立起密钥体系后，才被允许在网络中发起通信。MSA 架构将参与安全交互的 MP 节点分为 MKD、MA 和 Candidate MP 三种角色。

四、Mesh 组网的方式
（一）单频组网
单频组网方案主要用于设备及频率资源受限地区，分为单频单跳及单频多跳。单频组网时，所有无线接入点 Mesh AP 和有线接入点 Root AP 的接入和回传均工作于同一频段，如采用 2.4GHz 上的信道 802.11b/g 进行接入和回传。由于相邻节点间存在干扰，所有节点不能同时接收或发送，需在多跳范围内用 CSMA/CA 的 MAC 机制进行协商。随着跳数增加，每个 Mesh AP 分配到的带宽急剧下降，实际单频组网性能受限较大。
（二）双频组网
双频组网中每个节点的回传和接入使用两个不同频段，如本地接入服务用 2.4GHz 802.11b/g 信道，骨干 Mesh 回传网络使用 5.8GHz 802.11a 信道，两者互不干扰。这样每个 Mesh AP 可在服务本地接入用户的同时执行回传转发功能。双频组网解决了回传和接入的信道干扰问题，大幅提高了网络性能。但在实际环境和大规模组网中，回传链路间因采用相同频段，无法完全避免信道干扰，随着跳数增加，每个 Mesh AP 分配到的带宽仍有下降趋势，离 Root AP 远的 Mesh AP 会处于信道接入劣势，所以双频组网的跳数也需谨慎设置。

五、Mesh 组网的实际应用
（一）家庭网络
在家庭场景中，Mesh 组网可有效解决因房屋结构复杂、面积较大导致的信号覆盖不均问题。通过部署多个 Mesh 路由器，可实现全屋无缝覆盖，无论是在客厅、卧室还是卫生间，都能享受到稳定的网络信号。用户可以流畅地进行在线游戏、观看高清视频、进行视频会议等，智能家居设备也能稳定连接，实现智能控制。
（二）企业网络
对于企业办公环境，尤其是大型办公室、多层建筑或园区，Mesh 组网能够提供灵活的网络部署方案。企业可以根据办公区域的布局和需求，灵活放置 Mesh 节点，轻松实现大面积的网络覆盖。同时，Mesh 网络的高可靠性和负载均衡能力，能满足企业大量员工同时接入网络、进行数据传输和办公应用的需求，保障企业网络的高效稳定运行。
（三）公共场所
在商场、酒店、学校、医院等公共场所，Mesh 组网同样具有广泛的应用前景。这些场所人员密集，对网络的需求大且复杂。Mesh 组网可以快速部署，适应不同的场地环境，为大量用户提供稳定的无线网络接入服务。例如，商场可以利用 Mesh 网络为顾客提供免费的 Wi-Fi，提升顾客的购物体验；酒店可以通过 Mesh 组网为住客提供优质的网络服务，增强竞争力。

拓展阅读
1.什么是动态源路由协议（DSR）？：动态源路由协议（DSR）是一种对等的基于拓扑的反应式自组织路由协议，采用积极的缓存策略，从源路由中提取拓扑信息，通过比对实现路由创建。
2.CSMA/CA 的 MAC 机制是什么？：CSMA/CA（载波侦听多路访问 / 冲突避免）的 MAC 机制是一种在无线局域网中避免信号冲突的机制，节点在发送数据前先侦听信道，若信道空闲则发送数据，同时采用随机退避时间等方式避免冲突。
3.如何选择适合家庭的 Mesh 路由器？：可根据家庭面积、网络需求、预算等因素选择，关注路由器的无线标准、频段、节点数量、覆盖范围、稳定性以及品牌售后等方面。