网络新技术：无线网格改变网络世界

作者上海网格首席专家 李明禄

    在20世纪，计算机和互联网在处理与传输数据上起到了革命性的作用。现在，无处不在、无时不在的无线技术将会使21世纪成为以无线网格为标志的第二个信息世纪。

　　低成本无线网格

　　在无线网格的各种解决方案中，IEEE 802.11 Wi-Fi技术提供了一种低成本的解决办法。事实上，成百上千的草根Wi-Fi网络（即基本用户Wi-Fi网络）已在世界范围内运行，大多数草根Wi-Fi都倾向于为用户提供互联网连接，而不是用户之间的连接。所以，它还不是无线网格。

　　就像许多观念渐渐成熟一样，无线网格目前正在花开绽放。看一看由MIT媒体实验室Negroponete博士描述的百合花池塘和青蛙模型:“...沿着街道下去，超出了我的系统范围，另一个邻居已经进入Wi-Fi。而且还有另一个，又一个。想一想池塘里的百合花，又两朵，又四朵。然后很多重叠，每一个的茎部插入到互联网......将来，每一个Wi-Fi系统都将扮演成一个小的路由器，接替到最近的邻居。消息可以对等式地蛙跳，就像青蛙一样从一朵百合花跳到另一朵百合花——茎部是不必要的。”这个开放式的无线网格概念被呈现为一种普遍目的的Ad hoc网络。 无线通信被用在终端用户之间，就如用在终端用户和区域互联网之间一样。

　　摆脱互联网的无线社区网

　　基于无线网格的概念，今年笔者提出了社区网(Community Area Networks)的概念。社区网是无线网格的一种形式。

　　社区网是一个使用免费频道的全无线网络，是可以连接社区或城区，包含居民及移动用户的多跃网络。处于其覆盖范围内的用户能够通过Wi-Fi网络与其他用户通信并连接互联网，这样就提供了一个独立的社区网以连接每一个家庭到当地政府部门或组织。
　　
　　Wi-Fi社区网提供了一个基础结构。在这个基础结构之上我们建立服务平台，其功能包括信息传播、信息收集、对等局部搜索、查询与跟踪、普适结构支持、视频会议和视频点播服务等。Wi-Fi社区网有许多优点。像草根Wi-Fi一样，它提供了一个低成本的互联网访问。在非营利性应用方面，它为政府信息、在线教育、法律实施、信息共享和城镇会议等提供了便利性。它同样可以用在社区安全或者老年人护养等方面;营利性应用有诸如视频传播平台允许商业合作者提供视频点播服务。值得注意的一点是，以上应用都并不依靠互联网。

　　无线社区网的体系结构

　　无线社区网是含有超级节点（Super Node, SN）的社区网微结构。一个超级节点被定义为一个固定的、相对可靠的节点，配备有天线从而可以进行长距离传输信号，有足够的功率提供路由，并且足够的存储空间提供高级服务。相比而言，一个普通节点（Normal Node, NN）可以是一个没有天线、没有大的存储空间或者没有足够能力的小节点。同样，一个普通节点不需要很可靠，它被允许随时在线或者离线。超级节点是社区网中的关键节点。它作为入口为居家或者移动用户提供服务。在传递消息的时候它也提供信息存储功能。这个异构体系结构突破了以往的Ad hoc 网络的限制而能大大地提高社区网的可扩展性。如图1所示，一个超级节点能够访问至少六个邻近的超级节点，网络因其而有很好的连接性。

　　超级节点的结构如图2所示。一个普通个人计算机或服务器可以被用作路由器，连接着一定数量的访问节点。每一个访问节点都附有天线。其中,一个是全向天线，以连接普通节点,相控阵天线可以被用来扩展覆盖范围,其他都是定向天线，诸如扇形或抛物面天线，用来连接其他超级节点。

　　最佳访问节点数目可以根据通道分配算法决定。其通信体系结构如图3所示。

　　社区网的终端系统可以是任何设备，如计算机、电视机、或拥有无线界面卡的PDA,可兼容Wi-Fi的手机将是一个重要的终端设备。今后，将会有更多的机构和厂商特别注重为3G/WiFi手机开发中间件和服务平台。

　　中间件和服务平台

　　社区网的基础结构提供了很多的基本服务，诸如无线网络的端到端连接，但是需要更多类型的服务才能获得高级应用。互联网的代理被用在覆盖网中，而在社区网中超级节点本身就可以被用来建立覆盖网。超级节点可被用作复制引擎来区域播送和多播，存储空间可以被用来缓冲或镜像。这样，中间件使得这些服务功能易于实现。中间件和服务平台所需提供的功能包括:区域播送和多播、缓冲、镜像、信息广播、信息收集、视频会议和查询与跟踪。

　　无线网格是一个新兴的领域，它将改变当今网络世界的现状，同时能够为亿万人民提供新的机遇，不仅对于软件企业有意义，跟终端用户更是有着密切的关系。社区网是一种无线网格，可以被看作是无线网格的一部分。社区网与无线网格有许多共同的问题，也有它的特殊点。

　　在过去几年的无线网格的研究中，上海交大网格计算中心在社会需求和草根Wi-Fi的启发下提出了社区网的概念。初步研究成果包括802.11的远距离传送，天线研究及信号干扰，无线网格路由器的研制，视频服务器及视频信号在无线网格上的传送等，形成了一个最终成为社区网基础的新型系统结构。相应的路由协议及动态通道分配算法便社区网有望成为一个高性能的基础结构。所有这些,都为建立一个社区网奠定了一个坚实的基础。初步实验结果已经证明社区网的基本思想是正确的、方法是可行的。

图1 社区网结构



图2. 超级节点结构


图3. 社区网通信体系结构

    相关链接 根据哈佛大学scott bradner等人所提出的观点，无线网格是一种资源——通过共享网络、相互连接的传感器、移动电话以及其他的能够互联和通过有线网格互联的相关设备组成。特别是，分布式的资源共享将会允许这些设备为网格计算提供新的资源和使用位置。