Definition Was ist ein Wireless Mesh Network?

Anbieter zum Thema

Vitel GmbH

Ein Wireless Mesh Network ist ein vermaschtes, drahtloses Netzwerk. Die Funkknoten des Netzwerks sind in einer Mesh-Topologie miteinander verbunden. Sie agieren als Sender und Empfänger und können für andere Geräte Daten weiterleiten. Ein Wireless Mesh Network erzielt eine lückenlose Flächenabdeckung und erreicht nahezu überall gleichbleibend hohe Übertragungsraten.

Wörtlich übersetzt bedeutet Wireless Mesh Network "drahtloses, vermaschtes Netzwerk" oder "drahtloses Mesh-Netzwerk". Manchmal wird dafür die Abkürzung WMN verwendet. Grundsätzlich versteht man unter einem Wireless Mesh Network jede Art von drahtlos vermaschtem Netzwerk unabhängig von den zugrundeliegenden Übertragungsprotokollen und Netzwerktechnologien. Es kann sich daher prinzipiell um drahtlose, vermaschte Netzwerke handeln, in denen WLAN-, Mobilfunk-, Bluetooth- oder Thread-, Matter-, Zigbee- und andere Mesh-Technologien zum Einsatz kommen.

Ist von einem Wireless Mesh Network die Rede, ist damit aber häufig ein WLAN-Mesh-Netzwerk gemeint. Trotz vieler anderer Mesh-Technologien werden die beiden Begriffe häufig gleichgesetzt. Das hat auch damit zu tun, dass mit IEEE 802.11s ein Standard existiert, der als Wireless-Mesh-Network-Standard (WMN-Standard) bezeichnet wird.

In einem Wireless Mesh Network sind die einzelnen Funkknoten unabhängig von der zugrunde liegenden Technologie in einer Mesh-Topologie angeordnet und organisiert. Sie bilden ein vermaschtes Kommunikationsnetz, in dem die einzelnen Knoten als Sender und Empfänger agieren und Daten für andere weiterleiten können. Knoten können direkt oder über andere Knoten miteinander kommunizieren, ohne auf einen zentralen Knoten angewiesen zu sein. Durch die Mesh-Topologie verbessert sich die funktechnische Flächenabdeckung und es entsteht ein in sich redundantes, selbstheilendes Netz, in dem sich im gesamten Funkabdeckungsbereich nahezu gleichbleibend hohe Datenraten erzielen lassen.

Das Wireless Mesh Network nach IEEE 802.11s

Der IEEE-Standard 802.11s des Institute of Electrical and Electronics Engineers spezifiziert die grundlegende technische Funktionalität für ein herstellerunabhängiges, selbstheilendes und erweiterbares Wireless Mesh Network (WMN) auf Basis der WLAN-Technologie. Während sich in herkömmlichen WLANs die Clients mit einzelnen zentralen Accesspoints verbinden, sind in einem Wireless Mesh Network die Funknodes miteinander vermascht und fungieren in der Art Relaisstationen sowohl als Sender als auch als Empfänger. Die miteinander vermaschten Funkknoten können beispielsweise Router, Clients, Repeater oder Accesspoints sein.

Solche WMNs kommen im privaten Umfeld für die Heimvernetzung oder im professionellen Bereich für funkbasierte Infrastrukturen zum Einsatz. Im Standard ist definiert, wie die einzelnen WLAN-Stationen miteinander kommunizieren und ein vermaschtes Netzwerk bilden.

IEEE 802.11s wurde bereits Anfang der 2000er-Jahre als eine Teilspezifikation des IEEE 802.11-Industriestandards entwickelt und definiert. Später floss die Teilspezifikation vollständig in die 802.11-Standardreihe ein. Die Mesh-Funktionalität wurde seither kontinuierlich weiterentwickelt. Viele der grundlegenden Konzepte für das WLAN-Mesh aus 802.11s sind auch heute noch in den aktuellen WLAN-Standards 802.11ax (Wi-Fi 6) und 802.11be (Wi-Fi 7) zu finden. Sie wurden hinsichtlich Effizienz und Leistungsfähigkeit stark verbessert, bilden aber nach wie vor die technische Grundlage für viele aktuelle WLAN-Mesh-Technologien.

Allerdings verwenden viele heute im privaten oder professionellen Umfeld eingesetzten Mesh-WLAN-Produkte wie Fritz!-Produkte, TP-Link Deco, Netgear Orbi, Asus AiMesh, D-Link Covr, Google Nest Wifi, Amazon eero, Devolo, Linksys, Zyxel (Multy) und andere neben den Wi-Fi-6- und Wi-Fi-7-Mesh-Funktionalitäten auch proprietäre Funktionen, Protokolle oder Erweiterungen, beispielsweise für das Roaming, das Band Steering oder für die Verwaltung der Mesh-Knoten. Das verhindert meist einen interoperablen Einsatz der Produkte unterschiedlicher Hersteller.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Funknetzen mit den klar definierten Rollen für Accesspoints und Clients können die Stationen in einem WMN nach 802.11s mehrere Rollen wahrnehmen. Definierte Rollen sind der Mesh-Accesspoint, der für die Clients als Accesspoint dient und Daten an andere Knoten weiterleitet, der Mesh-Point, der Daten von anderen Knoten empfängt und sie an andere Knoten weiterreicht, und das Mesh-Point-Portal, das Gateway-Verbindungen zu anderen Netzwerken herstellt. Die Stationen mit ihren verschiedenen Rollen organisieren sich selbst. Sie erkennen Stationen in Funkreichweite und bauen zu diesen automatisch Mesh-Links auf.

Das Routing zwischen den verschiedenen Stationen mit ihren unterschiedlichen Rollen findet auf der MAC-Ebene (Layer 2) statt. Es kommen Routingverfahren wie das Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) zum Einsatz. HWMP kombiniert zwei Routing-Ansätze für den mobilen dynamischen Teil und den festen statischen Teil des Netzwerks. Im festen Teil entsteht eine proaktive baumartige Struktur. Alle Routen zu einem Wurzelknoten sind allen bekannt. Der dynamische Teil arbeitet reaktiv und ermittelt Routen nur bei Bedarf. Für Protokolle höherer Schichten ist HWMP vollständig transparent. Darauf aufbauende Layer-3-Services und -Protokolle sind ganz normal nutzbar und sehen das Mesh als ein Layer-2-Netz. Im Vergleich zum Routing auf Layer 3 bietet das Vorteile hinsichtlich Energieeffizienz, Hardwareanforderungen und Performance.

Da in einem WLAN-Mesh nach 802.11s auch hinsichtlich der Authentifizierung keine herkömmliche hierarchische Struktur mit einem zentralen Accesspoint vorhanden ist, authentifizieren sich die einzelnen Mesh-Points untereinander. Die Knoten bauen quasi gegenseitig Vertrauen auf und sorgen für die sichere Weiterleitung der Datenpakete.

Für einen flexiblen Zugriff auf die Funkkanäle besitzen 802.11s-Stationen häufig mehrere Funkmodule. So lässt sich der von anderen Clients empfangene Datenverkehr und der Datenverkehr zu anderen Knoten in unterschiedlichen Frequenzbereichen beziehungsweise Kanälen übertragen.

Jede Funkzelle einer Station überschneidet sich bewusst mit der Funkzelle benachbarter Stationen. Für die Optimierung des Datendurchsatzes greifen die vermaschten WLAN-Knoten flexibel auf die zur Verfügung stehenden Funkkanäle zu. Im kompletten Netzwerk ist eine einzige SSID (Service Set Identifier) gültig. Clients verbinden sich über diese SSID mit dem Wireless Mesh Network und können sich im Funkabdeckungsbereich frei bewegen. Sie wechseln nahtlos und automatisch die einzelnen Funkbereiche, abhängig von der Stärke des Funksignals. Für WLAN-Clients ohne jegliche eigene Mesh-Funktionen verhält sich das Wireless Mesh Network wie ein herkömmliches WLAN.

Die Merkmale und Vorteile eines Wireless Mesh Network

Typische Merkmale und Vorteile eines Wireless Mesh Network sind:

• Kommunikation der Funkknoten untereinander zur Selbstverwaltung, Selbstoptimierung und Selbstheilung des Netzwerks

• höhere Stabilität und Verfügbarkeit des drahtlosen Netzwerks, da die redundante Netzwerkstruktur Ausfälle von einzelnen Komponenten automatisch abfängt

• automatisches, nahtloses Roaming (automatische, unterbrechungsfreie Verbindung der Clients über den Knoten mit dem stärksten Funksignal)

• einheitliche SSID im kompletten WLAN-Mesh

• ressourcenschonendes dynamisches Routing auf MAC-Ebene

• bessere Abdeckung und Reichweite des Funknetzes

• gleichbleibend hohe Übertragungsraten an unterschiedlichen Orten des Funkabdeckungsbereichs

• einfache Erweiterbarkeit des Funknetzes

(ID:45628833)