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基于ARM嵌入式平台无线MeshAP的设计与实现
概述
在当下的无线通信领域，Mesh网络结构已成为一种逐渐流行的解决方案。Mesh网络可以让设备之间互相通信，在设备离线或故障的情况下仍可以维持网络的通信连通性。同时，Mesh也可以带来更高的网络性能和扩展性。本论文旨在探讨基于ARM嵌入式平台的无线MeshAP的设计与实现。
一、研究背景及意义
随着物联网技术的发展，越来越多的设备开始使用无线网络进行通信。而Mesh网络结构在网络连接拓扑结构的优势下，成为了解决物联网设备之间通信问题的一个重要解决方案。Mesh网络结构的节点通常分为三种类型：MeshAP、Meshclient和Meshrouter。在Mesh网络中，设备之间的通信是以MeshAP为中心进行连接的，因此MeshAP的设计与实现是Mesh网络实现的关键。
基于ARM嵌入式平台的无线MeshAP的设计与实现，可以带来以下主要意义：
1.增强设备的连接性：
使用Mesh网络连接各种不同品牌和型号的设备，使得各类设备之间无需依赖传统Wi-Fi网络，增强了设备之间的连接性，提高了设备之间的协同工作能力。
2.提高无线通信的稳定性：
在传统的Wi-Fi网络中，当路由器离线或故障时，可能会导致整个网络的通信中断。Mesh网络结构的使用可以解决这一问题，使得网络更加稳定和强健。
3.具备更高的扩展性：
Mesh网络的节点数量可以任意扩展，例如多个Mesh客户端之间可以通过MeshAP相互连接而形成一个较大的网络，从而具备更加灵活的扩展性。
二、无线MeshAP的基本原理
1.什么是MeshAP
MeshAP是Mesh网络结构的核心节点，在网络中负责连接其他Meshclient节点，以及转发和接收Meshnode之间的数据数据。MeshAP中集成的Wi-Fi模块可以接受来自其他节点的数据，并且将其转发给其他Mesh节点。同时，MeshAP节点也可以主动向其他Mesh节点发送数据，以实现设备之间的通信。
2.MeshAP的基本工作原理
MeshAP的基本工作原理如下：
(1)MeshAP启动并连接其他Mesh节点，建立网络拓扑关系。
(2)MeshAP接收来自其他Mesh节点的数据请求，进行数据交换和转发。
(3)MeshAP将数据通过Wi-Fi模块发送给其他Mesh节点。
(4)MeshAP执行数据包的路由，直到到达目的节点。
三、基于ARM嵌入式平台无线MeshAP的设计方案
1.硬件平台选择
基于ARM架构设计的MCU无疑是一种优秀的方案。ARM评估板的硬件设计灵活，可以按需求进行更改。此外，ARM嵌入式平台也具有更优秀的耗能管理和更低的功耗，这使得它成为开发最佳选项。建议使用能够支持无线网卡的MCU，以实现Wi-Fi模块与MeshAP的交互。
2.软件平台选择
OpenWRT是一个自由和开放源代码的软件发行版，可以在虚拟私人网络（VPN）和Mesh网络之间创建桥接。基于OpenWrt的系统，在网络基础设施中具有强大的Mesh功能，被认为是构建Mesh网络拓扑结构的一个优秀的解决方案。OpenWRT还可以支持多个MeshAP的连接，从而实现较大范围的网络连接。
3.Mesh网络拓扑结构
在构建无线Mesh网络时，网络拓扑结构是需要考虑的一个关键因素。例如，MeshAP、Meshclient和Meshrouter三种节点类型可以通过不同的方式形成不同的拓扑结构。下面介绍几种常用的Mesh网络拓扑结构：
(1)路由器模式
在路由器模式下，MeshAP负责连接其他Mesh节点，其它Meshclient可以通过MeshAP获取网络服务。这种Mesh网络拓扑结构具有较高的可靠性和稳定性，但是MeshAP需要承担所有节点之间的连接和转发任务，可能会造成较高的网速延迟。
(2)混合模式
混合模式是路由器模式的一种衍生模式。在混合模式中，MeshAP与Meshrouter可以同时存在，同时MeshAP还具有路由器模式的特性。这种Mesh网络拓扑结构具有较好的稳定性和安全性，但是需要考虑如何平衡节点的连接数和转发负载，以实现较高的数据传输效率。
(3)阵列模式
阵列模式是一种高效的Mesh网络拓扑结构，涉及多个MeshAP同时在线连接并构成一个网络阵列。在阵列模式下，各个MeshAP之间可以通过Meshclient节点的连接互相通信，并且具备分布式转发功能。这种Mesh网络拓扑结构具有高效和可靠的数据转发优势，同时不会对任何单个MeshAP产生过高的转发负载。
四、无线MeshAP的实现
1.软件实现
使用OpenWRT系统实现MeshAP，需要经过以下步骤：
(1)编译OpenWRT固件
需要先下载编译环境，并按照OpenWRT特定版本进行编译。
(2)安装Mesh支持
安装OpenWRT中