传统星型拓扑结构的5G,WiFi无线通信网络与替代拓扑结构自组网

一、个人理解

区别自组网,5G和WiFi三者要抓住两个关键点:移动、组网

5G通信是移动通信的最新一代;1940年代美军的手持对讲机虽然可以移动,但是算不上网络,后面的第一代移动通信蜂窝网络才能算上网络。

WiFi通信虽然也可以移动,但是WiFi的移动是无线通信的附加福利,WiFi本身是由局域网的无线版本。不考虑手机的话,WLAN下电脑、路由器及打印机等设备都是位置固定的。

自组网的特点是相互组网。5G连接基站,WiFi连接路由器,终端设备只是接入网络,并不改变核心网络。但是自组网下,设备既是终端,也是网络关键节点。

二、自组网

5G无线网络不是面向的局域网,一个基站下的各用户可不是通过基站与其他用户直接通信的,而是请求更远处的服务器。

Wi-Fi呢,有时是与局域网下设备通信,互传数据;有时又请求Internet上的服务。

自组网大多数时候是局域互相通信,但是没有WLAN下的路由器中心节点(接入点,AP,Acess Point)。

2.1 WLAN替换方案猜想

其实自组网的场景,无人设备集群也好,小组组网作战也好,是可以用路由器中继的方式代替的:

路由器一个接一个,一个接一个,然后所有设备连接与自己最近的那个路由器。这就有点像路由器互联组成总线。

但是这样有很多问题:

1.有的路由器接入大量节点,有的路由器接入少量节点,如果要保证路由器接入节点数量一致,得控制路由器和节点的空间距离;

2.路由器数量随着节点数量增加,假如4台设备接1个路由器,40台设备就得要10个路由器;

3.稳定性。工业网络都得用环状结构保障稳定性,路由器中继组网,但凡一台路由器断了,以这台路由器为切割,整个网络就会分成两瓣;

4.路由器数据传输压力巨大。所有的设备都要走路由器组成的总线,总线传输压力与设备数量正相关。

5.还有一个更为致命的,中继模式机制,带宽会折半(因为既要接收又要转发)。

这样来看,自组网是WLAN替代不了的,尤其必要性。

2.2 流量决定的拓扑结构

WiFi,5G的无线通信网络流量就像下面这幅图:

设备与路由器/基站的流量就是小道,基站/路由器与核心网(光纤)的流量就是大路。

当设备要使用Internet进行远程上网时,必定要走大路。网络拓扑大概率边缘边缘无线通信部分为星型(多条小道连接大路),并且中心节点和核心网通过光纤通信(多条大路连接高速路)。

自组网的无线通信网络流量则像下面这幅图:

具体是蓝色线路描述的部分:

数据传输仅在局域进行,不会向更远的地方请求服务。

mesh自组网就和上面这张图很像,mesh不就是网格的意思嘛,太形象了:

2.3 ad hoc v.s mesh

同属自组网,mesh自组网比ad hoc使用场景更多:

ad-hoc只搭建小规模自组网,往往就临时的星型网络,代替路由器支撑的WLAN;而mesh支持大规模自组网,真正的网状结构。

三、星型网络

3.1 网络最初的样子

其实星型网络是网络最初的样貌,星型网络上,两点之间距离最短,只有2。但是,如果全世界的设备组成一个庞大的星型网络,这个网络中心的性能那该多大呀。

3.2 星型的意义

理论上来说,我们上网都是源节点与目标节点通信,请求服务,发送数据,中间的节点对任务本身而言都是不必要的。

要搞明白星型的意义,就要搞明白最初为什么要组网?怎样才算组网?

组网最重要的是资源共享和协议约束,一个WLAN下各设备用相同频段,整个Internet上各设备用相同网线,这时协议约束必不可少。星型网络中心就能发挥这样的作用,调控整个网络的流量。

3.3 替代拓扑结构

Wi-Fi联盟官网:

替代拓扑 | Wi-Fi Alliance

Wi-Fi联盟把非传统星型拓扑都叫做替代拓扑:

四种替代拓扑:

Wi-Fi Aware

Wi-Fi Direct

Wi-Fi EasyMesh

隧道直接链路

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