CN101669326B - 利用路径距离因数在网状网中进行射频管理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用路径距离因数(PDF)在网状网中进行射频管理(RFM)的方法和系统。根据一个实施方式，一种计算机实现的方法包括以下步骤：计算第一网状网路由器与门户之间的路径距离因数(PDF)。向第二网状网路由器发送一个帧，其中该帧包括所述路径距离因数。

Description

利用路径距离因数在网状网中进行射频管理的方法和系统

技术领域

本发明的领域总体上涉及无线网络，并且更具体地，涉及一种利用路径距离因数(PDF，path distance factor)在网状网中进行射频管理(RFM，radio frequency management)的方法和系统。

背景技术

随着近来在计算机和无线通信方面的技术进展，移动无线计算已经被日益广泛地使用和应用。由于不受线缆的限制，具有移动计算设备的用户能够自由地移动并且能够在没有固定的基础设施的环境中彼此进行通信。在这种情况下，用户能够形成一种移动自组织网络(MANet，mobilead-hoc network)或移动无线网状网。移动无线网状网是多个无线移动路由器(以及相关联的主机)的自治系统，这些无线移动路由器能够随机地移动并能够将其自身重组为没有任何基础主干网和基础设施的任意网络。

由于对有线因特网结构进行了镜像，路由的无线网状网具有高度的灵活性并且固有地具有容错性。这极大地简化了视线(line-of-sight)问题并以最少量的网络基础设施和互连成本扩展了网络的范围和覆盖。

随着因特网的日益普及，对宽带接入的需求在很多区域中已经超过了对有线基础设施的需求。在有线基础设施不存在、过时或不实用的情况下，无线宽带网络使得高性能接入成为可能。然而，由于技术限制和部署成本高的共同作用，先前的无线宽带技术对于价格敏感的大规模市场部署来说是不实际的。

尽管无线网状网技术最初开发用于军事用途，但是无线网状网技术同样还在诸如城市、企业、校园及公共安全应用等商业领域中显示了巨大的价值。全球数百个城市都已经部署了或正计划部署无线网状网以使这些城市无线化并为这些城市的市民、企业以及政府提供无线宽带服务。无线网状网技术正在获得契机。

发明内容

公开了一种使用路径距离因数(PDF)在网状网中进行射频管理(RFM)的方法和系统。根据一个实施方式，一种计算机实现的方法包括以下步骤：计算第一网状网路由器与门户(portal)之间的路径距离因数(PDF)。向第二网状网路由器发送一个帧，其中，该帧包括所述路径距离因数。

现在将参照附图更具体地描述并在权利要求中指出包括实现的各种新颖细节和要素的组合在内的上述和其他优选特征。将会理解的是，这些具体的方法和装置仅通过例示的方式示出而不是作为限制。本领域技术人员将会理解的是，可以在各种大量的实施方式中采用此处说明的原理和特征。

附图说明

附图被包括进来作为本说明书的一部分，附图例示了本发明的当前优选的实施方式，并且与上文给出的总体描述和下文给出的优选实施方式的详细描述一起用于对本发明的原理进行说明和讲解。

图1例示了根据一个实施方式的示例性的无线网状网拓扑；

图2例示了根据一个实施方式的网状网中的网状网路由器的示例性的路径距离因数(PDF)更新处理；

图3例示了根据一个实施方式的示例性的包含有PDF的信标帧(beacon frame)；

图4例示了根据一个实施方式的PDF的示例性的超时处理；

图5例示了根据一个实施方式的示例性的使用PDF来构建无回路的树(loop-free tree)的示例性的处理；

图6例示了根据一个实施方式的示例性的路径距离矢量(PDV，pathdistance vector)处理的流程图；以及

图7例示了根据一个实施方式的使用PDV的用于冗余链路和快速恢复的示例性的处理。

应该注意，这些附图不一定是按照比例绘制，并且出于例示的目的，通常在所有附图中以相同的标号来表示具有相似结构或功能的部件。还应注意，这些附图仅仅旨在便于对这里所描述的各种实施方式进行说明。附图没有对这里所描述的教导的各个方面进行描述，并且这些附图不对权利要求的范围加以限制。

具体实施方式

公开了一种使用路径距离因数(PDF)在网状网中进行射频管理(RFM)的方法和系统。根据一个实施方式，一种计算机实现的方法包括以下步骤：计算第一网状网路由器与门户(portal)之间的路径距离因数(PDF)。将一个帧发送到第二网状网路由器，其中，该帧包括该路径距离因数。

可以单独使用或者与其它特征和教导相结合地使用这里所公开的各特征及教导，从而提供一种使用路径距离因数(PDF)在网状网中进行射频管理(RFM)的方法和系统。参照附图，对单独地或组合地利用了这些附加特征和教导中的一些的代表性示例进行了更加详细的描述。该详细的描述仅仅是出于为本领域中的技术人员讲授对本教导的优选方面进行实践的进一步的细节这一目的，并不是旨在限制权利要求的范围。因此，从广义上看，以下详细描述中所公开的特征的组合可能不是对这些教导进行实践所必需的，相反，对它们的教导仅仅是为了描述本教导的特别具有代表性的示例。

在下文的描述中，出于说明的目的，阐述了具体术语以便于理解在此公开的各种创造性概念。然而，本领域的技术人员应当明白，这些具体细节并非是为了实践在此公开的所述各种创造性概念所必需的。

本发明还涉及用于执行此处的操作的装置。此装置可根据所需目的而具体构造，或者此装置可包括通用计算机，该通用计算机可有选择地启动或者通过存储在该计算机中的计算机程序而重新进行配置。这种计算机程序可存储在计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质例如是但不限于任意类型的盘(包括软盘、光盘、CD-ROM以及磁光盘)、只读存储器、随机存取存储器、EPROM、EEPROM、磁卡或者光卡，或者适于存储电子指令的任意类型的介质，并且这些介质均连接到计算机系统总线。

在此所提出的方法并非固有地与任何具体计算机或者其他装置有关。各种通用系统可根据此处的教导而与程序一起使用，或者可证实其对于构建更专用的装置以执行所要求的方法步骤来说是便利的。根据以下说明，各种所述系统所要求的结构将是显而易见的。此外，未参照任何具体编程语言对本发明进行描述。应当理解的是，各种编程语言均可用于实现在此描述的本发明的教导。

此外，为了提供本教导的额外有用的实施方式，可以按照没有具体地和明确地列举出的方式来组合代表性示例的各种特征以及从属权利要求的各种特征。还应特别注意，出于原始公开的目的以及对所要求保护的主题进行限制的目的，所有值的范围和实体组的表示都公开了各自可能的中间值或中间实体。还应特别注意，附图中所示出的组件的大小和形状被设计成帮助理解如何实践本教导，而不是旨在限制示例中所示出的大小和形状。

公开了一种用于使用PDF在网状网中进行射频管理的方法和系统。还公开了一种路径距离矢量(PDV，path distance vector)的增强版本。

无线网状网具有若干个网络管理和控制属性。在大多数情况下，没有提供单独的带外控制信道。网络控制或管理消息是在与数据业务相同的信道内传送。然而，与数据业务不同，由于对控制或管理消息进行管理的大多数网络管理系统(NMS)位于门户节点上或位于门户节点后面，因此网络控制或管理消息通常从门户节点开始。另外，经常针对数据转发而对通过网状网的路由进行优化。结果，管理或控制路径可能是次优的。

图1例示了根据一个实施方式的示例性的无线网状网拓扑100。网状网路由器110a是经由有线网络连接102连接到有线网络服务器101的门户。链路105、111、112和113表示网状网路由器110之间的无线连接。在网状网100中，数据可以从一个网状网路由器110发送到任一其它的网状网路由器110。

以不同的方式将网络管理消息传送到网状网路由器。与网络管理系统(例如，SNMP、基于XML的NMS、基于HTTP的Web管理、基于SSH/Telnet命令行界面(CLI，command line interface)会话)无关，网络管理消息通过链路105、111、112和113从有线网络发送到网状网中的各网状网路由器110。

为了传送网络管理消息，形成了生成树(spanning tree)。生成树是为了产生用于网状网的基于门户的树型结构。管理消息从生成树的根开始并且以分层形式(hierarchical fashion)扩展到网状网100。

如果使用了生成树协议(STP，spanning tree protocol)，则门户110a成为根。在网状网节点之间交换网桥协议数据单元(BPDU，bridge protocoldata unit)以形成生成树。当生成树收敛时，形成了无回路的分层树型拓扑。网络管理消息从根沿着生成树抵达各网状网节点。

从门户110a开始，管理消息首先经由链路111抵达门户110a的所有直接邻居110b-110d。如果管理消息的变化影响了两个网状网路由器110之间的连接，则这种变化必须按照正确的次序出现，否则，会永久地失去两个网状网路由器110之间的连接。例如，如果发出链路管理消息以改变位于网状网路由器110a与要发生改变的其直接相邻的网状网路由器110b之间的链路111，则网状网路由器110b的变化必须发生在网状网路由器110a的变化之前以避免链路故障。如果网状网路由器110a首先发生变化，则可能会失去网状网路由器110a与110b之间的链路111。结果，不能再向网状网路由器110b传送链路管理消息，且对网状网路由器110b的预定变化将从不会发生。

如果网状网路由器110b首先发生变化，则即使后来失去了网状网路由器110a与110b之间的链路111，但链路管理消息仍然串行地传送到网状网路由器110b和110a二者。这是由于从有线网络服务器101发出的链路管理消息是按照这样的方式来传送的，即，更加接近网络管理服务器101的网状网路由器110比更加远离网络管理服务器101的网状网路由器100更早地接收到消息。

相同的情形适用于网状网100中的其它网状网路由器110。为了管理网状网路由器110d与110g之间的链路112，可以使用从网络管理服务器101到网状网路由器110g的若干个路径，例如110a-110d-110g和110a-110b-110d-110h-110g。由于路径110a-110d-110g不经过与网状网路由器110d相比更远离网状网路由器110a的网状网路由器110h，因此该路径更加可靠。如果配置变化首先发生在网状网路由器110d上，则会影响包括110d-110h之间的链路与110d-110g之间的链路在内的所有链路。因此，在网状网路由器110d发生变化之后，到网状网路由器110g的所有路径都不可用。结果，网状网路由器110g与其之后的网络以后变得不能到达。

尽管网状网路由解决了网状网100中各对节点110之间的最优路径问题，但是早先的网状网存在网络管理的固有问题：网状网管理源位于网状网100之外并且没有提供用于管理的单独控制信道。另外，生成树协议具有以下缺点：

1.STP无法扩展至大型网状网；

2.STP控制消息向网状网回程容量增加了相当大的负担；

3.STP没有为了可靠性而提供冗余路径；以及

4.STP一般仅支持一个根。为了支持多个根，必须同时地运行多个STP，这进一步放慢了回程通信。

已经提出了若干个早先的基于树的网状网路由协议来解决同时进行网状网路由和网状网管理的这些问题。基于树的网状网路由协议的基于树的拓扑简单且相对稳定，并且其可以支持多个根。然而，由于对等业务(peer-to-peer traffic)必须经过共同的父节点，因此对于数据转发而言基于树的拓扑不是最优的。基于树的拓扑还在提供网络范围的冗余和负荷平衡方面具有困难。

网状网连网所面临的另一个挑战性问题是收敛问题。并不总是保证所有的网状网路由器都收敛到一个连接的网络。例如，如果网状网100的所有网状网路由器110同时加电，则并不保证形成单一的网状网。网状网路由器110a、110b和110c可形成一个网络，网状网路由器110d、110g和110h可形成另一网络，而网状网路由器110e、110f、和110i可形成又一网络。此外，由于信道分配的动态特性，难以实现对网状网路由器的最优信道分配。

当前的IEEE 802.11草案提出了这样一种计划，即，通过迫使所有的网状网路由器都收敛到同一信道来解决网状网的收敛问题。然而，并不希望如此，这是因为工作在同一信道上的所有网状网路由器将相互干扰，因而降低了转发性能。

根据一个实施方式，网状网100使用PDF处理以在802.11层次中解决网状网的管理问题以及收敛问题。PDF处理利用了802.11信标并且没有向网状网100增加任何额外的负担。PDF处理还提供网络范围的冗余来确保在节点故障或链路故障的情况下的快速恢复。

PDF是网状网路由器(例如，网状网路由器110i)到最近的门户(例如，网状网路由器110a)的距离。可以使用到门户110a的总的跳数、向门户110a发送分组或从门户110a接收分组的绝对时间(与跳数无关)、到门户110a的物理距离、或类似的距离计算来测量该距离。根据一个实施方式，可以将门户的PDF设置成零或大于零的任意值从而对不同的门户给出不同的权重。为了支持多个门户，射频管理(RFM)的信息单元(IE)引入了额外的标记以表示一个网状网路由器是否是门户。

图3例示了根据一个实施方式的包含有PDF 313的示例性的信标帧150。可以由路由器110将一个IE扩展(诸如PDF 313)添加到802.11信标帧150中。从一个网状网路由器110向相邻的网状网路由器110周期性地广播信标帧150以建立并维持网状网路由器110之间的通信。信标帧150包括信标头301、信标帧310与CRC 320。信标头301含有源介质访问控制(MAC)地址和目标介质访问控制地址以及关于通信处理的其它信息。信标的帧主体310包括表示信标帧之间的广播时间的信标间隔、用于源与目标之间的同步的时间戳、以及诸如服务集标识符(SSID，service set identifier)、支持的数据速率以及加密密钥等之类的其它连接属性。根据一个实施方式，在信标帧150内周期性地更新PDF 313。诸如探测响应帧(probe response frame)之类的其它管理帧也可含有PDF 313。根据一个实施方式，PDF 313可存储一个32位的整数值。

根据一个实施方式，网状网路由器110并非仅包括PDF 313，而是还将在ID 312中其自身的唯一标识符插入信标帧150，同时将位于到门户110a的路径上的网状网路由器110的一个或更多个标识符插入信标帧150和/或探测响应管理帧中。

由于信标帧150和探测响应管理帧是由覆盖区域中的相邻网状网路由器110接收，因此只对它们进行本地广播。向覆盖区域中的邻居110通告各网状网节点的最新PDF 313。相反，STP协议使用协议消息和定时器，因此向有限的无线连接增加了更大的负担。

当加电时，各网状网路由器110将其自身的PDF 313初始化为无穷大，这隐含着其不具有到任何门户的有效链路。如果从配置或从用户CLI获知网状网路由器110是门户110a，则门户110a将其自身的PDF 313改变成用户指定的值或缺省的预先配置的门户PDF(例如，在最简单的情况下为零)。当各网状网路由器110经由信标150周期性地广播其PDF 313时，所有邻居都接收到经过更新的PDF值313。

图2例示了根据一个实施方式的网状网100中的网状网路由器110的示例性的PDF更新处理。网状网路由器110通过接收信标来执行对PDF的更新(201)。网状网路由器的各载频维持一个包含有所有扫描到的邻居的列表(称为候选列表)的拓扑数据库。载频从候选列表中选择具有有效链路的邻居。具有与网状网路由器的有效链路的邻居形成邻居列表。在从一个邻居接收到PDF更新时，网状网路由器检查该邻居是否为一个新的邻居(202)。

如果该邻居是网状网路由器110的一个新的邻居，则将该邻居增加到网状网路由器的拓扑数据库(205和206)。此时，针对到门户的连接性，检查该邻居的PDF和网状网路由器110的PDF。当连接到门户时，网状网路由器110的PDF 313或该邻居的PDF 313被设置成一个有限值。如果网状网路由器110的PDF 313和该邻居的PDF 313不都是无穷大(即，或者该邻居具有到门户的有效链路，或者网状网路由器110具有到门户的有效链路)，则将网状网路由器110的经由到邻居的接口的PDF设置成邻居的PDF与到该邻居的代价之和(205)。到邻居的代价由各种因素决定，例如，网状网路由器与邻居之间的物理距离、可用于链路的信道的数量、信号强度和噪声级。

如果该邻居不是网状网路由器110的一个新的邻居，则网状网路由器检查自己是否具有到该邻居的现有链路(204)。如果网状网路由器具有到该邻居的现有链路，则网状网路由器检查是否需要更新自己的PDF(207)。如果网状网路由器不具有到该邻居的有效链路，则该邻居保留在候选列表中并且相应地更新拓扑数据库(208)。

当更新网状网路由器的PDF 313时，可能的是，网状网自身的PDF是一个有限值而邻居的PDF是一个无穷大的值。在该情况下，网状网路由器仍然处于“孤岛”状态(例如，网状网路由器不具有已建立的路径以抵达门户，而邻居已经具有有效路径)。在这种情况下，网状网路由器通过立即向邻居发送出链路建立请求来退出“孤岛”状态。

到各邻居的接口具有与其相关联的PDF，而网状网路由器的总PDF由所有接口的PDF的最小值确定(209)：

$\mathrm{PDF}=\underset{\mathrm{if}=1\_\mathrm{to}\_N}{\min }\left\{\mathrm{PDF}\left(\mathrm{if}\right)\right\},$

其中，N是网状网路由器的邻居的总数。当计算出PDF时，该PDF被存储在网状网路由器的拓扑数据库中。

根据一个实施方式，可以通过向不同的门户分配不同的PDF来支持多个门户。对多个门户赋予不同的初始PDF值，因此到门户的链路在数量上由PDF表示，从而可以高效地监控并平衡对门户的负荷。

根据一个实施方式，各邻居的PDF与超时定时器相关联。如果网状网路由器在超时周期内没有从邻居接收到信标或探测响应消息，则邻居的PDF被重新设置成无穷大以表示失去了到门户的连接。相应地在拓扑数据库中对新的PDF进行更新。

图4例示了根据一个实施方式的PDF 313的示例性的超时处理。当网状网路由器上的PDF更新超时的时候，向邻居报告该PDF更新超时(401)。与PDF更新处理相似，网状网路由器对到被报告了超时的邻居的链路的有效性进行检查(402)。如果没有到该邻居的有效链路，则简单地更新网状网路由器的拓扑数据库(403)。如果检测到了到该邻居的有效链路，则将该邻居从邻居列表移到候选列表或者将其设置成“停机(down)”状态(404)。当把邻居从候选列表移除时，在PDF发生了变化的情况下更新网状网路由器的PDF(405)并且将其设定成一个新的PDF值(406)。

根据一个实施方式，PDF方法在网状网中建立了一个无回路的树型拓扑。这种没有回路的树型拓扑支持链路冗余；当由于超时处理而移除链路或出于某些原因链路断开时，基于网状网路由器上可用的最小PDF形成了到这些邻居中的一个的另一链路。当计算链路的PDF时，将各链路的权重考虑在内。通过赋予多个门户不同的PDF权重以针对一个给定的网状网路由器来对到多个门户的连接的顺序区分优先级，支持了多个门户。

为了确保无回路的树，PDF方法使用了增强的扩散更新算法(DUAL，diffusing update algorithm)。DUAL被设计成解决网状网路由拓扑回路的问题。不需要整套的DUAL。

各节点利用从所有邻居接收到的PDF信息来建立其拓扑。拓扑数据库存储各邻居的PDF以及到各邻居的代价。邻居的PDF是邻居到最近的门户的代价。网状网路由器的PDF是邻居的PDF与该网状网路由器到该邻居的代价之和。把提供最小PDF的邻居称为网状网路由器的后继(successor)。

图5例示了根据一个实施方式的使用PDF来构建无回路的树的示例性的处理。网状网路由器B到目标X的报告距离(RD，reported distance)是90。网状网路由器C也具有到目标X的另选路由，该路由的RD也是90。从网状网路由器A到目标X的PDF由后继的RD与到该后继的代价之和确定。由于从网状网路由器A到网状网路由器C的代价(20)高于从网状网路由器A到网状网路由器B的代价(10)，因此网状网路由器A选择网状网路由器B作为后继并且将其到目标X的PDF设定成100。

尽管网状网路由器A没有使用网状网路由器C作为后继，但是网状网路由器A仍然将网状网路由器C的信息与网状网路由器C到目标X的RD(即PDF)一起保存在其拓扑数据库中。如果从网状网路由器A到网状网路由器B的链路断开，则网状网路由器A选择网状网路由器C作为新的后继并且通过把到网状网路由器C的代价(20)与从网状网路由器C到目标X的RD(90)相加以将网状网路由器A到目标X的PDF更新为110。

通过将网状网路由器C的RD(90)与网状网路由器A的原始可行距离(FD，feasible distance)(100)进行比较，网状网路由器A可靠地确定到目标X的路径是否为无回路的。如果网状网路由器C的RD小于网状网路由器A的原始FD，则网状网路由器C满足DUAL计算中的可行性条件(FC，feasibility condition)并且成为网状网路由器A的可行后继(FS，feasible successor)。根据图5的示例，网状网路由器C到目标X的RD(90)小于网状网路由器A到目标X的原始FD(100)。这表明网状网路由器C到目标X的路径不经过网状网路由器A，因此网状网路由器A可以可靠地选择网状网路由器C作为新的后继。

如果网状网路由器C的RD值大于网状网路由器A的原始FD，则网状网路由器C到目标X的路径可能经过网状网路由器A，这会导致形成回路。对原始FD与候选后继的RD进行比较的增强DUAL算法保证了无回路的树的构建。

各网状网路由器计算经由所有候选FS到目标的PDF，并且挑选最小的PDF作为它的PDF。如果超过一个FS产生了相同的最小PDF，则所有这些FS都可以成为网状网路由器的后继。当网状网的拓扑发生变化时，在拓扑数据库中本地可用的FS的存在有助于收敛。如果FS不是本地可用的，则网状网路由器向邻居发出查询。该查询一直传播(或“扩散”)，直到网状网路由器的FS接收到该查询为止。根据一个实施方式，响应于该查询但没有发现FS的邻居返回消息，通知不能到达该FS。

在选择了邻居之后，其中具有较大PDF的一方向另一方发出链路建立请求。如果网状网路由器从具有较小PDF的邻居接收到链路建立请求，则拒绝该请求。这使得只有来自具有较大的PDF的邻居的请求才被接受，从而保证形成无回路的树。

根据一个实施方式，网状网形成过程是有方向的。具有较大的PDF的一方是链路建立发起方。与仅仅确保无回路的树相比，这带来了更多的益处。当接收方得到链路建立请求时，其对整体信道使用状况进行评估并且规定允许在哪个信道上建立连接。

网状网路由器的各载频接口(radio interface)都运行独立的状态机。根据一个实施方式，状态机由四种状态组成：发现(DISCOVERING)、扫描(SCANNING)、连接(CONNECTING)和已连接(CONNECTED)。发现状态是其中载频(radio)进行被动扫描或者进行主动扫描的状态。该状态是载频被启用为回程模式并且将其无线分布式系统(WDS，wireless distribution system)模式设定成自动时的初始状态。如果找到了任一邻居处于扫描状态，则网状网路由器的载频进入连接状态并且试图建立到该邻居的有效连接。如果建立了任一有效链路连接并且网状网路由器的PDF被设置成有限值，则载频进入已连接状态。

在任一状态中，如果载频接口从具有较大PDF的邻居接收到连接请求，则该载频接口对该连接请求进行响应。由于各载频即使在建立了有效链路后也周期性地进入被动扫描模式，因此载频将最终找到所有可用信道上的全部邻居。

PDF传播从根(即，门户)开始并且抵达网状网中的各个节点。在收敛之后，无回路的树被创建。由于门户被赋予了有限值的PDF，因此在找到了至其中一个门户的有效路径之后其它节点就将它们的缺省PDF(无穷大)改变成有限值。如果一个网状网路由器仍然具有缺省的PDF，则认为该网状网路由器处于孤岛状态。当网状网路由器处于孤岛状态期间，其试图建立到邻居的连接以退出孤岛状态。

PDF处理确保了以门户为根的网状网的收敛。PDF处理还提供了在网状网形成过程中对信道选择进行优化的机制。根网状网路由器(即门户)首先选择最佳信道并且将其选择传播到子网状网路由器。子网状网路由器随后从剩余的信道池(channel pool)中选择最佳信道，直到所有的子网状网路由器都选择了到它们的邻居的信道为止。

在网状网形成时，根网状网路由器在选择可用的最佳信道方面具有比子网状网路由器更高的优先级。各个网状网路由器(不论是根网状网路由器还是子网状网路由器)都将诸如对邻居的干扰、信号强度和噪声级等各种条件考虑在内而做出选择最佳信道的本地决策。这一过程为整个网状网提供了近优(near-optimal)的信道选择方案。

如果完全由信道规划方(例如，第三设备的网状网路由器)来执行信道选择，则要求信道规划方具有对整个网状网的全局印象来进行最优信道选择。在现实中，对于网状网中的任何单一网状网路由器来说，整个网状网的全局印象一般是无法得到的。近优信道选择方案遵循树的构建过程并且使得门户(即根网状网路由器)能够在子网状网路由器有机会选择它们的最佳信道之前来选择最佳信道。

各网状网路由器在信标帧和/或探测响应帧中包括多个PDF和多个唯一的ID(称为节点ID)。每一对<节点ID，PDF>形成一个PDF矢量，称为路径距离矢量(PDV)。根据一个实施方式，该PDV信息用于选择网状网路由器的FS。网状网路由器广播它的PDV信息并且从它的所有邻居收集PDV信息。如果邻居满足可行性条件，则该邻居成为该网状网路由器的FS。可行性条件检查该邻居的PDV是否包括该网状网路由器。为了成为网状网路由器的有效FS，该邻居的PDV必须不包括该网状网路由器。如果该邻居的PDV确实包括该网状网路由器，则形成了有回路的树(loop tree)并且违犯了可行性条件。

PDV使得网状网路由器能够通告它到门户的完整路径或部分路径，这提供了更多的信息以帮助网状网形成以及错误恢复。在图1中，网状网路由器110g在信标帧中包括了到门户110a的路径，即，110g-110d-110a。类似地，网状网路由器110i通告了到门户110a的路径：110i-110f-110c-110a。

PDV方法不要求网状网路由器通告完整的路径，也不要求通告所有可能的路径。根据一个实施方式，PDV阈值用于对在管理帧中可以通告的网状网节点的总数进行限制。最小值是二并且根据网状网的规模推荐该值为四到十之间。PDV阈值用于两个目的：它限制了信标帧和/或探测响应帧的大小，并且将网状网划分为多个层。

PDV阈值规定了各网状网路由器可以在管理帧中通告的网状网节点的最大数量。参照图1，如果把PDV阈值设置成二，则各网状网路由器可以通告最多两个PDV。例如，门户110a使用信标来通告<110a，0>。网状网路由器110b通告<110b，1>和<110a，0>。网状网路由器110i通告<110i，6>和<110f，3>。PDF阈值将网状网划分成不同的层，各层具有不同范围的PDF。例如，具有范围[0，1]内的PDF的所有网状网路由器形成第一层；具有范围[2，3]内的PDF的所有网状网路由器形成第二层，等等。

图6例示了根据一个实施方式的示例性的PDV处理的流程图。当网状网路由器从邻居接收到信标或探测响应时，网状网路由器执行以下操作来更新PDV。如果网状网路由器已经具有与该邻居的链路(601)，则检查该邻居的PDV是否自以前的值发生了改变(602)。如果PDV发生了改变，则在该网状网路由器的拓扑数据库上更新该PDV(604)，如果PDV没有发生改变，则不需要任何动作(605)。如果没有建立与该邻居的链路，则检查该邻居的PDV是否与该网状网路由器处于同一层(603)。如果是处在同一层，则该网状网路由器进一步检查它的路径是否包括该邻居(606)。如果该路径包括该邻居，则网状网路由器进一步检查是否可以对到该邻居的路径进行优化(607)，如果该路径不包括该邻居，网状网路由器接受该邻居并且在拓扑数据库上进行更新(609)。如果该邻居与网状网路由器不在同一层(603)，则进一步检查该邻居的层是否属于上层(608)。如果其属于上层，则接受该邻居并且更新该网状网路由器的拓扑数据库(609)，如果其不属于上层，则返回而不采用任何动作(610)。结果，PDV处理只允许上层中的网状网路由器连接到下层中的网状网路由器，因此防止了在网状网中形成回路。

由于PDV处理在管理帧中需要更多的字段，因此PDV处理执行很多逻辑比较以防止出现回路。然而，PDV处理不需要运行完整的DUAL算法，因此没有必要维持RD数据库。由于可动态地调整PDV阈值来适应不同的网状网规模，因此PDV方法还提供了良好的扩展性。

借助于部分路径信息，PDV处理实现了快速恢复。图7例示了根据一个实施方式的使用PDV而用于冗余链路和快速恢复的示例性处理。假设网状网路由器X与网状网路由器Y能够相互倾听。网状网路由器A与网状网路由器B同样能够相互倾听。网状网路由器X与网状网路由器Y都使用载频接口0来直接地连接到层边界701。

根据本PDF处理，所有的链路710被建设成形成无回路的树。链路710和711开始于链路建立发起方。如果使用PDV处理，则由于网状网路由器X与网状网路由器Y具有相同的PDF，因此还建立了链路711。由于网状网路由器Y不满足网状网路由器X的可行性条件，因此网状网路由器X也不满足网状网路由器Y的可行性条件。然而，网状网路由器X还可以检查网状网路由器Y到层边界701的路径是否已经包括了网状网路由器X自身。如果没有包括网状网路由器X，则网状网路由器X选择网状网路由器Y作为有效邻居。出于相同的原因，网状网路由器B选择网状网路由器A作为有效邻居。

尽管网状网路由器B具有到达层边界710的两条路径(例如，经由Y的路径和经由A-X的路径)，但网状网路由器B在信标帧中写入最短路径。

如果节点发生故障，则网状网路由器由于冗余路径而能够使用PDV方法更快速地进行故障恢复。在使用PDF的情况下，如果网状网路由器X的载频接口0发生故障，则网状网路由器X将其自身的PDF设置成无穷大并且之后扫描所有的邻居以寻找网状网路由器A来作为新的父节点。另一方面，在使用PDV的情况下，网状网路由器X立即使用到网状网路由器Y的链路711而没有丢失任何业务。由于当网状网路由器Y初始化链路建立请求时其像网状网路由器X那样已经完成了无回路检查，因此链路711是可信的无回路链路。由于双方都已经完成了无回路检查，因此可以立即使用链路711而无需额外的验证。

PDV方法不建立无回路的树。PDV方法实际上建立了更经典的网状网；实现了超时机制和最大PDF以防止回路。然而，PDV方法不存在任何经典的距离矢量问题，诸如由于在信标帧或其它管理帧中发布的部分路径或完整路径信息而造成的计数到无穷大(count-to-infinite)。PDV方法有效地防止了在同一层中的局部回路。PDV方法与任何经典的距离矢量方法的区别在于，网状网路由器仅在如下情况下才接受新的邻居，即该邻居位于上层中或位于同一层中但没有包括在该路径上。

借助于PDV方法，网状网中的各节点向最近的门户报告部分路径信息或完整路径信息。各节点基于根据层的规则而接收的信息来构建邻居列表。与此相比，PDF方法完全没有层的概念。在PDF方法中，各节点仅通告其到最近门户的距离以建立无回路的树。PDF方法确保了收敛的网状网并且向网状网中的各网状网路由器增加了深度信息。

参照图1，假设不存在活动连接且除了门户110a以外的所有的网状网路由器110b-110i都刚刚加电。

由于网状网路由器110b-110i在门户110a不加电的情况下加电并且它们所有的PDF都缺省地设置成无穷大，因此网状网路由器110b-110i进入了发现状态。在发现状态期间，网状网路由器110b-110i可以寻找要连接的邻居，但是它们的PDF保持无穷大。

在网状网路由器110b-110i之间可以形成有效链路，诸如图1中的链路112和113。但是由于所有网状网路由器都具有相同的无穷大的PDF，这些链路不会造成这些网状网路由器的PDF发生变化。当门户110a加电时，门户110a开始使用信标帧向它的直接邻居通告其呈有限值的PDF(例如0)。

网状网路由器110b、110c和110d在门户110a加电后接收到门户110a的信标。由于在接收到门户110a的信标时网状网路由器110b、110c和110d都具有无穷大的PDF，因此网状网路由器110b、110c和110d向门户110a发出链路建立请求。

门户110a之后确定连接可使用哪个信道，接受那些链路建立请求，并且通知用哪个信道建立链路。在建立了到门户110a的有效链路后，网状网路由器110b、110c和110d恰当地设定它们的PDF并且在信标帧中通告新的PDF。其余的网状网路由器110e-110i随后接收到它们邻居的更新后的PDF，并且重复相同的链路请求和PDF更新处理。注意，在稍后的信道分配中可以去除先前建立的一些链路。例如，网状网路由器110d可能已经具有了针对网状网路由器110e、110g和110h而建立的一些链路。当门户110a通知网状网路由器110d在与现有链路的信道不同的特定信道上建立到该门户的链路之后，可以去除网状网路由器110d上的现有链路。

将相同的网状网构建处理扩展到网络中的所有网状网路由器。结果，在网状网中构建了无回路的树并且实现了网状网中从门户到所有网状网路由器的近优的信道分配方案。

为了说明节点恢复处理，假设网状网路由器110d停机。应考虑两种情况；如果网状网路由器110d正常地(gracefully)停机，则网状网路由器110d向它的邻居发送链路中断通知，因此网状网路由器110e、110g和110h将正常地处理停机事件。但是如果网状网路由器110d没有任何通知地突然停机，则网状网路由器110e、110g和110h不得不依赖于超时机制来使得到网状网路由器110d的连接超时。

在到网状网路由器110d的链路中断后，网状网路由器110g的PDF再次变成无穷大。这是由于到网状网路由器110d的链路是网状网路由器110g到门户110a的唯一链路。在该链路中断后，网状网路由器110g的其它链路(即，到网状网路由器110h的链路)可能具有为有限值的PDF。在该情况下，网状网路由器110g进入发现状态以寻找到门户110a的新的路径。假设发现了网状网路由器110b和110h。由于网状网路由器110b的PDF小于网状网路由器110h的PDF，因此网状网路由器110g发出链路建立请求以选出(elect)网状网路由器110b。如果网状网路由器110b仍然具有接受新链路的带宽，则网状网路由器110b接受网状网路由器110g的请求。否则，在与网状网路由器110b重试若干次之后，网状网路由器110g将尝试网状网路由器110h。为了便于进行处理，在第一次尝试后，网状网路由器110b可以向网状网路由器110g发回拒绝，因此网状网路由器110b可以尝试网状网要求110h而不需重试网状网路由器110g。

当网状网路由器110b接受了网状网路由器110g的请求时，建立了新的链路，并且网状网路由器110g适当地更新它的PDF。在网状网路由器110d停机后，由于网状网路由器110e具有到网状网路由器110c的后备链路，因此网状网路由器110e不需要回到发现状态。网状网路由器110e将相应地更新它的PDF并且使用到网状网路由器110c的链路来抵达门户110a。如果使用PDV处理，则还更新路径信息。网状网路由器110h也具有到网状网路由器110c的后备链路。网状网路由器110h使用该链路并且相应地更新它的PDF。

已经公开了一种使用路径距离因数(PDF)在网状网中进行射频管理(RFM)的方法和系统。尽管已经详细地例示和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神或在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可以在本发明的优选实施方式中做出各种修改。

Claims (16)

1.一种用于管理无线网状网络的计算机实现的方法，包括：

计算用于指示第一网状网路由器与门户之间的距离的路径距离因数，其中，所述门户与有线网络服务器连接；以及

向所述第一网状网路由器的各相邻网状网路路由器发送包括所述路径距离因数的帧，从而使得所述各相邻网状网路路由器利用该帧中的路径距离因数和所述第一网状网路由器到所述各相邻网状网路路由器的代价计算其各自的路径距离因数；

所述第一网状网路由器以及所述各相邻网状网路路由器中具有较大路径距离因数的一方向其它网状网路由器发出链路建立请求，并且如果所述第一网状网路由器或所述各相邻网状网路路由器收到从具有较小路径距离因数的邻居发送的链路建立请求时，则拒绝该链路建立请求，从而在所述无线网状网络中形成无回路的拓扑；以及

其中，如果所述第一网状网路由器到所述无线网状网络中的第二网状网路由器之间的链路断开，则基于所述第一网状网路由器和所述各相邻网状网路路由器的最小可用路径距离因数形成所述第一网状网路由器和所述各相邻网状网路路由器之间的链路。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述帧是信标。

3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述帧是探测响应管理帧。

4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，该方法进一步包括以下步骤：当所述第一网状网路由器加电时，将所述路径距离因数初始化为表示无穷大距离的值。

5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，该方法进一步包括以下步骤：当所述第一网状网路由器是所述门户时，将所述路径距离因数设定成预定值。

6.一种用于管理无线网状网络的计算机实现的方法，包括：

在第一网状网路由器处接收一个信标，该信标包括第二网状网路由器的第二路径距离因数；以及

使用所述第二路径距离因数来计算所述第一网状网路由器的第一路径距离因数，其中，所述第一路径距离因数指示所述第一路由器与连接到有线网络服务器的门户之间的距离，其中，所述第一网状网路由器的经由到第二网状网路由器的接口的路径距离因数为所述第二网状网路由器的路径距离因数与其到第二网状网路由器的代价之和；

以此类推计算所述无线网状网络中其它网状网路由器的路径距离因数；

所述无线网状网络中的具有较大路径距离因数的网状网路由器向其它网状网路由器发出链路建立请求，并且如果所述第一网状网路由器或所述第一网状网路由器的各相邻网状网路路由器从具有较小可用路径距离因数的邻居收到链路建立请求时，则拒绝该链路建立请求，从而在所述无线网状网络中形成无回路的拓扑；以及

其中，如果所述第一网状网路由器到所述第二网状网路由器之间的链路断开，则基于所述第一网状网路由器的经由到所述各相邻网状网路由器的接口的最小可用路径距离因数重新建立与所述第二网状网路由器之间的链接。

7.根据权利要求6所述的计算机实现的方法，该方法进一步包括以下步骤：

确定所述第二网状网路由器是否存在于所述第一网状网路由器的邻居列表上；以及

如果所述第二网状网路由器不在所述邻居列表上，则更新所述第一网状网路由器的拓扑数据库。

8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，该方法进一步包括以下步骤：使用扩散更新算法在所述拓扑数据库中产生无回路拓扑。

9.一种用于管理无线网状网络的系统，包括：

用于计算用于指示第一网状网路由器与门户之间的距离的路径距离因数的装置，其中，所述门户与有线网络服务器连接；

用于向所述第一网状网路由器的各相邻网状网路路由器发送包括所述路径距离因数的帧，从而使得所述各相邻网状网路路由器利用该帧中的路径距离因数计算其各自的路径距离因数的装置，其中，所述第一网状网路由器的经由到邻居网状网路由器的接口的路径距离因数为所述邻居网状网路由器的路径距离因数与到该邻居网状网路由器的代价之和；

用于使所述第一网状网路由器以及所述各相邻网状网路路由器中具有较大路径距离因数的网状网路路由器向其它网状网路由器发出链路建立请求，并且如果所述第一网状网路由器或所述各相邻网状网路路由器从具有较小可用路径距离因数的邻居收到链路建立请求时，则拒绝该链路建立请求，从而在所述无线网状网络中形成无回路的拓扑的装置；以及

其中，如果所述第一网状网路由器到所述无线网状网络中的第二网状网路由器之间的链路断开，则基于所述第一网状网路由器的经由到各邻居网状网路由器的接口的最小可用路径距离因数重新建立与所述第二网状网路由器之间的链接。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述帧是信标。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述帧是探测响应管理帧。

12.根据权利要求9所述的系统，还包括：

当所述第一网状网路由器加电时，用于将所述路径距离因数初始化为表示无穷大距离的值的装置。

13.根据权利要求9所述的系统，

当所述第一网状网路由器是所述门户时，用于将所述路径距离因数设定成预定值的装置。

14.一种用于管理无线网状网络的系统，包括：

用于在第一网状网路由器处接收一个信标的装置，该信标包括第二网状网路由器的第二路径距离因数；以及

用于使用所述第二路径距离因数来计算所述第一网状网路由器的第一路径距离因数的装置，其中，所述第一路径距离因数指示所述第一路由器与连接到有线网络服务器的门户之间的距离，其中，所述第一网状网路由器的经由到第二网状网路由器的接口的路径距离因数为所述第二网状网路由器的路径距离因数与其到第二网状网路由器的代价之和；

用于以此类推计算所述无线网状网络中其它网状网路由器的路径距离因数的装置；

用于使所述无线网状网络中的具有较大路径距离因数的网状网路由器向其它网状网路由器发出链路建立请求，并且如果所述第一网状网路由器或所述第一网状网路由器的各相邻网状网路路由器从具有较小可用路径距离因数的邻居收到链路建立请求时，则拒绝该链路建立请求，从而在所述无线网状网络中形成无回路的拓扑的装置；以及

其中，如果所述第一网状网路由器到所述第二网状网路由器之间的链路断开，则基于所述第一网状网路由器的经由到所述各相邻网状网路由器的接口的最小可用路径距离因数重新建立与所述第二网状网路由器之间的链接的装置。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括：

用于确定所述第二网状网路由器是否存在于所述第一网状网路由器的邻居列表上的装置；以及

用于如果所述第二网状网路由器不在所述邻居列表上则更新所述第一网状网路由器的拓扑数据库的装置。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括：用于使用扩散更新算法在所述拓扑数据库中产生无回路拓扑的装置。