mesh组网

转自Wi-Fi mesh技术介绍 (qq.com)

什么是FTTR

FTTR是光纤到房间（Fiber to The Room）的缩写

十兆时代，光纤到楼，FTTB（Fiber to The Building）

 

 

百兆时代，光纤到户，FTTH（Fiber to The Home）

千兆时代，光纤到房间，FTTR（Fiber to The Room)

FTTR是千兆时代家庭网络的新型覆盖模式，是家庭组网的再一次技术演进升级。

传统组网方案

采用的是单个光猫或路由器，网线也只是到弱电箱或客厅，WiFi信号覆盖区域有限，且网线传输速率受限，不能满足带宽需求。另外，穿墙后，信号和网速都衰减严重，无法实现全家的WiFi高网速覆盖。

FTTR全屋智能千兆光纤

采用万兆光猫1拖N的模式，从进楼到进房间，全部采用光纤接入，传输能力强，能够支持万兆上联，穿墙能力更强，降低了信号衰减，将光纤铺设至每一个房间，实现真正的千兆网速，再结合WiFi6路由器，实现全屋WiFi6无盲区覆盖。

多个WiFi路由器如何协同工作，就是通过mesh把它们结合到一起去协同工作的。所以这些技术都是为了解决家里网络信号覆盖范围小，导致上网体验不好的问题。

mesh之前增大无线网络覆盖的方法

家里的网络环境一般是这样子，一条光纤入户，然后接在一个光猫上，再接到一台路由器上。

wan口外部连接着光猫，而其他的lan口则是相当于大门的内侧，用来连接室内电脑等有线设备。另外一些没有有线网口的设备如说手机和平板等设备就通过wifi连接到路由器来访问网络。

无线在传输过程中，会被不同的材质吸收，导致信号的衰减，这是无线衰减的主要形式。一般来说，材质的密度越高，含有的金属越多，对无线信号的吸收越强烈。会造成无线信号损耗的，还包括反射，散射，折射，衍射等。

我国房屋周中，大部分是承重墙，钢筋水泥结构，对无线的损耗非常强，下表就是电磁波穿透不同材质的一个损耗情况

所以有些人家里房子比较大，房间比较多，那就会导致了一个路由器，并不能覆盖整个家里的所有房间。离路由器比较远的房间，就会出现信号比较差的现象，上网速度也会变慢，甚至有些房间压根儿就不能上网。

基于上述痛点，就出现了各种各样的技术来解决这个问题。

• 穿墙王路由器

接着某些购物网出现了“全千兆穿墙网王”，“七天线穿墙猛兽”等等路由器。

那么穿墙王真的能解决问题吗？其实并不可行。

失败原因第一点：说白了，穿墙王就是通过增加天线的功率，试图让信号覆盖更广。但是天线的功率越强，就像这张图一样，距离是变得更远了，但是也变得更薄了。

这样做导致在有些近的地方，信号强度反而会更差

第二点是信号好，它并不等于网速快。

我们都知道wifi 分为2.4g 和5g 两种频段

网速对我们来说是很重要的，所以并不是覆盖到了就万事大吉。所以穿墙王并不是好的解决方案

另外由于每家每户都有路由器，你家信号格外强，势必会干扰别人家的wifi。结合种种考虑，相关监管部门对wifi设备的最大发射功率进行了限制，在2.4GHZ频段，最大功率100mw，5.8GHZ频段限制500mw，5.2GHZ频段限制200mw。

所以想要无线网络信号好，唯一的方法就是增加无线设备。

• wifi放大器

最简单的是wifi 放大器，它一般是作为主路由器的配件进行销售。但是，它的体积有限，所以性能比较弱，通常也不能接网线，只能用无线的方式来与主路由器连接。

那么这个时候就会有比较严重的问题，放大器发出的无线信号，既要用来和手机连接，又要用来和主路由器连接。所以它的带宽只能用到一半，效果并不是很好。

• 增加无线路由器

另一个比较简单的方法就是增加一个路由器，成本也比较低。和主路由器既可以通过有线连接，也可以无线连接。

有线连接的效果更好，但是需要提前有布置网线。

如果需要通过无线连接，就必须要选择支持WDS（Wireless Distribution System）功能的路由器才可以

WDS功能其实相当于新增的路由器增加了sta的功能，这些路由器通过sta连接到原来的主AP来扩展无线范围。

当然无线连接的话，和wifi放大器一样，同样还是只有一半的带宽。

另外最主要问题在于两组wifi 并不能智能切换，用起来真的很累。并且还有个问题，如果是两个不相关（不同品牌）的路由器，设置起来也比较复杂，需要一定的网络知识才能完成配置。

Wifi mesh

Wifi mesh就是为了解决上面wifi智能切换和配置复杂的问题。

其实Mesh是一种拓扑结构，最早并不是出现在无线网络，而是出现在有线网络中。典型的结构就是full-mssh结构，也就是全网状或全互联结构，如下图所示

mesh网络也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。

在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP(Access Point)相连的无线链路来访问网络。用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。

而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

无线mesh现阶段实际上有2个实现的版本，一个是基于IEEE的802.11s，另一个是基于WFA(Wi-Fi联盟)的easy mesh。802.11s版本是早于easy mesh的版本，在商业无线领域里面很早就实现了。而我们目前家用的路由器部分，实际上大部分实现的不是802.11s，而是easy mesh的版本。

• 802.11s

早在2011年，IEEE就制定了802.11s标准，那时的wifi还是802.11n的年代，不过在mesh这个领域，2011年也不是特别早了，那时的zigbee自组网技术已经相对成熟。wifi不过是想去抢zigbee的市场，搞了一个802.11s标准出来。

802.11s是802.11 MAC层协议的补充，规定如何在802.11a/b/g/n协议(当时最新的wifi就是就是11n)的基础上构建Mesh网络，主要内容如下

• Mesh 帧格式

传统WLAN均为单跳（无线连接）网络，而Mesh技术要实现的是多跳（无线连接）网络。为此需要对为单跳应用而定义的802.11帧格式进行扩展，主要变化有扩展Mesh头和引入多跳Action管理帧。

扩展Mesh帧头

扩展Mesh帧头后的802.11 MAC帧格式如图1所示，扩展的Mesh帧头位置位于帧体的最前面。

● 多跳Action帧

Mesh支持的多跳Action帧格式包括Mesh帧头和Action类型以及最后一位Last所表示的一个或多个制定的信息单元。

● Mesh Profile

一个MP(Mesh AP)若要加入Mesh网络，至少应配置一个Mesh profile。Mesh Profile包括如下Mesh网络的基本组成元素：Mesh标识、Mesh选路协议标识和Mesh路径开销标识。这些信息通过携带在管理帧中的Mesh标识信元和Mesh配置信元进行传递和协商

Mesh 协议过程

● Mesh邻居发现

Mesh发现是Mesh网络建立过程中的第一步，类似于接入服务中STA扫描网络，流程如图2所示。

● Mesh网络扫描

MP通过主动发送Probe Request探测帧或侦听Beacon帧来收集邻居信息。Beacon或Probe帧中包含Mesh ID、Mesh Configuration以及安全能力等相关信息。

● 邻居关系维护

MP从接收到的Beacon或Probe Response帧中解析发送端MP的Mesh profile信息，与本端Mesh profile信息进行匹配。只有当扫描双方的Mesh profile匹配时，双方才可以建立邻居关系。

● Mesh连接管理

Mesh连接管理包括Mesh连接建立和Mesh连接拆除两个过程，采用PeerLinkOpen/Confirm/Close三种Mesh连接管理Action帧交互实现，过程如图3所示，相关说明如下。

①Mesh连接建立

MP在选出候选Peer后，可以与之发起Mesh连接建立过程。协商Mesh连接的双方需要确保使用相同的Mesh profile。每个MP可以根据需要建立一条或多条Mesh连接，Mesh连接建立后，需要继续进行后续认证和安全协商，之后Mesh连接才可以参与Mesh数据转发。

②Mesh连接拆除

Mesh连接双方中任一方，均可以主动向对方发送Peer Link Close消息，以关闭双方间的Mesh连接，收到Peer Link Close消息的MP，需要向对方MP回应一个Peer Link Close消息。

Mesh 安全机制

由于传输媒质的开放性，无线网络很容易遭受非法攻击，802.11i标准的推出解决了传统WLAN的安全问题，但Mesh网络的多跳性带来了新安全挑战。在认证方式上，Mesh安全同样支持802.1x认证和PSK认证方式，802.1x认证通过Supplicant MP与AAA server交互产生后续密钥协商用的种子密钥MSK，PSK认证方式则直接使用PSK作为密钥协商的种子密钥。

Mesh 选路

Mesh网络是全连接的WLAN，任何一个源和目的地之间会存在多条可用的Mesh链路，并且这些Mesh链路的传输质量会随着周边环境实时变化。因此，非常有必要在Mesh网络支持选路协议，确保数据帧能始终通过最优的链路传输。

使用802.11s建立的mesh网络，每个节点可以与多个其他节点建立连接，形成网状结构，网络结构相对复杂。而一般的家用环境需要2个最多3个路由器就可以全部覆盖，所以wifi联盟推出了更简单的方案Easy-Mesh

Easy-mesh

EasyMesh是Wi-Fi联盟制定的一个用于不同AP相互连接的基础标准。这个标准定义了不同厂家的AP相互连接控制的协议。EasyMesh协议在Wi-Fi联盟那里叫：Multi-AP Specification，EasyMesh标准诞生较晚，2018年发布的1.0版本，目前是3.0版本。

EasyMesh网络中有一个Controller角色来管理整个网络，所有Agent角色的AP都与它相连接（包括间接连接）。Controller角色一般为家庭网络出口的的主无线路由器，它包括了Controller的管理进程，同时其本身也带一个Agent AP，当然此Agent AP也在Controller的管理之下，这样更经济。EasyMesh通过比较传统的AP+Client的方式进行连接，组成了树形的网络拓扑。

Multi-AP Controller

EasyMesh Controller为其它的支持EasyMesh的设备提供了接入到它的网络中的功能。Controller通过接收网络度量、设备能力信息，通过一定的分析和计算，来统一操作整个Mesh网络的功能，如信道、拓扑结构、客户端漫游等。Controller也会发送控制命令给Agent，来提升网络中的负载均衡或控制其它功能的管理。注意：Controller可以是单独的设备，但更多是Controller+Agent的集成在一起，如上所述会更经济。

Multi-AP Agent

在EasyMesh网络中，所有的AP点都是Agent角色。Agent是一个逻辑实体，它需要执行Controller发过来的命令，周期给Controller上报网络度量和能力信息。某个Agent相对于其它Agent，它也提供接入的无线接口，即其它Agent通过此Agent连接到Controller。

FrontHaul和BackHaul

从字面之间翻译就是前端和后端。实际上FrontHaul就是面向用户的传输面，用户手机在这个mesh网络中要上网，数据走的是FrontHaul。BackHaul就是mesh网中各个节点，也就是不同路由器之间进行数据传输的通道。

回程

主路由和副路由之间要组成一个整体，所以他们之间一定要有联系，那这个回程其实就相当于这两个路由器之间的连接，它区别于路由器和手机之间的连接。可以是有线的也可以是无线的。“回程”一词的来源就是“Backhaul”

• 有线回程，就是指子路由WAN口与主路由LAN口之间通过网线连接，在Controller和Agent之间形成有线链路。

• 无线回程则复杂一点，是让Agent通过一个特殊的隐藏BSS连接到Controller，形成无线链路。 

主路由上的BSS，或者说SSID，分为两种：Fronthaul BSS和Backhaul BSS。

Backhaul BSS：是专门用于建立无线链路的隐藏BSS，其SSID和密码一般由厂商依据设备MAC地址通过一定的算法生成，对用户是不可见的。在进行无线EasyMesh组网的时候，主路由会通过WPS将自己Backhaul BSS的SSID和密码发给子路由，子路由再根据收到的信息去连接Backhaul BSS，再经过一些配置同步之类的过程，EasyMesh组网就能够建立起来了

Fronthaul BSS，就是我们在路由器上设置的，能够直接搜到的那些，一般会有一个2.4G频段的和一个5G频段的。提供如下功能：1、无线客户端连接上网；2、提供WPS功能（用于建立Mesh链路）；3、Backhaul STA建立Wi-Fi连接（通过WPS把backhaul BSS的SSID和密码传递下去）。

Backhaul STA：Agent中有一个无线sta模式的接口，用于通过WPS（与Fronthaul BSS建立连接）来获取Backhaul BSS的SSID和密码，然后连到Backhaul SSID，让agent和controller之间建立无线链路。

疑问：为什么Backhaul BSS不直接支持WPS，这样就直接连接到backhaul BSS，不需要通过Fronthaul BSS来交换信息

EasyMesh不要求像802.11s那样，节点需要预先设定相同的profile，因为它定义了一套在节点没有相同profile的情况下，如何同步配置的方法。使用起来就像WPS一样，按一下键，对一下码就可以同步配置实现统一配置。

EasyMesh节点间的控制信息使用了IEEE1905标准定义的格式，其目的是使EasyMesh不仅可以在WiFi环境下使用，也可以在以太网、电线等不同介质上实现mesh组网。IEEE1905起到了抽象层的作用。

导入、发现、配置过程

由于协议没有规定如何确定Controller和Agent角色， 所以在EasyMesh网络中，需要先配置某一台设备为controller角色。有了Controller后，就要以导入连接新的Agent、配置Agent，以达到扩展网络的目的。

导入过程：是指一个Agent连接到Easymesh网络的过程（协议中命名为onboard）。有线连接的情况就不用说了，直接插上网线就连上了。无线连接时，是通过WPS按键的方式，按照WPS协议，使用WPA2建立安全的连接过程（这个过程在Backhaul BSS已介绍）如下图所示。

发现过程：是指当一个Agnet加入网络后，通过协议初始化，Controller和Agent就会相互发现。Controller通过协议查询连入Agent的网络信息、无线的能力（是否支持2.4G、5G，支持几个SSID等），根据这些信息，Controller来决定如何配置该Agent。

配置过程：是指EasyMesh扩展了IEEE 1905.1 中的自动配置过程，Controller通过扩展后的协议来配置Agent的信息，包括SSID、密码等，也包括一些策略性的信息，如度量、Steering，也包括网络拓扑的配置。

特色功能

信道选择：Controller通过查询消息来获取Agent支持的信道信息，然后配置Agent上的优选信道、发射功率等参数，这样多AP控制器可以监视整个多AP网络中所有组件的操作参数，有助于确保多AP网络的最佳性能和可靠性。

Client Steering：Controller 通过分析当前网络的拓扑，状态信息，来决定发送踢掉某个设备（用户的设备）的指令给Agent，Agent踢掉了那个设备，这样就能达到网络的平衡，或是客户端的漫游。对于支持802.11V协议的Agent，这个过程会有比较好的体验。

链路优化：协议中有一个链路选择的字段，使得Controller可以在Agents之间选择一个好的路径来组成Mesh网络。

802.11s和easy mesh两者对比

• 802.11s更偏底层，关注网状网络的建立。EasyMesh关注如何让mesh网络更容易建立。

• 802.11s网络结构可以很复杂，EasyMesh则是树状结构，相对简单。

• 802.11s要实现路由器组网，还需要其他协议补充，如配置的同步、节点漫游等；EasyMesh则已经考虑了这些问题。

 

Mesh和无线中继区别

• 无线中继模式，即是无线AP在网络连接中起到中继的作用，能实现信号的中继和放大，从而延伸无线网络的覆盖范围。无线分布系统(WDS)通过无线电接口在两个 AP 设备之间创建一个链路。此链路可以将来自一个不具有以太网连接的 AP 的通信量中继至另一具有以太网连接的AP，。其中一个路由坏了，后续的网络则如多米诺骨牌一样全部瘫痪。无线Mesh网络进行多信道接入，无线Mesh组网方式组成的是一种多节点互联的网格型网络，即便一个节点出现了问题，也不会导致整个WiFi网络瘫痪

   

  

• 无线中继需要手动配置去完成，需要一定的网络经验才能完成，而mesh只要按下按键就可以建立连接，完成配置，相对要简单许多。

   

• 由于无线中继数据传输使用的是同一个频率，同一个信道，也就是说，相同的信道，既要给客户端传送数据，也要给他连接的路由器传输中继数据，相对来说，整个带宽资源就会减半甚至更低，这样层层递减，甚至在末端将面临有网无速的尴尬。而mesh采用多信道接入技术，Mesh组网也是路由器之间通信和设备于路由器之间通信采用不同的频段，不会损耗带宽，同时也减少了无线的干扰

 

注意：好的mesh路由器一般都是3频的，一个2.4GHz频段和一个5G低频段和一个5G高频段，Mesh组网使用5GHz高频段160M带宽信道做路由器之间的高速数据流传输，而5G低频段80M带宽信道以及2.4G信道则用来进行路由器与终端设备进行数据传输。

• 无线中继，即使把这几个路由器设成相同的SSID,加密方式和密码，终端设备只有在信号非常差的情况下才会断开当前连接，切换到其他路由器上。

   

Mesh网络采用802.11k/v/r协议，当手机在多个Mesh路由器之间移动时，Mesh系统会根据信号强度、网络负载、终端占用情况等综合因素，如果终端设备支持802.11v，则自动引导手机连接到信号更好，负载更低的节点路由；如果不支持的话，此时远的 Mesh 会主动断开与手机的连接，新的Mesh节点会接入。这就是Mesh的无缝切换。整个过程用户完全无感，设备在多台路由器之间可以无缝漫游，即使是在打游戏、视频通话也不会感觉到卡顿

• mesh还支持频谱导航。当信号变差时，Mesh网络会根据信号强度，以及频段干扰情况，主动将设备从信号差的频段导航到信号好的频段。比如当5G上设备太多，流量太大信道拥堵时，Mesh网络会将设备导航到2.4G频段，保证其信号和通讯正常，当5G信号恢复时，会自动导航回速度更快的5G频段。

 

AC+AP介绍

对于大户型，复式的建筑，别墅，酒店，商场，企业来说，需要多个路由器进行覆盖，并且需要很好的漫游体验。这个时候，最佳的体验是AP方式组网，搭配AC进行统一管理。AC可以是独立硬件，或者使用软件来实现。一些品牌的产品，所有的数据都需要AC进行处理，AC的性能决定着整个网络的性能。一些品牌的产品，AC仅是管理作用，不进行数据转发。AP需要配合支持POE的交换机进行供电，所以在部署AC+AP的网络的时候，不仅需要预先部署网线，同时涉及到的设备比较多，需要对使用人的网络技术要求较高。

注意：部分品牌将AC功能与路由做在一起，节省一个硬件AC的费用

AC无线控制器。负责统一控制整个无线网络，进行网络功能设置，有独立AC和AC一体机。独立AC，一般作为旁路部署，只进行网络配置和无线功能的计算，不参与数据转发，负载比较低。AC网关的一体机，需要进行数据转发，属于网络的主要设备，复杂高，运算量大。一旦出现问题，则整个网络都无法正常运行，优势是组网成本低，很适合家用。

AP无线控制器。只负责网络连接，没有其他的多余功能，硬件设置主要围绕着无线射频进行，负载根据连接的终端数决定，因为使用多AP的方案，所以单个AP上的覆盖不会很高，依靠数量来解决覆盖不足，负载过高的问题。即使单个AP出现故障，这个AP上的终端，也可以移动到其他AP上，对终端的影响比较小。

AP因为安装方式的原因，AP的天线都是内置天线。AP的安装类型又分为吸顶式AP和面板式AP。吸顶式AP可以做的比较大，性能更强。面板式AP，受限于体积和安装的位置，无论是性能，散热，信号覆盖范围，都会差一些。只要条件允许，尽量选择吸顶式AP。

吸顶式AP示意图

面板AP

大小是86面板，可以安装在墙上暗盒中。预留网线和设计点位的时候需要注意。面板AP周围最好遮挡少一些。受限于86面板，AP的性能稍弱，信号覆盖范围较小。尽量不要安装在电视，冰箱等后面。

POE交换机

POE（Power Over Ethernet）基于网线供电，在传输数据的同时，可以提供直流电的供电。可以减少额外的电线需求，节省成本。需要注意的是POE的供电标准和供电功率，供电标准需要与AP支持的标准一致，供电功率需要大于AP的功率。

总结

• mesh是分布式组网，每台路由器都是大脑的一部分，而ac+ap则是ac式主控大脑。

• ac+ap中，ap只有发射和接收无线信号的功能，ac出了故障，会导致所有ap断网，需要额外购买一台ac进行替换

• mesh连接外网的那台设备坏了，内网仍然可以使用，这时候用任意一台mesh路由，替换直联外网坏了的那台mesh路由，就可以恢复外网访问

• ac+ap默认是通过ac端控制ap切断手机连接来实现切换wifi信号（主动切换技术）。

• mesh把选择权下放给手机，让手机自主判断要不要切换到信号更强的wifi设备（部分路由器在mesh组网状态下也支持主动切换技术）

文章转自 Wi-Fi mesh技术介绍 (qq.com)