无线Mesh网络(Wireless Mesh Network, WMN)是一种自组织、自愈的网络架构，具有显著的优点和一些缺点。以下是对其优缺点的详细分析：
一、 无线Mesh网络优缺点介绍
1. 优点
自组织和自愈能力：
自组织：Mesh网络中的节点可以自动发现并连接到其他节点，形成网络拓扑，无需人工干预。
自愈：当某个节点失效时，网络可以自动重新路由数据，通过其他节点继续传输，增强了网络的可靠性和稳定性。
扩展性强：
易于扩展：可以通过添加新节点来扩展网络覆盖范围，且不需要重新配置整个网络。
灵活部署：适合在需要覆盖大面积或复杂地形的场景中使用，如城市环境、工厂车间等。
高可靠性：
多路径传输：数据可以通过多个路径传输，减少了单点故障的风险，提高了数据传输的可靠性。
负载均衡：网络可以动态调整流量分布，避免某些节点过载，提升整体网络性能。
成本效益：
减少布线成本：无线Mesh网络不需要大量的有线基础设施，降低了部署和维护成本。
利用现有设备：可以利用现有的无线设备，减少了新设备采购成本。
灵活性和适应性：
动态调整：网络可以根据节点的移动和环境变化动态调整拓扑结构，适应不同的应用场景。
2. 缺点
信号衰减：
Mesh节点转发的信号会因为多次转发而衰减，导致信号质量下降。
干扰问题：
由于无线信号容易受到环境因素的影响，如建筑物遮挡、其他无线设备干扰等，可能会导致网络性能不稳定。
复杂性：
尽管Mesh网络具有自组织和自愈能力，但其内部的路由选择和路径优化算法较为复杂，需要较高的计算资源。
安全问题：
Mesh网络由于其开放性和多跳特性，可能会面临更多的安全威胁，如中间人攻击、节点冒充等。
带宽限制：
在高密度节点环境中，由于每个节点都需要进行数据转发，可能会导致带宽利用率降低。
无线Mesh网络以其自组织、自愈、扩展性强、成本效益高等优点，在物联网、智能城市、工业自动化等领域得到了广泛应用。然而，其信号衰减、干扰问题、复杂性和安全问题也是需要考虑的重要因素。
二、 无线Mesh网络中的信号衰减问题
无线Mesh网络中的信号衰减问题可以通过多种方法来解决。首先，了解信号衰减的原因是关键，包括距离因素、障碍物影响以及环境因素等。针对这些问题，可以采取以下策略：
- 增加路由器数量：通过在主路由器的信号范围内增加接入点，可以扩展网络覆盖范围，从而减少信号衰减的影响。
- 优化发射功率和使用中继器：调整发射功率和使用中继器可以增强信号强度，减少信号在传播过程中的衰减。
- 选择适当的频率：不同频率的信号在传播过程中衰减程度不同，选择合适的频率可以减少衰减的影响。
- 改善天线布局：优化天线的位置和布局，以提高信号的覆盖范围和强度。
- 应用现代技术：例如分集技术和Rake接收机等技术可以对抗信号衰减带来的影响。
- 环境优化：尽量减少障碍物对信号的阻挡，例如在家庭中尽量避免墙壁、家具等物体对信号路径的干扰。
- 使用三频路由器：相比于双频路由器，三频路由器由于有专门的回程通道，可以减少子路由端速率下降的情况，从而减轻信号衰减的影响。
三、 如何减少无线Mesh网络中的干扰
减少无线Mesh网络中的干扰问题可以通过多种方法实现，以下是一些有效的策略：
- 信道分配算法：通过改进的信道分配算法来减少网络中的干扰。例如，可以采用基于拓扑优化和干扰避免的启发式算法，利用最大流最小割原理对网络进行优化。此外，还可以使用负载与干扰感知的信道分配算法(LIMCA)，该算法综合考虑了多播会话流内、流间干扰以及负载等因素。
- 频率隔离：在无线网状网中，可以通过频率隔离来减少干扰。这意味着在不同的节点之间分配不同的频率信道，以避免信号重叠和干扰。
- 时隙划分：通过合理分配节点之间的发送时隙，可以避免冲突，提高网络吞吐量。这种方法适用于多个节点同时发送数据的情况，可以有效减少干扰。
- 选择不同的信道：在设置无线Mesh组网时，可以选择使用不同的信道来避免干扰。可以通过访问路由器的管理界面来更改信道设置，确保不同节点使用的信道不重叠。
- 改进型算法：对现有的信道分配算法进行改进，例如CLICA阶段2)算法，按链路负载的递减顺序重新访问所有链路，并检查信道再分配，以减少网络中的干扰度。
- 节点部署优化：合理部署无线Mesh网络节点，避免节点之间的信号重叠和干扰。这需要对节点的位置和布局进行仔细规划。
四、 无线Mesh网络的安全威胁
无线Mesh网络由于其分布式和开放性的特性，面临着多种安全威胁。这些威胁主要包括：
- 恶意攻击：由于Mesh网络的开放性，攻击者可以轻易地加入网络并进行恶意操作。
- 数据包篡改：攻击者可能对传输的数据包进行篡改，从而影响数据的完整性和准确性。
- 节点劫持：如果Mesh网络中的某个节点被攻击或入侵，攻击者可能会控制该节点，并通过它访问整个网络中的所有数据。
- 黑洞攻击：恶意节点可以加入系统并阻止数据包的传输，导致路由发现问题。
- 窃听和选择性转发：与其他无线网络类似，Mesh网络也面临被窃听和选择性转发的安全威胁。
为了防御这些安全威胁，可以采取以下策略：
- 加密无线连接：使用强密码对Wi-Fi Mesh网络进行加密，以防止未经授权的访问。
- 定期更新固件：及时更新Wi-Fi Mesh网络设备的固件，以修复已知的安全漏洞。
- 采用安全路由协议：研究和应用高吞吐量且安全的路由协议，以提高网络的安全性和抗干扰能力。
- 使用自动化漏洞挖掘工具：例如MeshFuzzer，可以帮助发现和修复网络中的潜在漏洞。
- 实施严格的访问控制：确保只有授权用户和设备能够接入网络，并对网络流量进行监控和管理。
五、 在高密度节点环境如何提高无线Mesh网络的带宽利用率?
在高密度节点环境中，提高无线Mesh网络的带宽利用率可以通过以下几种方法：
- 增加Mesh节点和合适的网络协议：在高密度的城市网络环境中，通过增加Mesh节点以及采用合适的网络协议，可以减少相邻用户的相互干扰，从而提高信道的利用效率。
- 动态信道分配：采用基于双天线和干扰感知的动态信道分配方法，可以有效提高Mesh网络带宽资源的利用率。这种方法通过实时调整信道分配，避免信道冲突，从而提升网络性能。
- 高吞吐率路由协议和多径路由控制：设计高效的路由协议和多径路由控制策略，可以优化数据传输路径，减少数据传输延迟和丢包率，从而提高带宽利用率。
- 环境感知的自适应QoS路径选择算法：通过研究基于无线信道状态和链路质量的自适应QoS路径选择算法，可以改善无线多跳Mesh网络的服务质量，满足对数据传输带宽、时延和抖动的要求。
- 粒子群优化的信道分配算法：利用粒子群优化(PSO)算法进行信道分配，可以显著缓解容量问题，增加网络聚合带宽。尽管MCMR技术并非完美无瑕，但结合PSO算法可以进一步优化信道分配，提高整体网络性能。
- 综合考虑流内干扰和流间干扰：在确定路由路径上每条链路的信道可用带宽时，需要综合考虑流内干扰和流间干扰的影响，并在估计算法中均衡每个节点的负载，以确保带宽分配的公平性和效率。
六、 无线Mesh网络的路由选择和路径优化算法
无线Mesh网络的路由选择和路径优化算法近年来取得了显著进展，主要体现在以下几个方面：
- 多路径路由算法：针对异构无线Mesh网络，研究者提出了多路径AODV-CDM算法，强调了考虑网络动态特性的重要性，以提高网络效率和性能。
- 支持QoS的路由优化算法：例如，改进型sOAR路由算法在传输时延、吞吐量和吞吐率性能上均有提升，尤其在重负载条件下表现更为明显。此外，还有支持QoS的机会路由优化算法，通过仿真结果表明其在重负载条件下的性能提升。
- 环境感知的自适应QoS路径选择算法：该算法通过对无线信道环境的动态感知，利用分层判断法区分无线分组丢失的主要原因，并实时调整MAC层的最佳重传次数，降低分组冲突概率。
- 基于人工蜂群算法的可变路由度量研究：代红和王鹏飞提出了一种基于人工蜂群算法的综合路由度量标准，该标准综合考虑了链路可靠度、可用带宽、传输时延和干扰度等因素。通过仿真实验表明，该方法能显著优化路由选择效果，提高网络吞吐量并降低端到端时延。
- 联合路由选择与资源调度算法：基于强化学习的大规模多模Mesh网络联合路由选择及资源调度算法，注重数据量大小的同时，也考虑了不同数据流的时延和可靠性等差异化需求。
- 跨层优化理论的应用：一些研究通过跨层操作机制，结合链路状态信息和最大重传策略，提出启发式路径选择算法，以应对复杂的应用环境和多样的业务需求。
