CN102368857B

CN102368857B - 无线Mesh网络域内切换方法

Info

Publication number: CN102368857B
Application number: CN 201110342567
Authority: CN
Inventors: 杨峰; 陈康先; 苏若常
Original assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Current assignee: GCI Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-11-03
Also published as: CN102368857A

Abstract

本发明公开了一种无线Mesh网络域内切换方法，该方法包括：用户终端STA发出第一切换请求消息；MPP根据所述第一切换请求消息中的MAP2的IP地址查找地址对应关系表，获得MAP2的MAC地址，并向MAP2发送第二切换请求消息；MAP2向MPP返回是否同意为STA预留资源的第二切换应答消息；MAP1在本身配置的地址绑定表中记录STA的IP、MAC地址与MAP2的IP地址的绑定信息；STA收到MAP1发送的切换通知消息后，断开与MAP1的连接，与MAP2建立连接。本发明实施例能够保证无线Mesh网络中STA可靠地切换到目标MAP上，而且不会出现数据包丢失及数据重复发送的问题。

Description

无线Mesh网络域内切换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线Mesh网络域内切换方法。

背景技术

无线Mesh网络技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。因此，无线Mesh技术和网络的研究开发与实际应用成为当前无线移动通信的热门课题之一。

无线Mesh网络中，切换机制保证了用户在切换时，通信不中断。现有技术构建了一个异构Mesh网络（“异构无线Mesh网络层次化平滑切换方案”，谢丽华，杨寿保，胡云等，计算机工程第36卷第4期，2010年2月），支持用户终端域内切换和域间切换。该异构Mesh网络具有四类节点：网状网节点（Mesh Point，MP）、网状网接入点（Mesh Access Point，MAP）、带入口的网状网节点（Mesh Point with a Portal，MPP）和用户终端（Station，STA）。802.11s中定义的无线Mesh网络架构如图1所示，基本服务集（BSS）不需要直接连接到有线局域网，而是通过无线多跳最终连接到有线局域网。MP是支持无线Mesh网络服务的802.11实体，通过与相邻的MP建立通信链路，组成了无线Mesh网络的骨干网；MPP是MAC协议数据单元进入或者离开无线Mesh网络的桥接，是连接Mesh网络与有线网络的网关；MAP拥有MP的所有功能，并且提供接入功能；STA是通过MAP与Mesh网络通信的站点。各节点的协议栈如图2所示。

在异构Mesh网络中，STA的移动是基于周期性地检测接入MAP的接收信号强度，当接收信号强度低于某个特定的值时，进行网络扫描，从扫描应答中选择接收信号强度最大的MAP，作为目标MAP。STA通过网络扫描可获知目标MAP的MAC地址与IP地址，当STA从一个MAP切换到另外一个MAP时， STA所属的MPP不改变，在这样的情况下，STA的IP地址不变，但是STA所属的MAP变化了，故相应的绑定要进行更新。MAP需要维护STA列表，该STA列表存储着由MAP提供服务的所有STA的MAC地址和IP地址的绑定。MPP中存有地址转换表和代理表，其中，地址转换表存储着STA的IP地址与通信对端的IP地址绑定，同时也存储着STA的MPP的IP地址与通信对端的MPP的IP地址绑定；代理表中存储着各STA的MAC地址与接入MAP的MAC地址的绑定。

如图3所示，现有的异构Mesh网络的域内切换方法如下：

（1）、STA向MAP1发送切换请求消息，该切换请求消息中包含MAP2的MAC地址和IP地址；

（2）、MAP1向MAP2发送切换请求消息；

（3）、MAP2为STA预留资源，返回切换请求响应给MAP1；

（4）、MAP1向STA发送切换请求响应；

（5）、STA断开与MAP1的连接，与MAP2建立连接；

（6）、新连接建立后，由MAP2向MPP发送代理更新消息，消息中包含STA的新旧MAC地址和MAP2的MAC地址；

（7）、MPP更新代理表，向MAP2返回MAC地址；

（8）、MPP向MAP1发送切换完成通告；

（9）、当MAP1的转发队列没有MAP2的数据包时，向MAP2发送资源释放请求；

（10）、MAP2释放为STA预留的资源，返回资源释放请求响应。

现有的异构Mesh网络的域内切换方法存在以下缺点：

当STA是因为政策或物理移动的原因，需要从当前的MAP移动到另外一个MAP时，STA只知道目标MAP的IP地址，而不能搜索到目标MAP的信号，无法通过所检测到的信号强弱来选择切换后的MAP；

若MAP1的信号覆盖不到MAP2，则MAP1不能直接与MAP2进行通信。在MAP1搜索不到MAP2信号时，从STA开始切换到切换完成这段时间内，MPP和MAP1都没有更新它们的绑定表，此时发给STA的数据包到达MPP中，MPP查找自己的代理表，获知STA的MAC地址与MAP1的MAC地址绑定，则将该数据包发送给MAP1。在MAP1的转发队列中，还有之前为STA接收的数据，但是一旦STA与MAP1断开连接，MAP1就将该STA列表信息删除，而且MAP1也不会存储STA将来接入的MAP2的相关信息，因此当发给STA的数据包到达MAP1时，MAP1直接丢弃数据包，从而造成丢包现象；

MAP1收到切换响应消息后，发给STA的数据分别发给STA和MAP2，而当STA接入MAP2时，MAP2再把这些数据发送给STA，造成数据重复发送，浪费资源。

发明内容

本发明实施例提出一种无线Mesh网络域内切换方法，能够保证STA可靠地切换到目标MAP上，而且不会出现数据包丢失及数据重复发送的问题。

本发明实施例提供一种无线Mesh网络域内切换方法，包括：

S1、用户终端STA向当前接入的网状网接入点MAP1发送第一切换请求消息；所述切换请求消息包含目标网状网接入点MAP2的IP地址；

S2、MAP1将所述第一切换请求消息转发给带入口的网状网节点MPP；

S3、MPP根据所述第一切换请求消息中的MAP2的IP地址查找地址对应关系表，获得MAP2的MAC地址；

S4、MPP根据所述MAP2的IP地址和MAC地址，向MAP2发送第二切换请求消息；所述第二切换请求消息包含STA的IP地址、MAC地址和MAP1的IP地址；

S5、MAP2向MPP返回是否同意为STA预留资源的第二切换应答消息；

S6、MPP收到所述第二切换应答消息后，向MAP1发送第一切换应答消息；所述第一切换应答消息中包含MAP2的IP地址；

S7、MAP1收到所述第一切换应答消息后，向STA发送切换通知消息，通知STA切换至MAP2；且MAP1在本身配置的地址绑定表中记录STA的IP、MAC地址与MAP2的IP地址的绑定信息；

S8、STA收到所述切换通知消息后，断开与MAP1的连接，与MAP2建立连接。

本发明实施例提供的无线Mesh网络域内切换方法，在MPP中配置地址对应表，记录MPP管辖范围内的MAP的MAC地址与IP地址的对应关系信息；由MPP将STA发出的切换请求消息转发给目标MAP2，使STA在搜索不到目标MAP2或不知道目标MAP2的MAC地址的情况，仍然能够切换到目标MAP2上。而且，在STA当前接入的MAP1本身配置的地址绑定表中，记录STA的IP、MAC地址与目标MAP2的IP地址的绑定信息，使MAP1能够将转发队列中的之前为STA接收的数据包，通过MPP转发给MAP2，在STA切换到MAP2后，再由MAP2将所述数据包发送给STA，从而不会出现数据包丢失及数据重复发送的问题，还提高效率。

附图说明

图1是802.11s中定义的无线mesh网络架构图；

图2是无线Mesh网络中各节点的协议栈的示意图；

图3是现有的异构Mesh网络的域内切换方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的无线Mesh网络系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的无线Mesh网络域内切换方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图4，是本发明实施例提供的无线Mesh网络系统的结构示意图。

在图4所示的网络模型中，STA（用户终端）第一次进入无线Mesh网络区域，通过MAP1连入无线Mesh网络。通信对端（CN）连入Internet。MAP1与多个MP或者MAP相互连接，最终通过MPP连到Internet上。一旦STA接入Mesh网络中，就获得一个IP地址。STA的IP地址是唯一的，并且可以路由的。所谓唯一，是指这个IP地址在该网段是唯一的，可以识别的。所谓可路由，是指以该IP地址为目的地的IP数据包最终可以路由到该STA。当STA进行域内切换时，要求切换后的MAP（本发明实施例是指MAP2）能够预先为STA做好资源预留的准备。

在本发明实施例中，MPP中配置有地址关系对应表、代理表和地址转换表，具体如下：

地址对应关系表包含MPP管辖范围内的MAP的MAC地址与IP地址的对应关系信息；

代理表包含各STA的MAC地址与所接入的MAP的IP地址的绑定信息；

地址转换表包含STA的IP地址与通信对端的IP地址绑定信息，以及STA的MPP的IP地址与通信对端的MPP的IP地址的绑定信息。

此外，每个网状网接入点MAP中均配置有一个地址绑定表；所述地址绑定表包含STA的MAC地址、IP地址与该STA当前所连接的MAP的IP地址的绑定信息；所述STA包括本MAP曾经连接的和当前连接的所有STA，以及该MAP相邻的STA。

下面结合图5，对本发明实施例提供的无线Mesh网络域内切换方法进行详细描述。

参见图5，是本发明实施例提供的无线Mesh网络域内切换方法的流程示意图。当STA第一次进入无线Mesh网络区域，通过MAP1连入无线Mesh网络，按照正常的机制得到一个IP地址，连入Internet。STA切换到目标MAP2上，并要求MAP2能够在STA接入MAP2之前，预先为STA分配资源。无线Mesh网络域内切换流程如下：

具体的，如果同意，则MAP2为STA预留资源；如果不同意，则表示STA无法在MAP2中得到预留资源，只能在切换到MAP2后，再向MAP2申请资源。优选的，所述资源为带宽。

具体实施时，由于MAP1本身配置的地址绑定表中记录有STA的IP、MAC地址与MAP2的IP地址的绑定信息，因此，在MAP1的转发队列中的之前为STA接收的数据包，都可以通过MPP发给MAP2，等到STA切换到MAP2后，再由MAP2发给STA，从而不会出现数据包丢失和数据重复发送的问题，而且支持STA的快速切换，提高效率。

S8、STA收到所述切换通知消息后，断开与MAP1的连接，与MAP2建立连接；

S9、STA与MAP2建立连接后，MAP2向MPP发送第一切换完成报告；所述第一切换完成报告中包含MAP1的IP地址以及STA的MAC、IP地址；

S10、MPP接收到所述第一切换完成报告后，向MAP1发送第二切换完成报告；所述第二切换完成报告包含MAP2的IP地址以及STA的IP、MAC地址的绑定信息；

S11、MAP1收到所述第二切换完成报告后，将该报告中的MAP2的IP地址以及STA的IP、MAC地址，与本身配置的地址绑定表中的绑定信息进行比较，如果一致，则向MPP发送第二切换完成响应消息；所述第二切换完成响应消息中包含MAP1的MAC地址；否则向MPP发送切换出错的响应消息，或者不发送响应消息；

在一个实施方式中，在步骤S5，MAP2为STA预留资源，并在本身配置的地址绑定表中记录STA的IP、MAC地址与MAP1的IP地址的绑定信息；则在步骤S11之后，还包括：

MPP收到所述第二切换完成响应消息后，将本身配置的代理表中记录的STA的MAC、IP地址与MAP1的IP地址的绑定信息，更新为STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息，并向MAP2发送第一切换完成响应消息（如图5所示的S12）；

MAP2收到所述第一切换完成响应消息后，将本身配置的地址绑定表中记录的STA的MAC、IP地址与MAP1的IP地址的绑定信息，更新为STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息（如图5所示的S13）。

在另一个实施方式中，在步骤S5，MAP2不同意为STA预留资源；则在步骤S11之后，还包括：

MAP2收到所述第一切换完成响应消息后，在本身配置的地址绑定表中记录STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息（如图5所示的S13）；

STA向MAP2发送资源申请消息；

MAP2为STA预留资源。

进一步的，在STA连接到MAP2，且MAP2已为STA预留资源后，还包括：

MAP1判断本身的转发队列中是否还有STA的数据包；所述数据包是MAP1在STA接入MAP2之前接收的，需要发送给所述STA的数据包；

若转发队列中还有STA的数据包，则MAP1通过查询本身配置的地址绑定表，将所述数据包发送给MPP，由MPP将数据包转发给MAP2；在STA切换到MAP2后，MAP2将所述数据包发送给STA；

若转发队列中没有STA的数据包，则执行以下步骤S14~ S16：

S14、MAP1向MAP2发送资释放请求消息；

具体的，所述资源释放请求消息经由MPP转发给MAP2，即MAP1先向MPP发送资源释放请求消息，再由MPP将所述资源释放请求消息转发给MAP2。

S15、MAP2收到所述资源释放请求消息后，释放为STA预留的资源，并向MAP1发送资源释放响应消息；

同理，所述资源释放响应消息经由MPP转发级MAP1。

S16、MAP1收到所述资源释放响应消息后，释放为STA分配的资源。

本发明实施例提供的无线Mesh网络域内切换方法，具有以下有益效果：

当STA是因为政策或物理移动的原因，需要从当前的MAP1移动到另外一个MAP2时，STA只知道目标MAP2的IP地址的情况下，或者在MAP1的信号覆盖不到MAP2的情况下，本发明通过在MPP中配置地址对应表，记录MPP管辖范围内的MAP的MAC地址与IP地址的对应关系信息；由MPP将STA发出的切换请求消息转发给目标MAP2，使STA仍然能够切换到目标MAP2上。

在STA当前接入的MAP1本身配置的地址绑定表中，记录STA的IP、MAC地址与目标MAP2的IP地址的绑定信息，使MAP1能够将转发队列中的之前为STA接收的数据包，通过MPP转发给MAP2，在STA切换到MAP2后，再由MAP2将所述数据包发送给STA，从而不会出现数据包丢失的问题，而且支持STA的快速切换，提高效率。

MAP1收到MPP发送的切换完成响应消息后，将转发队列中的之前为STA接收的数据包发送给MAP2，在STA切换到MAP2后，再由MAP2将所述数据包发送给STA，MAP1不再向STA发送数据包，从而避免数据重复发送。

MAP2收到资源释放请求消息后，释放之前为STA预留的资源，经由MPP向MAP1发送资源响应消息；当MAP1收到资源释放响应消息后，释放之前给STA分配的资源。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，在步骤S8之后，还包括：

S11、MAP1收到所述第二切换完成报告后，将该报告中的MAP2的IP地址以及STA的IP、MAC地址，与本身配置的地址绑定表中的绑定信息进行比较，如果一致，则向MPP发送第二切换完成响应消息；所述第二切换完成响应消息中包含MAP1的MAC地址；否则向MPP发送切换出错的响应消息，或者不发送响应消息。

3.如权利要求2所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，在步骤S5中，MAP2为STA预留资源，并在本身配置的地址绑定表中记录STA的IP、MAC地址与MAP1的IP地址的绑定信息；

则在步骤S11之后，还包括：

MPP收到所述第二切换完成响应消息后，将本身配置的代理表中记录的STA的MAC、IP地址与MAP1的IP地址的绑定信息，更新为STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息，并向MAP2发送第一切换完成响应消息；

MAP2收到所述第一切换完成响应消息后，将本身配置的地址绑定表中记录的STA的MAC、IP地址与MAP1的IP地址的绑定信息，更新为STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息。

4.如权利要求2所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，在步骤S5中，MAP2不同意为STA预留资源；

则在步骤S11之后，还包括：

MAP2收到所述第一切换完成响应消息后，在本身配置的地址绑定表中记录STA的MAC、IP地址与MAP2的IP地址的绑定信息；

STA向MAP2发送资源申请消息；

MAP2为STA预留资源。

5.如权利要求3或4所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，在STA连接到MAP2，且MAP2已为STA预留资源后，还包括：

若转发队列中没有STA的数据包，则MAP1向MAP2发送资源释放请求消息；MAP2收到所述资源释放请求消息后，释放为STA预留的资源，并向MAP1发送资源释放响应消息；MAP1收到所述资源释放响应消息后，释放为STA分配的资源。

6.如权利要求5所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，所述MPP中配置有地址关系对应表、代理表和地址转换表；

所述地址对应关系表包含MPP管辖范围内的MAP的MAC地址与IP地址的对应关系信息；

所述代理表包含各STA的MAC地址与所接入的MAP的IP地址的绑定信息；

所述地址转换表包含STA的IP地址与通信对端的IP地址绑定信息，以及STA的MPP的IP地址与通信对端的MPP的IP地址的绑定信息。

7.如权利要求6所述的无线Mesh网络域内切换方法，其特征在于，每个网状网接入点MAP中均配置有一个地址绑定表；

所述地址绑定表包含STA的MAC地址、IP地址与该STA当前所连接的MAP的IP地址的绑定信息；所述STA包括本MAP曾经连接的和当前连接的所有STA，以及该MAP相邻的STA。