Mesh 組網

Mesh(網格)是一種無中心、自組織的高度業務協同的網絡。通常分為無線Mesh和有線Mesh，但在實際應用場景，有線Mesh實現有很多障礙，所以無線Mesh組網逐漸成為主流。

Mesh組網的本質是動態自組織網絡，拓撲結構具有以下特點：

• 無固定形態: 節點根據信號質量、負載情況等動態調整連接。
• 多路徑冗余: 優先選擇路線最短或最優路徑傳輸數據。
• 混合架構: 支持分層或分區域的靈活組網。

Mesh組網能夠實現在當前節點信號沒有其他信號優質的時候，自動切換到另一個更優質的節點上，這樣即使在某些節點發生故障、堵塞的情況下，依然能通過多次跳躍完成通信。

Mesh組網的利用率同樣很高，傳統單跳網絡中，多個終端設備共用一個固定節點，隨設備增多，單個節點通訊網絡質量會明顯下降；但每個Mesh節點都能廣播同一個網絡，當節點通信質量下降，設備會自動重新選擇一個節點連接。

無線Mesh與無線中繼的區別

① 網絡架構: 無線Mesh采用網狀分布式結構，讓所有的節點形成多跳網絡，節點之間可以直接通信，數據通過動態路徑選擇最優傳輸；無線中繼采用星型或者鏈式結構，主路由器和中繼器是但相連接的，不同中繼器之間不能直接通信。

② 信號穩定性與速度: 無線Mesh存在多路徑冗余特性，能避免單點故障，信號比較穩定，且支持帶寬的動態分配，優先使用高帶寬鏈路，延遲更低；當設備不能連到主路由器時，無線中繼信號必須通過主路由器->中繼設備->終端設備來傳輸，衰減較明顯，且主路由器與中繼器共享帶寬，傳輸速率較低。

③ 覆蓋范圍與拓展性: 無線Mesh可通過靈活添加節點來拓展，理論上是沒有上限的；無線中繼在設置時就已經設定好，信號衰減強，難以更改與拓展。

④ 設備管理與無線漫游: 無線Mesh所有節點都統一管理，使用同一個SSID，設備可以自動漫游(不會因為斷網影響用戶體驗)；無線中繼要手動配置多個獨立SSID，設備需手動切換網絡，存在斷網現象。

Mesh組網在Wi-Fi中的應用（Wi-Fi Mesh）

Mesh組網技術在Wi-Fi網絡中應用廣泛，尤其在家庭和辦公室環境中，用于解決無線信號覆蓋的問題。Wi-Fi Mesh網絡由多個 Mesh節點(路由器)組成，通過多個 Mesh 節點覆蓋更大面積，消除傳統Wi-Fi路由器信號的盲區；Wi-Fi Mesh 系統通常配有一個統一的管理平臺，用戶可以通過一個應用程序來控制和監控整個網絡的運行狀態。

Wi-Fi Mesh系統的工作方式：
① 主路由器通過與互聯網的連接提供網絡入口。
② 子路由器通過無線方式與主路由器以及其他子路由器連接，擴展信號覆蓋范圍。
③ 子路由器自動處理網絡流量，確保每個設備都能接收到最佳信號。

基于Mesh拓撲的UWB技術可行性

① 技術優勢
覆蓋范圍擴展: Mesh拓撲通過多跳通信可以顯著擴展UWB網絡的覆蓋范圍，適合大范圍應用（如智能城市、工業物聯網）。

網絡可靠性: Mesh拓撲具有冗余路徑，即使某個節點失效，數據仍可通過其他路徑傳輸，提高網絡可靠性。

動態適應能力: Mesh網絡支持動態節點加入和離開，適合動態環境（如移動設備、資產跟蹤）。

② 潛在應用場景
大規模定位系統: 如智能工廠中的設備跟蹤、倉儲物流中的資產定位。

分布式傳感器網絡: 如環境監測、智能農業。

智能城市: 如交通管理、公共安全。

③ 技術挑戰
定位精度: UWB的高精度定位依賴于精確的時間同步和直接通信。在多跳Mesh網絡中，定位誤差可能隨著跳數增加而累積；可以考慮結合TOA（到達時間）、TDOA（到達時間差）等技術，開發適用于Mesh拓撲的定位算法(如分布式定位算法)，并通過時間同步協議等來減少誤差。

功耗延遲: Mesh網絡中的多跳通信可能增加節點功耗和傳輸延遲，與UWB的低功耗優勢相沖突；應當優化路由協議和功耗管理策略，使用分布式同步協議，減少中心節點的依賴，減少不必要的通信和能量消耗。

干擾管理: Mesh網絡中節點密度增加可能導致信號干擾，影響通信質量和定位精度；可以采用動態信道分配和干擾避免技術，優化網絡資源利用來解決。

協議設計: UWB的Mesh網絡需要設計新的協議棧，包括路由協議、時間同步機制和安全機制；可以借鑒現有Mesh網絡協議（如OpenThread、Zigbee），并結合UWB的特性進行優化。

星型拓撲 / Mesh拓撲的UWB技術比較

① 網絡架構: 星型拓撲結構簡單、便于管理，適合小規模集中的控制場景；相對而言，Mesh拓撲的自組織特性更適合大型、復雜的環境。

② 定位性能: 星型拓撲依賴中心點，比較適合固定的場景(如商場導航等)；Mesh拓撲的無固定形態特點，使其更適合于動態場景(如物流機器人等)，適應性更強。

③ 功耗延遲: 星型拓撲的子節點休眠較靈活，功耗較低，且實時性更強；Mesh拓撲每個節點都參與路由轉發，休眠時間短，功耗大、實時性較大，這是利用Mesh拓撲需要優化的問題之一。

④ 安全性: 星型拓撲的密鑰通常在中心節點集中管理，成本低，便于統一升級，但泄露風險較大；Mesh拓撲的多節點協調，成本高，能增強密鑰安全性，但相應的更新復雜度會更高。

綜上所述，星型UWB可以用在實時性要求高、固定區域且便于維護的場景，而Mesh的UWB更適合用于變化復雜、需要臨時組網或者對可靠性較高的環境。