Mạng mesh không dây là gì? Đây là một mạng truyền thông gồm các nút radio được tổ chức theo topo lưới, trong đó mỗi thiết bị vừa đóng vai trò truy cập mạng vừa có thể chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác. Nhờ cơ chế này, mạng có độ tin cậy cao và khả năng dự phòng tốt, khi một nút ngừng hoạt động thì phần còn lại vẫn liên lạc được. Bài viết này giải thích cấu trúc, cách tự hình thành và tự phục hồi, các thành phần chính cùng ưu điểm và giới hạn của mạng mesh không dây.
Mạng mesh không dây là gì
Một mạng mesh không dây (WMN) là mạng truyền thông được tạo thành từ các nút radio tổ chức theo cấu trúc lưới. Nó cũng có thể được xem là một dạng của mạng không dây tự tổ chức (ad hoc). Chữ mesh chỉ sự liên kết phong phú giữa các thiết bị hay nút. Thay vì phụ thuộc vào một trạm cơ sở trung tâm duy nhất như mạng tế bào truyền thống, mạng mesh cho phép nhiều thiết bị kết nối lẫn nhau theo nhiều đường.
Mạng mesh không dây thường gồm ba loại thành phần chính: mesh client là các thiết bị đầu cuối như máy tính xách tay và điện thoại di động; mesh router là các nút chuyển tiếp lưu lượng đi và về; và gateway là cổng nối mạng mesh ra với Internet, cổng này có thể không kết nối Internet. Toàn bộ vùng phủ của tất cả các nút radio hoạt động như một mạng duy nhất đôi khi được gọi là mesh cloud. Khả năng truy cập vào mesh cloud phụ thuộc vào việc các nút phối hợp với nhau để tạo nên một mạng radio thống nhất.
Vì sao tính di động thấp là điểm mạnh
Điểm đáng chú ý về mạng mesh không dây là tính di động của các nút thường thấp. Nếu các nút liên tục hoặc thường xuyên di chuyển, mạng sẽ tốn nhiều thời gian cập nhật đường đi thay vì truyền dữ liệu. Trong mạng mesh không dây, topo có xu hướng tĩnh hơn, nhờ vậy việc tính toán đường đi có thể hội tụ và dữ liệu được truyền tới đích. Đây là lý do mạng mesh được xếp vào dạng mạng không dây ad hoc tập trung, di động thấp. Cũng bởi đôi khi nó phụ thuộc vào các nút tĩnh đóng vai trò gateway, nó không phải là một mạng ad hoc hoàn toàn không dây.
Chính sự tĩnh điểm này là bí quyết giúp mạng mesh phù hợp với các ứng dụng cần vùng phủ rộng và ổn định, chẳng hạn mạng nội bộ tòa nhà, mạng sensor trong công nghiệp, hoặc mạng phủ sóng tại các khu vực khó hạ tầng như vùng nông thôn hay vùng bị thiên tai.
Tự hình thành và tự phục hồi
Ưu điểm nổi bật nhất của mạng mesh không dây là khả năng tự hình thành và tự phục hồi. Mạng có tính dự phòng: khi một nút không còn hoạt động, các nút còn lại vẫn có thể liên lạc với nhau, trực tiếp hoặc thông qua một hay nhiều nút trung gian. Nói cách khác, mạng tự tìm đường đi vòng qua nút bị hỏng mà không cần sự can thiệp thủ công. Đây là ưu điểm lớn so với mạng sao, nơi việc hỏng một nút trung tâm sẽ làm sập toàn bộ mạng.
Các công nghệ không dây được dùng
Mạng mesh không dây có thể hoạt động với nhiều công nghệ không dây khác nhau, bao gồm các chuẩn 802.11, 802.15, 802.16, công nghệ di động tế bào, và không bị giới hạn ở bất kỳ công nghệ hay giao thức nào. Nhờ sự linh hoạt này, người triển khai có thể chọn công nghệ phù hợp với tầm hoạt động và tốc độ mong muốn. Ví dụ, các chuẩn 802.11s và chuẩn Wi-Fi mesh phổ biến dùng băng tần 2,4 GHz và 5 GHz, phù hợp với phủ sóng trong nhà và văn phòng, trong khi Zigbee hoặc các biến thể 802.15.4 thường dùng cho mạng sensor tiêu thụ điện thấp.
Điểm cần lưu ý là khái niệm mesh không gắn với một công nghệ cụ thể. Một hệ thống có thể phối hợp nhiều loại radio khác nhau trong cùng một lưới, chẳng hạn vừa dùng Wi-Fi cho truyền dữ liệu tốc độ cao vừa dùng Zigbee cho thiết bị tiết kiệm pin. Cách tiếp cận đa công nghệ giúp mạng vừa đáp ứng tốc độ vừa đáp ứng yêu cầu tiết kiệm năng lượng.
Ưu điểm và giới hạn
So với mạng sao truyền thống, mạng mesh không dây mang lại nhiều ưu điểm. Trước hết là độ tin cậy và dự phòng cao nhờ nhiều đường đi. Thứ hai, vùng phủ có thể mở rộng linh hoạt bằng cách thêm nút mới thay vì phải kéo dài cáp từ trung tâm. Thứ ba, mạng không phụ thuộc vào Internet, nên vẫn hoạt động khi mất kết nối, rất thích hợp cho cứu hộ, sự kiện ngoài trời hay điều kiện khẩn cấp.
Tuy nhiên, mạng mesh cũng có những hạn chế cần tính đến. Vì mỗi nút phải chuyển tiếp dữ liệu cho nút khác, tổng lưu lượng mạng bị chia sẻ và dải tần bị chia nhỏ, nên tốc độ thực tế có thể giảm so với mạng sao. Quản lý và bảo mật một mạng phân tán với nhiều nút cũng phức tạp hơn. Bên cạnh đó, vì thiết bị phải chuyển tiếp tín hiệu, điện năng tiêu thụ tăng lên, điều này đặt ra thách thức cho các nút chạy bằng pin trong thời gian dài.
Khi nào nên chọn mạng mesh
Mạng mesh không dây là lựa chọn hợp lý khi bạn cần vùng phủ rộng, độ tin cậy cao và khả năng hoạt động độc lập với Internet. Nếu chỉ cần phủ sóng trong một căn phòng nhỏ, một router Wi-Fi thông thường đơn giản và rẻ hơn sẽ đủ dùng. Nhưng khi phải phủ một tòa nhà nhiều tầng, khu công nghiệp rộng, hay khu vực ngoài trời nơi kéo cáp khó khăn, mạng mesh trở nên rất đáng cân nhắc. Bạn có thể đọc thêm về cách chuẩn 802.11s định nghĩa mesh ở tầng liên kết trong bài bài tổng quan về mesh networking, cũng như tìm hiểu thêm về vai trò của địa chỉ IPv6 trong việc định danh nút tại bài giới thiệu về IPv6.
Tóm lại, mạng mesh không dây là một kiến trúc mạng tập trung vào tính tự tổ chức, dự phòng và độc lập với hạ tầng trung tâm. Bằng cách để mỗi nút vừa là thiết bị đầu cuối vừa là điểm chuyển tiếp, mạng tạo nên một cấu trúc lưới có khả năng tự hình thành và tự phục hồi, phù hợp với nhiều bối cảnh từ mạng nội bộ công nghiệp cho tới mạng phủ sóng cứu hộ và sự kiện ngoài trời.
