什么是网状Wi-Fi,它如何工作?

作者:Chris PolletteDave Roos  | 
Glowing light blue wire mesh network and speed data on huge digital space.
在无线网状网络中,只需要一个节点物理连接到网络连接,例如调制解调器或作为以太网网络的一部分。Yuichiro Chino/Getty Images

如果您一直在办公室、购物中心甚至家中通过连接设备享受无线互联网接入,那么您要感谢网状 Wi-Fi。它的作用是消除大面积的死角。但是,什么是网状 Wi-Fi

网状 Wi-Fi 指的是无线网状网络,它可以使用廉价的现有技术轻松、有效地、无线地连接大面积区域。在无线网状网络中,网络连接分布在数十甚至数百个无线网状节点之间,这些节点相互“交谈”,以在大面积区域内共享网络连接。

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在本文中,我们将解释网状 Wi-Fi 系统如何优于传统 Wi-Fi 网络,以及它如何为各种行业增加网络访问。在此过程中,您将体会到我们通过断开以太网电缆而获得的自由!

网状 Wi-Fi 系统的工作原理

典型的 Wi-Fi 路由器充当连接到其网络的多个设备的中心。大多数传统的“无线”接入点仍需要连接到互联网才能广播其信号。对于大型无线网络,以太网电缆需要埋设在天花板、墙壁以及公共区域。

在无线网状网络中,只需要一个节点具有互联网连接。添加到网络的每个节点都通过无线方式与其附近的每个其他节点共享连接,使用多种协议之一。节点越多,连接传播的距离就越远,从而形成一个无线“连接云”,可以服务于大型办公室或拥有数百万人口的城市。

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网状系统优势

如果只需要为小区域提供互联网接入,您可能不会在单个网状网络节点和传统无线路由器之间看到太大差异。但是,对于大型网络,网状网络有几个优点

无线网状网络的优势包括

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  • 使用更少的电线意味着设置大型网络的成本更低
  • 安装的节点越多,您的无线网络就越大、越快。
  • 它们依赖于大多数无线网络已有的相同无线通信标准。
  • 它们在缺乏以太网墙壁连接的地方很方便,包括户外区域和传统基础设施无法正常工作的地方,例如受灾地区军事冲突地区。
  • 它们对于非视距(NLoS)网络配置很有用,在这些配置中无线信号会间歇性地被阻挡。例如,在游乐园中,摩天轮可能会偶尔阻挡无线接入点的信号。如果周围有数十或数百个其他节点,网状网络将进行调整以找到清晰的信号。
  • 网状网络是“自配置”的;网络会自动将新节点整合到现有结构中,无需网络管理员进行任何调整。
  • 网状网络是“自愈”的,因为网络会自动找到发送数据的最快、最可靠的路径,即使节点被阻挡或失去信号。
  • 无线网状配置允许本地网络运行更快,因为本地数据包不必返回到中央服务器。
  • 无线网状节点易于安装和卸载,使得网络在需要更多或更少覆盖时具有极强的适应性和可扩展性。

无线网状技术

下图展示了无线网状网络如何在局域网 (LAN) 中共享互联网连接。如您所见,无线网状网络中只有一个节点需要直接连接到互联网。该有线节点通过无线方式与最近的节点群共享互联网连接,然后这些节点群再与它们最近的节点群共享,依此类推。

Diagram of wireless mesh network hub connecting devices.
对于无线网状网络,只有一个节点需要直接连接。
十万个为什么

这意味着每个单独的节点只需要一个电源,例如传统的交流插头、电池或(如果是在户外)太阳能电池板。户外节点封装在防风雨的保护罩中,可以安装在任何地方,包括电话杆、屋顶等。

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更快的互联网连接

无线网状网络在共享互联网连接方面是有效的,因为安装的节点越多,信号传播的距离就越远。并且节点越多,用户的互联网连接就越强大、越快。

互联网连接如何变得更强大、更快?

  • 距离对无线信号强度起着巨大的作用。如果您将计算机与最近的无线节点之间的距离缩短一半,信号强度将增强四倍。
  • 节点还可以通过使用传统的以太网电缆,为网络内的有线设备提供互联网连接,例如VoIP电话、视频摄像头、服务器和台式工作站。大多数节点都带有一个或多个以太网端口,通过一种称为以太网供电(PoE)的技术,节点可以为独立设备供电,例如监控摄像头,而无需将摄像头插入电源插座。

现在让我们看看无线网状网络的一些实际和潜在应用。

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无线网状网络的应用

Diagram of wireless mesh networks connecting public spaces. 
从城市到大学再到医院,无线网状网络的机会是无限的。
十万个为什么

城市和市政当局

通过无线网状网络,城市可以通过广泛的高速无线连接连接市民和公共服务。

越来越多的市中心区域正在安装公共WiFi热点。网状网络允许城市廉价且简单地将所有这些热点连接在一起,以覆盖整个城市。市政网络不总是由城市或社区自己创建和维护。有些是由当地居民创建的临时网络。另一些则由非营利组织或政府项目提供资金启动。美国国务院已资助在一些外国地点建立网状网络,为异议人士提供一种在不受本国政府监视的情况下进行通信的方式。

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开放式市政网状 Wi-Fi 网络的一些优势

  • 通勤者可以在火车上、公园里或餐厅里查看他们的电子邮件
  • 公共工程官员可以通过在水处理设施、下水道和发电机中安装无线节点来监控城市电力和供水的诊断。无需挖沟铺设电缆。
  • 公共安全和应急工作人员可以在更大的网络内访问安全的虚拟网络,即使在常规电话或蜂窝服务中断时也能保持通信线路畅通。通过在路灯和交通灯上安装网状节点,警察和消防员即使在移动时也能保持与网络的连接。

市政网络已扩展

MuniNetworks.org 是非营利组织地方自治研究所的一个项目,维护着一张地图,显示了美国数百个拥有市政网络的社区,其中许多社区使用网状网络来分发宽带接入。市政网状网络不仅在美国有,在世界各地也越来越受欢迎,例如柏林布宜诺斯艾利斯墨尔本

网状网络甚至通过公司渠道进入社区。零售巨头亚马逊正在利用其Ring品牌智能家居设备在附近房屋之间创建网状网络。亚马逊Sidewalk于2019年宣布,并于2021年夏季正式启用。亚马逊宣称该服务的目的是支持客户的智能家居设备,与市政WiFi网络不同,亚马逊Sidewalk的网状网络使用900 MHz频谱进行通信。

然而,并非所有市政无线网络都使用网状技术。有些使用一种称为WiMAX的技术,它能够使用强大的微波传输在远距离广播信号。其他市政网络则结合使用网状、WiMAX 和其他技术。

发展中国家

无线网状网络对于没有广泛有线基础设施的国家很有用,例如没有电话服务甚至电力。太阳能供电的节点可以连接到一个蜂窝或卫星互联网连接,这可以使整个村庄保持在线。

偏远地区

即使在发达国家,也有一些偏远地区距离传统的高速互联网服务提供商的服务范围太远。这些地区正在考虑使用无线网状网络。一系列节点将从最近可用的有线接入点安装到难以到达的区域。

教育机构

许多大学、学院和高中正在将其整个校园转换为无线网状网络。该解决方案消除了在旧建筑和整个校园内埋设电缆的需要。通过数十个放置良好的室内和室外节点,每个人都将始终保持连接。

网状网络还能够处理学生下载大文件所需的高带宽需求。

学校还可以将整个公共安全系统连接到他们的网络,监控安全摄像头并在紧急情况下保持所有人员的持续通信。

医疗设施

许多医院分布在密集建造的建筑物群中,这些建筑物在建造时并未考虑到计算机网络。无线网状节点可以绕过角落,通过厚玻璃和其他材料短距离发送信号,以确保每个手术室、实验室和办公室都能访问。

随着越来越多的医生和护理人员在随身携带的便携式电子设备上维护和更新患者信息(检查结果、病史,甚至保险信息),连接到网络的能力至关重要。

酒店和临时场所

酒店和度假村提供高速互联网连接已成为常态,而非例外。无线网状网络在室内和室外设置快速简便,无需改造现有结构或中断业务。

建筑工地可以利用无线网状网络易于设置和移除的优点。建筑师和工程师可以与办公室保持连接,以太网供电的监控摄像头可以减少盗窃和破坏。网状节点可以随着施工项目的进展而移动和补充。

无线网状网络可以在其他临时场所快速搭建和拆除,例如街头市集、户外音乐会和政治集会。在香港,抗议者一直在使用由智能手机应用程序创建的点对点网状网络,以避免监控和绕过互联网中断。

仓库

如果没有现代仓库中使用的手持扫描仪,根本无法有效地跟踪库存和运输物流。无线网状网络可以轻松确保在巨大的仓库结构中实现全覆盖。

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网状系统的未来应用

网状系统的目标不仅仅是获得可靠的Wi-Fi信号。美国军方帮助开发了无线网状技术,预见到有一天数千个微芯片大小的网状节点可以投放到战场上,以建立即时侦察和监视网络。信息可以传输给地面部队和总部人员。

汽车制造商和电信公司正在努力开发智能交通系统(ITS),利用包括基于街道和高速公路的无线网状网络等技术。通过自动化监控摄像头网络和车载传感器,公共安全官员可以严密监控交通事故和危险路况。

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随着它们变得越来越普遍,无线网状网络在为物联网(IoT)设备供电方面变得非常有价值,具有各种应用,包括安全、智能农业、制造业、公用事业和环境监测设备。更新的技术,例如蓝牙无线网状网络,也支持大型物联网网络。无线网状网络的未来应用只受限于我们的想象力。

无线网状网络常见问题

什么是无线网状网络?
无线网状网络包含一个直接连接到调制解调器的主路由器,它扩展了一系列卫星模块(也称为节点),以在广阔区域内提供全面的互联网覆盖。与传统的Wi-Fi模块不同,它们共享相同的凭证和SSID,并属于一个单一的无线网络。
网状 Wi-Fi 比扩展器更好吗?
网状系统比扩展器更无缝、更快、更高效。扩展器旨在连接到现有的Wi-Fi调制解调器以增强信号强度,而网状系统是完全的系统替代品。
网状 Wi-Fi 能穿墙吗?
是的,网状 Wi-Fi 信号更强,可以穿透墙壁。但是,如果您的墙壁异常厚或主调制解调器离您的设备很远,您可能仍然会遇到信号弱的问题。
网状路由器有什么作用?
网状路由器消除了死区。它们不像传统路由器那样从一个点广播信号,而是提供多个接入点。其中一个点连接到调制解调器,充当路由器,而其他点则像卫星一样,捕获信号并以增强的信号强度重新广播。
网状 Wi-Fi 能覆盖多远?
为了获得更好的信号,请将网状 Wi-Fi 的第二个节点放置在死区和路由器之间,就像连接扩展器一样。尽量将距离限制在两间房或最大 30 英尺以内,以防止信号减弱。

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