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现有的无线网络大多采用的是点到多点的星状组网方式，需要通过基站或接入点接入有线骨干网，网络拓扑结构相对简单，但网络部署时间长、成本大，覆盖范围、可扩展性和灵活性受限。无线Mesh网络（Wireless Mesh Network，WMN）恰好能弥补传统无线网络的这些缺陷。Mesh一词原意是指所有连接都能无线连接。WMN源于Ad hoc网络，但是Ad hoc网络通常采用全分布式网络结构，网络中节点可以随意移动，因而使得这种网络的信道带宽和传输速率都非常有限，不合适在商业领域得到大规模应用。针对上述问题，在Ad hoc网络的基础上衍生出覆盖范围大、传输速率高、部署方便的WMN。
无线 Mesh 网络也称无线网状网或无线网格网，是一种具有多跳、自组织和自愈特性的无线宽带接入网络，可应用于多种网络环境。实际上，WMN是Ad hoc网络在商业应用领域中的发展，可以视为微缩版的无线互联网。WMN 采用网状拓扑结构，任何节点都可以同时充当接入点（AP）和路由器，并可以与多个邻近对等节点进行直接通信，也可以通过多跳中继的方式与远距离的节点进行通信；从而提供从源节点到目的节点的多条冗余路径，不存在单点故障，具有高可靠性和强自愈能力。此外，无线网状网能够使网络节点以较低的发射功率与邻居节点通信，从而可以有效地延长节点寿命并提高无线频谱利用率和网络容量。WMN作为一种新型宽带无线分布式网状网，已纳入到IEEE 802.16（WiMAX）无线宽带接入网络和IEEE 802.11s Mesh网络标准中。
自从WMN的概念提出后，WMN了受到学术界和产业界的广泛关注，已成为一种有前途的宽带无线接入技术，是解决“最后一千米”问题的关键技术之一。目前，WMN 逐渐进入了民用商业化研发和应用阶段，人们期待WMN能够在网络接入和互连、泛在网络和移动计算、宽带信息传输以及应急通信系统构建等众多领域中发挥重要的作用。近年来，MeshNetworks 和 Intel 等公司相继开发出适用于商业应用的产品，可以灵活构建无线 Mesh网络。美国的无线Mesh 解决方案提供商SkyPilot 公司将智能天线技术应用于WMN，极大提高了频谱的利用率。2004年，IEEE 802.11工作组成立了网状网研究任务组，这标志着WMN技术正式迈上了标准化之路。
WMN易于与其他网络融合，如传感网络、蜂窝网络、因特网等，且融合方式灵活多样，所以WMN拥有良好的发展前景。美国杂志Telecommunications在2004年曾把它评为十大热门通信技术之一。近年来，WMN 在校园网、城域网等实际应用上取得了一些实质性进展。2004 年摩托罗拉公司收购了 MeshNetworks，因此可向客户提供更多的解决方案以建设可伸缩性的宽带无线网络。该网络可提供包括数据、视频、定位信息和IP语音等业务在内的新一代服务内容。美国的旧金山、费城等城市已部署了由安装在路灯和屋顶上的无线路由器构成的WMN来覆盖整个城市，为人们提供无处不在的无线网络接入服务以及大量新兴的公众服务。在中国，WMN 市场还处于初级探索阶段，由于核心技术、芯片生产都掌握在欧美公司手中，大部分WMN设备均为进口产品。目前，天津开发区采用WMN进行无线网络部署，可覆盖大约30 km 2 的无线覆盖范围。另外，汶川大地震抢险救灾期间，在青川县关庄镇等地成功搭建了无线 Mesh 网络用于应急通信指挥，取得了很好的应用效果。所以，可以预见，随着WMN的发展及相关技术的日益成熟，WMN在军事通信、商业、智能交通、宽带因特网接入和应急通信等领域将有广阔的发展前景。
随着对于WMN的研究和应用的不断深入，相关国际标准化组织制定了一系列技术标准来支持WMN的大规模推广应用。目前，与WMN有关的技术标准主要包括IEEE 8 02.11s、IEEE 802.15、IEEE 802.16和IEEE 802.20等。
1.IEE E 802.11s
IEEE 802.11在大规模应用时遇到的一个难点是系统的覆盖能力有限，由于WLAN受发射功率的限制，因此其覆盖范围一般在几百米以内。为了扩大网络的覆盖范围，可以采用添加访问节点（AP）的方式，但这也增加了网络的投资建设成本。为此，成立于2004年的IEEE 802.11s任务组创新性地提出利用无线Mesh网络技术来解决上述问题。IEEE 802.11s主要定义了WMN的MAC协议和路由机制，还考虑了网络互连和安全问题。IEEE 802.11s突破了Wi-Fi技术对AP功能的限制，使之具有Mesh路由器的功能，多个AP之间可以通过自配置多跳无线连接的方式进行组网，以提高 WLAN 的覆盖范围，并可以支持点对点和点对多点的数据传输。这种方式决定了WMN具有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本等特点。此外，为了更好地支持WMN的推广应用，IEEE 802.11s给出了无线Mesh网络的参考体系结构，并制定了支持骨干网Mesh结构和客户端Mesh结构的相关规范。
2.IEE E 802.15
IEEE 8 02.15系列标准主要是针对无线个域网制定的，其定义了WPAN的物理层规范和MAC层规范。实际上，IEEE 802.15.1到IEEE 8 02.15.5协议对WMN都有一些支持：IEEE 802.15.1支持点到多点的微微网结构和网状的散射网结构；IEEE 802.15.2制定了WLAN和WPAN共存的规范；IEEE 802.15.3是针对短距离无线高速WPAN制定的标准；IEEE 802.15.4定位于为低速WPAN提供综合网络解决方案，定义了星状、簇状和Mesh三种网络结构；IEEE 802.15.5定位于WMN的MAC层，完全支持Mesh网络结构，并特别关注移动设备的功率限制问题。
在采用IEEE 802.15.3标准的WPAN中，设备的通信采用类似于蓝牙微微网的形式组织，通常覆盖个人数十米以内的操作空间。微微网内各设备之间的通信通过一个充当微微网协调器（PNC）的设备来协调，PNC 通过传送 Beacon 信号为网内所有成员设备提供基本的同步信息；此外，它还负责管理QoS请求、功率节省模式和访问控制方式。操作在网状结构下的PAN可以采用两种连接模式：全网状网拓扑和部分网状网拓扑。全网状网拓扑中每个节点与其他所有节点相连，部分网状网拓扑中只有部分节点与其他所有节点相连。对于部分网状网拓扑而言，设备之间的通信存在诸多限制，不是一种真正的 Mesh 网络。此外，父子结构存在单点故障问题，一旦父PNC失效，所有相关的子微微网的通信都会受到影响。网状化PAN可以解决上述诸多限制并改善系统性能。现有的IEEE 802.15.3是单跳网络，设备需要使用较高的功率以便与较远距离的邻居节点通信。而在网状化PAN中，可以通过中间节点转发分组到目的地，从而达到扩展网络和节省功率的目的。此外，还可以减少邻居设备之间的干扰，从而减少分组丢失和重传，增加吞吐量和改善链路质量。此外，当在 Mesh 配置下操作时，网络的可靠性得到增强，因为存在更多的路由冗余，并且存在多个互连的MPNC（避免了单点失效问题）。此外，在MPAN中，设备可以同时处理多条连接，同时传输自己节点的数据和转发邻居节点的数据。
3.IEE E 802.16
IEEE 802.16标准定义了无线城域网空中接口规范，为无线城域网提供“最后一千米”接入，是一种点对多点（P2MP）技术，但是没有解决非视距通信问题。IEEE 802.16a使用了较低的2～11GHz频段来支持非视距通信，并且还支持可选的Mesh组网模式。鉴于无线Mesh网络技术的不断发展，IEEE 802.16标准工作组已将Mesh网络结构纳入了IEEE 802.16d/e标准中，其中IEEE 802.16 e是为支持节点移动性而提出的扩展标准。IEEE 802.16 Mesh网络中的每个节点都与周围邻居节点形成多条链路，并且可以选择其中的一条链路来传输来自本节点或其他节点的信息。这样，连接断开的可能性要远低于P2MP模式。随着节点数的增加，IEEE 802.16 Me sh网络更为健壮，覆盖范围也随之扩大，并能提供更强的远距离穿越障碍物的能力。
IEEE 802.16 Mesh网络支持自适应调制和编码，因此链路速率随着信道条件的变化而变化。另外，IEEE 802.16 Mesh的集中式调度是基于时分多址（TDMA）方式的，可提供较高的资源利用率。
4.IEE E 802.20
IEEE 802.20工作组的全称为Mobile Broadband Wireless Access工作组，目标是在蜂窝体系结构中提供无所不在的移动宽带无线访问。IEEE 802.20是为支持移动宽带无线接入制定的标准，主要服务于两个目的：一是兼有固定无线接入网络的高数据传输速率和蜂窝网络的高移动性的优势；二是实现低成本的随时随地的网络接入。IEEE 802.20具有很高的频谱利用率，可以提供较好的QoS保障，支持可靠的高速无线数据传输，有望为以250 km/h速度移动的用户提供高达1 Mb/s的数据传输。IEEE 802.20网络是一个纯IP网络。在室内外环境中，IEEE 802.20均支持WMN结构。在这种网络结构中，移动节点之间可以直接或间接通信，故可以避免三角路由问题，改善移动网络性能。
WMN 中包含可以固定安置或动态移动的无线骨干路由器，因此可以灵活地应用于多种无线环境。在传统的无线局域网中，节点之间的通信需要通过一个称为AP的固定接入点来完成，这种网络结构称为单跳网络。WMN是对 Ad hoc网络的扩展，WMN中的任何网络节点都可以同时充当AP和路由器，与一个或者多个对等节点直接进行通信。采用这种结构的最大好处在于：如果某个AP由于流量过大而导致拥塞时，数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近AP进行传输，直到到达目的节点，故这种网络结构也称为多跳网络。
WMN的工作原理类似于Internet中的存储转发方式，只不过是工作于无线网络环境。实际上，可以将无线城域网（WMAN）视为WLAN和Ad hoc网络的融合，以便充分发挥WLAN数据传输速率高和Ad hoc网络多跳自组织的优势，因此WMAN是一种大容量、大覆盖、高速率的新型宽带无线分布式网络。WMN 源于 MANET，两者拓扑结构相似，但又有很大区别，主要体现在以下方面：
（1）WMN中大多数节点移动性较弱，拓扑变化较小；而Ad hoc网络的动态性更强。
（2）WMN强调的是网络的吞吐量和稳定性，主要用于宽带无线网络接入；而Ad hoc网络更注重可靠性、健壮性和安全性等，主要用于军事通信和其他专业通信。
（3）在业务模式上，WMN 着重为用户节点提供网络接入，主要业务来自于节点与因特网网关之间；而Ad hoc网络主要实现用户节点之间的交互通信，主要业务来自于任意节点对之间的业务。
相对于传统的星状单跳无线局域网，WMN 可以通过增加跳数扩展网络的覆盖范围，支持更好的移动性和更广泛的热点接入，为更多的用户提供更好的通信服务。由于有冗余 AP和冗余路径的存在，WMN 中的数据传输比较可靠。当某段网络出现拥塞时，WMN 可以自适应地选择相邻负载较轻的路径来减轻网络拥塞。表 3.2 比较了 WMN、蜂窝网络、WLAN和MANET的技术特点。
表3.2 WMN、蜂窝网络、WLAN和MA NET的技术特点比较
尽管WMN具有诸多优良特性，但也存在着技术标准不统一、信息传输延迟较大、共存干扰、网络安全性较弱和管理困难等问题，因此仍有待进一步研究解决。
无线 Mesh 网络与传统的无线网络相比，存在很多不同之处。传统的无线网络主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点，如移动通信系统中的基站、WLAN中的AP等。中心节点与各个无线终端通过单跳无线链路相连，控制各无线终端对无线网络的访问；同时又通过有线链路与有线骨干网相连，提供到骨干网的连接。而无线Mesh网络采用网状拓扑结构，是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种Mesh网络结构中，各网络节点以无线多跳方式与其他网络节点相连。
在WMN中包括两种类型的节点：无线Mesh路由器和无线Mesh客户端。WMN组网灵活多样，但是依据网络的规模和终端设备的类型和数量，WMN网络结构基本上可分为3种类型：客户端Mesh网络结构、骨干Mesh网络结构和混合Mesh网络结构，如图3.11所示。
1.客户端Mesh网络结构
客户端 Mesh 网络结构是指由多个对等的用户终端设备互连构成的小型对等式网络结构，其用户终端可以是笔记本电脑、手机和 PDA 等便携式设备。这种网络结构本质上是一种Ad hoc网络，网络配置简单，不需要Meth路由器，主要用于支持移动终端之间的信息交互，而不提供接入Internet的服务。
图3.11 Mesh网络结构
2.骨干Me sh网络结构
骨干Mesh网络结构主要是指由无线Mesh路由器互连构成的健壮、可靠的无线Mesh干线网的网络结构。骨干Mesh网中的可充当网关的Mesh路由器与外部网络相连，为普通客户端提供网络接入功能。Mesh 路由器可以通过无线多跳通信，以较低的发射功率提供较大的无线覆盖范围。骨干 Mesh网主要是为无线Mesh客户端提供接入因特网的服务，而不提供普通无线Mesh客户端的点对点服务。
3.混合Me sh网络结构
混合 Mesh 网络结构则结合了上述两种网络结构的优点，既包括无线 Mesh 客户端，又包括无线Mesh路由器，并且无线Mesh客户端可以通过无线Mesh路由器接入骨干Mesh网络，可以在广阔的区域内实现多条的无线通信。在实际应用中，WMN通常采用混合式Mesh网络结构。
WMN 的设计和实现不仅需要考虑无线接口和数据传输问题，如智能天线、信道接入控制等，还要考虑各种网络层路由和系统安全等问题。
1.智能天线
智能天线是指具有测向和波束成形能力的天线阵列，用户可以根据网络状况来调整天线的波束方向，起到空间复用的目的，以提高系统容量。此外，当系统工作在低频段时，智能天线可以增强系统抗频率性衰落和抗多径衰落的能力；当网络拓扑变化时，智能天线可以通过自动调整波束方向来重新建立用户节点之间的连接。采用智能天线技术，WMN 可以在提高系统性能的同时简化其安装和使用。
2.正交频分复用（OFD M）技术
无线Mesh网络的物理层可采用OFDM 技术。利用OFDM 技术可将高速的数据流通过串/并变换，分配到传输速率相对较低的若干正交子信道中，在每个子信道上进行窄带调制和传输，以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此，每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大减轻了符号间干扰。由于无线信道的频率选择性，所有的子信道不会同时处于深衰落中，故可减轻多径传播效应的影响。因此，可以通过动态比特分配及动态子信道分配的方法，利用信噪比高的子信道提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM 系统在某种程度上能抵抗这种干扰。OFDM 技术结合了分集、时空编码、干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，可最大程度地提高系统性能，使无线Mesh 系统性能得到进一步优化。
3.MA C协议
MAC 协议处在协议栈中的底层，用于控制节点接入无线信道，是报文在信道上发送和接收的直接控制者。因此，MAC协议对于无线Mesh网络的性能起着决定性的作用，也成为无线Mesh网络的研究热点之一。
WMN是WLAN和Ad ho c网络相互融合的产物，其MAC协议在IEEE 802.11 M AC协议基础上进行了有针对性的改动，主要考虑了信息多跳传输和拓扑结构的动态性。IEEE 802.11 MAC协议通过分布式协调功能（DCF）和点协调功能（PCF）实现对MAC子层的接入控制。其中，DCF是基于CSMA/CA的单信道MAC协议，而PCF是一种由接入点（AP）集中控制的MAC协议，能够提供一定的服务质量保证。对于单信道方式，每个节点只有一个收发器，单一时刻只能有一条业务流，如何避免信道冲突和提高网络容量是单信道 MAC协议必须面对的问题。在WMN中，单信道MAC协议不仅要解决多跳无线网络中的隐藏终端和暴露终端问题，还要解决多优先级业务公平接入问题和高优先级业务的端到端QoS保障问题。但是，单信道MAC协议很难消除隐藏终端/暴露终端问题，并且会限制网络的吞吐量，难以提供服务质量保证，为此目前WMN倾向采用多信道MAC协议。
多信道MAC可以分为两大类：多信道单无线电（MCSR）和多信道多无线电（MCMR）。对于MCSR，节点需要在无线电接口上频繁切换信道以便与不同的节点进行通信，网络拓扑和节点间干扰变化剧烈，难以维持网络负载平衡和服务质量；而对于配备多个无线电台的MCMR，则可以较好地解决上述问题。典型的多信道MAC协议包括动态信道分配MAC协议（DCA）、基于主信道分配的多信道MAC协议（PCAM）和多射频统一协议（MUP）等。采用多个无线信道可以给WMN带来多种好处，如减少链路干扰、提高网络吞吐量、减少端到端时延、获得更好的负载平衡及防止节点饿死。但必须解决两个关键问题：一是节点之间的协同传输问题，多信道MAC协议必须能够保证节点之间的信息传输是协同工作的，当发送者将信道切换到接收者的信道时，应避免接收者将接收信道切换到别的信道而造成数据传输丢失；二是信道分配问题，多信道MAC协议要根据业务需求和网络环境为不同节点合理分配信道，以便消除信息传输冲突和干扰，提升通信质量。此外，还可以基于分簇网络结构来实现信道接入协议。这样，信道协商和分配可以在簇间而不是节点间进行，因此简化了信道分配算法并提高了系统容量。在一个簇内通过簇头协调可以实现无冲突的调度，簇头收集资源请求并根据各自要求向簇成员分配资源（功率、时隙和频率）。最后，MAC协议的设计可以考虑与其他层次的融合，如结合物理层的多入多出（MIMO）、正交频分复用（OFDM）和功率控制技术来进一步改善网络的整体性能。
4.路由协议
路由协议也是无线Mesh网络的研究热点之一。WMN是Ad hoc网络的扩展和延伸，其路由协议可以沿用现有的Ad hoc网络路由协议（如DSDV和DSR）或对其进行适当的改造，但必须考虑不同于Ad h oc网络的下列特点：Mesh客户网能量受限，而Mesh骨干网通常没有这种限制，并且计算和处理能力较强；Mesh 网络的大量业务往返于因特网网关与 Mesh客户端之间；由于网络拓扑受节点信道分配的影响，多信道WMN中的路由选择问题较为复杂，网络中节点之间的路由受到信道分配机制的影响，不仅需要选择一个最佳的路径，还需要选择最佳的信道。因此，WMN的理想路由协议不仅要消除路由环路，尽量减少路由开销，还要有利于能耗管理、动态拓扑控制以及保证网络的健壮性等。在源路由协议中，WMN 可以使用信息标识技术来解决路由环路。每一个分组可用源节点和序列号来唯一地标识每条路由，从而较好地解决了分组到达时发生的失序和重复。
另外，目前大多数WMN路由协议都是以最小跳数/最短路径作为选路标准，但是该指标无法真实反映无线环境中路径的质量，并不能够使网络性能达到最优。因此，WMN 路由协议应根据网络状况和业务需求选择合适的路由度量指标，以优化网络资源利用率、平衡网络负载和改善业务服务质量。相关研究表明，采用考虑链路条件的具有无线信道意识的路由指标可以获得更好的系统性能。在多信道WMN中，路由指标必须考虑信道的多样性，同时必须平衡网络吞吐量和每节点吞吐量，如多射频链路质量源路由协议（MR-LQSR）选用加权累积期望传输时间（WCETT）作为选路指标，综合考虑跳数、往返时延和期望传输分组数作为路由判据。需要说明的是，WMN中的路由协议要求能同时支持Mesh路由器和Mesh终端。对于相对静止的Mesh路由器，由于没有功耗限制，可以采用比现有 Ad ho c 路由协议简单得多的路由协议；而对于 Mesh终端，则需要采用类似Ad hoc网络的路由协议。因此，就需要一种行之有效的路由协议能够自适应地支持 Mesh 路由器和 Mesh 终端。最后，还可应用跨层设计方法，综合考虑链路层MAC 协议和网络层路由算法，根据MAC 层数据包冲突和成功传输率等参数来选择数据包传输较为可靠和传输率较高的链路来转发分组，从而优化路由算法的性能。
5.安全机制
作为一种无线自组网，多跳及自组织特性是WMN在安全性方面不可回避的弱点，也是限制其推广应用的一个重要因素。首先，无线信道使得WMN易于遭受被动窃听和主动干扰等攻击；其次，移动设备容易被捕获和劫持而造成信息泄密甚至造成网络瘫痪；最后，WMN采用分布式网络结构，没有可信的中心授权机构负责分发密钥。目前，主要是从加密算法、数字签名机制、认证和授权方案、入侵检测方法和安全路由协议等方面入手来加强WMN网络的安全性。
在WMN中，AP与AP之间以及对等终端之间的接入认证非常重要。现有的WLAN身份认证机制比较脆弱，不能直接应用到WMN中，必须通过可信和安全的身份验证方法才能够提供网络节点之间可信和安全的通信。由于WMN属于一种分布式网络结构，WLAN采用的集中式密钥体制不适合WMN，有必要为WMN提供一种分布式安全密钥管理机制。为进一步保证WMN的安全性，可以考虑运用安全监控和反馈机制来检测攻击和监控服务中断，并对攻击做出快速反应。