CN101742512B - 一种在MAC层Node ID的具体应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在MAC层Node ID的具体应用方法，包括：在节点通电时根据MAC地址进行哈希转换得到Node ID；节点入网之后，在网络层和MAC层服务原语的交互过程中，MAC层得到由网络层分配的节点IP地址之后，采用同时携带Node ID和IP地址的MSH-NCFG消息进行通信。本发明对IEEE802.16d协议Mesh模式MAC层协议中关于NodeID的操作进行规范和改进，以实现MAC层对网络层数据的处理为目标提出NodeID的分配方法及NodeID和IP地址的映射方法。
Description
技术领域
本发明属于无线Mesh网络通信领域，特别是涉及是一种基于IEEE802.16d MAC层协议，在MAC层Node ID的具体应用方法。
背景技术
无线mesh网络，由mesh routers(路由器)和mesh clients(客户端)组成，其中mesh routers构成骨干网络，并和有线的internet网相连接，负责为mesh clients提供多跳的无线internet连接。无线Mesh网络(无线网状网络)也称为“多跳(multi-hop)”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。
在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。
在IEEE 802.16d协议中，对无线城域网MAC层和物理层的空中接口进行了详细的规范，但是协议只是从MAC层的角度给出了数据在MAC层的处理框架及流程，并没有从全局和应用的角度出发考虑问题，这就给协议开发者留下了很大的研究空间。
例如，在IEEE 802.16d MAC层协议中提出的MAC地址和Node ID(节点ID)都被用于唯一标识不同节点，协议中只是提出MAC地址用于接入网络流程中对节点进行标识，Node ID是由Mesh BS(Mesh节点的一种)分配的，携带在Mesh子头中用于完全功能节点(即已加入网络节点)间的互相标识。其中，Mesh BS节点和其它主干网络相连，实现宽带接入；Mesh SS节点既可以实现本地用户的宽带接入，又可以转发其它节点的数据，把这些数据传送到目的节点，作用类似于一个中继站。
但是在IEEE 802.16d MAC层协议中，对于具体的Node ID的分配方法并没有规范，进而，关于网络层通过接口消息传递给MAC层的IP地址的处理也是协议中的空白。
总之，目前需要本领域技术人员解决的一个技术问题就是：如何能够基于IEEE 802.16d MAC层协议，对Node ID的具体应用进行规范和改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在MAC层应用Node ID的方法，在详细分析节点接入网络流程的基础上，通过对MAC地址进行哈希转化实现了Node ID的分配，不仅节省了信息存储空间，还提高了通信的安全性。
为了解决上述问题，本发明公开了一种无线网状网络中在MAC层Node ID的具体应用方法，包括：在节点通电时根据MAC地址进行哈希转换得到Node ID；节点入网之后，在网络层和MAC层服务原语的交互过程中，MAC层得到由网络层分配的节点IP地址之后，采用同时携带Node ID和IP地址的MSH-NCFG消息进行通信。
优选的，所述Node ID为16比特。
优选的，通过对48比特的MAC地址进行哈希转换得到相应节点的16比特的Node ID。
优选的，通过以下步骤得到16比特的Node ID：将48比特的MAC地址的第4个字节和第5个字节相加对256取余，形成Node ID的第1个字节；MAC地址的最后一个字节作为Node ID的第2个字节。
优选的，在接入网络后的正常通信中，通过MSH-NCFG消息同时携带16-bit Node ID和32-bit IP地址进行MAC层寻址。
优选的，在节点接入流程中，新节点通过接收到的已在网节点发送的MSH-NCFG消息发现邻居，寻找协助其接入网络的赞助节点；其中，节点在发送所述MSH-NCFG消息时，进行了如下修改：删除MSH-NCFG中的MAC地址标签位和MAC地址信息位；以及，在Node ID后面添加32-bit的IP地址信息。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
由于本发明在MAC层的整个流程都使用Node ID来标识节点而不是用48-bit的MAC地址，这样可以防止其他用户通过盗用MAC地址使用网络资源，大大提高了网络的安全性。另外，本发明还从应用的角度提出MAC层Node ID和网络层IP地址的映射方法以实现节点通过接口消息得到的网络层IP地址完成节点在MAC层的寻址。
在Windows操作平台使用Microsoft Visual Studio.Net开发的仿真平台对MAC层工程测试之后，连接DSP和ARM进行联合测试。测试结果表明，本发明中提出的Node ID分配方法能够根据节点MAC地址实现Node ID的成功分配，MAC层也能够利用网络层接口消息中的IP地址，通过本发明提出的Node ID和IP地址的映射方法实现MAC层数据帧的寻址。
附图说明
图1是本发明一种在MAC层Node ID的具体应用方法实施例的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的核心构思在于：主要考虑协议的可实现性，在详细分析IEEE802.16d MAC层协议的基础上对协议中关于Node ID的操作进行了规范和改进，提出了MAC层对Node ID的分配方法。考虑到MAC层对网络层数据的处理流程，提出了Node ID和IP地址的映射方法。MAC层(数据链路层)主要负责准备物理传输、CRC校验、错误通知、网络拓扑等；网络层主要负责管理网络地址、定位设备、决定路由等。
参照图1，示出了本发明一种在MAC层Node ID的具体应用方法，包括：
步骤101、在节点通电时根据MAC地址进行哈希转换得到Node ID，用于节点入网之后成为全功能节点操作时的互相标识；
步骤102、节点入网之后，在网络层和MAC层服务原语的交互过程中， MAC层得到由网络层分配的节点IP地址之后，采用同时携带Node ID和IP地址的MSH-NCFG消息进行通信。即通过对MSH-NCFG消息格式的修改使之同时携带Node ID和IP地址，从而实现Node ID和IP地址的一一对应。
可以看出，本发明主要的改进点包括以下内容：Node ID的分配方法，Node ID和IP地址的映射方法。
所述的Node ID的分配方法，具体内容包括：本发明对IEEE 802.16dMAC层协议中Node ID的相关操作进行了规范，不同于协议中指出的节点在MAC层的不同处理阶段使用不同的标识。
具体的，Node ID是在节点通电时根据MAC地址分配的，分配的方法包括：MAC地址为48-bit，Node ID为16-bit。为实现Node ID的分配，本发明把MAC地址进行哈希转化生成Node ID，即把48-bit的MAC地址转换为16-bit的Node ID。由于MAC地址的前3个字节是由IEEE标准组统一分配的，所以在哈希转换时只考虑MAC地址的后3个字节，这样可以减少NodeID分配时产生冲突的概率。在本发明的一个优选实现中，所采取的方法是：MAC地址的第4个字节和第5个字节相加对256取余形成Node ID的第1个字节，MAC地址的最后一个字节和Node ID的第2个字节一致，这样就实现了Node ID的分配。
本发明改变了现有的在IEEE 802.16协议中的规定：48-bit的由设备生产厂家分配的MAC地址，用于节点在接入网络过程中互相标识。当候选节点被授权加入网络时，它将通过向Mesh BS发送请求而获得一个16-bit的用于标识完全功能节点的Node ID。Node ID被携带在Mesh子头中，节点加入网络后就被称为完全功能节点，在对完全功能节点的操作中，MAC层都用Node ID进行标识。在节点注册流程中，授权节点在接收到注册请求消息REG-REQ时，会计算一个哈希消息认证码HMAC，如果HMAC有效，授权节点以上述方式，将通过哈希转换得到的Node ID分配给请求节点。本发明的Node ID是在节点通电时根据MAC地址分配的。
所述的Node ID和IP地址的映射方法，具体内容包括：在网络层和MAC层通信过程中，网络层通过接口消息通知MAC层节点发送数据的IP地址，而MAC层使用Node ID进行节点的标识，要使节点在接收到网络层IP地址信息时就能在MAC层判别出IP地址所标识的节点，就需要对Node ID和IP地址进行映射，才能完成数据帧在MAC层的寻址。
本发明提出的Node ID和IP地址的映射方法包括：在节点入网之后，网络层和MAC层进行服务原语的交互过程，通过网络层的IP地址通告原语，MAC层得到由网络层分配的节点IP地址之后，将节点的Node ID和IP地址都携带在MSH-NCFG消息中来实现Node Id和IP地址的一一对应，即在MAC层的操作中，如果节点知道IP地址就可以知道它所标识的节点。在节点接入网络后的正常通信中，通过MSH-NCFG消息同时携带16-bitNode ID和32-bit IP地址进行MAC层寻址。
在IEEE 802.16d协议中，MSH-NCFG消息是网络配置消息，它包括网络时间及邻居节点信息等，具体格式见下表：
| Syntax | Size | Notes |
| MSH-NCFG_Message_Format(){ | ||
| Management Message Type＝39 | 8bits | |
| Num Nbr Entries | 5bits | |
| Num BSEntries | 2bits | |
| Embedded Packet Flag | 1bit | 0＝Not prese nt，1＝present |
| Xmt Power | 4bits | |
| Xmt Antenna | 3bits | |
| NetEntry MAC Addrcss Flag | 1bit | 0＝Not presem，1＝present |
| Network base channcl | 4bits | |
| reserved | 4bits | Shall be set to zero |
| NetConfig Count | 4bits | |
| Timesta mp Frame Number Network Control Slot Number in frame Synchronization Hop Count | 12bits 4bits 8bits | See 8.2.3.2 |
| NctConfig schedule info Next Xnu Mx Xmt Holdoff Exponent | 3bits 5bits | |
| if(NctEntry MAC Address Flag) NetEntry MAC Address | 48bits | |
| for (i＝0；i＜NumBSEntries；++i){ | ||
| BS Node ID | 16bits | |
| Number of hops | 3bits | |
| Xmt energy/bit | 5bits | |
| } |
在节点接入流程中，新节点通过接收到的MSH-NCFG发现邻居，寻找协助其接入网络的赞助节点，已在网节点通过发送MSH-NCFG消息广播网络相关参数，为新节点开放负责信道等。
其中，节点在发送所述MSH-NCFG消息时，依据本发明修改后的MSH-NCFG消息格式进行发送。本发明对MSH-NCFG消息进行了如下修改：删除MSH-NCFG中的MAC地址标签位和MAC地址信息位(NetEntry MACAddress Flag；NetEntry MAC Address)；以及，在Node ID后面添加32-bit的IP地址信息。
这样，使得本发明的节点在整个网络流程中都只使用Node ID进行节点的标识，Node ID和IP地址的映射通过MSH-NCFG消息携带IP地址和Node ID实现。这样可以减少信息的存储空间和对控制信息的处理负荷。
在MSH-NCFG消息中Nbr Node ID后面添加32-bit的IP Address信息，具体内容可以包括：MAC层接收到网络层IP地址通告原语时，在维护邻居信息时将此IP地址添加到MSH-NCFG中的IP Address信息位。MSH-NCFG同时携带邻居节点的Node ID和IP地址，当节点接收网络层发送的数据时，首先遍历邻居列表，如果邻居列表信息中包含接口消息中指定的IP地址，则接收相应数据，由此便实现了Node ID和IP地址的映射，即节点通过网络层给MAC层接口消息中的IP地址就可以完成节点的标识和MAC层数据帧寻址。
总之，本发明在MAC层的整个流程都使用Node ID来标识节点而不是用48-bit的MAC地址，这样可以防止其他用户通过盗用MAC地址使用网络资源，大大提高了网络的安全性。另外，从应用的角度提出MAC层Node ID和网络层IP地址的映射方法以实现节点通过接口消息得到的网络层IP地址完成节点在MAC层的寻址。本发明在节点已经接入网络的正常操作中，对MSH-NCFG消息格式进行了改进，通过MSH-NCFG消息同时携带16-bitNodeID和32-bit IP地址进行标识实现了Node ID和IP地址的映射。
以上对本发明所提供的一种在MAC层Node ID的具体应用方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种无线网状网络中在MAC层Node ID的具体应用方法，其特征在于，包括：
在节点通电时根据MAC地址进行哈希转换得到Node ID；
节点入网之后，在网络层和MAC层服务原语的交互过程中，MAC层得到由网络层分配的节点IP地址之后，采用同时携带Node ID和IP地址的MSH-NCFG消息进行通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述Node ID为16比特。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
通过对48比特的MAC地址进行哈希转换得到相应节点的16比特的Node ID。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下步骤得到16比特的Node ID：
将48比特的MAC地址的第4个字节和第5个字节相加对256取余，形成Node ID的第1个字节；
MAC地址的最后一个字节作为Node ID的第2个字节。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在接入网络后的正常通信中，通过MSH-NCFG消息同时携带16-bitNode ID和32-bit IP地址进行MAC层寻址。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在节点接入流程中，新节点通过接收到的已在网节点发送的MSH-NCFG消息发现邻居，寻找协助其接入网络的赞助节点；
其中，节点在发送所述MSH-NCFG消息时，进行了如下修改：
删除MSH-NCFG中的MAC地址标签位和MAC地址信息位；以及，在Node ID后面添加32-bit的IP地址信息。
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