CN101951334B - 一种多模异构网络融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模异构网络融合方法，首先通过检查多模节点的各网络接入模块的工作状态，获得各节点的本地节点信息；其次，接入相应的网络，在各自局域网、G网或C网内与其他节点上同模式的模块互通信息，交换节点信息，生成邻居信息表；然后，再根据邻居信息表选出同时具有Ethernet模块和WiFi模块的多模节点作为网关节点；最后网关节点交换不同局域网内的节点信息，都得到了完整的邻居信息表，这样源节点依据完整的邻居信息表将数据传输到目的节点，从而实现多模异构网络的融合。

Description

一种多模异构网络融合方法

技术领域

本发明属于异构网络中的自组织协同传输技术领域，更为具体地讲，涉及一种多模异构网络融合方法。

背景技术

随着各种通信技术的迅猛发展，单一模式的网络已经无法满足人们日益增长的需要，未来网络环境将是融合多种不同模式接入技术的异构网络环境，例如融合GSM、GPRS、CDMA、WLAN、WiMAX、卫星通信和固网等接入技术。未来的用户终端将不再是仅有一种接入方式的设备，用户终端上将部署多根天线或接口，每根天线和接口均对应一种独立接入模式的网络。而如今，异构网络已趋于融合，不同运营商的网络已互通，不同特性的接入网络并存。与此同时，分布式的终端通信技术正在迅速发展，例如Ad Hoc网络技术、无线传感器网络技术等。因此，这些无需基站或服务器统一管理的独立对等节点之间的相互发现，即邻居发现机制，以及基于协作的多跳接力传输就成为研究的热点。

在当今工作和生活的网络应用中，由分布式节点形成的网络，由于内部使用的通信协议不同导致网络模式不同，致使不同模式的网络之间不能相互通信。例如，WiFi自组织网络内的节点和以太网局域网内的节点之间不能相互通信，GPRS网络内的节点与WiFi自组织网络内的节点不能相互通信。即使是相同模式的网络，由于地域限制或网络设置不同等因素，相互之间也无法进行通信。现存网络由于上述特征和应用上的限制，已经无法满足人们在工作和生活上对网络应用日益增长的需求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种多模异构网络融合方法，多模异构网络中的节点可以获得其他节点的网络接入能力，然后进行数据跨网接力传输，从而实现多模异构网络的融合。

为实现上述发明目的，本发明多模异构网络融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、多模异构网络中的多模节点在启动时，首先检查本节点上可使用的网络接入模块，并记录所有网络接入模块的工作状态，并生成本地节点信息；本地节点信息包括本地节点标识、Ethernet模块工作状态、WiFi模块工作状态、GSM/GPRS模块工作状态和CDMA模块工作状态，如果Ethernet模块、WiFi模块是正常工作的，则它们的工作状态为IP，否则工作状态为“关”，如果GSM/GPRS模块或CDMA模块是正常工作的，则工作状态为它们的SIM卡号码，否则工作状态为“关”；如果GSM/GPRS模块或CDMA模块处于正常工作状态，则导入一个号码簿，其中包含需要在G网和C网内进行通信的用户号码；节点启动后周期性检测各模块工作情况，如有变化，及时更新节点信息；

(2)、多模异构网络中多模节点的网络接入模块一旦进入正常工作状态，则Ethernet模块和WiFi模块加入各自对应的同构局域网；GSM/GPRS模块和CDMA模块则注册进入G网和C网；

(3)、多模异构网络中多模节点的网络接入模块在进入相应局域网、G网或C网后，在各自局域网、G网或C网内与其他节点上同模式的模块互通信息，交换节点信息，生成邻居信息表；

多模节点上的模块发起的信息交互存在优先级，最先通过Ethernet模块或WiFi模块在其局域网内信息交互，其次为GSM/GPRS模块，最后是CDMA模块；

如果一个多模节点通过Ethernet模块或WiFi模块所收集到的节点信息中，G号码或C号码在本地号码簿中出现过，则不需要再通过GSM/GPRS模块或CDMA模块与这些号码通信；

(4)、多模节点查询邻居信息表，并对照本地邻居节点的本地节点信息，选出同时具有Ethernet模块和WiFi模块的多模节点作为网关节点；

(5)、网关节点交换不同局域网内的节点信息，使局域网内的节点获得其他局域网内所有节点的节点信息；如果网关节点收到的节点信息不属于本节点所属的任何网络内，就继续转发广播，多模节点继续更新邻居信息表；网关节点的转发过程所使用的网络模块也是具有优先级的，优先级顺序从高到低为Ethernet模块、WiFi模块、GSM/GPRS模块、CDMA模块；

通过本步骤，各节点都得到其他所有节点的节点信息，从而都得到了完整的邻居信息表。

(6)、各局域网内的各模块均周期性地探测其它模块的工作情况，如发现有模块失效，则更新邻居信息表，失效模块对应的多模节点更新本地节点信息；网关节点将有变化的多模节点的节点信息，在更新后广播至其他局域网，其他局域网内的模块收到网关节点的广播信息后更新邻居信息表；

(7)、一个源节点发起向目的节点的数据传输时，源节点先根据完整邻居信息表的内容判断自己与目的节点的关系；如果两个节点在同一个局域网中，则不需要中继传输，直接通过相同模块发送和接收，如果源节点和目的节点不在同一个局域网中，源节点会依据完整邻居信息表和自己的节点信息选择最优的下一跳节点来中继，考虑到效率因素，选择中继模块的优先级从高到低为：Ethernet模块，WiFi模块，GSM/GPRS模块，CDMA模块。

针对由分布式节点形成的网络，由于内部使用的通信协议不同导致网络模式不同，致使不同模式的网络之间不能相互通信的问题，本发明提出了一种多模异构网络融合方法，首先通过检查多模节点的各网络接入模块的工作状态，获得各节点的本地节点信息；其次，接入相应的网络，在各自局域网、G网或C网内与其他节点上同模式的模块互通信息，交换节点信息，生成邻居信息表；然后，再根据邻居信息表选出同时具有Ethernet模块和WiFi模块的多模节点作为网关节点；最后网关节点交换不同局域网内的节点信息，都得到了完整的邻居信息表，这样源节点依据完整的邻居信息表将数据传输到目的节点，从而实现多模异构网络的融合。

附图说明

图1是本发明中多模节点的一种具体实施方式原理图；

图2是本发明中多模异构网络的一种具体实施方式拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1为本发明多模节点的一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图1所示，多模节点包括模块1～4，分别为Ethernet模块、WiFi模块、GSM/GPRS模块和CDMA模块，以USB2.0接口连接到USB HUB(集线器)上，最后通过USB2.0接口连接到节点主机上。上述节点连接方式及工作原理属于现有技术，在此不再赘述。

图2为本发明中多模异构网络的一种具体实施方式拓扑示意图。

在本实施例中，如图2所示，

步骤(1)、当多模节点启动时，首先进行本地模块检测，由于实际应用中的需要，多模节点开启的网络模块数量不等，如图2所示，有的节点仅单模工作，有的节点可以开启部分网络模块或者开启全部网络模块。检测完毕后生成本地节点信息。本地节点信息包括本地节点标识、Ethernet模块(E模块)工作状态、WiFi模块(W模块)工作状态、GSM/GPRS模块(G模块)工作状态和CDMA模块(C模块)工作状态。如果E模块或W模块是正常工作的，则工作状态为IP，否则工作状态为“关”。如果GSM/GPRS模块或CDMA模块是正常工作的，则工作状态为SIM卡号码，否则工作状态为“关”。

如果GSM/GPRS模块或CDMA模块处于正常工作状态，则导入一个号码簿，其中包含需要在G网和C网内进行通信的用户号码。例如图2中，节点1的C模块处于正常工作状态，节点1导入C网号码簿，号码簿中包括节点6、节点7、节点8、节点9的C模块SIM号码。一个节点可以创建多个号码簿，根据实际的通信需要，切换号码簿进行C网内部的通信。

随后本地节点进入定时本地监测，即周期性地检测本地所有模块的工作状态，如果有新模块开启或工作中的模块失效，本地节点可随时发现并更新本地节点信息。

步骤(2)、各多模节点上各工作中的模块自动加入属于自己的同构局域网。如图2中的六个相互独立的局域网。例如图2中的节点1，四个模块均正常工作，因此这四个模块分别加入相互独立的四个局域网，Ethernet模块加入局域网1，GSM/GPRS模块依G-SIM卡注册进入G网，WiFi模块加入无线局域网3，CDMA模块依C-SIM卡进入C网。这四个网络之间，由于模式不同相互之间无法通信。另外，同构局域网之间也可能无法通信。

假设：局域网1和局域网4虽然是相同模式的局域网，由于分别处于两个遥远地区，多模节点之间也没有路由器连接，导致这两个局域网之间无法通信；局域网3和局域网6也是相同模式的局域网，但是由于无线覆盖范围受限，两个局域网距离较远，因此相互间也是无法通信的。

多个无线模块(W模块)可以一同形成一定覆盖范围的Ad Hoc网络，以太网模块(E模块)也可以依据现有的成熟以太网技术构建局域网，GPRS模块(G模块)和CDMA模块(C模块)可以借助移动和联通业务构建符合应用需要的网络。

步骤(3)、同一个局域网内的模块之间相互交换多模节点信息，多模节点信息中包括节点标识和各模块工作状态。多模节点依据各模块在各自局域网中收集的节点信息建立邻居信息表，并且本地节点信息始终处于邻居信息表的最顶端。这里需要注意，多模节点上的单个模块仅在自己所处的局域网内与其他模块发送与接收节点信息。多模节点上的模块发起的信息交互存在优先级，最先通过E模块和W模块在其局域网内信息交互，其次为G模块，最后是C模块。如果一个多模节点通过不同的模块收集到同一个多模节点的节点信息，则将最近一次的节点信息更新到邻居信息表中。

如果一个多模节点通过E模块或W模块所收集到的节点信息中，G号码或C号码在本地号码簿中出现过，则不需要再通过G模块或C模块与这些号码通信。

我们结合图2，举例说明本步骤的实现过程。

例1：多模节点只有一个网络模块处于正常工作状态，如图2中的节点5。节点5通过W模块与节点1的W模块和节点4的W模块相互交换节点信息，节点5可得到节点1与节点4的节点信息，建立自己的邻居信息表，如表1所示。

节点ID	W模块状态	E模块状态	G模块状态	C模块状态
					5	W-IP5(局域网3)	关	关	关
1	W-IP1(局域网3)	E-IP1(局域网1)	G号码1(G网)	C号码1(C网)
					4	W-IP4(局域网3)	E-IP4(局域网4)	G号码4(G网)	关

表1

例2：多模节点上所有网络模块均开启，如图2中的节点1。同样的，节点1通过E模块在局域网1内与E2和E3交换节点信息，得到节点2和节点3的节点信息。节点1通过W模块在局域网3内的信息交互得到节点4和节点5的信息。同样地，节点1通过C模块在C网内，根据号码簿与节点6、节点7、节点8和节点9上的C模块进行节点信息交互得到这四个节点的节点信息。因此节点1可得到节点2～节点9的节点信息，建立自己的邻居信息表，如表2所示。

节点ID	W模块状态	E模块状态	G模块状态	C模块状态
					1	W-IP1(局域网3)	E-IP1(局域网1)	G号码1(G网)	C号码1(公C网)
2	关	E-IP2(局域网1)	G号码2(G网)	关
					3	关	E-IP3(局域网1)	G号码3(G网)	关
4	W-IP4(局域网3)	E-IP4(局域网4)	G号码4(G网)	关
					5	W-IP5(局域网3)	关	关	关
6	W-IP6(局域网6)	关	关	C号码6(共C网)
					7	W-IP7(局域网6)	关	关	C号码7(共C网)
8	关	关	关	C号码8(共C网)
					9	W-IP9(局域网6)	E-IP9(局域网4)	关	C号码9(共C网)

表2

例3：节点1通过E模块在局域网1中获得节点2和节点3的节点信息。节点2和节点3的信息中包含了各自的G模块号码，节点1查询G模块号码簿，发现节点2和节点3的G号码存在于号码簿中，因此节点1不需要通过G模块再与节点2和节点3的G模块互通节点信息。同理，节点1通过W模块得到了节点4的G模块号码，因此节点1也不需要通过G模块再与节点4互通节点信息。但是节点1必须通过C模块与节点6、7、8、9互通节点信息。

步骤(4)、某些多模节点只开启一个模块工作，例如图2中的节点5，节点11和节点12。这些节点只接入唯一的局域网，因此它们只能通过唯一的局域网得到少量的节点信息。为了使这些节点能得到其他局域网中的节点信息，每个局域网中需要选出网关节点。每个节点都是根据邻居信息表选择网关节点的。多模节点依据邻居信息表中各节点的节点信息和本节点的节点信息，将同时拥有E模块和W模块的多模节点首先选为网关。例如图2中，节点1被选为为局域网1、局域网3的网关节点，节点4被选为局域网3和局域网4的网关节点，节点9被选为局域网4和局域网6的网关节点。

步骤(5)各局域网内的网关节点被选出之后，网关节点就可以通过自身的各模块将多个局域网中更多的节点信息相互告知。网关节点的转发过程所使用的网络模块也是具有优先级的，优先级顺序从高到低为E模块、W模块、G模块、C模块。通过这样一个步骤，可让各节点都得到其他所有节点的节点信息。每个节点都得到了完整的邻居信息表，如表3所示。

表3

完整的邻居信息表对下一步的数据传输路由起到至关重要的作用。下面我们结合图2举例说明网关转发的过程。

举例：节点9通过上述几个步骤得到节点4、6、7、10、11、12的节点信息并被选为网关。节点9将节点6、7、10的节点信息广播至局域网4，也将节点4、11、12的节点信息广播至局域网6。相同地，节点4也将局域网3和局域网4内的节点信息相互转发广播，节点1将局域网1和局域网3内的节点信息相互转发。节点4还将局域网6内的节点信息广播给局域网3，节点1继续将局域网6内的节点信息广播至局域网1。反方向亦然。综上所述，如果网关节点收到的节点信息不属于本节点所属的任何网络内，就继续转发广播。此次转发完毕后，节点再根据获得的G号码和C号码，对照本地G号码簿和C号码簿，决定C网内和G网内的网关，继续通过G网和C网转发节点信息。

步骤(6)、实际应用中，多模节点上的模块会出现突发性的失效，例如断电，损坏或死机等原因所导致。如果节点上的模块失效，失效模块所在的节点能够通过步骤1发现并更新本地节点信息，但是此节点无法通过这个已失效的模块在其对应的局域网内向其他模块告知此失效情况。此步骤就是让局域网内的每个正常模块周期性地探测网内其他模块的工作情况。如果有模块失效，其他的模块也能通过此步骤发现有模块失效并更新邻居信息表。网关节点将这个已更新的节点信息转发出去，让其他局域网内的节点也知道有节点信息变化并更新自己的邻居信息表。

假设：图2中节点1的W模块失效，首先节点自我探测到W模块失效，立即更新本地节点信息。在局域网3中节点5和节点4的W模块均向节点1的W模块多次发送请求应答的信息，但是在规定时间内均没有收到来自节点1W模块的任何回复信息，因此节点5与节点4判断节点1的W模块失效了。节点5与节点4立即更新邻居信息表以适应网络的变化。随后，节点1将自己改变后的节点信息广播到局域网1中，节点4将更新后的节点1的节点信息广播到局域网4中。节点9在局域网4中接收到节点4发送的广播信息并将此信息继续广播到局域网6中。节点1还通过C模块将自己的节点信息告知节点8。整个过程中，凡是接收到广播信息的节点均将节点信息更新至自己的邻居信息表中。

步骤(7)、一个源节点发起向目的节点的数据传输时，源节点先根据邻居信息表的内容判断自己与目的节点的关系，如果两个节点在同一个局域网中，则不需要中继传输，直接通过相同模块发送和接收。如果源节点和目的节点不在同一个局域网中，源节点会选择最优的下一跳节点来中继。考虑到效率因素，选择中继模块的优先级为(从高到低)：E模块，W模块，G模块，C模块。下面结合图2，列举两种有代表性的数据传输情景来说明数据传输过程。

情景1：源节点为节点4，目的节点为节点5。

节点4查询本地邻居信息表，确定本节点的W模块与节点5的W模块同处于局域网3，因此节点4选择局域网内通信，不进行中继选择。节点4通过W模块将数据发送至节点5的W模块。

情景2：源节点为节点2，目的节点为节点10。

节点2查询本地邻居信息表，确定本节点与节点10没有任何同类型的模块。因此需要寻找中继节点。节点2在邻居信息表中寻找可以从局域网1连通至局域网6的节点路径，如表4所示。

表4

由于有多条路径可达，于是按照优先级选择最优下一跳。依据表2，节点2选择路径1的效率和开销最小。在图2中，给出了节点2到节点10的最优路径。中继节点收到数据后，根据数据包中的目的节点信息判断自己是否为数据接收方，如果是，数据传输则终止，如果不是则继续寻找中继路径，同时也形成一个路由表，表中的起始模块则改为中继节点上工作的模块。由于路由表是参照目的节点信息和各节点的邻居信息表产生的，因此如果异构网络中，模块失效导致邻居信息表发生变化，则路由表可能发生变化。路由表具有临时性和自适应性，可以根据网络的变化而实时改变，因此能够很好地保障数据传输路径的通畅，提高数据传输的成功率。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种多模异构网络融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、多模异构网络中的多模节点包括Ethernet模块、WiFi模块、GSM/GPRS模块和CDMA模块四个网络接入模块，在启动时，首先检查本节点上可使用的网络接入模块，并记录所有网络接入模块的工作状态，并生成本地节点信息；本地节点信息包括本地节点标识、Ethernet模块工作状态、WiFi模块工作状态、GSM/GPRS模块工作状态和CDMA模块工作状态，如果Ethernet模块、WiFi模块是正常工作的，则它们的工作状态为IP，否则工作状态为“关”，如果GSM/GPRS模块或CDMA模块是正常工作的，则工作状态为它们的SIM卡号码，否则工作状态为“关”；如果GSM/GPRS模块或CDMA模块处于正常工作状态，则导入一个号码簿，其中包含需要在G网和C网内进行通信的用户号码；节点启动后周期性检测各模块工作情况，如有变化，及时更新节点信息；

(2)、多模异构网络中多模节点的网络接入模块一旦进入正常工作状态，则Ethernet模块和WiFi模块加入各自对应的同构局域网；GSM/GPRS模块和CDMA模块则注册进入G网和C网；

(3)、多模异构网络中多模节点的网络接入模块在进入相应局域网、G网或C网后，在各自局域网、G网或C网内与其他节点上同模式的模块互通信息，交换节点信息，生成邻居信息表；

多模节点上的模块发起的信息交互存在优先级，最先通过Ethernet模块或WiFi模块在其局域网内信息交互，其次为GSM/GPRS模块，最后是CDMA模块；

如果一个多模节点通过Ethernet模块或WiFi模块所收集到的节点信息中，G号码或C号码在本地号码簿中出现过，则不需要再通过GSM/GPRS模块或CDMA模块与这些号码通信；

(4)、多模节点查询邻居信息表，并对照本地邻居节点的本地节点信息，选出同时具有Ethernet模块和WiFi模块的多模节点作为网关节点；

(5)、网关节点交换不同局域网内的节点信息，使局域网内的节点获得其他局域网内所有节点的节点信息；如果网关节点收到的节点信息不属于本节点所属的任何网络内，就继续转发广播，多模节点继续更新邻居信息表；网关节点的转发过程所使用的网络模块也是具有优先级的，优先级顺序从高到低为Ethernet模块、WiFi模块、GSM/GPRS模块、CDMA模块；

通过本步骤，各节点都得到其他所有节点的节点信息，从而都得到了完整的邻居信息表；

(6)、各局域网内的各模块均周期性地探测其它模块的工作情况，如发现有模块失效，则更新邻居信息表，失效模块对应的多模节点更新本地节点信息；网关节点将有变化的多模节点的节点信息，在更新后广播至其他局域网，其他局域网内的模块收到网关节点的广播信息后更新邻居信息表；

(7)、一个源节点发起向目的节点的数据传输时，源节点先根据完整邻居信息表的内容判断自己与目的节点的关系；如果两个节点在同一个局域网中，则不需要中继传输，直接通过相同模块发送和接收，如果源节点和目的节点不在同一个局域网中，源节点会依据完整邻居信息表和自己的节点信息选择最优的下一跳节点来中继，考虑到效率因素，选择中继模块的优先级从高到低为：Ethernet模块，WiFi模块，GSM/GPRS模块，CDMA模块。

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