CN101815278B - 无线Mesh网络的邻居信息维护方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线自组织网络中网络节点的邻居信息维护方法，对MAC层与网络层在邻居信息更新部分的功能进行了融合，并规定了MAC层和网络层之间的邻居信息交互流程，有效地提高了网络通信效率。

Description

无线Mesh网络的邻居信息维护方法
技术领域
本发明属于无线自组网通信领域，是基于IEEE802.16d标准Mesh模式的改进。
背景技术
无线自组织网是一种高度灵活的网络，其灵活性的一个重要体现是：网络中节点的拓扑关系较为复杂，并且可能存在较为频繁的变化。这种变化进而影响了节点间的交互活动。为此，每个节点为了保证通信的正常进行，必须对节点周围的其他节点情况进行记录并定时更新，亦即节点维护邻居列表的原因。
在原有MAC层和网络层，出于不同的应用目的，需要维护两套邻居节点信息。
在原有的MAC层邻居信息维护方法中，发送节点发送携带邻居信息的网络配置消息(Network Configuration，NCFG)，在接收端，接收节点根据接收到的NCFG中携带的发送节点的邻居信息，更新自己的邻居信息列表。由此，实现了MAC层对节点邻居信息列表的维护。
在原有的网络层邻居信息维护方法中，网络层同样维护有自己的邻居信息列表，在原有的网络层AODV路由协议中，网络层通过定时向一跳邻居节点发送网络层Hello消息，实现对各节点邻居信息的交互。
原有方案通过两套不同的信息传递机制维护邻居信息在两层中的添加与更新，降低了系统的传输效率，增加了系统复杂性。
发明内容
为简化邻居节点信息的维护过程，本发明提供了一种无线Mesh网络的邻居信息维护方法。
本发明的技术方案是：针对MAC层与网络层邻居信息维护的不同特点，实现邻居信息的整体维护。其特征包括：MAC层与网络层的邻居信息融合机制，MAC层与网络层层间邻居信息交互机制。
与发送节点具备直接通信能力的所有相邻Mesh网络节点被称为本节点的一跳邻居节点。每个节点都维护有一个自己的邻居节点信息列表，该信息列表最多维护两跳邻居的信息。
在MAC层与网络层邻居信息融合机制中，发送节点在与其一个邻居节点进行MAC层上的网络配置消息(Network Configuration，NCFG)交互时，根据邻居节点筛选原则，筛选出有限数量的邻居节点信息。
筛选原则如下：
对发送节点现有的邻居信息项进行排序。排序规则为：按next_xmt_time值由大到小进行排列，如果有next_xmt_time相等的邻居信息项，则按照hop_count值由大到小进行排序。其中，next_xmt_time定义为下一次最近的可能的发送时间的前一个时隙，hop_count定义为发送跳数。
完成排序之后，在本地邻居列表中寻找满足reported_Flag为True，并且hop_count为1的邻居信息项。其中reported_Flag定义为：如果next_xmt_time在该节点接收到的一个NCFG信息包中已经被报告，则设置为True，否则设置为False。
完成邻居信息筛选之后，将符合上述条件的不多于4个邻居信息项目携带在NCFG信息上，进行发送。
在接收端，接受节点根据接收到的NCFG信息中携带的发送节点的邻居信息，更新自己的邻居信息列表。由此，实现了MAC层对节点邻居信息列表的维护。
网络层不再使用交互Hello消息的方式实现对邻居信息的更新，而是使用MAC层每次交互的NCFG信息中携带的邻居信息进行邻居信息的维护。即，节点的MAC层收到NCFG信息之后，通过层间交互机制，将该NCFG信息中的邻居信息向上传递到网络层，网络层依此进行邻居信息的更新。鉴于MAC层的NCFG信息交互较网络层Hello消息交互更为频繁，所以利用NCFG消息对网络层邻居信息进行更新，可以使网络层邻居信息更加及时的反映邻居节点出现的各种变化。
层间邻居信息交互机制的具体内容如下：定义一种特定结构的MAC_TO_NET消息，该消息中携带了MAC层收到的NCFG信息中可以被网络层使用的一跳邻居信息。MAC层收到若干条NCFG信息后，将集中发送一条对应的MAC_TO_NET消息至网络层。此种消息的交互，保证了网络层邻居信息的更新。
具体实施方式
实施例一：消息格式与内容
网络层与MAC层层间接口交互的消息格式定义如表1所示。其中，CRC位(1字节)用于数据校验(对除去帧头帧尾的剩余消息进行数据校验)；帧头位、帧尾位(各1字节)用于校验并判断消息长度；CMD位(1字节)用于标识消息类型；接口消息部分(8字节)用于携带具体接口消息内容。
表1
Figure GSA00000038521600031
与邻居信息维护相关的MAC层与网络层层间交互消息内容定义如下：
(1)网络接入消息
网络接入消息的CMD标识号为0x01，用于判断网络接入情况。当网络成功接入，MAC层发送此消息至网络层。网络接入消息内容见表2。
表2网络接入消息
CMD＝0x01
  节点接入网络标识   flag_access   8bits   0xFF表示该节点接入网络
(2)网络邻居更新消息
网络邻居更新消息的CMD标识号为0x02，MAC层收到邻居节点发送的IP地址信息(ip_addr)，首先在MAC层进行积累储存，当收到的邻居节点IP地址信息达到该消息规定的数量(nbr_num)，MAC层则生成该消息，对IP地址信息进行集中传送。网络邻居更新消息格式见表3。
表3网络邻居更新消息
CMD＝0x02
  一跳邻居个数   nbr_num   8bits   邻居个数
for(i＝0；i＜nbr_num；i++){
邻居IP地址   ip_addr   32bits   下一跳地址
}
(3)本地IP地址消息
本地IP地址消息的CMD标识号为0x81，在MAC层通知网络层接入状态之后，网络层利用本地IP地址消息将本节点的IP地址(device_ip_addr)发送至MAC层，MAC层收到该消息之后，将本节点的Node ID和本节点的IP地址联系起来，用于与其他节点进行邻居信息的交互。本地IP地址消息格式见表4。
表4本地IP地址消息
CMD＝0x81
本节点IP地址 device_ip_addr 32bits   网络层接收到接入消息，发送节点IP消息给MAC层
实施例二：邻居信息交互流程
(1)初始阶段的信息交互
初始阶段的信息交互，指节点从开机直至接入网络，MAC层与网络层进行的各种交互过程。
当节点开机，MAC层首先进行MAC地址与Node ID的映射，以产生本节点的Node ID。之后，MAC层尝试进行接入网络的相关操作。此时网络层则进行IP地址的分配工作。
如果MAC层成功接入网络，则发送网络接入消息至网络层，通报接入情况。作为回应，网络层利用本地IP地址消息，发送本节点的IP地址信息给MAC层。
MAC层获得IP地址信息，则在本节点的Node ID与IP地址之间产生关联。
(2)正常运行阶段的信息交互
在节点正常运行阶段，节点将不断地与一跳邻居节点进行NCFG信息的交互，NCFG信息中携带了发送节点的IP地址信息与发送节点的Node ID信息，同时也携带了发送节点的邻居节点信息，但是这些邻居节点信息中不包含邻居节点的IP地址，而只包含邻居节点的Node ID信息。接收节点不断的收到来自各个一跳邻居的NCFG信息，接收节点的MAC层将与Node ID信息相关的邻居信息用于MAC层自身的邻居节点信息更新，而将包含IP地址信息的邻居节点信息进行积累储存，利用网络邻居更新消息，分批发给网络层，用于网络层的邻居节点信息更新。

Claims (6)

1.一种无线Mesh网络的邻居信息维护方法，其特征在于：
-发送节点筛选邻居节点信息，将该信息携带于网络配置消息内，与相距一跳距离的所有邻居节点进行MAC层上的信息交互，所述邻居节点据此更新其邻居信息列表；
-定义一种MAC层至网络层的消息，所述消息携带MAC层收到的网络配置消息中可被网络层使用的邻居节点信息；MAC层收到若干条网络配置消息后，集中发送一条所述消息至网络层；
所述消息的格式包括：用于数据校验的CRC位、用于校验并判断消息长度的帧头位和帧尾位、用于标识消息类型的CMD位以及用于携带具体接口消息内容的接口消息部分；
当用于标识消息类型的CMD位等于0x01时，所述消息为网络接入消息；
当用于标识消息类型的CMD位等于0x02时，所述消息为网络邻居更新消息；
当用于标识消息类型的CMD位等于0x81时，所述消息为本地IP地址消息；
节点开机后，如果MAC层成功接入网络，则发送网络接入消息至网络层，通报接入情况；作为回应，网络层利用本地IP地址消息，发送本节点的IP地址信息给MAC层，MAC层获得IP地址信息，则在本节点的Node ID与IP地址之间产生关联；
节点正常运行阶段，节点将不断地与一跳邻居节点进行网络配置消息的交互，网络配置消息中携带了发送节点的IP地址信息与发送节点的Node ID信息，同时也携带了发送节点的邻居节点信息，但是这些邻居节点信息中不包含邻居节点的IP地址，而只包含邻居节点的Node ID信息；接收节点不断的收到来自 各个一跳邻居的网络配置消息，接收节点的MAC层将与Node ID信息相关的邻居信息用于MAC层自身的邻居节点信息更新，而将包含IP地址信息的邻居节点信息进行积累储存，利用网络邻居更新消息，分批发给网络层，用于网络层的邻居节点信息更新。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送节点筛选邻居节点信息的原则为：
-对发送节点现有的邻居节点信息按next_xmt_time值由大到小进行排序；
-对next_xmt_time相等的邻居节点信息按hop_count值由大到小进行排序；
-完成排序之后，在本地邻居列表中寻找满足reported_Flag为True，并且hop_count为1的邻居节点信息；
其中，next_xmt_time定义为下一次最近的可能的发送时间的前一个时隙，hop_count定义为发送跳数；reported_Flag定义为：如果next_xmt_time在该节点接收到的一个网络配置消息包中已经被报告，则设置为True，否则设置为False。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，发送节点筛选的邻居节点信息个数不多于4个。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MAC层至网络层的消息包含CRC位，长度为1个字节，用于数据校验。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MAC层至网络层的消息包含CMD位，长度为1个字节，用于标识消息类型。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MAC层至网络层的消息包含接口消息部分，长度为8个字节，用于携带具体接口消息内容。 
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