CN101657031B - 一种无线网状网络的通信方法和移动接入点 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线网状(MESH)网络的通信方法和移动接入点(MP)，当移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入饱和状态，仅维持MESH链接的连接状态，而不将其拆除，使得MESH连接在饱和区间过后能够进入非饱和状态，并在满足切换条件的情况下迅速切换为主用链路，避免了重建与该固定MP的MESH链接所消耗的探测和协商时间，从而保证数据传输质量。并且，主用链接始终在处于非饱和状态的MESH链接中选取，即饱和状态的MESH链接必须先成为备用链接才可能进一步切换为主用链接，能够有效地避免主用链路的频繁切换。

Description

一种无线网状网络的通信方法和移动接入点

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线网状(MESH)网络的通信方法和移动接入点(MP)。

背景技术

在传统无线局域网(WLAN)技术中，各接入点(AP)之间均通过有线网络连接，无线终端(STA)与有线骨干网之间是单跳的无线连接。随着无线技术的发展，无线网状(MESH)网络因其具有组网灵活和方便的优势逐渐得到广泛应用。在MESH网络中，AP与AP之间既可能是有线连接，也可能是无线连接。通常将支持MESH功能的AP称为MP，MP之间建立的无线链路称为MESH链路。通过有线网络连接的固定不动的MP称为固定MP，与其它MP通过无线连接的MP可移动的MP称为移动MP。

MESH技术常常应用在诸如地铁等交通系统中，如图1所示，通常在地铁运行沿线布设固定MP，固定MP可以通过交换机与中心控制机房连接，为了方便对地铁进行控制或信息收集，可以在地铁车厢中设置移动MP，该移动MP与车载数据设备连接，负责车载数据设备的MESH网络接入和数据转发。随着地铁的移动，移动MP与各固定MP动态的建立或拆除MESH链路，供移动MP接收来自中心控制机房的控制信号，或向中心控制机房提供运行信息等。

在实际的工程布网中，为了增强无线信号的发射效率，以及避免固定MP之间信号彼此干扰，固定MP通常采用定向天线。理想情况下，定向天线的信号只能朝着天线正向发送，天线的背面没有任何信号。假设固定MP的天线状况如图2中的(a)所示，那么其信号质量的理想模型如图2中的(b)所示，通常将定向天线正向与反向位置的变换点称为定向天线中心点，从图2中(b)可知，在正向方向上与中心点距离越近，信号质量越高，越远则信号质量越低，且距离中心点越远，信号质量下降越快；在反向方向上，离开中心点后，信号质量应该迅速下降到维持信号强度之下。

但是实际工程中使用的固定MP的定向天线往往不能按照理想模型发射信号，如图3所示，离开中心点进入反向位置后，移动AP仍能收到该天线的发射信号，该信号的信号质量也随着距离中心点的距离增加而下降，下降趋势一般比较陡峭，但并不是平滑下降。通常将从天线中心到反向位置这段能收到信号的区域称为定向天线的尾瓣区间。由于移动MP是在接收到固定MP的信号质量大于维持信号质量小于饱和信号质量时建立MESH链接的，在图3所示的饱和区间内，固定MP的信号质量大于饱和信号质量，在此饱和区间内是需要拆除与该固定MP的MESH链接的。

上述定向天线的尾瓣特性和现有MESH链接的建立规则会带来一定缺陷，具体为：

当移动MP在运行时常常会处于一个固定MP的尾瓣区间和另一个固定MP的正向区间，如图4所示，MP1和MP2为两个固定MP，列车运行到a点的位置时，移动MP接收到的MP1的信号质量满足链路建立条件，则建立移动MP与MP1之间的MESH链路L1，之后接收到MP2的信号质量可能也满足链路建立条件，也建立了移动MP与MP2之间的MESH链路L2。需要说明的是，为了避免MESH网络中的环路，通常将移动MP与各固定MP之间建立的MESH链接中的一个作为主用链接，进行数据收发，其余MESH链接作为备用链接，仅维持MESH链接的连接状态，在满足切换条件时，可以将满足切换条件的备用链接切换为主用链接。

当移动MP运行到b点之后，L1的信号质量迅速下降，L2的信号质量迅速上升，可能存在出现以下两种情况：其一、L2在尚未接替L1成为主用链路之前就在c点的位置被拆除；其二、L2先接替L1成为主用链接，但c点由于信号质量超过饱和信号质量而被拆除，L1重新成为主用链接。但无论哪种情况，在c点到d点之间移动MP均不能与MP2建立MESH链接，随着与MP1之间距离的增大，L1的信号质量开始快速下降，当列车越过d点后，移动MP重新与AP2建立MESH链接L3，L3成为主用链接。

可以看出，在上述过程中，由于定向天线的尾瓣特性和现有MESH链接的建立规则，会使得在经过饱和区间时，移动MP与固定MP之间的MESH链路被拆除和重建，该过程需要重新探测和协商，耗费较长时间，而此时主用链接的信号质量已经急剧下降，在该MESH链接重建的过程中可能会发生丢包现象，从而不能保证数据传输质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MESH网络的通信方法和移动MP，以便于在定向天线的尾瓣特性下提高数据传输质量，减少尾瓣特性所带来的不利影响。

一种MESH网络的通信方法，该方法包括：

当MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态；

移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接；

当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接；

其中，移动MP在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的连接状态。

一种移动MP，该移动MP包括：状态管理单元、链接选择单元、链路切换单元和报文收发单元；

所述状态管理单元，用于在该移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链接进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态；

所述链路选择单元，用于从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接；

所述链路切换单元，用于当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接；

所述报文收发单元，用于在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的链接状态。

由以上技术方案可以看出，在本发明提供的方法和移动MP中，在移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链接进入饱和状态，仅维持MESH链接的链接状态，而不将其拆除。在定向天线的尾瓣特性下，移动MP相对于固定MP的定向天线逆向移动时，在经过固定MP的饱和区间时，将与该固定MP的MESH链接进入饱和状态，并在饱和区间过后能够进入非饱和状态，并在满足切换条件情况下迅速切换为主用链接，避免了重建与该固定MP的MESH链接所消耗的探测和协商时间，从而保证数据传输质量，降低丢包率。另外，主用链接始终在处于非饱和状态的MESH链接中选取，即饱和状态的MESH链接必须先成为备用链接才可能进一步切换为主用链接，使得移动MP相对于固定MP的定向天线正向移动时，能够有效地避免主用链路的频繁切换，避免了对主用链路稳定性的冲击。

附图说明

图1为MESH技术应用于交通系统的实例图；

图2中的(a)为固定MP的天线状况图，(b)为(a)对应信号质量的理想模型图；

图3为定向天线的尾瓣效应示意图；

图4为移动MP逆向移动经过两个固定MP时的信号质量示意图；

图5为移动MP正向移动经过两个固定MP时的信号质量示意图；

图6为本发明实施例提供的移动MP结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供的方法主要包括：当移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP与该固定MP之间的MESH链路进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态；移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接；当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接；其中，移动MP在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的连接状态。

在上述方法中，为了避免进入饱和区域时的MESH链路被拆除后重建所带来的时间损耗和数据包丢失问题，将信号质量大于或等于预设的饱和信号质量的MESH链路设置为饱和状态，保留该MESH链路而不拆除，在该饱和状态的MESH链路上不进行数据收发，仅维持MESH链接的连接状态，即移动MP与固定MP在处于饱和状态的MESH链路上进行MESH协议报文的收发。

但是，饱和状态的MESH链接与备用链接也存在不同，饱和状态的MESH链接不能切换成主用链接，即使当前没有任何主用链接。饱和状态的MESH链接必须在进入非饱和状态后，才能有机会被切换成主用链接。也就是说，移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接。

其中，主用链接的选择原则可以为：选择非饱和状态的MESH链接中信号质量最高的一个作为主用链接。

主用链接和备用链接之间的切换条件可以为：当移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，切换条件被满足；或者，当主用链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，切换条件被满足。将信道质量与主用链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值的备用链接中的一个切换为主用链接。

另外，在移动MP接收到固定MP的信号质量小于维持信号质量时，拆除与该固定MP的MESH链接。在拆除时，可以进一步判断拆除的该MESH链接是否为主用链接，如果是，则在当前处于非饱和状态下的MESH链接中选择一个作为主用链接。选择原则不变，即选择信号质量最高的作为主用链接，如果当前没有处于非饱和状态下的MESH链接，则没有主用链接，直至存在非饱和状态的MESH链接。

下面举一个具体的例子，仍以图4所示的移动MP逆向行驶为例，列车运行到a点的位置时，移动MP接收到的MP1的信号质量大于维持信号质量，则建立移动MP与MP1之间的MESH链路L1，链路L1的信号质量在在维持信号质量和饱和信号质量之间，处于非饱和状态，选择链路L1作为主用链接；之后接收到MP2的信号质量也大于维持信号质量，也建立了移动MP与MP2之间的MESH链路L2，该L2在尚未满足切换条件的情况下，作为备用链接。

当移动MP运行到b点之后，L1的信号质量迅速下降，L2的信号质量迅速上升，如果L2在尚未接替L1成为主用链路之前就进入饱和区间，即信号质量超过饱和信号质量，则L2进入饱和状态；如果L2首先满足切换条件，例如L2的信号质量与L1的信号质量的差值大于预设的切换质量阈值，则L2接替L1成为主用链接，L1成为备用链接，但在c点L2由于信号质量超过饱和信号质量而进入饱和状态，L1重新成为主用链接。

随着与MP1之间距离的增大，L1的信号质量开始快速下降，当列车越过d点后，L2从饱和状态进入非饱和状态，且L2与L1的信号质量差值大于切换质量阈值，则L2切换为主用链接。在此过程中，无需重建移动MP与MP2之间的MESH链接，使L2进入非饱和状态后能够迅速切换为主用链接，显然，避免了重新探测和协商所消耗的时间。

考虑到列车会在两个方向上进行双向行驶，下面再举一个具体的例子，如图5所示，以列车正向行驶为例，当移动MP逐渐接近MP2时，在接收到MP2的信号质量大于维持信号质量时，与MP2建立MESH链接L2，且该L2作为主用链接。在后续运行过程中，接收到MP1的信号质量也大于维持信号质量时，与MP1也建立MESH链接L1，该L1在没有满足切换条件时作为备用链接。

当移动MP运行到d点时，L2的信号质量达到饱和信号质量，作为主用链接的L2进入饱和状态。在这种情况下，该方法还可以进一步包括：在一条MESH链接进入饱和状态时，移动MP判断该MESH链接是否为主用链接，如果是，则从处于非饱和状态MESH链接中，即备用链接中，选择一个作为主用链接。假设此时处于非饱和状态的MESH链接中，L1的信号质量最高，选择L1作为主用链接。

当移动MP运行到c点之后，L2的信号质量低于饱和信号质量，进入非饱和状态，首先作为备用链接。如果此时L2满足切换条件，则将L2重新切换为主用链接，如果此时L2不满足切换条件，则L1仍然作为主用链接。在之后，随着L1信号质量的不断增大，L2信号质量的不断降低，L2不会再被作为主用链接。也就是说，饱和状态的MESH链接脱离饱和区域后，应该首先作为备用链接，即主用链路必须从非饱和链路中选取，这样可以避免不必要的主用链路切换，保持了数据传输的稳定性。

例如，假设切换条件为主用链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值，假设L2处于饱和状态的时间小于链路保持时间，则L2从饱和状态进入非饱和状态后，L1作为主用链路的持续时间仍在小于链路保持时间，L1仍然作为主用链路；当L1作为主用链路的持续时间达到链路保持时间时，L2的信号质量已经急剧下降，L2的信号质量与L1的信号质量差值已经小于切换质量阈值，此时，L1仍然作为主用链路。显然，避免了主用链路在尾瓣区域内的来回切换。

以上是对本发明所提供的方法进行的详细描述，下面对本发明所提供的移动MP进行详细描述。图6为本发明实施例提供的移动MP结构示意图，如图6所示，该移动MP包括：状态管理单元601、链接选择单元602、链路切换单元603和报文收发单元604。

状态管理单元601，用于在该移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链接进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态。

链路选择单元602，用于从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接。

链路切换单元603，用于当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接。

报文收发单元604，用于在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的链接状态。

其中，链路选择单元602可以从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择信号质量最高的一个作为主用链接。

具体地，链路切换单元603可以在确定该移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，将该备用链接切换为主用链接；或者，当主用链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，将该备用链接切换为主用链接。

另外，该移动MP还可以包括：链路拆建单元605，其对MESH链路的建立和拆除规则与现有技术不同，是在该移动MP接收到固定MP的信号质量小于维持信号质量时，拆除与该固定MP之间的MESH链接；否则，建立与该固定MP之间的MESH链接。

相应地，链路选择单元602，还可以用于在链路拆建单元605拆除MESH链接时，判断拆除的该MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接。

更优地，链路选择单元602，还可以用于在状态管理单元601使该移动MP与固定MP之间的MESH链路进入饱和状态时，判断该进入饱和状态的MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接。当然，如果没有处于非饱和状态的MESH链接，则此时没有主用链接。

由以上描述可以看出，在本发明提供的方法和移动MP具备以下优点：

1)在移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链接进入饱和状态，仅维持MESH链接的链接状态，而不将其拆除。在定向天线的尾瓣特性下，移动MP相对于固定MP的定向天线逆向移动时，在经过固定MP的饱和区间时，将与该固定MP的MESH链接进入饱和状态，在饱和区间过后能够进入非饱和状态，并在满足切换条件情况下迅速切换为主用链接，避免了重建与该固定MP的MESH链接所消耗的探测和协商时间，从而保证数据传输质量，降低丢包率。

2)主用链接始终在处于非饱和状态的MESH链接中选取，即饱和状态的MESH链接必须先成为备用链接才可能进一步切换为主用链接，使得移动MP相对于固定MP的定向天线正向移动时，能够有效地避免主用链路的频繁切换，避免了对主用链路稳定性的冲击。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种无线网状MESH网络的通信方法，其特征在于，该方法包括：

当移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态；

移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接；

当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接；

其中，移动MP在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的连接状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接具体为：所述移动MP从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择信号质量最高的一个作为主用链接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的切换条件被满足包括：当移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，切换条件被满足；或者，当主用链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，切换条件被满足；

信道质量与主用链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值的一个备用链接为满足切换条件的备用链接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：当所述移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述维持信号质量时，拆除与该固定MP之间的MESH链接；且判断该拆除的MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接。

5.根据权利要求1至4任一权项所述的方法，其特征在于，在所述使该移动MP与固定MP之间的MESH链路进入饱和状态时，所述移动MP进一步判断该进入饱和状态的MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接。

6.一种移动MP，其特征在于，该移动MP包括：状态管理单元、链接选择单元、链路切换单元和报文收发单元；

所述状态管理单元，用于在该移动MP接收到固定MP的信号质量大于或等于预设的饱和信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链接进入饱和状态；当移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述饱和信号质量且大于预设的维持信号质量时，使该移动MP与该固定MP之间的MESH链路进入非饱和状态；

所述链路选择单元，用于从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接，其余非饱和状态的MESH链接作为备用链接；

所述链路切换单元，用于当预设的切换条件被满足时，将主用链接切换成备用链接，并将满足切换条件的备用链接切换成主用链接；

所述报文收发单元，用于在主用链接上进行数据收发，而在备用链接和饱和状态的MESH链接上仅维持MESH链接的链接状态。

7.根据权利要求6所述的移动MP，其特征在于，所述链路选择单元从该移动MP与各固定MP之间处于非饱和状态的MESH链接中选择信号质量最高的一个作为主用链接。

8.根据权利要求6所述的移动MP，其特征在于，所述链路切换单元在确定该移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，将该备用链接切换为主用链接；或者，当主用链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且移动MP接收到的备用链接的信号质量与主用链接的信号质量的差值大于或等于预设的切换质量阈值时，将该备用链接切换为主用链接。

9.根据权利要求6所述的移动MP，其特征在于，该移动MP还包括：链路拆建单元，用于在该移动MP接收到固定MP的信号质量小于所述维持信号质量时，拆除与该固定MP之间的MESH链接；否则，建立与该固定MP之间的MESH链接；

所述链路选择单元，还用于在所述链路拆建单元拆除MESH链接时，判断拆除的该MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH链接中选择一个作为主用链接。

10.根据权利要求6至9任一权项所述的移动MP，其特征在于，所述链路选择单元，还用于在所述状态管理单元使该移动MP与固定MP之间的MESH链路进入饱和状态时，判断该进入饱和状态的MESH链接是否为主用链接，如果是，则在处于非饱和状态的MESH 链接中选择一个作为主用链接。

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