CN102638873A - 一种应用于多网关无线Mesh网络的网关选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络通信技术领域，涉及应用于部署了多个网关的无线Mesh网络的网关选择方法，本发明通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择值最小的网关节点作为网关，在无线Mesh节点收到网关节点发送的广播帧后，根据公式

计算该Mesh节点到网关节点的通信成本C_to-mpp，其中β(0≤β≤1)是一个反映链路传输成本和网关当前接入成本所占的比重的可调参数；C是网关的当前接入成本，

表示的是Mesh节点到网关节点的传输成本。本发明为端设备提供了更好的网络传输性能，适用于无线Mesh网络，作为一种有效、实用的技术方案，应用前景看好。

Description

一种应用于多网关无线Mesh网络的网关选择方法

技术领域

本发明总体上涉及网络通信技术领域，更具体地涉及一种部署了多个网关的无线Mesh网络的网关选择策略。

背景技术

无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)是一种新型的宽带无线网络结构。它不同于传统的无线网络，是移动Ad hoc网络和无线局域网的融合，并且充分发挥两者的优势。无线Mesh网络是由一些呈网状分布的节点通过无线链路连接而成，采用MP-MP(multipoint-to-multipoint)结构将传统的WLAN中的无线“热点”扩展成为真正大面积覆盖的无线“热区”。

人们对随时随地通信的渴望促进了无线网络的迅速发展，将多跳中继等技术引入到无线网络中，形成了以无线Mesh网络为代表的下一代无线网络。这一方面解决了无线网络存在的可扩展性差和健壮性等问题，但同时对无线网络端到端的性能又提出了更高的要求。不但要随时随地接入网络，并且希望在网络中可以高速的进行通信。

目前改进WMN端到端性能的方法主要是为端设备选择最优MAP，无线Mesh网络的MAP选择策略主要有以下几种方式：

(1)基于802.11的RSSI(Received Signal Strength Indicator)值来选择最优MAP。

(2)根据某一衡量指标，如STA与MAP之间的链路传输质量状况、MAP的当前负载等，来选择最优MAP。

(3)综合考虑STA与MAP接入链路情况和MAP与网关之间的无线多跳骨干网的链路状况的MAP选择策略。

但在无线Mesh网络中，大部分的数据传输都是Mesh网内与网外的通信，尤其是当Mesh网关与Internet相连接，大部分的端设备则通过该网关与Internet进行数据传输。无线Mesh网络是扩大WLAN的无线覆盖的一种方法，随着无线覆盖范围的扩大，网络的规模也随着扩大，因此大量的数据流就会在网关聚集。如果在无线Mesh网络中，只配置单网关，则该网关往往会被大量的数据流所淹没，成为影响整个网络性能的瓶颈。有鉴于此，需要在无线Mesh网络中部署多个网关。此时应当考虑网关以及路由的选取，从而使得端到端的吞吐量达到最大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够改善网络性能，适用于部署了多个网关的无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)的网关选择策略。本发明通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择成本最小的网关节点作为网关。通信路径成本需要综合考虑该结点到网关的传输成本和网关的当前接入成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于部署了多个网关的无线Mesh网络(WMN，Wireless MeshNetwork)的网关选择策略，通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择值最小的网关节点作为网关，其特征是：在无线Mesh节点收到网关节点发送的广播帧后，根据公式①计算该Mesh节点到网关节点的通信成本C_to-mpp：

$C_{\mathrm{to}-\mathrm{mpp}}=\mathrm{\β}\×C+(1-\mathrm{\β})\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(C_a\right)k$ ①

其中β(0≤β≤1)是一个反映链路传输成本和网关当前接入成本所占的比重的可调参数；C是网关的当前接入成本，

表示的是Mesh节点到网关节点的传输成本，(Ca)k表示第k个子链路的路径传输成本；

作为优选实施方式，β在[0.3，0.6]内取值；

根据公式②计算C并将其赋为网关节点发送的广播帧Metric域的值：

$C=(1-\mathrm{\α})\×\stackrel{\‾}{C_a}$ ②

其中α是网关剩余传输能力系数，

是网关的当前平均接入成本；

网关当前的平均接入成本依公式③计算：

$\stackrel{\‾}{C_a}=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(C_a\right)i}{n}(n\≠0)$ ③

其中n代表与网关距离为一跳的节点个数，(Ca)i表示子链路i的路径传输成本；当n＝0时，

取0，此时表示网关节点刚加入无线Mesh网络，周围没有任何的一跳节点。

该网关节点的剩余传输能力系数α依公式④计算。

$\mathrm{\α}=\frac{L\max -\mathrm{Lrecy}}{L\max }$ ④

其中Lmax是缓冲区的最大长度，Lrecy则是当前已经使用的缓冲区的长度。

本发明是一种应用于部署了多个网关的无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)的网关选择策略，通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择值最小的网关节点作为网关，对于传统的HWMP仅将该路径的各条子链路成本Ca进行累计，得到两个节点之间的总的传输成本，作为通信路径成本。本发明的特征在于计算通信路径成本时综合考虑了该结点到网关的传输成本和网关的当前接入成本两个方面。对于传输成本的计算，可以利用802.11协议的HWMP方法；对于该网关节点的接入成本则综合考虑该网关节点的剩余传输能力和网关当前的平均接入成本两部分。本发明具有下列优点：

●计算方便

本方法中，计算最优网关所需要的信息都较容易获取，便于计算比较，进而选出最优网关。

●性能提升

由于无线Mesh网络的大部分数据流都是经过无线多跳骨干网，在网关处汇聚。因此，如果网络中只部署单网关的话，随着网络规模的扩大，该网关可能会被数据流所淹没。因此，在无线Mesh网络中部署多个网关，从而为端设备提供更好的网络性能，这是很必要的。单个网关的Mesh网络传输能力是很弱的，当网络负载加大，网络传输率下降很快。随着网关数目的增加，情况有明显好转。当网络负载较重时，多网关的传输率明显优于单网关。

附图说明

图1是本发明计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本的组织结构图。

图2是本发明为部署了多个网关的无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)的网关选择最优网关的示意图。

具体实施方式

本发明通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择成本最小的网关节点作为网关。其计算公式如下：

(1)计算该Mesh节点到网关节点的通信成本成本的公式：

$C_{\mathrm{to}-\mathrm{mpp}}=\mathrm{\β}\×C+(1-\mathrm{\β})\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(C_a\right)k$

其中β(0≤β≤1)是一个可以调节参数，它反映了链路传输成本和网关当前接入成本所占的比重，根据实验结果一般在[0.3，0.6]内取值。C是网关的当前接入成本，

表示的是Mesh节点到网关节点的传输成本((Ca)k是相应子链路的路径传输成本)；

(2)对于该网关节点的接入成本则由两方面来决定，即该网关节点的剩余传输能力和网关当前的平均接入成本。在网关节点发送广播帧时，计算C并将其赋为网关节点发送的广播帧Metric域值的公式为：

$C=(1-\mathrm{\α})\×\stackrel{\‾}{C_a}$

其中α是网关剩余传输能力系数，

是网关的当前平均接入成本；

所述部分(2)网关节点接入成本的计算进一步包括下述操作内容：

(21)网关当前的平均接入成本计算方法为：

这里的平均接入成本是指与网关距离一跳的Mesh节点和网关节点之间的链路成本的平均值，由于无线Mesh网络的大量数据流都是在距离网关节点一跳附近的节点聚合，因此通过计算该值可以起到平衡网关负载的作用。网关当前的平均接入成本

的计算方法可以参照公式：

$\stackrel{\‾}{C_a}=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(C_a\right)i}{n}(n\≠0)$

其中n代表与网关距离为一跳节点个数，(Ca)i是相应子链路的路径传输成本；

(22)网关剩余能力系数α计算公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{L\max -\mathrm{Lrecy}}{L\max }$

其中Lmax是缓冲区的最大长度，Lrecy则是当前已经使用的缓冲区的长度；

所述部分(21)进一步包括下述操作内容：

(211)若与网关距离一跳节点的个数为0，则网关当前的平均接入成本为0，此时表示网关节点刚加入无线Mesh网络，周围没有任何的一跳节点。

为使本发明的目的、实现方案和优点更为清晰，下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，详细介绍本发明一种计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本方法，该网关节点作为网关的成本：可调节参数×网关的当前接入成本+(1-可调节参数)×Mesh节点到网关节点的传输成本。若可调节参数为0时，即像HWMP一样简单将该路径链路成本累计作为选择网关的依据。若可调节参数不为0时，需要综合考虑该结点到网关的传输成本和网关的当前接入成本。需要计算以下两个部分：

(1)无线Mesh节点到网关节点的传输成本：对于无线Mesh节点到网关节点的链路成本，802.11提供了一种方法来计算，将该路径的各条子链路成本Ca进行累计，得到两个节点之间的链路成本。

(2)网关节点的接入成本：对于该网关节点的接入成本则由两个因素来决定，即该网关节点的剩余传输能力和网关当前的平均接入成本。网关节点的接入成本：(1-网关剩余能力系数)×网关当前的平均接入成本。

在(2)中所述的网关节点接入成本的计算进一步包括下述两个方面：

(21)网关当前的平均接入成本：这里的平均接入成本是指与网关距离一跳的Mesh节点和网关节点之间的链路成本的平均值，由于无线Mesh网络的大量数据流都是在距离网关节点一跳附近的节点聚合，因此通过计算该值可以起到平衡网关负载的作用。

(22)网关剩余能力系数：对于网关节点的剩余传输能力用网关节点的接口的缓冲区的剩余情况来表示，网关剩余能力系数：(缓冲区的最大长度-当前已经使用的缓冲区的长度)/缓冲区的最大长度。

若与网关距离一跳节点的个数为0，则网关当前的平均接入成本为0，此时表示网关节点刚加入无线Mesh网络，周围没有任何的一跳节点；

若与网关距离一跳节点的个数不为0，则网关当前的平均接入成本为与网关距离一跳的Mesh节点和网关节点之间的链路成本的和/与网关距离一跳节点的个数。

参见图2，介绍了本发明方法的基本原理。通过计算无线Mesh节点到各网关节点的通信路径成本，在各网关节点中比较选择成本最小的网关节点作为最优网关进行通信。

Claims (4)

1.一种应用于部署了多个网关的无线Mesh网络的网关选择方法，通过计算无线Mesh节点到网关节点的通信路径成本选择值最小的网关节点作为网关，其特征是：在无线Mesh节点收到网关节点发送的广播帧后，根据公式①计算该Mesh节点到网关节点的通信成本C_to-mpp：

①

其中β(0≤β≤1)是一个反映链路传输成本和网关当前接入成本所占的比重的可调参数；C是网关的当前接入成本， 

表示的是Mesh节点到网关节点的传输成本，(Ca)k表示第k个子链路的路径传输成本。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，β在[0.3，0.6]内取值。

3.如权利要求1的方法，根据公式②计算C并将其赋为网关节点发送的广播帧Metric域的值：

②

其中α是网关剩余传输能力系数， 

是网关的当前平均接入成本；

3、如权利要求3的方法，网关当前的平均接入成本 

依公式③计算：

③

其中n代表与网关距离为一跳的节点个数，(Ca)i表示子链路i的路径传输成本；当n＝0时， 

取0，此时表示网关节点刚加入无线Mesh网络，周围没有任何的一跳节点。

4.如权利要求3的方法，该网关节点的剩余传输能力系数α依公式④计算。

④

其中Lmax是缓冲区的最大长度，Lrecy则是当前已经使用的缓冲区的长度。