Wireless mesh network awalnya adalah jaringan ad hoc mobile (bergerak) - dengan stasiun (klien) nirkabel yang bergerak (wireless mobile) dan terkoneksi peer-to-peer ke jaringan. Mesh adalah sebuah pendekatan yang menarik untuk jaringan nirkabel sejak node nirkabel dapat bergerak (mobile) dan terkoneksi dalam jaringan tanpa bisa memonitor semua node lain dalam jaringan. Mobile network peer-to-peer inilah persyaratan konektivitas dari arsitektur mesh network, dan kombinasi dari wireless mesh hingga dapat menyediakan jaringan nirkabel yang handal dan fleksibel.
Popularitas Wi-Fi telah menghasilkan banyak kemajuan dalam pengembangan jaringan wi-fi, dengan cakupan akses yang makin besar. Luas cakupan akses poin (AP) tersedia untuk skenario ini, tetapi biaya perluasan coverage Wi-Fi didominasi oleh penambahan AP dan menghubungkan mereka ke jaringan-internet atau ke backhaul. Bahkan dengan AP yang lebih sedikit, sangat mahal untuk menyediakan T1, DSL atau Ethernet backhaul untuk setiap AP. Untuk penyebaran, backhaul nirkabel merupakan alternatif yang menarik dan aplikasi yang baik untuk wireless mesh network.
Koneksi Wireless dapat digunakan antar AP dan hanya butuh beberapa koneksi kabel ke internet untuk seluruh jaringan. Link Wireless bekerja lebih baik bila ada garis yang jelas terlihat antara setiap AP yang saling berkomunikasi. Sebaiknya infrastruktur wireless mesh ditempatkan di daerah yang luas dan terbuka untuk memenuhi kondisi line of Sight (LOS). Daripada meledakkan bangunan penghalang atau memasang perangkat AP dengan daya pancar super besar, menggunakan banyak AP dalam wireless mesh network adalah solusi paling efisien dan efektif. Sangat cocok digunakan di daerah perkotaan yang padat atau dalam lingkungan kampus dengan banyak rintangan.
Ada berbagai jenis sistem mesh dan seringkali beragam jenis tersebut disatukan dan dikombinasikan. Sejak awal sistem wireless mesh difokuskan pada jaringan ad-hoc mobile, banyak orang menganggap bahwa sistem mesh wireless memiliki kapasitas bandwidth rendah atau sistem yang cuma bisa digunakan sementara, yang tidak dapat ditingkatkan kapasitas dan kualitas layanannya sesuai kebutuhan. Tidak demikian. Bila rirekayasa, direncanakan dan disebarkan secara efektif, jaringan wireless mesh bisa dalam skala yang sangat besar, kualitas yang sangat baik dan masih menawarkan strategi evolusi, pengembangan, perluasan dan biaya lebih hemat yang melindungi investasi jaringan. Memahami kekuatan dan kelemahan dari pilihan wireless mesh network dengan radio tunggal, ganda, dan multi-radio adalah langkah pertama.
Single-radio Wireless Mesh
Dalam wireless mesh single-radio, masing-masing node mesh bertindak sebagai sebuah AP yang mendukung akses Wi-Fi klien lokal dan meneruskan lalu lintas data. Radio yang sama digunakan untuk backhaul dan untuk akses Wi-Fi oleh pengguna. Opsi ini membutuhkan biaya terendah dalam penyebaran infrastruktur wireless mesh network. Namun, karena setiap mesh AP menggunakan antena omni-directional agar memungkinkan untuk berkomunikasi dengan AP tetangganya, hampir setiap paket yang dihasilkan oleh klien lokal harus diulang pada channel yang sama untuk mengirimkannya ke setidaknya satu mesh AP tetangga. Paket kemudian diteruskan ke node lain dalam mesh dan akhirnya ke sebuah node yang terhubung ke jaringan kabel. Forwarding paket ini menghasilkan banyak sekali traffic. Amat sedikit dari kapasitas bandwidth yang tersedia untuk mendukung pengguna, sebagian besar terserap untuk menjalankan fungsi backhaul.
Ada perdebatan di kalangan industri tentang forwarding mesh dan throughput sebenarnya dalam analisis kapasitas. Antara 1 / N kali kapasitas saluran dan (1 / 2) ^ N kali kapasitas saluran dimana N merupakan jumlah hop wireless di jalan terpanjang antara klien dan infrastruktur kabel.
Gambar 2: Single-Radio Wireless Mesh Kapasitas
Gambar 2 menunjukkan estimasi kapasitas AP untuk mesh network single-radio Wi-Fi menggunakan persamaan ini. Kapasitas yang tersedia di setiap AP menurun ketika Anda menambahkan AP lagi ke jaringan dan meningkatkan jumlah kapasitas hops. Kapasitas awal Wi-fi adalah 5 Mbps karena jaringan merupakan saluran tunggal 802.11b, yang memiliki tingkat data mentah dari 11 Mbps dan throughput efektif diukur pada layer TCP / IP dari sekitar 5 Mbps (di lapangan pengalaman kami hanya berikisar di 1-2Mbps). Throughput ini terbagi antara lalu lintas akses pengguna dan lalu lintas backhaul pada mesh single-radio.
Kapasitas yang tersedia di setiap sel menurun cepat karena penambahan AP. Ada protokol mesh yang mengoptimalkan forwarding dan menghilangkan transmisi yang tidak perlu. Tapi yang terbaik optimasi ini dapat Anda lakukan adalah untuk membawa jaringan lebih dekat dengan 1 / kinerja N, yang tidak cukup untuk kebanyakan aplikasi infrastruktur permanen saat ini. Sistem mesh network single-radio tidak akan memberikan kinerja broadband ke populasi pengguna di seluruh area jangkauan yang sangat besar.
Analisis ini mungkin tampak kasar, tetapi sebenarnya disederhanakan. Ini mengasumsikan forwarding mesh sempurna, tidak ada gangguan dan koordinasi yang sempurna dari akses poi. Pada Wi-Fi itu tidak akan pernah terjadi, throughput di lapangan dan kapasitas biasanya akan lebih rendah.
Gambar 3: Single-radio Mesh Arsitektur, Untaian Mesh AP
Untuk menggambarkan hal ini, pertimbangkan garis linear pada AP diatur sedemikian rupa sehingga masing-masing AP hanya dapat berkomunikasi dengan satu AP tetangga yang berdekatan di kedua sisi (Gambar 3) Ini bukan kemungkinan yang dapat diaplikasikan di dunia nyata, kecuali bila kita akan menggunakannya pada tiap tiang lampu jalan. Tetapi hanya untuk menyederhanakan analisis untuk membandingkan masing-masing pendekatan infrastruktu wireless mesh network. Kita juga akan mengasumsikan bahwa beban akses klien merata di AP. Dalam string AP dengan koneksi kabel pada akhirnya, N jumlah hop dari angka 4, adalah sama dengan jumlah AP mesh.
Kapasitas total saluran 5 Mbps. Anda dapat melihat bahwa 1 / kinerja N pada dasarnya tidak dapat dicapai. N = 5, sehingga setiap AP harus memiliki kapasitas 1 Mbps.
Semua lalu lintas dari jaringan mesh seluruh harus mengalir melalui AP5 untuk sampai ke jaringan kabel. Jika setiap mesh AP menerima beban persis 1 Mbps dari lalu lintas dari klien, maka AP5 harus maju 4 Mbps lalu lintas dari AP 1, 2, 3 dan 4, dan memiliki tepat 1 Mbps kapasitas tersisa untuk klien lokal. Untuk bekerja, harus ada pengaturan bloking yang sempurna agar tiap AP hanya berkomunikasi dengan AP terdekat di sisinya, gangguan dan manajemen tabrakan. AP harus berkoordinasi transmisinya satu sama lain dan dengan sempurna mengendalikan transmisi dari semua klien masing-masing AP. Itu bukan cara Wi-Fi bekerja, sekali lagi ini cuma analogi yang tidak dapat diterapkan, hanya untuk membandingkan kinerja pada pengaturan sistem single-radio.
Dalam single-radio Wi-Fi mesh network, semua klien dan AP mesh harus beroperasi pada channel yang sama dan menggunakan protokol 802.11. Akibatnya, seluruh mesh berakhir sampai bertindak seperti satu, akses poin raksasa-semua yang menghubungkan semua AP menjadi satu.
Konfigurasi pada Gambar 3 memiliki konektivitas minimal yang diperlukan untuk menyelesaikan mesh dan interaksi minimum antara AP berdekatan untuk network. APs mesh 5-node, AP 2, 3, dan 4 bisa mendengar dua AP lainnya, dan AP1 dan AP5 mendengar satu AP lainnya masing-masing . Setiap kali AP3 mentransmisikan, AP2 dan AP4 harus menunda dan menunda transmisi mereka karena mereka adalah menggunakan protokol 802.11 MAC, yang pada dasarnya "mendengar sebelum berbicara". Dan tidak boleh ada satupun AP yang OFF. Seperti menyusun rangkaian elektronika secara "seri".
Sebuah analisa kapasitas sistem ini sebaiknya mencakup dampak dari forwarding mesh dan efek dari backhaul bersama yang dapat sangat besar. Pertimbangkan string Mesh AP pada Gambar 3. Jika kita memindahkan kabel backhaul dari AP5 ke AP3, apa yang terjadi pada kapasitas?
N, jumlah forwarding hop, yang dikurangi dari 5 ke 3, jadi kita bisa berharap kapasitas lebih tinggi daripada kapasitas = N 5 ditunjukkan pada Gambar 4. Namun, karena perilaku jaringan bersama dan kenyataan bahwa AP3 bisa mendengar lebih mesh tetangga AP dari AP5, kapasitas sebenarnya lebih rendah seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
(Catatan: sumbu x pada Gambar 4 adalah jumlah Mesh AP, bukan jumlah hop nirkabel di jalan terpanjang melalui mesh.)
Gambar 4: Single-radio Mesh String, Koneksi Kabel di Tengah
1 / N persamaan sebelumnya kita gunakan memprediksi kapasitas bahwa per-AP = 1,67 Mbps ketika N = 3. Namun, ketika kita faktor dalam pengaruh konflik dan gangguan saat koneksi kabel berada di tengah-tengah rangkaian 5 AP (Gambar 3 dengan koneksi kabel di AP3), diperkirakan kapasitas 58 Mbps. Hal ini sesuai dengan (1 / 2) N prediksi 0,56 Mbps ketika N = 5.
Cluster khas AP mesh ditunjukkan dalam Gambar 5 adalah contoh yang lebih umum pada jaringan mesh kecil.
Gambar 5: Single-Radio Mesh Cluster
Dalam cluster ini, AP3 bisa mendengar semua AP yang lain kecuali untuk lalu lintas AP5. Semua untuk arus mesh network ke seluruh melalui AP3 sehingga akan lebih aktif dari AP lain, membatasi kemampuan AP3 untuk menangani lalu lintas dari clients.
Kapasitas dalam mesh single-radio dibatasi oleh akses klien dan fungsi backhaul yang secara bersamaan pada setiap AP. Mengoptimalkan protokol forwarding mesh tidak akan memecahkan masalah kapasitas dasar bandwidth infrastruktur yang terbagi oleh kedua fungsi tersebut.
Single-radio menawarkan solusi biaya terendah dalam pemasangan mesh network. Dalam sebuah jaringan infrastruktur, sistem mesh single-radio mesh paling baik digunakan untuk kelompok mesh kecil dengan beberapa node. Sistem yang lebih besar dapat dibuat dengan menyediakan backhaul kabel ke salah satu node di cluster masing-masing atau menggunakan link backhaul nirkabel untuk beberapa cluster agregat. Solusi single-radio mesh juga bisa menjadi pendekatan yang tepat untuk mobile, ad hoc peer-to-peer jaringan wireless, di mana penekanannya pada konektivitas dasar saja karena data rate dan troughput sangat rendah bila dibandingkan sistem mesh network lainnya.
bersambung...
Popularitas Wi-Fi telah menghasilkan banyak kemajuan dalam pengembangan jaringan wi-fi, dengan cakupan akses yang makin besar. Luas cakupan akses poin (AP) tersedia untuk skenario ini, tetapi biaya perluasan coverage Wi-Fi didominasi oleh penambahan AP dan menghubungkan mereka ke jaringan-internet atau ke backhaul. Bahkan dengan AP yang lebih sedikit, sangat mahal untuk menyediakan T1, DSL atau Ethernet backhaul untuk setiap AP. Untuk penyebaran, backhaul nirkabel merupakan alternatif yang menarik dan aplikasi yang baik untuk wireless mesh network.
Koneksi Wireless dapat digunakan antar AP dan hanya butuh beberapa koneksi kabel ke internet untuk seluruh jaringan. Link Wireless bekerja lebih baik bila ada garis yang jelas terlihat antara setiap AP yang saling berkomunikasi. Sebaiknya infrastruktur wireless mesh ditempatkan di daerah yang luas dan terbuka untuk memenuhi kondisi line of Sight (LOS). Daripada meledakkan bangunan penghalang atau memasang perangkat AP dengan daya pancar super besar, menggunakan banyak AP dalam wireless mesh network adalah solusi paling efisien dan efektif. Sangat cocok digunakan di daerah perkotaan yang padat atau dalam lingkungan kampus dengan banyak rintangan.
Ada berbagai jenis sistem mesh dan seringkali beragam jenis tersebut disatukan dan dikombinasikan. Sejak awal sistem wireless mesh difokuskan pada jaringan ad-hoc mobile, banyak orang menganggap bahwa sistem mesh wireless memiliki kapasitas bandwidth rendah atau sistem yang cuma bisa digunakan sementara, yang tidak dapat ditingkatkan kapasitas dan kualitas layanannya sesuai kebutuhan. Tidak demikian. Bila rirekayasa, direncanakan dan disebarkan secara efektif, jaringan wireless mesh bisa dalam skala yang sangat besar, kualitas yang sangat baik dan masih menawarkan strategi evolusi, pengembangan, perluasan dan biaya lebih hemat yang melindungi investasi jaringan. Memahami kekuatan dan kelemahan dari pilihan wireless mesh network dengan radio tunggal, ganda, dan multi-radio adalah langkah pertama.
Single-radio Wireless Mesh
Dalam wireless mesh single-radio, masing-masing node mesh bertindak sebagai sebuah AP yang mendukung akses Wi-Fi klien lokal dan meneruskan lalu lintas data. Radio yang sama digunakan untuk backhaul dan untuk akses Wi-Fi oleh pengguna. Opsi ini membutuhkan biaya terendah dalam penyebaran infrastruktur wireless mesh network. Namun, karena setiap mesh AP menggunakan antena omni-directional agar memungkinkan untuk berkomunikasi dengan AP tetangganya, hampir setiap paket yang dihasilkan oleh klien lokal harus diulang pada channel yang sama untuk mengirimkannya ke setidaknya satu mesh AP tetangga. Paket kemudian diteruskan ke node lain dalam mesh dan akhirnya ke sebuah node yang terhubung ke jaringan kabel. Forwarding paket ini menghasilkan banyak sekali traffic. Amat sedikit dari kapasitas bandwidth yang tersedia untuk mendukung pengguna, sebagian besar terserap untuk menjalankan fungsi backhaul.
Ada perdebatan di kalangan industri tentang forwarding mesh dan throughput sebenarnya dalam analisis kapasitas. Antara 1 / N kali kapasitas saluran dan (1 / 2) ^ N kali kapasitas saluran dimana N merupakan jumlah hop wireless di jalan terpanjang antara klien dan infrastruktur kabel.
Gambar 2: Single-Radio Wireless Mesh Kapasitas
Gambar 2 menunjukkan estimasi kapasitas AP untuk mesh network single-radio Wi-Fi menggunakan persamaan ini. Kapasitas yang tersedia di setiap AP menurun ketika Anda menambahkan AP lagi ke jaringan dan meningkatkan jumlah kapasitas hops. Kapasitas awal Wi-fi adalah 5 Mbps karena jaringan merupakan saluran tunggal 802.11b, yang memiliki tingkat data mentah dari 11 Mbps dan throughput efektif diukur pada layer TCP / IP dari sekitar 5 Mbps (di lapangan pengalaman kami hanya berikisar di 1-2Mbps). Throughput ini terbagi antara lalu lintas akses pengguna dan lalu lintas backhaul pada mesh single-radio.
Kapasitas yang tersedia di setiap sel menurun cepat karena penambahan AP. Ada protokol mesh yang mengoptimalkan forwarding dan menghilangkan transmisi yang tidak perlu. Tapi yang terbaik optimasi ini dapat Anda lakukan adalah untuk membawa jaringan lebih dekat dengan 1 / kinerja N, yang tidak cukup untuk kebanyakan aplikasi infrastruktur permanen saat ini. Sistem mesh network single-radio tidak akan memberikan kinerja broadband ke populasi pengguna di seluruh area jangkauan yang sangat besar.
Analisis ini mungkin tampak kasar, tetapi sebenarnya disederhanakan. Ini mengasumsikan forwarding mesh sempurna, tidak ada gangguan dan koordinasi yang sempurna dari akses poi. Pada Wi-Fi itu tidak akan pernah terjadi, throughput di lapangan dan kapasitas biasanya akan lebih rendah.
Gambar 3: Single-radio Mesh Arsitektur, Untaian Mesh AP
Untuk menggambarkan hal ini, pertimbangkan garis linear pada AP diatur sedemikian rupa sehingga masing-masing AP hanya dapat berkomunikasi dengan satu AP tetangga yang berdekatan di kedua sisi (Gambar 3) Ini bukan kemungkinan yang dapat diaplikasikan di dunia nyata, kecuali bila kita akan menggunakannya pada tiap tiang lampu jalan. Tetapi hanya untuk menyederhanakan analisis untuk membandingkan masing-masing pendekatan infrastruktu wireless mesh network. Kita juga akan mengasumsikan bahwa beban akses klien merata di AP. Dalam string AP dengan koneksi kabel pada akhirnya, N jumlah hop dari angka 4, adalah sama dengan jumlah AP mesh.
Kapasitas total saluran 5 Mbps. Anda dapat melihat bahwa 1 / kinerja N pada dasarnya tidak dapat dicapai. N = 5, sehingga setiap AP harus memiliki kapasitas 1 Mbps.
Semua lalu lintas dari jaringan mesh seluruh harus mengalir melalui AP5 untuk sampai ke jaringan kabel. Jika setiap mesh AP menerima beban persis 1 Mbps dari lalu lintas dari klien, maka AP5 harus maju 4 Mbps lalu lintas dari AP 1, 2, 3 dan 4, dan memiliki tepat 1 Mbps kapasitas tersisa untuk klien lokal. Untuk bekerja, harus ada pengaturan bloking yang sempurna agar tiap AP hanya berkomunikasi dengan AP terdekat di sisinya, gangguan dan manajemen tabrakan. AP harus berkoordinasi transmisinya satu sama lain dan dengan sempurna mengendalikan transmisi dari semua klien masing-masing AP. Itu bukan cara Wi-Fi bekerja, sekali lagi ini cuma analogi yang tidak dapat diterapkan, hanya untuk membandingkan kinerja pada pengaturan sistem single-radio.
Dalam single-radio Wi-Fi mesh network, semua klien dan AP mesh harus beroperasi pada channel yang sama dan menggunakan protokol 802.11. Akibatnya, seluruh mesh berakhir sampai bertindak seperti satu, akses poin raksasa-semua yang menghubungkan semua AP menjadi satu.
Konfigurasi pada Gambar 3 memiliki konektivitas minimal yang diperlukan untuk menyelesaikan mesh dan interaksi minimum antara AP berdekatan untuk network. APs mesh 5-node, AP 2, 3, dan 4 bisa mendengar dua AP lainnya, dan AP1 dan AP5 mendengar satu AP lainnya masing-masing . Setiap kali AP3 mentransmisikan, AP2 dan AP4 harus menunda dan menunda transmisi mereka karena mereka adalah menggunakan protokol 802.11 MAC, yang pada dasarnya "mendengar sebelum berbicara". Dan tidak boleh ada satupun AP yang OFF. Seperti menyusun rangkaian elektronika secara "seri".
Sebuah analisa kapasitas sistem ini sebaiknya mencakup dampak dari forwarding mesh dan efek dari backhaul bersama yang dapat sangat besar. Pertimbangkan string Mesh AP pada Gambar 3. Jika kita memindahkan kabel backhaul dari AP5 ke AP3, apa yang terjadi pada kapasitas?
N, jumlah forwarding hop, yang dikurangi dari 5 ke 3, jadi kita bisa berharap kapasitas lebih tinggi daripada kapasitas = N 5 ditunjukkan pada Gambar 4. Namun, karena perilaku jaringan bersama dan kenyataan bahwa AP3 bisa mendengar lebih mesh tetangga AP dari AP5, kapasitas sebenarnya lebih rendah seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
(Catatan: sumbu x pada Gambar 4 adalah jumlah Mesh AP, bukan jumlah hop nirkabel di jalan terpanjang melalui mesh.)
Gambar 4: Single-radio Mesh String, Koneksi Kabel di Tengah
1 / N persamaan sebelumnya kita gunakan memprediksi kapasitas bahwa per-AP = 1,67 Mbps ketika N = 3. Namun, ketika kita faktor dalam pengaruh konflik dan gangguan saat koneksi kabel berada di tengah-tengah rangkaian 5 AP (Gambar 3 dengan koneksi kabel di AP3), diperkirakan kapasitas 58 Mbps. Hal ini sesuai dengan (1 / 2) N prediksi 0,56 Mbps ketika N = 5.
Cluster khas AP mesh ditunjukkan dalam Gambar 5 adalah contoh yang lebih umum pada jaringan mesh kecil.
Gambar 5: Single-Radio Mesh Cluster
Dalam cluster ini, AP3 bisa mendengar semua AP yang lain kecuali untuk lalu lintas AP5. Semua untuk arus mesh network ke seluruh melalui AP3 sehingga akan lebih aktif dari AP lain, membatasi kemampuan AP3 untuk menangani lalu lintas dari clients.
Kapasitas dalam mesh single-radio dibatasi oleh akses klien dan fungsi backhaul yang secara bersamaan pada setiap AP. Mengoptimalkan protokol forwarding mesh tidak akan memecahkan masalah kapasitas dasar bandwidth infrastruktur yang terbagi oleh kedua fungsi tersebut.
Single-radio menawarkan solusi biaya terendah dalam pemasangan mesh network. Dalam sebuah jaringan infrastruktur, sistem mesh single-radio mesh paling baik digunakan untuk kelompok mesh kecil dengan beberapa node. Sistem yang lebih besar dapat dibuat dengan menyediakan backhaul kabel ke salah satu node di cluster masing-masing atau menggunakan link backhaul nirkabel untuk beberapa cluster agregat. Solusi single-radio mesh juga bisa menjadi pendekatan yang tepat untuk mobile, ad hoc peer-to-peer jaringan wireless, di mana penekanannya pada konektivitas dasar saja karena data rate dan troughput sangat rendah bila dibandingkan sistem mesh network lainnya.
bersambung...