メッシュ リンクは、1 ホップ テストでは高速に見えても、トラフィックが複数の中継ノードを通過すると期待外れになることがあります。その理由は単に「距離が長くなった」というだけではありません。各ホップは追加の通信時間を消費し、共有無線バックホールではノードが順番にトラフィックの受信と転送を強制される可能性があり、パスが増大するにつれて使用可能なスループットが減少します。メッシュ無線ネットワークを計画している人にとって、本当の課題は、遠端にどれだけの容量が残っているかを見積もることです。通信時間、競合、干渉、リンク品質、空間再利用を理解すると、マルチホップのパフォーマンスを予測しやすくなり、誤解を招くシングルホップ速度の数値に基づいた設計を避けることができます。
単純な A → B → C パスを考えてみましょう。ノード A はパケットを B に送信します。 B はそのパケットを受信し、それを C に送信する必要があります。B が同じ無線リソースで半二重メッシュ無線を使用する場合、受信と転送は同時に自由に実行できる独立した操作ではありません。したがって、ペイロード自体は増加していないにもかかわらず、1 つのアプリケーション パケットがメディアを A ～ B で 1 回占有し、B ～ C で再度占有します。
この違いは、PHY レートと使用可能なスループットを同じ数値として扱ってはいけない理由を説明しています。無線機は両方のリンクでネゴシエートされた高いデータ レートを報告する場合がありますが、エンドツーエンド フローは依然としてすべてのリレー送信の通信時間コストを支払います。ホップが追加されると、ルートは利用可能なチャネル時間のより多くの割合をすでに受信したパケットの転送に費やします。メッシュ無線導入の場合、通信時間の繰り返し使用が最初に考慮すべき容量コストです。
転送は放送時間の予算の一部にすぎません。チャネルを共有する隣接ノードも同じ競合ドメインまたは干渉ドメイン内に入る可能性があるため、1 つのリンクがアクティブである間、1 つのリンクは待機する必要があります。チャネル アクセス手順、確認応答、ルーティング メッセージ、フレーム間タイミング、および再送信には、アプリケーション ペイロードとしては現れない追加の時間が消費されます。
その結果、ヘッドラインのリンク速度と配信されるデータ速度の間に差が生じます。別のメッシュ無線ホップを追加すると、ネットワークの残りの部分でスケジュールする必要がある別の送信機会が追加され、パスを維持するために必要な制御トラフィックも増加する可能性があります。シングルホップの速度にノード数を掛けても、エンジニアはエンドツーエンドの容量についてほとんど何も分からないのはこのためです。有限のリソースは使用可能な通信時間であり、変調レートの横に印刷された数値ではありません。
「ホップごとの半分」ルールは、単一無線または高度に共有されたチャネルのバックホールにおける重要な最悪の動作を捕捉するため、一般的になりました。 1 つのリレーがトラフィックを受信し、それを同じ制約された無線リソースを使用して転送する場合、2 つのリンク間でフローを移動するには、およそ 2 倍のチャネル時間が必要になる可能性があります。このような状況では、リレーを 1 回追加しただけで、メッシュ無線パスは使用可能なスループットの大部分を失う可能性があります。
したがって、100 → 50 → 25 Mbps などの計画例は、保守的なストレス テストとしては役立ちますが、進捗を保証するものではありません。これは、アプリケーションが深刻なリレー オーバーヘッドと競合を許容できるかどうかを設計者に尋ねる必要があり、3 ホップごとに最初のホップのスループットのちょうど 4 分の 1 を提供する必要があることを意味するものではありません。
工学的なより良い質問は、1 つのリンクが送信している間、何本のリンクが沈黙を保たなければならないかということです。単純化された線形チェーンでは、各メッシュ無線は、ルート内のすべてのノードではなく、主に近隣のノードと干渉する可能性があります。パケット転送のスループットは、指数関数的な半減を繰り返すのではなく、ホップ数が最初に増加するため、1/N の関係に従うことがあります。
トポロジによって競合パターンが変化します。十分な間隔で配置されたリレーのラインは、複数のノードが互いを認識して送信を延期できる密集したメッシュと同等ではありません。したがって、ホップ カウントが同じ 2 つのパスは、公称リンク レートが同じであっても、エンドツーエンドの容量が異なる可能性があります。
空間の再利用は、長いパスが必ずしも単純な指数曲線に従って劣化するとは限らない主な理由です。 2 つのリンクが、同時送信が実質的に干渉しないほど十分に離れている場合、同じ時間リソースまたはスペクトル リソースを再利用できます。したがって、隣接するリンクが交代で送信する必要がある間に、離れたメッシュ無線リンクのペアが同時に送信する可能性があります。
実際の意味は単純です。ホップ数はスループット計画への入力の 1 つにすぎません。干渉範囲、ノード間隔、周波数割り当て、およびスケジュールによって、新しいリレーの実際のコストが決まります。
スループットモデル |
役に立つ |
主な前提条件 |
ホップあたり最大 50% の推定 |
保守的な初回パス計画 |
強力な同一チャネル競合 |
ホップシェアリング / 1/N モデル |
簡易リニアリレー解析 |
同時送信の制限 |
空間再利用モデル |
より長く、間隔の広いパス |
遠隔リンクは同時に送信可能 |
フィールド測定 |
導入の最終決定 |
実際のトポロジ、RF 状態、トラフィック |
実際のデプロイメントが同一のリンクで構成されることはほとんどありません。 1 つのメッシュ無線ホップは、距離、部分的な障害物、不十分なフレネル ゾーン クリアランス、木の葉、建物、地形、またはノードの移動により、SNR が低くなる可能性があります。適応変調は、より堅牢なレートに移行することでリンクの接続を維持できますが、同じ量のデータを送信するにはより多くの通信時間が必要になります。その遅いホップを通過するすべてのフローは、結果として生じるボトルネックを継承します。
これは実際的な形での最弱リンク効果です。 3 つの強力なリンクと 1 つのマージナル リンクを含む 4 ホップ ルートは、安定した高速リンクから構築された 5 ホップ ルートよりもパフォーマンスが低下する可能性があります。したがって、重要な指標はメッシュ全体の平均信号品質ではありません。それは、重要なエンドツーエンドのトラフィックを伝送するリンクの状態です。モバイル メッシュ無線ネットワークの場合、ノードや障害物の位置が変わるとボトルネックも移動する可能性があります。
干渉により、使用可能な通信時間が無駄な試行に変換されます。パケットが衝突したり破損して到着した場合は、再送信する必要があります。これは、メッシュ無線ネットワークが同じアプリケーション データを配信するために追加のチャネル時間を費やすことを意味します。送信機が互いを確実に感知していない場合でも、共有受信機を介して間接的に競合する可能性があるため、同一チャネルのアクティビティと隠れノードの動作により、この問題がさらに悪化する可能性があります。
トラフィックの集約により、別の種類のプレッシャーが加わります。ゲートウェイまたはコマンド ポイントに近いリレーは、ダウンストリーム ノードからのいくつかのビデオ フィード、テレメトリ ストリーム、音声セッション、および制御パケットを転送する必要がある場合があります。個々のリンクが正常な場合でも、そのリレーがボトルネックになる可能性があります。その結果、ホップ カウントが等しい 2 つのルートは、一方のほうがより重い集約トラフィックを伝送するか、より多くの再試行が発生するため、非常に異なるスループットを提供する可能性があります。
設計の最優先事項は、カバレッジの問題で必要のない中継ステージを避けることです。追加の各メッシュ無線は、同じ競合エリア内にアクティブなリレーをあまり配置せずに、安定したリンクを維持できるように配置する必要があります。アーキテクチャが許可する場合、チャネルまたは周波数リソース全体で干渉する転送リンクを分離すると、それらのリンクが互いに待機する必要性が減ります。異なる転送リンクに 2 つの周波数チャネルを使用すると、すべての中継を 1 つの共有周波数に強制する場合と比較して、干渉を大幅に減らすことができます。
トラフィックの分散も重要です。すべての高速ストリームを 1 つのリレー経由で送信するトポロジでは、ネットワークの残りの部分が高負荷になる前にローカル ボトルネックが発生する可能性があります。したがって、ルート計画では、ホップ数だけでなくトラフィックの集中も考慮する必要があります。
MIMO および適応 RF 機能は、条件が許せばホップごとの効率を維持するのに役立ちます。空間多重化によりリンク容量が増加する一方、受信ダイバーシティとビームフォーミングにより堅牢性と信号品質が向上します。適応変調により、メッシュ ラジオは RF 条件の変化に応じて速度と信頼性を引き換えることができ、インテリジェントな周波数選択または周波数ホッピングは、問題のあるスペクトルを回避するのに役立ちます。
QoS は帯域幅を作成しませんが、容量が制限されている場合にどのトラフィックを最初に処理するかを決定できます。音声、制御データ、またはミッションクリティカルなビデオは、一括転送よりも優先する必要がある場合があります。これらの技術では、中継にかかる基本的な通信時間のコストを取り除くことはできませんが、回避可能な損失を減らすことはできます。
WDS の MIMOmesh バックパックは、 大容量メッシュ ラジオ。 MIMO、アダプティブ データ レート、ビームフォーミング、マルチホップ ルーティングを中心に設計された受信ダイバーシティ、TX/RX ビームフォーミング、空間多重化、設定可能なチャネル帯域幅、適応型データ レート、QoS、インテリジェントな周波数選択、適応型周波数ホッピング、および動的マルチホップ ルーティングをサポートします。スター、ライン、ネットワーク、およびハイブリッドの動作モードにより、さまざまなネットワーク レイアウトにさらなる柔軟性が提供されます。
MIMOmesh バックパックは、データで 15 ホップ以上、音声で 10 ホップ以上、ビデオで 8 ホップ以上をサポートし、3 ホップを超えた総伝送速度損失は 70% 未満です。これらの数値は計画の入力として役立ちますが、特定のトラフィック ミックスと RF 環境をテストする代わりにはなりません。より広範な WDS ポートフォリオには以下が含まれます。 広帯域メッシュ無線と狭帯域 MESH オプション。 ハンドヘルド、航空機、バックパック、屋外、車両、およびモジュールベースのフォームファクターの
シングルホップのピーク速度ではなく、ネットワークが最も遠くにある有用なポイントで伝送する必要があるトラフィックから始めます。メッシュ無線プランでは、ビデオ ストリームの数とビットレート、音声および制御トラフィック、テレメトリ、ファイル転送、許容可能な遅延とジッター、同時ユーザー、および予想される最大ホップ深度を考慮する必要があります。理想的な実験結果に合わせてネットワークのサイズを設定するのではなく、ルーティングのオーバーヘッド、再送信、RF 条件の変更のためのヘッドルームを追加します。
ホップあたり 50% モデルは、ストレス ケースとして依然として役立ちます。控えめな数の削減でもアプリケーションが失敗する場合、設計にはより多くの容量、より少ない共有ホップ、または別のチャネル戦略が必要です。最初の画面の後、最もビジーなパスと最も弱い可能性のあるリンクに基づいて、トポロジを考慮した推定を使用します。
最終的な検証では、デプロイメントで使用されるパスを再現する必要があります。実際のトラフィックがアクティブな状態で、1 ホップ、2 ホップ、3 ホップ、および意図された最大ホップ数でメッシュ無線ネットワークを測定します。有用な測定には、複数のアプリケーション ストリームの実行中の TCP/UDP エンドツーエンド スループット、ホップごとの SNR とネゴシエート レート、パケット損失、再送信、チャネル使用率、遅延、ジッター、およびスループットが含まれます。
見通しの良いベンチテストに依存するのではなく、現実的なノードの位置、動き、障害物、干渉を使用してこれらの測定を繰り返します。強力な 1 ホップの結果は、最初のリンクが適切に機能していることを証明するだけです。マルチホップ メッシュ無線システムの場合、意味のあるパフォーマンス数値は、アプリケーションが実際に直面するトラフィックおよび RF 条件下で、必要なホップ深度に維持される使用可能なスループットです。
すべてのリレーが通信時間を消費するため、マルチホップのスループットは低下しますが、競合、干渉、弱いリンク、再送信、トラフィックの集中により、使用可能な容量がさらに減少する可能性があります。実際の対応策は、シングルホップのピーク速度ではなくエンドツーエンドのパフォーマンスを重視して設計し、リレー リンクを強力に保ち、不必要なチャネル競合を制限することです。 Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、MIMO、ビームフォーミング、空間多重化、適応型データ レート、周波数ホッピング機能を組み合わせて、より効率的なマルチホップ通信をサポートする MIMOmesh Backpack シリーズなどのメッシュ無線ソリューションを提供しています。信頼できるスループットを達成するには、慎重なトポロジ計画と現実的なフィールド テストが依然として不可欠です。
A: はい。各リレーはトラフィックを受信して転送する必要があり、追加の通信時間を消費します。実際の削減量は、チャネル共有、干渉、リンク品質、トラフィック負荷、無線アーキテクチャによって異なります。
A: いいえ。50% 削減は主に、共有無線、同一チャネル条件に対する計画ルールです。空間の再利用、個別のチャネル、マルチ無線設計、トポロジによって、異なる結果が生じる可能性があります。
A: 主要な要素には、半二重転送、チャネル競合、SNR、変調レート、再送信、干渉、ノード間隔、トラフィック集約、周波数割り当て、離れたリンクが同時に送信できるかどうかが含まれます。
A: 普遍的な制限はありません。実際のホップ数は、必要なアプリケーション帯域幅、RF 条件、ネットワーク トポロジ、トラフィック量、遅延目標、および測定されたエンドツーエンド スループットによって異なります。
A: はい。個別の無線チャネルまたは周波数チャネルを使用すると、同じチャネルの競合が繰り返されることが減少し、より多くの転送アクティビティを同時に実行できるようになり、メッシュ全体でより大きなエンドツーエンドの容量を維持できるようになります。