CN101540714A - 网络路径建立与数据发送的方法及网络节点 - Google Patents

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CN101540714A CN200810066199A CN200810066199A CN101540714A CN 101540714 A CN101540714 A CN 101540714A CN 200810066199 A CN200810066199 A CN 200810066199A CN 200810066199 A CN200810066199 A CN 200810066199A CN 101540714 A CN101540714 A CN 101540714A
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Abstract

本发明实施例涉及网状(Mesh)网络技术，特别涉及路径建立与数据发送方法及网络节点。提供一种网络路径建立的方法，所述方法包括：接收具有主干路径的节点转发的网关通告，建立路由请求定时器；所述路由请求定时器超时后发送路由请求，该请求中携带路径是否为主干路径的信息；通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到所述路由请求后生成。此外还提供了实现所述方法的网络节点。

Description

网络路径建立与数据发送的方法及网络节点
技术领域
本发明涉及网状(Mesh)网络技术，特别涉及网络路径建立与数据发送方法及网络节点。
背景技术
Mesh网络是一种支持多跳传输，Mesh技术可以应用于基础设施之间的互连、家用设备间的互联、用户设备和基础设施之间的互联。对于基础设施互联，Mesh组网方式相对蜂窝覆盖可以提供更好的容错性。HWMP(HybridWireless Mesh Protocol，混合无线Mesh协议)是一种解决mesh网络中的路由协议。该路由协议结合了先应式和反应式两种路由协议，使得该协议既适用于网络拓扑相对静态的无线mesh网络，对于网络拓扑动态变化的网络也能很好地适应。
HWMP创建路径的过程为：HWMP路由协议通过网关节点，又称为根节点，广播网关通告消息，该通告消息中携带网关的地址和序列号、metric(度量值)；网络中的非网关节点接收该网关通告消息，选择该网关对应的序列号最新的、metric最优的，创建到网关的路径信息。单播发送路由请求给该网关，携带节点的地址和序列号等以建立下行的路径，并转发该网关通告消息；非网关节点接收路由请求消息，创建到路由请求源节点的路径信息，并继续向路由请求消息中携带的网关节点单播转发路由请求消息；网关节点接收路由请求消息，创建到路由请求源节点的路径信息，并回复路由应答消息；中间转发节点(非目的节点)收到路由应答消息，验证接收网关通告消息时创建的路径信息，继续单播转发路由应答消息；目的节点收到路由应答消息，验证路径信息。
多个网关的Mesh网络中，所有的非网关Mesh节点到每一个网关都可以存在路径，如果多网关或者这些多路径之间没有采取均衡策略，将会导致网络中节点负载不均，可能出现部分节点(包括网关节点)拥塞，而部分节点却资源利用不足。
发明内容
本发明实施例提供一种路径建立的方法，提高网络中节点的负载均衡率，所述方法包括：
接收具有主干路径的节点转发的网关通告，建立路由请求定时器；
所述路由请求定时器超时后发送路由请求，该请求中携带主干路径的信息；
通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到所述路由请求后生成。
本发明实施例还提供一种网络节点，该网络节点包括：
第一接收单元，其用于接收具有主干路径的节点转发的网关通告；
发送单元，其用于在第一接收单元接收到网关通告并且路由请求定时器超时后发送路由请求；
第二接收单元，其用于通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到路由请求后生成。
本发明实施例还提供一种数据发送的方法，该方法包括：
当所发送数据为接收其他节点发往外网的数据时，选择已验证的主干路径，通过所述主干路径发送数据；当所发送数据为本地发往外网数据时选择一条已验证的路径进行转发。
本发明实施例还提供了一种链路故障处理的方法，所述方法为：
判断是否是到网关的路径；
如果是到网关的路径则进一步判断是否是主干路径；
如果是主干路径则触发主干路径选择，重新选择主干路径。
采用上述的方法及网络节点，当网络内的mesh源节点向外网发送数据报文时，源节点处采用业界通用的流量策略，使得在源节点处均衡地使用多条路径。节点在转发其它节点发往外网的数据时，沿主干路径发送，由于主干选取时考虑了负载均衡。对于网关发来的数据，使用上行路径对应的逆向路径转发。相对于HWMP，负载在网络中较为均衡，增大了网络吞吐量。
附图说明
图1是多网关mesh网络典型示意图；
图2是网关通告的处理流程图；
图3是路由请求消息处理流程图；
图4是路由应答消息处理流程图；
图5是步骤S310一实施例流程图；
图6是网关通告处理流程第二实施例的流程图；
图7是例链路断裂处理流程图；
图8是一节点设备结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例针对mesh网络，设计均衡的路由机制。如图1所示为多网关场景下的mesh网络的典型示意图。其中，G1、G2、G3为网关节点，其他节点为非网关节点。对于非网关节点，在与该类节点到网关的路径中选择一条路径为主干路径，并将主干路径信息记录在路由列表中。
主干路径的选择时机可以为：非网关节点在收到第一个网关通告时启动主干选择定时器。定时器到期后，触发主干选择，选择出主干路径。另外一种实现为非网关节点启动后，启动一个主干选择定时器，定时器到期后，触发主干选择，选择出主干路径。
主干路径的选择方法为根据路径中的网关地址或下一跳地址和本地节点设备地址随机选一条路径作为主干路径。另外一种实现为在层号最小的路径列表中，根据路径中的网关地址或下一跳地址和本地设备地址随机选一条路径作为主干路径：使用本地地址和每条层号最小的路径的下一跳地址分别作异或运算，结果最大者标记为主干路径。
所述层号可以根据到网关的最小跳数生成。另外，层号可以根据空口时间生成；也可以根据其它累加性路径Metric(路径Metric等于各个链路Metric的加权和)生成。如果根据空口时间生成层号，提供一当前层号计算的实施例：收到报文中的层号加上当前链路Metric/10ms，对上述结果向上取整后得到当前层号值(根据802.11s给出的两个邻居节点之间的空口时间的经验值10ms)。
参阅图1，具体描述本发明实施例创建路径的过程。
网关节点周期性广播网关通告消息，网关节点启动后，启动一个周期性网关通告定时器，定时器到期后，广播网关通告；
非网关节点接收并处理具有主干路径的节点转发的所述网关通告，触发路由请求定时器的建立；
当所述路由请求定时器到期后，当前非网关节点通过主干路径向网关节点发送路由请求消息，该路由请求中携带路径是否为主干路径的信息；
网关节点接收到来自非网关节点的路由请求消息后产生路由应答消息，网关节点向非网关节点发送所述路由应答消息；
当非网关节点通过主干路径接接收到与本地节点对应的路由应答消息后路径建立完成。
所述网关通告的帧结构如下表所示：
ID Length Flags TTL   SourceAddress   SourceSequenceNumber Metric LayerNumber
其中ID为网关通告数据帧的序列号，Length为帧长度，Flags为标志位，TTL为生存周期，Source Address为源地址，Source Sequence Number为发送路由请求消息源节点的序列号，Metric为度量值，Layer Number为层号。
所述路由请求消息的帧结构如下表所示：
ID Length Flags TTL   PREQID   SourceAddress   SourceSequenceNumber Metric
其中，ID为路由请求消息数据帧的序列号，Length为帧长度，Flags的一个bit位表示该路由请求是否是主干请求(本实施例方案以bit3为例，bit3＝1表示是主干请求)，一个bit位表示是否请求到任意网关的路径(本实施例方案以bit7为例，bit7＝1表示请求到任意网关的路径)，PREQ ID是路由请求消息的序列号，Source Address是发送路由请求消息的源节点MAC(媒质接入控制)地址，Source Sequence Number是发送路由请求消息源节点的序列号，metric初始值为0。可以看到，在路由请求中具有一标示，代表该路由请求是否为主干请求。
所述路由应答消息的帧结构如下表所示：
ID Length Flags TTL   DestAddr   DestSequenceNumber Metric   SourceAddress
其中ID为路由应答消息数据帧的序列号，Length为帧长度，Flags的含义与路由请求element的Flags含义相同，即bit3表示是否是主干请求，bit7表示是否请求到任意网关的路径。Dest Addr表示路由应答消息的目的地址，即路由请求消息的源地址，Dest Sequence Number为该目的节点的序列号，metric初始值为0，Source Address为发送路由应答消息的源节点MAC地址。
非网关节点通过主干路径接收并处理所述网关通告，触发路由请求定时器的建立的过程参阅图2，网关通告的处理流程图。具体过程为：
S201，收到网关通告；
S202，判断网关通告中序列号是否小于本地所存网关通告源地址对应的序列号，若是，则执行S203，置位强制更新；否则，丢弃；
S203，更新网关通告中的TTL、metric值和层号，TTL减1，metric增加一个上一跳链路的Metric，层号加1；
S204，判断网关通告层号是否大于本地所存层号，若是，则执行S205，置位强制更新；否则，丢弃；
S205，根据网关通告中发送地址查询到网关的路由；
S206a，如果不存在所述路由则执行S206b在路由表项中添加该路由条目，该路由条目为到网关的路由，并标记为未验证，完成后执行S210，如果本地节点存在更新后的网关通告对应的路由条目则执行步骤S207；
S207，判断帧中网关和表项中的网关是否相同，如果帧中网关与本地路由表中的网关信息不同则执行S208a，如果帧中网关与本地路由表中的网关信息相同则执行S208b；
S208a，比较所述帧中的metric值与本地经由发送地址所达网关的metric值，如果帧中的metric值比本地到所述网关的metric值大则将网关通告丢弃，如果帧中的metric值比本地到所述网关的metric值小则执行S209；
S208b，更新本地节点的路由表，路由标志位标记为该条路由条目为到网关的路由，更新条目中的序列号、Metric值和访问时间，更新完成后执行S209；
S209，更新路由表中的网关地址，网关序号和Metric值，在标志位标记为该条路由条目为到网关的路由信息；
S210，判断记载所述路由信息的路由条目是否是主干路径的信息，如果是则执行S211，如果否则执行S212；
S211，根据路由信息继续转发网关通告；
S212，如果目的地址的路由请求定时器未启动，则启动该发送目的地址的路由请求定时器。
通过以上处理，当前节点从主干路径接收到网关通告，路由请求定时器到期后，发送路由请求，所述路由请求中携带路径是否为主干路径的信息，然后向网关通告的来源网关发送所述路由请求，当节点接收到路由请求后处理流程如图3所示：
S301，比较所接收到的路由请求中携带的序列号与本地缓存中路由请求源地址对应序列号的大小；如果接收到的路由请求携带的序列号比本地缓存的序列号的小，则丢弃该接收到的路由请求，如果接收到的路由请求中携带的序列号比本地缓存序列号的大，则执行S302，置位强制更新；
S302，更新本地缓存的路由请求源节点对应的序列号和PreqID；
S303，比较所接收到的路由请求中携带的PreqID与本地缓存中路由请求源地址对应PreqID的大小；如果接收到的路由请求携带的PreqID比本地缓存的PreqID的小，则丢弃该接收到的路由请求，如果接收到的路由请求中携带的PreqID比本地缓存PreqID的大，则执行S304，置位强制更新；
S304，更新本地缓存的路由请求源节点对应的PreqID；
S305，更新本地路由请求帧中的TTL、metric值，TTL减1，Metric加上链路Metric；
S306，在本地节点的路由信息中查找所述接收到的路由请求的源地址对应的路由条目；
S307如果所述路由条目存在，则执行S308a，如果所述路由条目不存在则执行S308b；
S308a，如果已经置位强制更新，则更新路由条目，包括序列号、下一跳、Metric、访问时间；否则，比较路由请求中Metric和路由条目的Metric，若路由请求中Metric较小，则更新路由条目同上；否则，丢弃该路由请求；
S308b，添加所述路由条目，并且将所述路由条目标记为已验证；
S309，判断当前节点是否是网关节点，如果是则执行S310，如果当前节点是非网关节点，则执行S311；
S310，向所述路由请求的源地址发送路由请求应答消息；
S311，判断当前设备是否存在到网关节点的主干路径路由，如果否则将所述路由请求信息丢弃，如果是则执行S311
S312，沿主干路径转发所述路由请求信息。
网关接收到所述路由请求后产生路由应答消息，沿主干路径向发送路由请求的非网关节点发送所述路由应答消息，当非网关节点接收到网关发送的路由应答消息后，非网关节点的处理流程如图4所示：
S401，根据接收到的路由应答消息中携带的发送地址查询路由表，在所述路由表中存有主干路径的信息，
S402，如果查找到对应的路由条目则执行S403，如果没有对应的路由条目则将所接收到的路由应答消息丢弃；
S403，比较所接收到的路由应答信息中的序列号与本地缓存的路由应答中目的地址对应的序列号路由条目的生成时间，若路由应答中序列号不小于本地所存序列号，则丢弃，否则，执行S404；
S404，更新路由应答信息中的TTL、metric值，TTL减1，Metric增加接收链路对应的Metric；
S405，更新路由表中的序列号和metric值，并将该路由条目标记为已验证；
S406，判断所接收到的路由应答消息中的目的地址是不是当前节点，如果不是则执行S407转发所述路由应答消息，如果是则表明当前节点与网关节点之间的路径建立完成。
当网络内的mesh源节点向外网发送数据报文时，源节点处采用业界通用的流量策略，使得在源节点处均衡地使用多条路径。节点在转发其它节点发来的数据时，沿主干路径发送，由于主干选取时考虑了负载均衡。相对于HWMP，负载在网络中较为均衡，增大了网络吞吐量。
上述实施例中S310，具体实施中本发明再提供一实施例。如果5所示，S311具体为：
S3111，单播发送路由应答消息中给路由请求消息中的源节点，其中携带网关的标识、序列号及当前节点到网关的metric值；
S3112单播发送路由应答消息给主干路径对应的网关节点、携带路由请求消息的源地址、源序列号、当前节点到路由请求消息中的源节点的metric值。
本发明提供第二实施例的网关通告帧格式，如下表所示：
ID Length Flags TTL   SourceAddress   SourceSequenceNumber Metric LasthopNumber LasthopAddress
在上述的网关通告帧中增加了Lasthop(上一跳)地址。
本实施例中网关通告的处理流程如图6所示：
S610，收到网关通告；
S611，查找是否有Lasthop信息；如果有则执行S612，如果没有则执行S613
S612，判断在Lasthop列表中是否含当前节点信息，如果有则将所述网关通告丢弃，如果没有则执行S613；
S613，根据网关通告中的源地址查询到网关的路由，然后执行S205。
在本实施例中，当选择了主干路径的路由条目后更新网关通告中的lasthop列表、metric、TTL后再转发网关通告。
本发明实施例还提供了一种链路故障处理流程。参阅图7，本发明实施例链路断裂处理流程图。
S701，当检测到链路断裂时，当前节点根据对端地址查询路由表；
S702a，判断是否是到网关的路径，如果不是到网关的路径则执行S702b从路由表中删除该故障链路的路由条目，如果是到网关的路径则执行S703；
S703，判断所述链路是否为主干路径，如果不是主干路径则从路由表中删除该故障链路的路由条目，如果是主干路径则执行S704；
S704，触发主干路径选择；
S705，判断是否选择到主干路径，如果没有主干路径则执行S708，如果有主干路径则执行S706；
S706，触发路由请求；
S707，代理主干网关发送网关通告。
S708，构造PERR(路由错误报文)，其中包含主干路径对应的网关及相应的序列号，然后执行S709，
S709，向当前节点外的所有直接对端发送所述PERR。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：接收具有主干路径的节点转发的网关通告，建立路由请求定时器；所述路由请求定时器超时后发送路由请求，该请求中携带主干路径的信息；通过主干路径接收网关发送的路由应答消息。所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
本发明实施例还提供一种数据传输的方法。数据报文中包含接收地址、发送地址、Mesh源地址、Mesh目的地址，目的地址。
当从非网关节点向网关节点发送数据时即发往外网的数据时，判断待发送数据是否为本地产生的数据，如果当前节点接收其他节点的数据后向网关节点转发，选择已经验证的主干路径进行转发。当前节点将本地的数据向网关发送时，如果有多个到网关的已验证路径则使用一流量转发策略进行转发。所述转发策略可以为：每个已验证路径转发相同个数的数据流，每个数据流使用源IP地址和目的IP地址标识。
当从网关向网内节点发送数据时即向往内发送数据时，当前节点采用从非网关节点向网关节点发送数据的逆向路径发送。若不存在所述的逆向路径则选择流量策略选择一条转发路径对数据进行转发。上述策略要求出口网关维护经由所有网关到Mesh节点的路径信息。
从外网发来的数据，该数据发给节点的出口网关。该网关依据路径信息将该数据发给相应路径对应的外部网关。外部网关收到该数据后，若存在单路径，使用该路径向节点发送；否则，使用流量策略向节点发送。
本发明实施例还提供实现上述方法的网络节点设备。如图8所示，提供一种网络节点设备80，该设备包括：
第一接收单元801，其用于接收具有主干路径的节点转发的网关通告；
发送单元802，其用于在第一接收单元接收到网关通告并且路由请求定时器超时后发送路由请求；
第二接收单元803，其用于通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到路由请求后生成；
路径选择单元804，其用于在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径；
判断单元805，用于判断一路由信息是否与所述主干路径信息相对应；
信息添加单元806，其用于将所述主干路径的信息增加到路由请求中；
查询单元807，其用于路由表中的路由信息，包括到发送网关通告的网关的路由信息及发送路由请求的路由信息。
路径选择单元选择路径的过程为：根据路径中的网关地址或下一跳地址和本地节点设备地址随机选一条路径作为主干路径。另外一种实现为在层号最小的路径列表中，根据路径中的网关地址或下一跳地址和本地设备地址随机选一条路径作为主干路径：使用本地地址和每条层号最小的路径的下一跳地址分别作异或运算，结果最大者标记为主干路径。
采用上述的方法及网络节点，当网络内的mesh源节点向外网发送数据报文时，源节点处采用业界通用的流量策略，使得在源节点处均衡地使用多条路径。节点在转发其它节点发往外网的数据时，沿主干路径发送，由于主干选取时考虑了负载均衡。对于网关发来的数据，使用上行路径对应的逆向路径转发。相对于HWMP，负载在网络中较为均衡，增大了网络吞吐量。

Claims (18)

1、一种网络路径建立的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收具有主干路径的节点转发的网关通告，建立路由请求定时器；
所述路由请求定时器超时后发送路由请求，该路由请求中携带主干路径的信息；
通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到所述路由请求后生成。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径，并将主干路径信息记录在路由列表中。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径为：
在收到第一个网关通告时启动主干选择定时器，定时器到期后，触发主干选择，选择出主干路径；
或者，
当前节点启动后，启动一个主干选择定时器，定时器到期后，触发主干选择，选择出主干路径。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述路由请求中携带路径是否为主干路径的信息为：
在路由请求中增加一标识，通过所述标识为记录所述路由请求是否为主干请求。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径具体为：根据路径中的网关地址或下一跳地址和本地节点设备地址随机选一条路径作为主干路径。
6、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径为：使用本地地址和每条层号最小的路径的下一跳地址分别作异或运算，结果最大者标记为主干路径。
7、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收具有主干路径的节点转发的网关通告为：
查询到发送所述网关通告的网关的路由信息；
判断所述路由信息是否是主干路径的信息，如果是则根据所述路由信息转发网关通告，启动对应于该网关地址的路由请求定时器。
8、一种网络节点，其特征在于，所述节点包括：
第一接收单元，其用于接收具有主干路径的节点转发的网关通告；
发送单元，其用于在第一接收单元接收到网关通告并且路由请求定时器超时后发送路由请求；
第二接收单元，其用于通过主干路径接收网关发送的路由应答消息，所述路由应答消息由网关收到路由请求后生成。
9、如权利要求8所述的节点，其特征在于，所述节点还包括：
路径选择单元，其用于在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径。
10、如权利要求8所述的节点，其特征在于，所述节点还包括：
信息添加单元，其用于将所述主干路径的信息增加到路由请求中。
11、如权利要求9所述的节点，其特征在于，所述节点还包络：
判断单元，用于判断一路由信息是否与所述主干路径信息相对应。
查询单元，其用于路由表中的路由信息，包括到发送网关通告的网关的路由信息及发送路由请求的路由信息。
12、一种数据传输的方法，其特征在于，所述方法为：
当所发送数据为接收其他节点发往外网的数据时，选择已验证的主干路径，通过所述主干路径发送数据；当所发送数据为本地发往外网数据时选择一条已验证的路径进行转发。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：
对于网关发往网内的数据，使用该业务流对应的发往外网的路径的逆向路径发送；
若当前不存在所述逆向路径，则采用一流量策略选择一条已验证的路径上进行转发。
14、如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述选择一条已验证的路径进行转发时采用一转发策略选择一条已验证的路径进行转发，所述转发策略为：
每一路径转发相同个数的数据流，每一数据流使用源IP地址和目的IP地址标识。
15、一种链路故障处理的方法，其特征在于，所述方法为：
判断是否是到网关的路径；
如果是到网关的路径则进一步判断是否是主干路径；
如果是主干路径则触发主干路径选择，重新选择主干路径。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在与当前节点连接的路径中选择一路径作为主干路径，并将主干路径信息记录在路由列表中。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：
如果没有选择到主干路径则构造PERR，所述PERR包含主干路径对应的信息；
向当前节点外的所有直接对端发送所述PERR。
18、如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：
如果选择到主干路径，则触发路由请求，代理主干网关发送网关通告。
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