CN102026098A - 通信网络及其路由方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信网络及其路由方法和装置，其中该路由方法包括：在通信网络的部分或全部节点之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路；以及在通信网络中的第一节点请求寻找至第二节点的路由时，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一。根据本发明的技术方案，能够显著减少路由建立过程中的网络通信量，并且能够在动态变化的环境中通过逻辑路由链路的动态调整而快速地适应网络变化。

Description

通信网络及其路由方法和装置

技术领域

本发明涉及数据通信领域，更具体地涉及一种通信网络及其路由方法和装置。

背景技术

无线网状网(WMN，Wireless Mesh Network)是新型的宽带无线网络，不同于传统的无线网络，可以看成是固定接入点(AP，Access Point)和自组织Ad hoc网络的融合，也是移动Ad hoc网络的特殊形态，它既继承了Ad hoc网络本身的特点，如具有自我配置，自我协调，自我管理，自我组织的特点，同时又有着特殊性，如节点类型不同，功能不同，移动性不相同的特点。图1示出了WMN网络的基本架构。如图1所示，在WMN网络中，由几个骨干路由器构成骨干网络，多个客户端通过这些路由器接入到网络中。

由于WMN的特点，在设计WMN路由协议时，可以考虑利用其特点，对干扰、资源共享、路由建立和维护等进行最大性能优化。由于网络具有很强的机动性，大部分路由算法例如通常采用的洪泛路由方式只能通过被动地接收路由改变的消息来更新路由，在路径发生变化时既需要消耗较多的网络带宽又不能做出及时反应，因此整个网络服务不能够在动态环境下较为稳定地运行。

由上可知，建立一个稳健的路由算法对网络性能的影响非常大。现有的技术在寻找和建立路由等方面还不够完善，网络鲁棒性有待提高。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图用来确定本发明的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本发明的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

鉴于现有技术的上述情形，本发明的目的是提供一种通信网络及其路由方法，其考虑到网络拓扑多变的实际情况，能够降低路由算法的反应延迟、提高路由鲁棒性和网络流量公平性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种通信网络中的路由方法，其包括：在通信网络的部分或全部节点之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路；以及在通信网络中的第一节点请求寻找至第二节点的路由时，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一。

根据本发明的另一个方面，提供了一种通信网络，其包括：至少一个节点，其相互之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路；第一节点，其在请求寻找至第二节点的路由时，发送建立路由所需的路由请求消息；以及第二节点，其在收到来自所述第一节点的路由请求消息时，发送相应的路由答复消息，或者在所述第二节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，由所述第二节点所接入的逻辑路由链路成员节点在收到来自所述第一节点的路由请求消息时代替所述第二节点发送所述路由答复消息，其中，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递所述路由请求消息和所述路由答复消息中的至少之一。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种通信网络中的节点，其与所述通信网络中的至少一个其它节点形成基于逻辑图的逻辑路由链路，以便在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一，所述节点包括：逻辑路由链路建立单元，其被配置成在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路；逻辑路由链路加入单元，其被配置成在启动后侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路；逻辑路由链路合并单元，其被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点，并且侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路；以及逻辑路由链路退出单元，其被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

根据本发明的另一个方面，还提供了用于实现上述通信网络中的路由方法的计算机程序产品。

根据本发明的另一个方面，还提供了计算机可读介质，其上记录有用于实现上述通信网络中的路由方法的计算机程序代码。

根据本发明的上述技术方案，在诸如WMN网络的通信网络中，在诸如WMN骨干路由器的网络节点之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路，并且在第一节点如第一WMN客户端请求寻找至第二节点如属于不同WMN路由器的第二WMN客户端的路由时，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一。这样，与诸如洪泛路由方式的现有技术相比，能够显著减少路由建立过程中的网络通信量，并且能够在动态变化的环境中通过逻辑路由链路的动态调整而快速地适应网络变化。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的详细描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并形成说明书的一部分，用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1示出了WMN网络的基本架构；

图2示出了根据本发明实施例的通信网络中的路由方法的总体流程图；

图3示出了根据本发明实施例的WMN网络的路由结构示意图；

图4与图5示出了根据本发明实施例的逻辑路由环的建立和加入处理流程；

图6示出了根据本发明实施例的逻辑路由环的维护处理流程；

图7示出了根据本发明实施例的逻辑路由环的动态更新处理流程；

图8示出了根据本发明实施例的正常退出情况下的逻辑路由环的退出处理流程；

图9示出了根据本发明实施例的非正常退出情况下的逻辑路由环的修复处理流程；

图10示出了根据本发明实施例的逻辑路由环的合并处理流程；

图11示出了根据本发明实施例的WMN网络中的路由节点的结构框图；

图12示出了根据本发明实施例的WMN网络中的网络节点的一般性结构框图；

图13示出了图12所示的网络节点1200的应用层数据处理模块1220中发送数据的处理流程；

图14示出了图12所示的网络节点1200的应用层数据处理模块1220中接收数据的处理流程；

图15示出了图14所示的步骤S1430的具体处理流程；

图16示出了图12所示的网络节点1200的路由维护模块1240中路由建立的处理流程；

图17示出了图12所示的网络节点1200的路由维护模块1240中接收Request消息的一般处理流程；

图18示出了路由维护模块1240中接收Reply消息的一般处理流程。

图19示出了在其中可以实现根据本发明实施例的路由方法和/或装置的信息处理设备的示例性结构的框图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其它元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其它细节。

首先将参考附图2描述根据本发明实施例的通信网络中的路由方法。

图2示出了根据本发明实施例的通信网络中的路由方法的总体流程图。

如图2所示，首先，在步骤S210，在通信网络的部分或全部节点之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路。

然后，在步骤S220，在通信网络中的第一节点请求寻找至第二节点的路由时，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一。

在此，所述第一节点和所述第二节点可以是逻辑路由链路的成员节点，也可以不是逻辑路由链路的成员节点。

优选地，所述逻辑图为逻辑环。

优选地，所述逻辑环为圆形环或星型环。

优选地，所述逻辑路由链路是动态可变的。

优选地，所述第一节点周期性地发送所述路由请求消息。

优选地，在所述第一节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第一节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第一节点的所述路由请求消息。

优选地，所述第二节点在接收到来自所述第一节点的所述路由请求消息时周期性地发送相应的所述路由答复消息。

优选地，在所述第二节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第二节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第二节点的所述路由答复消息，或者代替所述第二节点发送所述路由答复消息。

优选地，当多个第一节点向同一个第二节点索取相同数据时，根据所索取的数据的数据类型，所述第二节点通过单播方式将所述数据传送到所述多个第一节点的公共路由节点，然后由所述公共路由节点以组播方式将所述数据分发给所述多个第一节点。本优选实施例适用于视频点播系统(VOD)等高数据传输量应用，通过该方法可以减少视频流等巨量数据的带宽占用，提高QoS质量。

优选地，节点在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路，而在侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路。

优选地，所述逻辑路由链路的成员节点在侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路。

优选地，所述逻辑路由链路的成员节点通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

优选地，所述逻辑路由链路的成员节点通过其与相邻节点之间的一跳问候消息和在所述逻辑路由链路中始终传递的逻辑路由链路信息统计消息来维护所述逻辑路由链路。

优选地，所述逻辑路由链路的成员节点在侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点非正常退出的情况下，通过向相关节点发送修复消息来修复所述逻辑路由链路。

优选地，所述逻辑路由链路的成员节点在侦测到存在优于当前逻辑路由链路的逻辑路由链路的情况下，通过向相关节点发送更新消息来更新所述逻辑路由链路。

下面以WMN网络为例对根据本发明实施例的技术方案的具体实施方式进行详细说明。但是，本领域的技术人员应当清楚，本发明不局限于应用到WMN网络中，并且本发明的原理可以容易地扩展到例如Ad hoc自组织网络、拓扑快速变化的有线网络等其它通信网络。

图3示出了根据本发明实施例的WMN网络的路由结构示意图。如图3所示，由WMN网络中的骨干路由器C、D、E和F形成基于逻辑环的逻辑路由链路(简称为逻辑路由环)，所有这些路由器通过上一跳和下一跳地址连接成一个环，例如，在骨干路由器C下的客户端A由于要发送数据到骨干路由器E下的客户端B而请求寻找至客户端B的路由时，建立路由所需的Request(路由请求)和Reply(路由答复)消息以单播方式沿着逻辑路由环传递来发现路由。此外，骨干路由器C、D、E和F下的各个客户端节点在其各自的子网内采用例如洪泛路由方式维护路由，从而通过两种路由方式构成混合式多层次路由体系。

在此，骨干路由器C、D、E和F组成骨干网络，为全网提供路由服务。通过在由骨干路由器C、D、E和F形成的逻辑路由环上以单播方式传递Request和Reply消息来遍历整个骨干网络，可以显著减少干路的路由负载，从而极大地减少了路由的开销。

优选地，为了提高路由发现的速度，可以从环的逆时针、顺时针两个方向同时发出两个Request消息，Request消息在沿途收集网络各个节点的信息，包括每个节点的邻居节点信息及其信号强度等等。在到达目标路由器后，路由器根据Request消息沿途收集的信息选择一条最优的路由途径，并且回复Reply消息。Reply消息沿途发送给路径节点，从而建立路由路径。

在此，Request消息每到达一个节点判断是否经过该节点，如果没有经过，则收集该节点的路由信息，包括该节点周围的邻居节点及其接收信号强度、延迟、负载等等。由于环路沿不同方向发送了两个Request消息，因此当目标节点接收到两个Request消息后一定能够获得整个网络的信息。通过最优化算法可以得到一个最佳的路由路径。

优选地，最佳的路由路径是通过不同的QoS需求定制的。一种具体实施例是，在语音服务时，可以采用跳数和延迟最小的路径；在视频传输时，考虑延迟小、接收信号强度高的路径；在传输文件时，可以使用沿途负载最小的路径，等等。

优选地，由于传统洪泛方式可以有效得到全局最优路由，在QoS保障要求较高的时候可以考虑结合采用。例如，可以使用Request消息在逻辑路由环上单播，Reply消息洪泛的方式。在Reply消息回路上收集各个节点信息，在Request消息始发节点计算最佳的路由信息；或者Request消息洪泛，目标节点计算最优的路由方式在逻辑路由环上回复单播Reply消息。

下面对逻辑路由环的建立、维护、加入、退出、修复和合并过程进行具体描述。

逻辑路由环的各个成员节点都拥有一个环链路表，该表记录了链路经过的每一个环中成员及其信息。该信息可以包括接收信号强度、延迟、负载等等。该信息的获取是通过逻辑路由环中始终传递的逻辑路由环信息统计消息来维护，稍后将对该消息进行详细说明。此信息可以用于节点加入逻辑路由环以及逻辑路由环修复和更新。

由IP地址最小的节点申明自己为根节点。逻辑路由环统计消息包括根节点IP，环序列号，环按序历经节点地址，节点总个数，环总延迟、环总负载等信息。

根节点负责统计网络中节点个数，环全局延迟以及负载等等信息，并负责维护逻辑路由环统计消息。

当一个节点发现逻辑路由环统计消息中的根节点IP比自己大，则将逻辑路由环统计消息中根节点域改为自己的IP地址，并自动成为根节点。

每次逻辑路由环统计消息到达根节点后，根节点更新换序列号。

当根节点通过序列号发现网络中存在多个逻辑路由环统计消息包时，则删除除序列号最新的消息之外所有的包，保证整个网络之中存在一个逻辑路由环统计消息。

下面参照图4和5来描述逻辑路由环建立和加入的过程。

如图4所示，非环路由器节点启动后首先在步骤S410侦听周围的一跳Hello(问候)消息，然后在步骤S420确定是否在一定时间内收到任何来自某个环中节点的Hello消息。

如果步骤S420的确定结果为“否”，即没有收到任何Hello消息，则在步骤S430申明自己为根节点，形成孤立环，否则在步骤S440，广播发送Join(加入)消息。

环中节点在步骤510接收到该Join消息后根据当前本节点前后链路的情况给出建议的下一跳地址表，该地址一般是该节点的下一跳地址，然后发送单播Join Reply(加入答复)消息。

非环节点在步骤S450在一定时间内收集所有接收到的Join Reply消息，在步骤S460分析Join Reply消息中的延迟、RSSI等信息以决定是否加入逻辑路由环。

如果在步骤S460决定不加入，则非环节点在步骤S470回复JoinNegative(加入拒绝)消息，否则在步骤S480确定下一跳地址和接受的接入环节点地址，并且向接入环节点和下一跳节点发送Join Confirm(加入确认)消息。

在步骤S520，接入环节点若收到Join Confirm消息，则根据该消息中的下一跳指示修改自己的前后链路表以加入该节点，若收到JoinNegative消息，则终止加入节点过程，另外若等待时间超时，也退出加入节点过程。

此外，下一跳节点在收到Join Confirm消息后也根据该消息修改自己的前后链路表。

下面参照图6和7来描述逻辑路由环的维护和动态更新过程。

环中节点通过其与相邻节点之间的一跳Hello消息和在逻辑路由环中始终传递的逻辑路由环信息统计消息来维护逻辑路由环。逻辑路由环统计消息包括根节点IP，环序列号，历史按序历经节点地址，本次按序历经节点地址记录，节点总个数，历史环总延迟，本次环总延迟，历史环总负载，本次环总负载等信息。

图6示出了逻辑路由环的维护过程。

如图6所示，在步骤S610，环中节点接收逻辑路由环统计消息。

接下来，在步骤S620，环中节点根据逻辑路由环统计消息中的信息更新本地信息，例如利用逻辑路由环统计消息中的上次按序历经节点地址更新本地按序历经节点地址信息等等，同时，更新逻辑路由环统计消息，例如将自己的地址填入本次按序历经节点地址记录，并且记录本节点的负载等等。

当根节点接收到逻辑路由环统计消息后，更新序列号，统计按序历经节点地址，更新历史按序历经节点地址，清空本次按序历经节点地址记录，统计节点总个数，历史环总延迟，历史环总负载，清空本次环总负载和本次环总延迟。

此外，当某节点发现逻辑路由环统计消息中根节点IP比自己的大，则更新逻辑路由环统计消息中的根节点域。

此外，当根节点接收逻辑路由环统计消息的时间超时，则根节点重新发送逻辑路由环统计消息。

接下来，在步骤S630，环中节点按照下一跳地址将逻辑路由环统计消息转发给下一个环中节点。如此，逻辑路由环统计消息可以沿着逻辑路由环传递到环中各个节点，从而完成逻辑路由环的维护。

图7示出了逻辑路由环的动态更新过程。

环中节点通过本地按序历经节点地址信息，可以获取整条环链路的连接情况，从而可以优化链路连接，例如将可能的星型环链路优化为圆环链路。对于接收信号强度发生变化的链路可以选择最优的链路。

另外，节点定期广播一跳的Hello消息并回复Hello Reply消息，因此可以获取邻居节点信息。

如图7所示，在步骤S710，环中节点分析本地按序历经节点地址信息，同时根据Hello消息知道周围节点情况，并且据此判断是否存在优于目前连接的环路。

在步骤S720，如果存在优于目前连接的环路，则环中节点发送Update(更新)消息给目标节点请求链路优化。Update消息包括更新前后本节点的前后链路情况，更新后目标节点的前后链路情况，以及该Update类型。基本的Update类型包括两种，第一种是信号强度改变而做出的更新，第二种链路路径优化。链路路径优化包括两种，一种是星型结构向环结构优化，一种是链路结构向环结构优化。

在步骤S730，目标节点收到Update消息后，分析请求合理性后更新自己的前后链路，同时回复Update Reply(更新答复)消息。若更新涉及下一节点，则发送Update消息给该节点。

在步骤S740，初始节点收到Update Reply后更新自己的链路。

下面结合图8和9来描述环中节点从逻辑路由环退出的过程。

环中节点从逻辑路由环退出分两种情况，一种是正常退出，另一种是由于链路意外中断导致的非正常退出

图8示出了正常退出情况下的退出处理流程。

如图8所示，在步骤S810，环中节点发送Exit(退出)消息给前后链路中的所有节点。该节点前后链路的节点包括两种，一种是该节点在圆环上连接的邻居，另一种是该节点形成的星型结构邻居。前者是环路进入和离开时该节点前后的节点，后者是只和该节点连接的路由器。

在步骤S820，在从前后链路的节点接收到Exit Confirm(退出确认)消息之后或者退出时间过期后，环中节点退出逻辑路由环。具体地说，圆环邻居尝试构成环路，如果不成功则环路形成为一个串行链路，而星型结构邻居脱离该环，重新尝试加入环。另外，若退出节点为根节点，则下一跳节点宣布自己为根节点，重新发送逻辑路由环统计消息。

图9示出了非正常退出情况下的修复处理流程。

如图9所示，在步骤S910，环中节点通过Hello消息发现下一跳节点非正常退出。如果该下一跳节点是根节点，则该节点宣布自己为根节点，以重新发送逻辑路由环统计消息。

接下来，在步骤S920，检查本地按序历经节点地址信息以及邻居节点表，取距离最近、最优的节点发送Recovery(修复)消息。

接下来，在步骤S930，相关节点接收到Recovery消息后，检查自己的本地按序历经节点地址信息以及邻居节点表。确认后更新自己的前后链路表，并发送Recovery Confirm(修复确认)消息。同时如果涉及下一跳节点，则还需要发送新的Recovery消息。

接下来，在步骤S940，节点收到Recovery Confirm消息后更新自己的前后链路表，从而完成逻辑路由环的修复。

下面结合图10来描述逻辑路由环的合并过程。

环中各个节点定期广播Hello消息，其中包括本环的特征序列号，该序列号使用根节点的IP和环建立时的时间作为两个参数随机生成的序列号。特征序列号在逻辑路由环统计消息中记录。这样，另一逻辑路由环中的节点可以据此发现此逻辑路由环的存在，从而通过发送Merge(合并)消息来与其进行合并。

具体地说，如图10所示，在步骤S1001，环中节点接收邻居节点的Hello消息。

然后，在步骤S1003，检查收到的Hello消息中的特征序列号是否与本地保存的特征序列号相同，以判断是否存在陌生环。

当在步骤S1003发现收到的Hello消息中的特征序列号与本地保存的特征序列号不相同时，则认为该邻居节点属于陌生环。在这种情况下，在步骤S1005，发送Merge消息给该邻居节点。Merge消息包含本节点所在的环各个属性，具体包括环内节点总数、节点特征号、建议的下一跳节点表等信息。

在步骤S1007，邻居节点收到Merge消息后，比较Merge消息中的环内节点总数和其所在环内节点总数以确定合并方式。在步骤S1009，若本节点所在的环节点数量较多，则回复Merge Reply(合并答复)消息时要求对方环向本环合并，给出建议的下一跳节点表，同时更新本地相应前后链路；否则在回复Merge Reply消息时，本环按照建议的下一跳节点表向对方环合并，同时告知加入环的方式。

在步骤S1011，节点接收到Merge Reply消息后，如果是对方环向本环合并，则更改相应的前后链路；如果是本节点向对方环合并，则按照建议的下一跳节点表向对方环合并。

优选地，为了保障路由最优性，WMN网络中的路由器节点正在发送来自应用层的数据包或者正在转发来自其子网客户端节点的数据包时周期性地发送Request消息，或者正在接收发给其本身或其子网客户端节点的数据包时周期性发送Reply消息。

虽然在上面讲述了基于逻辑路由环的逻辑路由链路是由WMN网络中的部分节点即其骨干路由器形成的，但是在本发明应用于例如Adhoc自组织网络的情况下，该逻辑路由链路也可以由该网络中的全部节点形成。

另外，虽然在上面讲述了逻辑路由链路是基于逻辑环的，但是本发明不限于此，并且同样适用于除了逻辑环之外的其它逻辑图。

下面结合附图11来描述根据本发明实施例的路由器节点。

图11示出了根据本发明实施例的路由器节点1100的结构框图，其中，为了简明起见仅仅示出了与本发明密切相关的部分。

如图11所示，根据本发明实施例的路由器节点1100可以包括逻辑路由链路建立单元1110、逻辑路由链路加入单元1120、逻辑路由链路合并单元1130、以及逻辑路由链路退出单元1140。

逻辑路由链路建立单元1110可以被配置成在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路。

逻辑路由链路加入单元1120可以被配置成在启动后侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路。

逻辑路由链路合并单元1130可以被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点，并且侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路。

逻辑路由链路退出单元1140可以被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

此外，路由器节点1100还可以包括逻辑路由链路维护单元1150，其可以被配置成通过所述节点与相邻节点之间的一跳问候消息和在所述逻辑路由链路中始终传递的逻辑路由链路信息统计消息来维护所述逻辑路由链路。

此外，路由器节点1100还可以包括逻辑路由链路修复单元1160，其可以被配置成在所述节点是所述逻辑路由链路的成员节点，并且侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点非正常退出的情况下，通过向相关节点发送修复消息来修复所述逻辑路由链路。

此外，路由器节点1100还可以包括逻辑路由链路更新单元1170，其可以被配置成在所述节点是所述逻辑路由链路的成员节点，并且侦测到存在优于当前逻辑路由链路的逻辑路由链路的情况下，通过向相关节点发送更新消息来更新所述逻辑路由链路。

通过阅读前面给出的相应处理的描述，路由器节点1100的各个组成部件的功能如何实现就变得很清楚了，所以在此就不再赘述了。

在此需要说明的是，图11所示的路由器节点1100的结构仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对图11所示的结构框图进行修改。

上面对WMN网络的骨干网络部分进行了重点描述，下面将具体描述WMN网络的节点的一般性结构。

图12示出了根据本发明实施例的网络节点1200的一般性结构框图。

如图12所示，网络节点1200可以包括上层数据缓存池1210、应用层数据处理模块1220、数据缓冲池1230、路由维护模块1240、路由表1250、数据发送模块1260、数据接收模块1270、以及底层数据缓冲池1280。

上层缓冲池1210的功能是接受来自应用层的数据包，等待应用数据模块1220处理。

应用层数据处理模块1220的功能是将每一个应用数据打包，通过查询路由表1250来给出下一跳路由，如果没有路由则向路由维护模块1240申请寻找，同时将数据缓存到数据缓冲池1230。

数据缓冲池1230的功能是缓存暂时没有找到路由的应用层数据，当路由维护模块1240发现新路由后将该数据缓冲池内的相关数据包发送出去，并删除缓冲池内容；

路由维护模块1240的功能是维护路由最新状态，发现新路由，删除旧路由，及时发现路由错误，转发找到路由的应用层数据。

路由表1250的功能是记录路由信息，包括目的地址、下一跳地址，全网统一序列号，路由表项状态，路由过期时间，路由测度，跳数，接收信号强度，路由延迟，路由负载等信息。

数据发送模块1260的功能是向底层缓冲池1280插入即将发送到网络的数据。

数据接收模块1270的功能是从底层缓冲池1280读取应用层数据并交给应用层数据处理模块1220处理。

底层缓冲池1280的功能是接收找到路由的应用层数据以及来自路由维护模块1240的各种路由消息包，等待发送到网络中，以及从网络接收应用层数据以及各种路由消息包。

下面参照图13来具体描述应用层数据处理模块1220中发送数据的流程。

首先，在步骤S1310，应用层数据处理模块1220从上层缓冲池1210中提取待发送的应用层数据。

接下来，在步骤S1320，通过查询路由表1250来确定应用层数据要发往的目的地节点是否在某个路由表项中。

如果步骤S1320的确定结果为“是”，则在步骤S1330，确定查到的路由表项是否有效。

如果步骤S1330的确定结果为“是”，则在步骤S1360，将数据转发到数据发送模块1260，以通过其发送到网络。

如果步骤S1320的确定结果为“否”或者步骤S1330的确定结果为“否”，则将应用层数据缓存到数据缓冲池1230，并且向路由维护模块1240申请寻找路由，从而让其向网络发送Request(路由请求)消息。

下面参照图14和15来具体描述网络节点1200中接收和转发数据的流程。

如图14所示，首先，在步骤S1410，从底层缓冲池1280中提取接收数据包。

接下来，在步骤S1420，判断接收数据包的类型。

最后，在步骤S1430，按照类型来处理接收数据包。

下面将参照图15来具体描述图14中的步骤S1430的处理流程。

如图15所示，首先，在步骤S1510，确定接收数据包是否为发给自己的数据包或者广播数据包。

如果步骤S1510的确定结果为“是”，则在步骤S1520，将该接收数据包交给上层处理。

如果步骤S1510的确定结果为“否”，则步骤S1530，确定接收数据包需要转发，并且通过查询路由表1250来查找路由。

接下来，在步骤S1540，确定是否查到路由。如果步骤S1540的确定结果为“是”，则在步骤S1550，确定查到的路由是否有效。

如果步骤S1550的确定结果为“是”，则在步骤S1560，将接收数据包转发到数据发送模块1260，以通过其发送到网络。

如果步骤S1540的确定结果为“否”或者步骤S1550的确定结果为“否”，则将接收数据包缓存到数据缓冲池1230，并且向路由维护模块1240申请寻找路由，从而让其向网络发送一次Request(路由请求)消息。

下面将具体描述路由维护模块1240中路由建立和维护的过程。

图16具体描述了路由维护模块1240中路由建立的处理流程。

如图16所示，在步骤S1610，路由维护模块1240在收到应用层数据处理模块1220寻找路由的请求后发送Request消息寻找目的节点，并且等待接收相应的Reply消息。若经过一定时候后没有收到相应的Reply消息，则重新发送Request消息并且记录重发次数，如果重发次数超过最大设定值，则发出错误消息，并启用错误处理机制。

在步骤S1620，路由维护模块1620接收相应的Reply消息，并且根据该消息按照预定策略来确定最佳路由路径。

在步骤S1630，路由维护模块1620更新路由表，以便按照所确定的最佳路由路径发送相关的囤积数据包。

图17具体描述了路由维护模块1240中接收Request消息的一般处理流程。

如图17所示，首先，在步骤S1710，根据收到的Request消息，更新路由。

接下来，在步骤S1720，确定是否存在Request索求路由。

如果步骤S1720的确定结果为“是”，则在步骤S1730，回复Reply消息。

如果步骤S1720的确定结果为“否”，则在步骤S1740，确定是否需要继续广播Request消息。

如果步骤S1740的确定结果为“是”，则在步骤S1750，广播Request消息，否则在步骤S1760，抛弃Request消息。

图18具体描述了路由维护模块1240中接收Reply消息的一般处理流程。

如图18所示，首先，在步骤S1810，根据收到的Reply消息，更新路由。

接下来，在步骤S1820，确定是否到达Reply消息的目的节点。

如果步骤S1820的确定结果为“是”，则在步骤S1830，按照更新的路由发送相关的囤积数据包。

如果步骤S1820的确定结果为“否”，则在步骤S1840，确定是否需要继续转发Reply消息。

如果步骤S1840的确定结果为“是”，则在步骤S1850，转发Reply消息，否则在步骤S1860，抛弃Reply消息。

优选地，每次更新路由表后都在数据缓冲池1230内寻找是否有需要发送的数据。

优选地，在路由维护模块1240中采用动态发现路由的方法。当侦测到上层发送数据时，路由维护模块1240将周期性地发送Request消息。或者在从网络接收到发往自己的数据时，路由维护模块1240将周期性地发送Reply消息。该方法对于动态快速发现新路由，修正路由错误，自适应网络拓扑，提高链路稳定性有很大帮助。另外，为了防止重复发送的Request和/或Reply消息产生冗余路由开销，可以设置Request和/或Reply消息为不可重发的状态，并且只有在应用层需要的时候才开启此项功能。

优选地，路由维护模块1240进一步通过一跳问候(Hello)消息和问候答复(Hello Reply)消息来更新路由表。当节点接收到Hello消息后不立即更新路由，而是对该Hello消息回复Hello Reply消息。当收到HelloReply消息后更新路由表，记录该节点的延迟，负载信息等等，为路由建立提供信息。

优选地，Hello Reply消息包含自己节点以及收集到的所有其他节点信息。每隔T时间广播一次Hello消息，并且每T＊N时间根据在所有收到的Hello Reply消息中收集到的信息更新本节点的信息。

优选地，可以共享各层拥有的信息，比如有：链路质量，接收信号平均强度，节点延迟，节点各个逻辑连接负载等。链路质量可以通过计算单位时间内接收到的Hello数目进行估计，或者通过MAC层提供的LinkQuality参数获得；接收信号强度可以通过MAC层或者PHY层提供的信息获得；节点延迟可以通过MAC层获得，亦可以通过Hello和Hello Reply消息的时间戳来计算获得；节点各个逻辑连接负载可以通过应用层来获得。收集全局信息可以对路由以及应用层提供重要决策。比如决定多跳路由路径，通过综合信息以及数据类型可以决定最优的路由。但该信息不能替代Request-Reply消息作为路由发现，原因在于该信息不能保证可靠的双向链路。对于应用层，可以向上提供详细的链路负载信息，对于上层综合调度数据有决策辅助作用。

优选地，在路由维护模块1240中采用可靠的防路由环算法。节点在收到Request和Reply消息后先检查自己是否在已接收列表之列，若不在则将自己加入接收列表，否则丢弃该包。

优选地，当节点收到Error消息后，检查在路由表中问题节点是否正在作为转发节点，如果是则将路由表置为无效状态，通知其他节点该错误消息。

下面将进一步描述路由表1250的有关内容。

路由表中创建的每一个路由表项有过期时间，当到达过期时间后，路由没有被更新，则将其置为失效状态。

若失效状态过期前没有路由更新则删除该路由表项，并且发出Error消息并执行路由错误机制。

路由表记录了该路由的新旧程度，如果路由较新则它的序列号较大。序列号在接收到Request的时候与全网同步。

每次路由更新后，需要更新路由表项过期时间，将状态置为有效，将序列号与全网统一序列号同步。

优选地，网络节点获取并存储无线网状网各个节点信息、节点性能以及路径信息。当无线网状网上层发起业务请求时，网络节点调用各个节点信息，路径信息，性能参数，通过评估给出最佳路由路径；若路径唯一，且满足基本路由条件则直接使用；进一步地，基本路由条件是可以保障路由路径质量最基本条件，比如接收信号强度高于某一阈值；如果可选路径不唯一，则根据测度函数计算各条路径的测度，通过比较确定最优路径，测度函数可以是按照各种链路质量来综合评估出的，比如通过接收信号强度RSSI、延迟Delay以及负载强度Load，此时可以有如下的评估方式：

1)路由表项记录了各个节点的接收信号强度，当信号强度低于某一阈值后路由会被置为无效，防止以低速高误码率情况对其他节点造成干扰；

2)路由表项记录了各个节点的延迟，该延迟参数通过Hello消息交换获得，或者通过MAC层侦听获得。优先考虑延迟较小的节点成为路由；

3)路由表项记录了各个节点的应用层进出数据速率及其最大数据速率信息。该参数通过Hello消息交换获得，或者通过MAC层侦听获得。算法优先考虑占用速率较小，负载小的节点作为路由；

4)如果上层数据需要QoS保障，路由将首先将延迟作为主要评估的路由质量参数；当数据为Best efforts类型，则将负载作为主要衡量参数。

下面将具体描述骨干路由器与客户端Ad hoc网络的信息交互方式。

如图3所示，客户端Ad hoc网络联入路由器。路由器存在一个客户端目录，当其他路由器沿着逻辑环通过Request消息寻找客户端时，路由器在该目录寻找是否存在该客户端。若存在则计算一个最优路径，通过Reply消息沿着逻辑环回复。

路由器可以定期广播一个Invite消息。当客户端收到该消息后，根据自己的QoS类型决定是否接受该邀请。每个客户端接收到Invite消息后检查自己是否曾经接收到该消息，若收到过则丢弃。如果TTL不为零，则将自己地址记入该消息，继续转发。客户端可能收到多个Invite消息，客户端根据自己的QoS类型选择最优的接入路由器。另外，若客户端接受了该邀请，则单播一个Accept消息沿着Invite来路给骨干路由器进行注册。骨干路由器接收到Accept消息后，将该节点加入到本路由器客户端目录里。另外，骨干路由器不接受Invite消息。

客户端若寻找某目标客户端，则发出一个Request消息，若超过Request重发次数后仍没有找到路由，则单播发送Global Request消息给路由器请求协助寻找。

骨干路由器收到本地客户端寻找某客户端的Request请求后，首先查找本地客户端目录是否存在目的节点信息，若存在则丢弃该Request请求，因为通过传统洪泛方式一定能够在本地网络中寻找到。若不存在则发出骨干网络的Request消息向其他骨干路由器寻求路由信息。若收到Global Request消息则立即为其在骨干网络寻找路由信息。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。

因此，本发明的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。

在通过软件和/或固件实现本发明的实施例的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机，例如图19所示的通用个人计算机1900安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等等。

在图19中，中央处理单元(CPU)1901根据只读存储器(ROM)1902中存储的程序或从存储部分1908加载到随机存取存储器(RAM)1903的程序执行各种处理。在RAM 1903中，也根据需要存储当CPU 1901执行各种处理等等时所需的数据。CPU 1901、ROM 1902和RAM 1903经由总线1904彼此连接。输入/输出接口1905也连接到总线1904。

下述部件连接到输入/输出接口1905：输入部分1906，包括键盘、鼠标等等；输出部分1907，包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等等，和扬声器等等；存储部分1908，包括硬盘等等；和通信部分1909，包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等等。通信部分1909经由网络比如因特网执行通信处理。

根据需要，驱动器1910也连接到输入/输出接口1905。可拆卸介质1911比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等根据需要被安装在驱动器1910上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分1908中。

在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可拆卸介质1911安装构成软件的程序。

本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图12所示的其中存储有程序、与装置相分离地分发以向用户提供程序的可拆卸介质1911。可拆卸介质1911的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM 1902、存储部分1908中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的装置一起被分发给用户。

还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不脱离由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

Claims (34)

1.一种通信网络中的路由方法，包括：

在通信网络的部分或全部节点之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路；以及

在通信网络中的第一节点请求寻找至第二节点的路由时，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一。

2.如权利要求1所述的路由方法，其中所述逻辑图为逻辑环。

3.如权利要求2所述的路由方法，其中所述逻辑环为圆形环或星型环。

4.如权利要求1所述的路由方法，其中所述逻辑路由链路是动态可变的。

5.如权利要求1所述的路由方法，其中所述第一节点周期性地发送所述路由请求消息。

6.如权利要求1所述的路由方法，其中在所述第一节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第一节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第一节点的所述路由请求消息。

7.如权利要求1所述的路由方法，其中所述第二节点在接收到来自所述第一节点的所述路由请求消息时周期性地发送相应的所述路由答复消息。

8.如权利要求1所述的路由方法，其中在所述第二节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第二节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第二节点的所述路由答复消息，或者代替所述第二节点发送所述路由答复消息。

9.如权利要求1所述的路由方法，其中当多个第一节点向同一个第二节点索取相同数据时，根据所索取的数据的数据类型，所述第二节点通过单播方式将所述数据传送到所述多个第一节点的公共路由节点，然后由所述公共路由节点以组播方式将所述数据分发给所述多个第一节点。

10.如权利要求1所述的路由方法，其中节点在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路，而在侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路。

11.如权利要求1所述的路由方法，其中所述逻辑路由链路的成员节点在侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路。

12.如权利要求1所述的路由方法，其中所述逻辑路由链路的成员节点通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

13.如权利要求1所述的路由方法，其中所述逻辑路由链路的成员节点通过其与相邻节点之间的一跳问候消息和在所述逻辑路由链路中始终传递的逻辑路由链路信息统计消息来维护所述逻辑路由链路。

14.如权利要求1所述的路由方法，其中所述通信网络为无线网状网，并且所述逻辑路由链路的成员节点为所述无线网状网的骨干路由器。

15.如权利要求14所述的路由方法，其中所述无线网状网的客户端节点采用洪泛路由方式维护路由。

16.一种通信网络，包括：

至少一个节点，其相互之间形成基于逻辑图的逻辑路由链路；

第一节点，其在请求寻找至第二节点的路由时，发送建立路由所需的路由请求消息；以及

第二节点，其在收到来自所述第一节点的路由请求消息时，发送相应的路由答复消息，或者在所述第二节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，由所述第二节点所接入的逻辑路由链路成员节点在收到来自所述第一节点的路由请求消息时代替所述第二节点发送所述路由答复消息，

其中，在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递所述路由请求消息和所述路由答复消息中的至少之一。

17.如权利要求16所述的通信网络，其中所述逻辑图为逻辑环。

18.如权利要求17所述的通信网络，其中所述逻辑环为圆形环或星型环。

19.如权利要求16所述的通信网络，其中所述逻辑路由链路是动态可变的。

20.如权利要求16所述的通信网络，其中所述第一节点周期性地发送所述路由请求消息。

21.如权利要求16所述的通信网络，其中在所述第一节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第一节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第一节点的所述路由请求消息。

22.如权利要求16所述的通信网络，其中所述第二节点在接收到来自所述第一节点的所述路由请求消息时周期性地发送相应的所述路由答复消息。

23.如权利要求16所述的通信网络，其中在所述第二节点不是所述逻辑路由链路的成员节点时，所述第二节点所接入的逻辑路由链路成员节点周期性地转发来自所述第二节点的路由答复消息，或者代替所述第二节点发送所述路由答复消息。

24.如权利要求16所述的通信网络，其中当多个第一节点向同一个第二节点索取相同数据时，根据所索取的数据的数据类型，所述第二节点通过单播方式将所述数据传送到所述多个第一节点的公共路由节点，然后由所述公共路由节点以组播方式将所述数据分发给所述多个第一节点。

25.如权利要求16所述的通信网络，其中节点在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路，而在侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路。

26.如权利要求16所述的通信网络，其中所述逻辑路由链路的成员节点在侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路。

27.如权利要求16所述的通信网络，其中所述逻辑路由链路的成员节点通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

28.如权利要求16所述的通信网络，其中所述逻辑路由链路的成员节点通过其与相邻节点之间的一跳问候消息和在所述逻辑路由链路中始终传递的逻辑路由链路信息统计消息来维护所述逻辑路由链路。

29.如权利要求16所述的通信网络，其中所述通信网络为无线网状网，并且逻辑路由链路成员节点为所述无线网状网的骨干路由器。

30.如权利要求29所述的通信网络，其中所述无线网状网的客户端节点采用洪泛路由方式维护路由。

31.一种通信网络中的节点，其与所述通信网络中的至少一个其它节点形成基于逻辑图的逻辑路由链路，以便在所形成的逻辑路由链路上以单播方式传递建立路由所需的路由请求消息和路由答复消息中的至少之一，所述节点包括：

逻辑路由链路建立单元，其被配置成在启动后没有侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，形成孤立的逻辑路由链路；

逻辑路由链路加入单元，其被配置成在启动后侦测到相邻的逻辑路由链路成员节点的情况下，通过向其发送加入消息来加入所述逻辑路由链路；

逻辑路由链路合并单元，其被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点，并且侦测到相邻的另一逻辑路由链路的成员节点的情况下通过向其发送合并消息来合并所述逻辑路由链路和所述另一逻辑路由链路；以及

逻辑路由链路退出单元，其被配置成在所述节点已经是所述逻辑路由链路的成员节点的情况下，通过向相邻的逻辑路由链路成员节点发送退出消息来退出所述逻辑路由链路。

32.如权利要求31所述的节点，还包括逻辑路由链路维护单元，其被配置成通过所述节点与相邻节点之间的一跳问候消息和在所述逻辑路由链路中始终传递的逻辑路由链路信息统计消息来维护所述逻辑路由链路。

33.如权利要求31所述的节点，其中所述逻辑图为逻辑环。

34.如权利要求31所述的节点，其中所述通信网络为无线网状网，并且所述节点为所述无线网状网的骨干路由器。

Images