WiFi Mesh网络技术架构介绍

成都亿佰特

对无线网络的需求 智能家居中坚固、可扩展且自我修复， 工业物联网与大规模传感器部署 推动了网状WiFi技术的重大创新。所以 传统WiFi依赖于中央路由器，也就是网状网络 创建一个去中心化的互联节点网络，提升质量 显著的保障和可靠性。本文追溯 网状WiFi网络的技术演进，例如： 通过分析变更实现在嵌入式模块中 关键架构解决方案、协议进展及解决方案 WiFi mesh产品系列提供模块 ESP-MESH 基础，适用于复杂多功能系统的基础。
一、基础：树-拓扑网格与ESP-MESH范式 第一波WiFi Mesh模块 ，以E103-W07 为代表 （基于ESP32-S2），已经采取了结构化且 树栖。该模型通常通过 ESP-MESH 等框架实现，在模块层面引入了Mesh的核心概念。
带分层路由的集中式根节点： 该架构要求单个 根节点 连接到传统IP网络（例如路由器）。所有其他节点（ 节点 中间父 和中间 节点 叶子）在下面形成一个层级树。数据来自 任何节点都必须向上路由（且可能 下行）通过该树访问互联网或其他节点。
主要特征（摘自E103-W07手册）：
单一IP协议栈： 只有根节点拥有完整的TCP/IP协议栈和IP地址 传统。所有其他节点通过 网状结构中的第二层MAC。
自动与手动分组： 支持基于 最强路由器信号）以及手动节点类型分配 （根、节点、叶子）。
基础设施依赖性： 可以选择“带路由器”或“无路由器”模式作，但访问 连接到互联网仍然要求根节点连接到 上游路由器。
优点与限制： 该型号提供真正的多跳连接，并且 网状结构中自我修复。然而，单根节点会生成一个 潜在的瓶颈和单点故障。该 网络的复杂性和延迟会随着 的数量增加而增加 跳跃。
示例： La documentation du module E103-W07 模块文档 明确定义了诸如根节点、父节点等角色 以及叶节点及其AT命令集（ AT+MESHID， AT+MESTART， AT+MEAUTO） 允许对ESP-MESH网络的形成进行细粒度控制， 参数如最大层数和 连接。
二、向真正点对点和去中心化架构的转变 Mesh理念的一个重要演变是向 去中心化的点对点（P2P）架构转变。 系列中表现得很好 这在2.5GHz ISM频段和2.4GHz MESH网络模块 ，如 EWM521-2G4NWxxSX 。
消除中央协调者： 与 à 树状拓扑不同，这些网络仅包含 路由节点 和 终端节点 。 没有指定的“根”或“协调者”。任意节点 路由可以发起通信并中继数据 其他人。
高级基础功能（来自EWM521及类似模块）：
自动路由与路径优化： 路由节点会自动发现邻居和 构建动态路由表。通往 数据不是固定的，可以根据条件进行优化 网络的。
网络自我修复： 如果链路失败，路由节点会自动尝试 恢复沟通，寻找替代路径 多次故障，确保网络弹性。
多样化的通信模式 de ： 支持 单播 （点对点且自动路由 ）、多播 （到一组）、 广播 （向所有节点）和 任播 （到集合中的任意节点，通常用于网络间通信）。
CSMA/CA规避机制： 采用载波感知多接入并实现碰撞避免 以最小化环境中的数据包碰撞 去中心化。
优点： 该架构提供了更高的鲁棒性和延迟 用于本地节点间通信，且 单次失败。它非常适合建立大型网络 传感器或控制系统，无法连接互联网 这并不是所有节点的主要需求。
示例： 的文档 série EWM521-2G4NWxxX 、 E52（LoRa MESH） 和 EWD95M系列 均描述了这种“去中心化”结构 带有路由节点和端点节点，重点显示 诸如自动路由、自愈等特性， 支持所有四种通信模式。
三、与标准化协议的融合：蓝牙网状 随着WiFi网状技术的专有发展，标准化网状协议的采用也在不断增加。 蓝牙网状 （基于Mesh SIG规范）表示一个分支 实现相似应用场景的不同技术， 通常发生在低功耗和数据吞吐量高的场景中 低人
标准化基于角色的架构： SIG Mesh 定义了特定的节点角色 ：节点 、 低功耗节点（LPN ）、 节点 de中继 、友节点和 ami et 代理节点 。单个设备可以支持一个或多个角色。
蓝牙网状网络的实现（摘自 E104-BT12 手册）：
Provisioner： 一个特殊节点（例如 ，作为网关/Provisioner的E104-BT12NSP ），用于控制网络中的设备。
网状节点： 功能齐全的节点，可以作为中继、好友和代理，负责数据传输和转发。
LPN 节点： 一个电池供电的节点（ E104-BT12LSP ），大部分时间处于睡眠状态，依赖 配对的好友节点 缓存消息。
洪水管理： 消息通过中继节点通过 管理泛洪技术，区别于点对点路由 一些Mesh WiFi系统。
优点： 标准化确保了提供者之间的互作性。该 LPN/Friend 模式对于 电池。它利用了智能手机中蓝牙的普及优势 方便配置和控制。
示例： Les fiches techniques de la série E104-BT12 系列数据手册 详细介绍网格GIS角色、配置流程及 如何实现诸如NSP（网状节点）和LSP（低功耗）等模块 节点）协同工作，形成一个可扩展的低层级 智能家居应用的电力。
四、集成时代：混合功能与更易使用的 该 WiFi 网状模块当前和未来趋势聚焦于 集成、易用性及对账 不同类型的网络。
双模模块（WiFi + BLE）： 像 E103-W14 这样的模块集成 了蓝牙低功耗（BLE）。 这是 简化配置 的关键演进。 与其复杂的WiFi设置流程，不如说 智能手机数据库使用BLE进行安全传输 目标WiFi网络凭证（SSID/密码） 在设备上。这提升了用户体验 用于部署物联网设备。
高性能回程： 支持新WiFi标准的模块（如 WiFi 6/802.11ax ， 例如，一般概述中提到的芯片组 产品）正在出现。这些都至关重要 需要处理宽带回程流量的网状网络 比如家庭视频监控 高保真音频流媒体。
高级网络管理 du ： 支持 远程配置 所有基本网络通信设置（见EWM521文档）和 产品） 空中（OTA）升级 （支持如 E103-W11 ）成为标准，允许维护和更新而无需对每个节点进行物理访问。
五、基准测试：选择合适的网状技术 网格技术的选择取决于具体应用：
ESP-MESH / 树形拓扑（E103-W07）： 非常适合需要简单、结构化扩展的场景 从现有的WiFi网络到一个大范围的区域，所有数据都在那里 最终通过单一网关传输互联网。
去中心化点对点网（EWM521，E52系列）： 非常适合 独立无线传感器网络（WSN ）， 工业控制或智能家居系统 设备主要在本地通信，可靠性是 而且没有单一的门户。LoRa的使用 在某些级数（例如E52）中，会以一种方式扩展该范围，使得 但代价是数据吞吐量降低。
蓝牙网状网络（E104-BT12系列）： 非常适合 网络 大规模、低功耗、低数据率 de données 例如照明控制、环境感测和 资产追踪。其智能手机兼容性及使用方式 超低功率睡眠是关键优势。
WiFi + BLE 组合（E103-W14）： 是最佳选择 的物联网产品 面向 面向消费者 ，需要强大的 WiFi 连接，但需要简单且以智能手机为中心的设置流程，
演变 模块化的网状WiFi反映了更广泛的趋势 更自主、更有弹性且用户友好的无线网络。该 Journey 已经从单频扩展器发展为网络 分层树，然后是去中心化的P2P系统 复杂的解决方案，以及现在的集成解决方案 多台标准化无线电和协议。
未来发展可能聚焦于：
基于AI的网格优化： 动态通道选择、智能路径搜索和 基于网络条件的负载均衡 真正的。
透明多协议切换： 能够智能切换WiFi Mesh和蓝牙的模块 网状网络，甚至蜂窝备份，视需求而定 网络的应用与可用性。
增强安全性： 更强的加密和认证机制， 标准化，适合大规模去中心化网格网络 规模。
WiFi模块产品线盖从 E103-W07 基础系列（ESP-MESH） 和 系列 分布式 EWM521 ，到 标准化的 E104-BT12 系列（蓝牙网状 ）和 E103-W14（ WiFi+BLE）， 体现了这一技术进步。对于开发者和 集成商，理解这些架构差异是 选择合适的网状技术至关重要，无论是否 创建一个大型、可靠的工业传感器网络，配备 去中心化的LoRa/WiFi，或者一个简单的智能家居生态系统 通过智能手机配蓝牙网状配置和控制，或 双模模块。