Mesh-WLAN

Diagramm einer möglichen Konfiguration für ein drahtloses Mesh-Netzwerk, das über eine VSAT-Verbindung vorgeschaltet ist (zum Vergrößern anklicken) ⓘ

Ein drahtloses Mesh-Netzwerk (WMN) ist ein Kommunikationsnetz, das aus Funkknoten besteht, die in einer Mesh-Topologie organisiert sind. Es kann auch eine Form eines drahtlosen Ad-hoc-Netzes sein. ⓘ

Ein Mesh bezieht sich auf eine reichhaltige Verbindung zwischen Geräten oder Knotenpunkten. Drahtlose Mesh-Netze bestehen häufig aus Mesh-Clients, Mesh-Routern und Gateways. Die Mobilität der Knotenpunkte ist weniger häufig. Wenn sich die Knoten ständig oder häufig bewegen, verbringt das Mesh-Netz mehr Zeit mit der Aktualisierung der Routen als mit der Übermittlung von Daten. In einem drahtlosen Mesh-Netz ist die Topologie tendenziell statischer, so dass die Routen Berechnung konvergieren kann und die Daten an ihre Ziele geliefert werden können. Es handelt sich also um eine zentralisierte Form des drahtlosen Ad-hoc-Netzes mit geringer Mobilität. Da es manchmal auf statische Knoten angewiesen ist, die als Gateways fungieren, handelt es sich auch nicht um ein wirklich drahtloses Ad-hoc-Netz. ⓘ

Mesh-Clients sind oft Laptops, Handys und andere drahtlose Geräte. Mesh-Router leiten den Verkehr zu und von den Gateways weiter, die mit dem Internet verbunden sein können, aber nicht müssen. Der Abdeckungsbereich aller Funkknoten, die als ein einziges Netz arbeiten, wird manchmal als Mesh-Cloud bezeichnet. Der Zugang zu dieser Mesh-Cloud hängt davon ab, dass die Funkknoten zusammenarbeiten, um ein Funknetz zu schaffen. Ein Mesh-Netzwerk ist zuverlässig und bietet Redundanz. Wenn ein Knoten nicht mehr funktioniert, können die übrigen Knoten weiterhin miteinander kommunizieren, entweder direkt oder über einen oder mehrere Zwischenknoten. Drahtlose Mesh-Netzwerke können sich selbst bilden und selbst heilen. Drahtlose Mesh-Netzwerke arbeiten mit verschiedenen Drahtlostechnologien wie 802.11, 802.15, 802.16 und Mobilfunktechnologien und müssen nicht auf eine bestimmte Technologie oder ein bestimmtes Protokoll beschränkt sein. ⓘ

Ein Mesh-WLAN (englisch mesh ‚ineinandergreifen, vermaschen‘) ist ein drahtloses lokales Netzwerk aus mehreren WLAN-Komponenten, das durch Verbindung und gemeinsame Steuerung der Komponenten (Basis und Satelliten) von den im „Mesh-Bereich“ befindlichen Endgeräten als ein einheitliches WLAN gesehen wird und einen möglichst flächendeckenden Empfang bei gleichbleibender Übertragungsgeschwindigkeit gewährleisten soll. Diese Komponenten können z. B. ein Router mit Access Point und weitere WLAN-Geräte wie Repeater oder Powerline-Adapter sein. ⓘ

Geschichte

Drahtlose Mesh-Funknetze wurden ursprünglich für militärische Anwendungen entwickelt, so dass jeder Knoten dynamisch als Router für jeden anderen Knoten dienen konnte. Auf diese Weise konnten die verbleibenden Knoten selbst bei einem Ausfall einiger Knoten weiterhin miteinander kommunizieren und bei Bedarf als Uplink für die anderen Knoten dienen. ⓘ

Frühe drahtlose Mesh-Netzknoten verfügten über ein einziges Halbduplex-Funkgerät, das zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder senden oder empfangen konnte, aber nicht beides gleichzeitig. Damit einher ging die Entwicklung von Shared-Mesh-Netzen. Diese wurden später durch komplexere Funkhardware ersetzt, die Pakete von einem Upstream-Knoten empfangen und gleichzeitig an einen Downstream-Knoten senden konnte (auf einer anderen Frequenz oder einem anderen CDMA-Kanal). Dies ermöglichte die Entwicklung von Mesh-Netzwerken. Da die Größe, die Kosten und die Leistungsanforderungen der Funkgeräte weiter sanken, konnten die Knoten kostengünstig mit mehreren Funkgeräten ausgestattet werden. Dies wiederum ermöglichte es, dass jedes Funkgerät eine andere Funktion übernehmen konnte, z. B. ein Funkgerät für den Client-Zugang und ein anderes für Backhaul-Dienste. ⓘ

Die Arbeit auf diesem Gebiet wurde durch den Einsatz spieltheoretischer Methoden zur Analyse von Strategien für die Zuweisung von Ressourcen und die Weiterleitung von Paketen unterstützt. ⓘ

Merkmale

Einheitliche herstellerübergreifende Merkmale, die den seit 2016 vermehrt im Marketing für Heimnetzwerke verwendeten Begriff Mesh definieren, sind nicht festgelegt. Als Grundmerkmale werden aber für den Verbund der aktiven WLAN-Mesh-Komponenten folgende Eigenschaften gesehen:

• automatische Verbindung der Mesh-Komponenten untereinander und Synchronisation aller Einstellungen und Firmware-Updates
• automatischer unterbrechungsfreier Übergang eines WLAN-Endgeräts von einer Mesh-Komponente zu einer anderen (Access-Point-Steering): das Mesh entscheidet von sich aus, welche Station gerade für ein Endgerät die beste Leistung liefert – insbesondere auch für mobile Endgeräte im Mesh-Bereich
• automatische Zuweisung des am Standort des Endgeräts leistungsfähigsten Frequenzbandes (Band Steering, z. B. Zuweisung des 2,4- und des 5-GHz-WLAN-Bands) ⓘ

Architektur

Die drahtlose Mesh-Architektur ist ein erster Schritt auf dem Weg zu einer kostengünstigen und geringen Mobilität in einem bestimmten Versorgungsgebiet. Die drahtlose Mesh-Infrastruktur ist im Grunde ein Netz von Routern ohne die Verkabelung zwischen den Knotenpunkten. Sie besteht aus Peer-Funkgeräten, die nicht wie herkömmliche WLAN-Zugangspunkte (Access Points, AP) mit einem kabelgebundenen Anschluss verbunden sein müssen. Die Mesh-Infrastruktur überträgt Daten über große Entfernungen, indem sie die Strecke in eine Reihe von kurzen Sprüngen aufteilt. Zwischenknoten verstärken nicht nur das Signal, sondern leiten die Daten kooperativ von Punkt A nach Punkt B weiter, indem sie Weiterleitungsentscheidungen auf der Grundlage ihrer Kenntnis des Netzes treffen, d. h. sie führen ein Routing durch, indem sie zunächst die Topologie des Netzes ableiten. ⓘ

Drahtlose Maschennetze sind ein Netz mit relativ "stabiler Topologie", abgesehen vom gelegentlichen Ausfall von Knoten oder dem Hinzufügen neuer Knoten. Der Pfad des Datenverkehrs, der von einer großen Anzahl von Endnutzern kommt, ändert sich nur selten. Praktisch der gesamte Verkehr in einem Infrastruktur-Mesh-Netz wird entweder zu oder von einem Gateway weitergeleitet, während in drahtlosen Ad-hoc-Netzen oder Client-Mesh-Netzen der Verkehr zwischen beliebigen Knotenpaaren fließt. ⓘ

Wenn die Mobilität zwischen den Knoten hoch ist, d. h. die Verbindungen häufig unterbrochen werden, brechen drahtlose Mesh-Netzwerke zusammen und haben eine geringe Kommunikationsleistung. ⓘ

Verwaltung

Diese Art von Infrastruktur kann dezentralisiert (ohne zentralen Server) oder zentral verwaltet (mit einem zentralen Server) sein. Beide sind relativ kostengünstig und können sehr zuverlässig und widerstandsfähig sein, da jeder Knoten nur so weit wie der nächste Knoten übertragen muss. Die Knoten fungieren als Router, um Daten von nahe gelegenen Knoten an andere Knoten zu übertragen, die zu weit entfernt sind, um sie in einem einzigen Schritt zu erreichen. Die Topologie eines Mesh-Netzwerks muss relativ stabil sein, d. h. es darf nicht zu viel Mobilität geben. Fällt ein Knoten aufgrund eines Hardwarefehlers oder aus anderen Gründen aus dem Netz aus, können seine Nachbarn mithilfe eines Routing-Protokolls schnell eine andere Route finden. ⓘ

Anwendungen

Maschennetze können sowohl feste als auch mobile Geräte umfassen. Die Lösungen sind so vielfältig wie der Kommunikationsbedarf, z. B. in schwierigen Umgebungen wie Notfallsituationen, Tunneln, Bohrinseln, bei der Überwachung von Schlachtfeldern, bei mobilen Hochgeschwindigkeits-Videoanwendungen an Bord öffentlicher Verkehrsmittel, bei der Echtzeit-Telemetrie von Rennwagen oder beim selbstorganisierenden Internetzugang für Gemeinden. Eine wichtige mögliche Anwendung für drahtlose Maschennetze ist VoIP. Durch die Verwendung eines Dienstgüteverfahrens kann das drahtlose Mesh-Netz die Weiterleitung von lokalen Telefongesprächen durch das Mesh-Netz unterstützen. Die meisten Anwendungen in drahtlosen Mesh-Netzen sind denen in drahtlosen Ad-hoc-Netzen ähnlich. ⓘ

Einige aktuelle Anwendungen:

• Die US-Streitkräfte verwenden jetzt drahtlose Mesh-Netzwerke, um ihre Computer, vor allem robuste Laptops, im Feldeinsatz zu verbinden.
• Intelligente Stromzähler, die jetzt in Wohnhäusern eingesetzt werden, übertragen ihre Messwerte von einem zum anderen und schließlich zur Rechnungsstellung an die Zentrale, ohne dass menschliche Ableser benötigt werden oder die Zähler mit Kabeln verbunden werden müssen.
• Die Laptops im Rahmen des Programms "One Laptop per Child" nutzen drahtlose Mesh-Netzwerke, um den Schülern den Austausch von Dateien und den Zugang zum Internet zu ermöglichen, auch wenn in ihrer Umgebung keine Kabel-, Handy- oder andere physische Verbindung besteht.
• Smart-Home-Geräte wie Google Wi-Fi, Google Nest Wi-Fi und Google OnHub unterstützen alle Wi-Fi-Mesh-Netzwerke (d. h. Wi-Fi ad hoc). Mehrere Hersteller von Wi-Fi-Routern haben Mitte der 2010er Jahre begonnen, Mesh-Router für den Heimgebrauch anzubieten.
• Einige Kommunikationssatellitenkonstellationen arbeiten als Mesh-Netzwerk, mit drahtlosen Verbindungen zwischen benachbarten Satelliten. Anrufe zwischen zwei Satellitentelefonen werden über das Mesh-Netz von einem Satelliten zum anderen innerhalb der Konstellation geleitet, ohne eine Bodenstation passieren zu müssen. Dadurch verkürzt sich der Weg des Signals, was die Latenzzeit verringert, und die Konstellation kommt mit weit weniger Bodenstationen aus, als dies bei einer gleichen Anzahl herkömmlicher Kommunikationssatelliten der Fall wäre. Die Iridium-Satellitenkonstellation besteht aus 66 aktiven Satelliten in einer polaren Umlaufbahn und arbeitet als Mesh-Netzwerk, das eine globale Abdeckung bietet. ⓘ

Betrieb

Das Prinzip ähnelt der Art und Weise, wie Pakete im kabelgebundenen Internet unterwegs sind: Die Daten wandern von einem Gerät zum anderen, bis sie schließlich ihr Ziel erreichen. Dynamische Routing-Algorithmen, die in jedem Gerät implementiert sind, ermöglichen diesen Vorgang. Um solche dynamischen Routing-Protokolle zu implementieren, muss jedes Gerät Routing-Informationen an andere Geräte im Netz übermitteln. Jedes Gerät entscheidet dann, was es mit den empfangenen Daten macht - je nach Protokoll leitet es sie entweder an das nächste Gerät weiter oder behält sie. Der verwendete Routing-Algorithmus sollte versuchen sicherzustellen, dass die Daten immer den am besten geeigneten (schnellsten) Weg zu ihrem Ziel nehmen. ⓘ

Mesh mit mehreren Funkgeräten

Multi-Radio-Mesh bedeutet, dass verschiedene Funkgeräte auf unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, um die Knoten in einem Mesh miteinander zu verbinden. Das bedeutet, dass für jeden Funkknoten eine eigene Frequenz verwendet wird Hop und damit eine eigene CSMA-Kollisionsdomäne. Mit mehr Funkbändern wird der Kommunikationsdurchsatz wahrscheinlich steigen, da mehr Kommunikationskanäle zur Verfügung Kommunikationskanäle. Dies ist vergleichbar mit der Bereitstellung von zwei oder mehreren Funkpfaden zum Senden und Empfang von Daten. ⓘ

Forschungsthemen

In einem der am häufigsten zitierten Papiere über drahtlose Maschennetze wurden 2005 die folgenden Bereiche als offene Forschungsprobleme genannt ⓘ

• Neues Modulationsschema
  • Um eine höhere Übertragungsrate zu erreichen, sind neben OFDM und UWB neue Breitbandübertragungsschemata erforderlich.
• Fortschrittliche Antennenverarbeitung
  • Die fortschrittliche Antennenverarbeitung einschließlich Richt-, Smart- und Mehrfachantennentechnologien wird weiter untersucht, da ihre Komplexität und Kosten für eine breite Vermarktung noch zu hoch sind.
• Flexible Frequenzverwaltung
  • Es werden enorme Anstrengungen zur Erforschung von frequenzflexiblen Techniken unternommen, um die Effizienz zu steigern.
• Schichtübergreifende Optimierung
  • Die schichtenübergreifende Forschung ist ein beliebtes aktuelles Forschungsthema, bei dem Informationen zwischen verschiedenen Kommunikationsschichten ausgetauscht werden, um das Wissen und den aktuellen Zustand des Netzes zu verbessern. Dies könnte die Entwicklung neuer und effizienterer Protokolle erleichtern. Ein gemeinsames Protokoll, das sich mit verschiedenen Entwurfsproblemen befasst - Routing, Zeitplanung, Kanalzuweisung usw. - kann eine höhere Leistung erzielen, da diese Probleme eng miteinander verbunden sind. Beachten Sie, dass ein nachlässiger schichtenübergreifender Entwurf zu einem Code führen kann, der schwer zu warten und zu erweitern ist.
• Software-definierte drahtlose Netzwerke
  • Zentralisiert, verteilt oder hybrid? - In dieser Studie wird eine neue SDN-Architektur für WDNs untersucht, die das Multi-Hop-Flooding von Routeninformationen überflüssig macht und somit eine einfache Erweiterung von WDNs ermöglicht. Die Schlüsselidee besteht darin, die Netzwerksteuerung und die Datenweiterleitung durch die Verwendung von zwei separaten Frequenzbändern zu trennen. Die Weiterleitungsknoten und der SDN-Controller tauschen Link-State-Informationen und andere Netzwerkkontrollsignale in einem der Bänder aus, während die eigentliche Datenweiterleitung im anderen Band stattfindet.
• Sicherheit
  • Ein WMN kann als eine Gruppe von Knoten (Clients oder Router) betrachtet werden, die zusammenarbeiten, um Konnektivität bereitzustellen. Eine solche offene Architektur, bei der die Clients als Router für die Weiterleitung von Datenpaketen dienen, ist vielen Arten von Angriffen ausgesetzt, die das gesamte Netz unterbrechen und Denial of Service (DoS) oder Distributed Denial of Service (DDoS) verursachen können. ⓘ

Vorteile

• Hohe bis komplett flächendeckende Empfangsabdeckung
• wenig Verlust bei der Übertragungsrate
• gleicher (Funk-)Netzwerkname (SSID) aller Komponenten für die Endgeräte ⓘ

Nachteile

• höhere Anschaffungskosten im Vergleich zu einem einfachen Access Point (kaum noch bedeutend)
• höherer Energieverbrauch, weil die Mesh-Komponenten möglichst ständig eingeschaltet bleiben sollten, um die Funktionalität zu gewährleisten
• Bindung an einen Hersteller, da in der Regel nur Komponenten eines Herstellers ein Mesh bilden (obwohl mit IEEE 802.11s ein herstellerunabhängiger Standard existiert) ⓘ

Beispiele:

• Paketfunknetze oder ALOHA-Netze wurden erstmals auf Hawaii eingesetzt, um die Inseln zu verbinden. Angesichts der sperrigen Funkgeräte und der geringen Datenrate ist das Netz weniger nützlich als gedacht.
• In den Jahren 1998-1999 wurde eine Feldimplementierung eines campusweiten drahtlosen Netzwerks unter Verwendung der 802.11 WaveLAN 2,4 GHz Funkschnittstelle auf mehreren Laptops erfolgreich abgeschlossen. Es wurden mehrere reale Anwendungen, Mobilität und Datenübertragungen durchgeführt.
• Mesh-Netzwerke waren für den militärischen Markt nützlich, da sie funkfähig sind und nicht alle militärischen Missionen häufig bewegte Knoten haben. Das Pentagon startete 1997 das DoD JTRS-Programm mit dem Ziel, Funkfunktionen wie Frequenz, Bandbreite, Modulation und Sicherheit, die bereits in der Hardware integriert waren, per Software zu steuern. Dieser Ansatz würde es dem Verteidigungsministerium ermöglichen, eine Familie von Funkgeräten mit einem gemeinsamen Softwarekern zu entwickeln, die in der Lage sind, Funktionen zu handhaben, die zuvor auf verschiedene hardwarebasierte Funkgeräte aufgeteilt waren: VHF-Sprachfunkgeräte für Infanterieeinheiten, UHF-Sprachfunkgeräte für die Luft-Luft- und Boden-Luft-Kommunikation, Langstrecken-HF-Funkgeräte für Schiffe und Bodentruppen sowie ein Breitbandfunkgerät, das Daten mit Megabit-Geschwindigkeit über ein Schlachtfeld übertragen kann. Das JTRS-Programm wurde jedoch 2012 von der US-Armee eingestellt, weil die von Boeing hergestellten Funkgeräte eine Ausfallquote von 75 % aufwiesen.
• Google Home, Google Wi-Fi und Google OnHub unterstützen alle Wi-Fi-Mesh-Netzwerke.
• Im ländlichen Katalonien wurde Guifi.net 2004 als Reaktion auf den Mangel an Breitband-Internet entwickelt, da die kommerziellen Internetanbieter keine oder nur eine sehr schlechte Verbindung zur Verfügung stellten. Heute ist es mit mehr als 30.000 Knotenpunkten nur noch zur Hälfte ein vollständig angeschlossenes Netzwerk, aber nach einer Peer-to-Peer-Vereinbarung ist es ein offenes, kostenloses und neutrales Netzwerk mit umfassender Redundanz geblieben.
• Im Jahr 2004 testeten die Ingenieure von TRW Inc. in Carson, Kalifornien, erfolgreich ein drahtloses Mesh-Netzwerk mit mehreren Knoten, das 802.11a/b/g-Funkgeräte auf mehreren Hochgeschwindigkeits-Laptops unter Linux verwendet und neue Funktionen wie Vorrang von Routen und Vorrangschaltung, das Hinzufügen verschiedener Prioritäten zu Verkehrsdienstklassen während der Paketplanung und des Routings sowie die Dienstqualität bietet. Ihre Arbeit kam zu dem Schluss, dass die Datenrate durch den Einsatz von MIMO-Technologie am Funk-Frontend zur Bereitstellung mehrerer räumlicher Pfade erheblich verbessert werden kann.
• ZigBee-Digitalfunkgeräte sind in einige Verbrauchergeräte, einschließlich batteriebetriebener Geräte, integriert. ZigBee-Funkgeräte organisieren spontan ein Mesh-Netzwerk, wobei sie spezielle Routing-Algorithmen verwenden; Übertragung und Empfang sind synchronisiert. Das bedeutet, dass die Funkgeräte die meiste Zeit ausgeschaltet sein können und somit Strom sparen. ZigBee ist für Anwendungsszenarien mit geringem Stromverbrauch und geringer Bandbreite gedacht.
• Thread ist ein drahtloses Netzwerkprotokoll für Verbraucher, das auf offenen Standards und IPv6/6LoWPAN-Protokollen basiert. Zu den Merkmalen von Thread gehören ein sicheres und zuverlässiges Mesh-Netzwerk ohne Single Point of Failure, einfache Konnektivität und geringer Stromverbrauch. Thread-Netzwerke sind einfach einzurichten und mit einer Verschlüsselung der Bankenklasse sicher zu nutzen, um Sicherheitslücken zu schließen, die in anderen drahtlosen Protokollen bestehen. Im Jahr 2014 kündigten die Nest Labs von Google Inc. eine Arbeitsgruppe mit den Unternehmen Samsung, ARM Holdings, Freescale, Silicon Labs, Big Ass Fans und dem Schlosshersteller Yale an, um Thread zu fördern.
• Anfang 2007 brachte das US-Unternehmen Meraki einen drahtlosen Mini-Mesh-Router auf den Markt. Das 802.11-Funkgerät im Meraki Mini wurde für die Kommunikation über große Entfernungen optimiert und bietet eine Abdeckung von über 250 Metern. Im Gegensatz zu Mesh-Netzwerken mit mehreren Funkgeräten und baumbasierten Topologien und deren Vorteilen beim O(n)-Routing verfügte der Meraki über nur ein Funkgerät, das er sowohl für den Client-Zugang als auch für den Backhaul-Verkehr nutzte.
• Die Naval Postgraduate School, Monterey CA, demonstrierte solche drahtlosen Mesh-Netzwerke für die Grenzsicherung. In einem Pilotsystem übertrugen Luftkameras, die von Ballons in der Luft gehalten wurden, hochauflösende Videos in Echtzeit über ein Mesh-Netzwerk an das Bodenpersonal.
• SPAWAR, eine Abteilung der US-Marine, entwickelt und testet ein skalierbares, sicheres, unterbrechungstolerantes Mesh-Netzwerk zum Schutz strategischer militärischer Anlagen, sowohl stationär als auch mobil. Maschinensteuerungsanwendungen, die auf den Mesh-Knoten laufen, "übernehmen", wenn die Internetverbindung unterbrochen wird. Zu den Anwendungsfällen gehören das Internet der Dinge, z. B. intelligente Drohnenschwärme.
• Im Rahmen eines Projekts des MIT Media Lab wurde der XO-1-Laptop oder "OLPC" (One Laptop per Child) entwickelt, der für benachteiligte Schulen in Entwicklungsländern bestimmt ist und Mesh-Netzwerke (basierend auf dem IEEE 802.11s-Standard) nutzt, um eine robuste und kostengünstige Infrastruktur zu schaffen. Das Projekt behauptet, dass die von den Laptops hergestellten sofortigen Verbindungen den Bedarf an einer externen Infrastruktur wie dem Internet verringern, um alle Gebiete zu erreichen, da ein angeschlossener Knoten die Verbindung mit Knoten in der Nähe teilen kann. Ein ähnliches Konzept wurde auch von Greenpacket mit seiner Anwendung namens SONbuddy umgesetzt.
• In Cambridge, Vereinigtes Königreich, wurde am 3. Juni 2006 auf der "Strawberry Fair" ein Mesh-Netz eingesetzt, um mobile Live-Fernseh-, Radio- und Internetdienste für schätzungsweise 80 000 Menschen bereitzustellen.
• Broadband-Hamnet, ein Mesh-Networking-Projekt, das im Amateurfunk verwendet wird, ist "ein schnelles, selbstentdeckendes, selbstkonfigurierendes, fehlertolerantes, drahtloses Computernetzwerk" mit sehr geringem Stromverbrauch und Schwerpunkt auf der Notfallkommunikation.
• Das Champaign-Urbana Community Wireless Network (CUWiN)-Projekt entwickelt Mesh-Networking-Software auf der Grundlage von Open-Source-Implementierungen des Hazy-Sighted Link State Routing Protocol und der Expected Transmission Count-Metrik. Darüber hinaus entwickelt die Wireless Networking Group an der University of Illinois in Urbana-Champaign ein drahtloses Mesh-Testbed mit mehreren Kanälen und Frequenzen, Net-X genannt, als Proof-of-Concept-Implementierung einiger der Mehrkanalprotokolle, die in dieser Gruppe entwickelt werden. Die Implementierungen basieren auf einer Architektur, die es einigen der Funkgeräte ermöglicht, den Kanal zu wechseln, um die Netzwerkkonnektivität aufrechtzuerhalten, und umfassen Protokolle für die Kanalzuweisung und das Routing.
• FabFi ist ein Open-Source-Wireless-Mesh-Networking-System im städtischen Maßstab, das ursprünglich 2009 in Jalalabad, Afghanistan, entwickelt wurde, um Teile der Stadt mit Hochgeschwindigkeits-Internet zu versorgen, und das auf hohe Leistung über mehrere Hops ausgelegt ist. Es ist ein kostengünstiger Rahmen für die gemeinsame Nutzung von drahtlosem Internet von einem zentralen Anbieter in einer Stadt oder einem Ort. Eine zweite größere Implementierung folgte ein Jahr später in der Nähe von Nairobi, Kenia, mit einem kostenpflichtigen Freemium-Modell zur Unterstützung des Netzwerkwachstums. Beide Projekte wurden von den Fablab-Nutzern der jeweiligen Städte durchgeführt.
• SMesh ist ein 802.11-Multi-Hop-Wireless-Mesh-Netzwerk, das vom Distributed System and Networks Lab der Johns Hopkins University entwickelt wurde. Ein schnelles Weiterreichungsschema ermöglicht es mobilen Clients, sich ohne Unterbrechung der Verbindung im Netz zu bewegen, eine Funktion, die sich für Echtzeitanwendungen wie VoIP eignet.
• Viele Mesh-Netzwerke arbeiten über mehrere Funkbänder. Firetide- und Wave Relay-Mesh-Netzwerke haben beispielsweise die Möglichkeit, von Knoten zu Knoten auf 5,2 GHz oder 5,8 GHz zu kommunizieren, von Knoten zu Client jedoch auf 2,4 GHz (802.11). Dies wird durch den Einsatz von Software-definiertem Funk (SDR) erreicht.
• Das SolarMESH-Projekt untersuchte das Potenzial der Stromversorgung von 802.11-basierten Mesh-Netzwerken mit Hilfe von Solarenergie und wiederaufladbaren Batterien. Herkömmliche 802.11-Zugangspunkte erwiesen sich als unzureichend, da sie ständig mit Strom versorgt werden müssen. Im Rahmen der IEEE 802.11-Standardisierungsbemühungen werden Energiesparoptionen in Betracht gezogen, aber bei solarbetriebenen Anwendungen könnten einzelne Funkknoten zum Einsatz kommen, bei denen eine Energiesparfunktion für die Relaisverbindung nicht anwendbar ist.
• Im Rahmen des WING-Projekts (das vom italienischen Ministerium für Universität und Forschung gefördert und von CREATE-NET und dem Technion geleitet wird) wurde eine Reihe neuartiger Algorithmen und Protokolle entwickelt, die drahtlose Maschennetze als Standard-Zugangsarchitektur für das Internet der nächsten Generation ermöglichen. Besonderes Augenmerk wurde auf die interferenz- und verkehrsbewusste Kanalzuweisung, die Unterstützung von mehreren Funkgeräten und mehreren Schnittstellen sowie die opportunistische Planung und Verkehrsaggregation in hochvolatilen Umgebungen gelegt.
• Die WiBACK Wireless Backhaul Technologie wurde vom Fraunhofer Institut für Offene Kommunikationssysteme (FOKUS) in Berlin entwickelt. Die mit Solarzellen betriebenen Netze, die alle bestehenden Funktechnologien unterstützen, sollen im Sommer 2012 in mehreren Ländern Afrikas südlich der Sahara eingeführt werden.
• Jüngste Normen für die drahtgebundene Kommunikation haben ebenfalls Konzepte des Mesh Networking übernommen. Ein Beispiel dafür ist ITU-T G.hn, eine Norm, die ein lokales Hochgeschwindigkeitsnetz (bis zu 1 Gbit/s) spezifiziert, das die vorhandene Hausverkabelung (Stromleitungen, Telefonleitungen und Koaxialkabel) nutzt. In verrauschten Umgebungen wie z. B. Stromleitungen (wo Signale stark gedämpft und durch Rauschen verfälscht werden können) ist die gegenseitige Sichtbarkeit zwischen den Geräten in einem Netz häufig nicht vollständig. In solchen Situationen muss einer der Knoten als Relais fungieren und Nachrichten zwischen den Knoten weiterleiten, die nicht direkt miteinander kommunizieren können, wodurch ein "Relais"-Netz entsteht. In G.hn wird die Weiterleitung auf der Datenübertragungsschicht durchgeführt. ⓘ

Protokolle

Routing-Protokolle

Es gibt mehr als 70 konkurrierende Verfahren für das Routing von Paketen über Mesh-Netzwerke. Einige von ihnen sind:

• Assoziativitätsbasiertes Routing (ABR)
• AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector)
• B.A.T.M.A.N. (Besserer Ansatz für mobile Adhoc-Netzwerke)
• Babel (Protokoll) (ein Distanzvektor-Routing-Protokoll für IPv6 und IPv4 mit schnellen Konvergenzeigenschaften)
• Dynamisches NIx-Vektor-Routing|DNVR
• DSDV (Ziel-sequenziertes Distanz-Vektor-Routing)
• DSR (Dynamisches Quellen-Routing)
• HSLS (Hazy-Sighted Link State)
• HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol, das standardmäßig vorgeschriebene Routing-Protokoll von IEEE 802.11s)
• Infrastructure Wireless Mesh Protocol (IWMP) für Infrastructure Mesh Networks von GRECO UFPB-Brasilien
• ODMRP (On-Demand Multicast Routing Protokoll)
• OLSR (Optimiertes Link State Routing Protokoll)
• OORP (OrderOne Routing Protokoll) (OrderOne Networks Routing Protokoll)
• OSPF (Open Shortest Path First Routing)
• Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (IETF ROLL RPL Protokoll, RFC 6550)
• PWRP (Prädiktives drahtloses Routing-Protokoll)
• TORA (Temporal-Ordered Routing Algorithm)
• ZRP (Zonen-Routing-Protokoll) ⓘ

Die IEEE hat eine Reihe von Standards unter dem Titel 802.11s entwickelt. ⓘ

Eine weniger ausführliche Liste finden Sie unter Liste von Ad-hoc-Routing-Protokollen. ⓘ

Autokonfigurationsprotokolle

Standard-Autokonfigurationsprotokolle wie DHCP oder zustandslose IPv6-Autokonfiguration können über Mesh-Netzwerke verwendet werden. ⓘ

Zu den Mesh-Netzwerk-spezifischen Autokonfigurationsprotokollen gehören:

• Ad-hoc-Konfigurationsprotokoll (AHCP)
• Proaktive Autokonfiguration (Proactive Autoconfiguration Protocol)
• Dynamisches WMN-Konfigurationsprotokoll (DWCP) ⓘ

Gemeinschaften und Anbieter

• Anyfi
• AWMN
• CUWiN
• Freifunk (DE) / FunkFeuer (AT) / OpenWireless (CH)
• Firechat
• Firetide
• Guifi.net
• Netsukuku
• Ninux (IT)
• NYC Mesh
• Red Hook Wi-Fi ⓘ

Motivation

Der Wechsel eines Endgeräts von einer WLAN-Komponente (WLAN-Funkzelle) zu einer anderen ist in einfachen WLAN-Netzwerken Aufgabe des Endgeräts. Insbesondere bei mobilen Endgeräten ist dieses Roaming (englisch roam ‚herumwandern, streunen, umherschweifen‘) zwischen mehreren WLAN-Stationen oft eine Schwachstelle. Ein Mesh-WLAN-System soll das Roaming verbessern: Die Komponenten eines Mesh-WLANs greifen aktiv ein und unterstützen die Endgeräte beim Übergang zu einer anderen WLAN-Station oder einem anderen Frequenzband mit der leistungsfähigsten Verbindung an ihrem jeweiligen Standort. ⓘ

Auch Controller-basierte WLAN-Access-Points, die kein Meshing anbieten, unterstützen unter Umständen Mechanismen, um ein besseres Roaming zu ermöglichen. Roamingfunktionen basieren größtenteils auf einem zentralen Management, was bei Geräten, die echtes Meshing anbieten, obligatorisch, aber nicht ausschließlich dort zu finden ist. ⓘ