Mesh网络，即无线网格网络(Wireless Mesh Network, WMN)，是一种多跳(multi-hop)的网络拓扑结构。它由多个节点组成，每个节点既可以作为路由器也可以作为客户端(client)，通过这些节点之间的路由传输实现数据通信。
Mesh网络的主要特点包括：
- 去中心化：与传统的无线网络不同，Mesh网络中的每个节点都具备独立的路由功能，可以相互连接并进行数据传输，不需要依赖单一的接入点或基站。
- 动态扩展：Mesh网络是动态的，能够不断扩展以适应新的节点加入或现有节点的离线情况。这种特性使得Mesh网络具有很高的灵活性和鲁棒性。
- 多路径传输：在Mesh网络中，数据包可以通过多条路径从一个节点传送到另一个节点，即使某些路径受到干扰或中断，其他路径仍能继续传输数据，从而提高网络的可靠性和稳定性。
- 自组织能力：Mesh网络可以自动创建和维护网络连接，当某个节点失效时，网络会自动重新配置以修复断开的路径，这一过程称为自愈(self-healing)。
- 多跳通信：由于每个节点都可以转发数据包到其他节点，因此Mesh网络支持多跳通信，即数据包可以在多个节点之间跳转，直到到达最终目的地。
Mesh网络广泛应用于解决“最后一公里”问题，特别是在城市、农村以及偏远地区的宽带接入。此外，它还被用于物联网(IoT)设备的互联互通、社区无线网络建设等领域。
Mesh网络是一种灵活、可靠且可扩展的网络架构，通过分布式节点实现高效的数据传输和通信，具有显著的优势和广泛的应用前景。
一、 Mesh网络的自愈能力
Mesh网络的自愈能力主要通过多种技术和策略实现，这些技术和策略包括前摄性重路由、生成树算法、P-cycle技术以及多路径技术等。
- 前摄性重路由：无线Mesh网络由于链路不可靠特性容易造成网络不稳定和转发不连续。前摄性重路由是一种有效的方法，可以提前发现潜在的故障并重新规划路径。例如，基于无环替代重路由的AODV路由(AODV-LFA)比传统的AODV具有更强的自愈性能。
- 生成树算法：生成树算法在Mesh网络中被广泛应用于构建冗余路径，以提高网络的生存性和鲁棒性。例如，非全度完全非相关双树保护机制就是一种基于生成树的格状网络自愈机制，通过改进传统生成树算法来提升网络的恢复速度和资源利用率。
- P-cycle技术：预先配置保护环的技术可以在备用资源利用率接近最优解的情况下，使得恢复速度接近于线路倒换环。然而，已有的分布式恢复算法收敛速度较慢，而一种基于改进环评价函数的集中控制算法又使恢复过程变得更加复杂。因此，研究者提出了改进算法以保持高效的恢复速度。
- 多路径技术：Mesh网络通常涉及多个路由路径，这使得网络能够通过自动发现未知路由并选择最佳路径来确保数据到达目的地。这种多路径技术不仅提高了网络的可靠性，还增强了其自愈能力。
- 节点自动恢复：当一个节点发生故障时，Mesh网络应具备自动节点恢复的能力。网络应能自动找到替换节点，并重新建立与其他节点的连接，从而维持网络的正常运行。
- 自我修复和容错：Mesh网络的自我修复和容错能力是其核心优势之一。当某个单元离线或移动时，网络可以找到新的路径到达目的地。此外，每个接入点都可以连接到多个无线电，形成一个网状结构，当根AP丢失连接时，非根AP会扫描以寻找新的根AP，从而重新形成网络。
Mesh网络的自愈能力是通过多种技术手段共同实现的，包括但不限于前摄性重路由、生成树算法、P-cycle技术和多路径技术等。
二、 Mesh网络在物联网(IoT)中的应用案例
Mesh网络在物联网(IoT)中的应用案例非常广泛，涵盖了从智能家居到工业自动化等多个领域。以下是几个具体的应用案例：
基于蓝牙Mesh技术的智能家居系统已经得到了众多领军企业的支持。例如，乐鑫科技开发的蓝牙Mesh协议栈ESP-BLE-MESH被广泛应用于智能家居设备中，如智能灯泡、智能插座等。
蓝牙Mesh网络技术也适用于智能照明控制系统，通过多跳通信实现大规模设备的连接和管理，从而提高系统的可靠性和扩展性。
Mesh网络特别适合于需要连接大量独立设备的智能楼宇和IoT应用。蓝牙Mesh规范支持多达32767个节点，能够有效应对高密度设备的部署需求，并且某些低功耗节点可以在极低功耗下运行，延长电池寿命。
在传感器网络中，Mesh网络利用其自愈合算法和多跳通信能力，可以实现远距离、高可靠性的数据传输，这对于环境监测、工业监控等应用场景至关重要。
Mimo Mesh系列无线宽带自组网技术显著应用于非可视(NLOS)多径衰落环境，如视频/数据/语音的关键通信。这种技术在机器人、无人车的侦察、监控、反恐和监测等方面具有重要应用价值。
三、 如何解决Mesh网络中的数据包丢失
在Mesh网络中，数据包丢失问题可以通过多种方法来解决。以下是几种有效的解决方案：
该算法通过对无线Mesh网络的无线信道环境进行动态感知，利用分层判断法区分无线分组丢失的主要原因(如无线差错或网络拥塞)，并实时调整MAC层的最佳重传次数，以降低无线网络中的分组冲突概率。
在无线Mesh网络环境下，可以采用一种跨层显示“失聪”丢包通告机制。该机制在系统使用定向天线条件下，通过基于忙音的媒体接入控制机制区分数据丢包的原因，并通过IP地址等信息进行丢包通告。
对候选节点采用单播方式发送数据包，当数据包丢失后可以重发，这可以减少组播包的丢失，提高网络的吞吐量和改善组视频效果。但需要注意的是，单播方式会耗费更多的带宽。
使用粒子群优化算法对无线Mesh网络的信道进行分配，以最大化可并发传输的链路的总数量，从而缓解容量问题并增加网络聚合带宽。
这些方法各有优缺点，需要根据具体应用场景和需求进行选择和调整。例如，自适应QoS路径选择算法适用于需要实时调整网络参数的情况;而单播方式虽然能有效减少丢包，但可能会导致带宽的浪费;
四、 Mesh网络与其他类型无线网络结构对比
Mesh网络与其他类型无线网络(如星形网络、树形网络)相比，具有以下优势和劣势：
1. 优势：
- 高可靠性：每个节点都与其他节点直接连接，当一个节点故障时，数据可以通过其他路径传输，从而保证了整个网络的高可靠性。
- 广泛覆盖：Mesh网络能够提供广泛的覆盖范围，这使得它在需要大范围覆盖的应用场景中非常有用。
- 低功耗：Mesh网络在设计上注重低功耗，适合于需要长时间运行的物联网设备。
- 智能化管理：通过自组织网络和人工智能技术，Mesh网络可以实现更加智能化的管理和优化，提高网络的灵活性和安全性。
- 扩展性：新节点可以轻松添加到自调整的网络中，使网络易于扩展。
- 减少回传需求：多个节点可以使用一个无线或有线的点对点或点对多点链接来减少回传需求。
2. 劣势：
- 延迟较高：由于数据需要通过多个节点转发，可能会导致较高的延迟。
- 配置复杂性：Mesh网络的配置相对复杂，需要更多的专业知识和时间进行设置。
- 成本较高：建设Mesh网络需要购买多个节点，因此初期投资较大。
- 维护难度：虽然Mesh网络在某些方面降低了维护难度，但其复杂的拓扑结构仍可能带来一定的维护挑战。
3. 对比其他类型无线网络：
- 星形网络：星形网络通常由一个中心节点(通常是路由器或交换机)连接多个终端节点组成。其优点是结构简单、易于管理和维护;缺点是中心节点故障会导致整个网络瘫痪。
- 树形网络：树形网络由多个星形网络通过主干网连接而成，具有总长度短、成本较低的优点，但其复杂性和对主干链路的依赖性较大，一旦主干链路发生故障，将严重影响整个网络。
Mesh网络在可靠性、覆盖范围和扩展性方面表现优异，但在延迟、配置复杂性和成本方面存在劣势。
五、 Mesh网络的安全性和隐私保护措施
Mesh网络的安全性和隐私保护措施是多方面的，涵盖了从加密技术到身份验证机制的多种手段。以下是具体的措施：
- 加密和身份验证：Mesh网络可以采用多种安全技术来保障网络的安全性。例如，可以使用加密和身份验证机制来防止未经授权的访问和恶意攻击。此外，还可以通过双向认证确保节点间的通信安全。
- 防火墙和入侵检测：为了进一步增强安全性，Mesh网络可以部署防火墙和入侵检测系统，以监控和阻止潜在的威胁。
- 数据流量的机密性和完整性保护：在Mesh网络中，各跳端到端链路的数据流量需要进行机密性和完整性的保护，以确保数据在传输过程中的安全。
- 路由协议和算法的安全性：研究和优化路由协议以及路由算法的安全性也是关键，因为这些协议和算法直接影响到整个网络的安全性。
- 自动化漏洞挖掘工具：开发和使用自动化漏洞挖掘工具可以在Mesh网络构建阶段和网络控制阶段发现并修复安全漏洞，从而提高整体安全性。
- 存储数据和密码保护：扩大隐私保护的范围非常重要，包括对存储数据、密码进行保护，并定期删除敏感信息。
- PA-SHWMP协议：提出了一种新的保密意识安全混合无线Mesh程序(PA-SHWMP)，旨在保护内部攻击的同时保持性能和隐私。该协议还引入了检测和停止“黑洞攻击”的技术，这种攻击是由恶意节点加入系统并导致路由发现问题的。
- IEEE 802.11i安全机制：建议使用IEEE 802.11i安全机制来保护Mesh骨干控制/管理流量，并且数据流量可以通过ESS mesh节点进行保护。
