CN102821401B

CN102821401B - 具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法

Info

Publication number: CN102821401B
Application number: CN201210327438.1A
Authority: CN
Inventors: 刘靖非; 范成龙
Original assignee: Beijing Autelan Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Autelan Technology Co ltd; Beijing Hua Xinaotian Network Technology Co ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN102821401A

Abstract

本发明涉及一种通信领域的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法。本发明具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，包括：（a）处于接入状态的第一网格mesh节点设备收集至少一个第二mesh节点设备的MAC地址；（b）所述第一mesh节点设备将包含所收集到的MAC地址的第一MAC列表发送至无线接入控制器；（c）无线接入控制器基于预先存储的配置信息，在该第一MAC列表中查询被允许接入所述无线接入控制器的MAC地址；（d）无线接入控制器将包含所查询到的MAC地址的第二MAC列表发送至第一mesh节点设备；（e）第一mesh节点设备与第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备建立点对点链接。其中，接入状态是指mesh节点设备注册到无线接入控制器上。

Description

具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法

技术领域

本发明涉及一种通信领域的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，尤其涉及一种利用瘦AP框架下的无线网格网络的控制方法。

背景技术

现有的mesh节点基于胖AP框架，所有的无线物理层、链路层逻辑(包括mesh的路径发现和路径选择算法)均在一个网元内实现。而且，其路径发现和路径选择算法不统一，有些是私有算法(基于链路层)，有些是标准算法(基于链路层的802.11s、基于网络层的路由算法OSPF、RIP、ISIS等)。

现有的mesh节点设备基于胖AP架构而实现，因此部署和管理复杂。

并且，在发现路径和选择路径时，无论采用私有算法还是标准算法，其每个mesh节点均需要参与路径发现和选择计算，因此每个mesh节点都需要知道整个网络拓扑，对mesh节点设备的要求较高，成本也随之提高。并且，当网络达到一定规模后，计算量大，易发生路由振荡。

而且，基于胖AP架构的mesh节点的路径发现和路径选择算法的扩展性较差，当变更路径发现算法和路径选择算法时，需要升级所有mesh节点。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种在瘦AP框架下，可以集中管理mesh节点的具备无线接入控制器的无线网格网络系统及其控制方法。

本发明的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于包括：(a)处于接入状态的第一网格mesh节点设备收集至少一个第二mesh节点设备的MAC地址；(b)所述第一mesh节点设备将包含所收集到的MAC地址的第一MAC列表发送至无线接入控制器；(c)无线接入控制器基于预先存储的配置信息，在该第一MAC列表中查询被允许接入所述无线接入控制器的MAC地址；(d)无线接入控制器将包含所查询到的MAC地址的第二MAC列表发送至第一mesh节点设备；(e)第一mesh节点设备与第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备建立点对点链接，并且第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备通过自身与第一mesh节点设备建立的点对点链接来注册到无线接入控制器上，其中，接入状态是指mesh节点设备注册到无线接入控制器上。

优选地，在步骤(a)中，第一mesh节点设备通过监听第二mesh节点设备发送的信标报文或者探测响应报文或者厂家自定义报文来收集第二mesh节点设备的MAC地址。

优选地，在步骤(d)中，无线接入控制器还向第一mesh节点设备发送端口指定信息，其中，该端口指定信息中分别在第二MAC列表中的MAC地址所对应的第二mesh节点设备和第一mesh节点设备中指定了用于连接彼此的射频接口单元以及信道。

优选地，反复进行步骤(a)-(e)之后，无线接入控制器掌握着由第一、第二mesh节点设备构成的整个mesh网络的mesh连接信息、mesh节点设备的位置信息、射频信息，并且结合链路信息，此时无线接入控制器能够计算每个mesh节点设备到mesh根节点设备的最优路径，其中，mesh根节点设备是提供有线接入服务的网络设备。

优选地，当第二mesh节点设备注册到无线接入控制器之后，由无线接入控制器来决定监视第一、第二mesh节点设备的存活状态的方式，并将该配置决定发送至第一、第二mesh节点设备。

优选地，当用户终端接入到mesh网络，并通过第一、第二mesh节点设备而发送无线数据时，由无线接入控制器来决定第一、第二mesh节点设备的无线数据转发方式。

本发明的集中控制架构的无线网格网络系统及其控制方法，其AC(无线接入控制器)可以集中管理mesh(网格)节点，从而解决了传统mesh架构中mesh节点需要分别独立管理、配置的缺点。

本发明利用mesh节点来收集网络中的其他mesh节点的信息，并且，由无线接入控制器来发现路径并选择路径，因此分离了计算功能、信息收集和计算结果执行功能。具体地，由mesh节点负责收集周边mesh节点的信息，并向AC发送周边mesh节点的信息，然后AC(无线接入控制器)利用接收的信息来集中进行路径发现和路径选择，并将计算结果(策略)发送至mesh节点，Mesh节点执行AC下发的计算结果。

并且，本发明的mesh节点加入、离开mesh网络的算法和过程，相对于传统mesh网络更加简单、高效。

在本发明中，由AC决定数据转发的策略，由mesh节点负责转发数据，因此分离了决策功能和执行功能。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是集中控制架构下的无线数据到802.3帧的转换的示意图。

图2是集中控制架构的无线网格网络系统的框图。

图3是用于说明mesh节点从初始化状态进入到接入状态的过程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

首先介绍一下瘦AP概念。瘦AP(无线接入控制器)，即“thin AP”，是相对于胖AP(fat AP)而言的。胖AP(即无线路由器)可实现无线用户终端的接入网络管理和服务。瘦AP(即简化了AP的功能)从单一自治的AP演进到由AC和AP共同构成的集中控制架构(即瘦AP架构，参考RFC4118)，需要跟AC(无线接入控制器)配合使用，将访问控制，包括鉴别和保密通信，以及移动管理、射频管理等从单一AP上进行分离，由AC加以集中控制。

参照图1可知，AP和AC之间建立控制tunnel(控制隧道)和数据tunnel(数据隧道)，AC通过控制tunnel对AP进行集中管理，而无线用户终端的数据由数据tunnel发送至AC，并由AC完成数据的转发。无线数据统一经AP封装tunnel、IP、802.3头，然后转发给AC，AC去除802.3、IP、tunnel头，完成无线数据到802.3帧的转换，转发Internet。

准备阶段：

参照图2，本发明的集中控制架构的无线网格网络系统包括无线接入控制器100、多个mesh(网格)节点设备。

这里，mesh节点是非常广义的概念。具体地，mesh节点包括mesh node、mesh root、mesh AP、mesh root AP等。

mesh node：狭义的mesh节点，特指仅通过无线mesh连接提供无线转发服务，又称作MP。

mesh root：作为mesh根节点，基于mesh node而进一步提供有线接入服务，又称作MPP。

mesh AP：具备mesh node和AP(无线接入设备)的功能的设备，又称作MAP。

mesh root AP：具备mesh root和AP的功能的设备，又称作MAPP。

其中，mesh root和mesh root AP都有根节点的功能，因此统称为mesh根节点；mesh node和mesh AP则称为mesh子节点。

本发明中没有特别说明时，其mesh节点是指广义概念的mesh节点。并且，本发明中经常出现mesh节点和mesh节点设备，其中mesh节点是mesh网络拓扑结构中的说法，而mesh节点设备是实际网络中的说法，因此这两个用语都表示网络设备，因此不需要严谨地进行区分。

回到图2，在无线接入控制器(AC)100中导入预先确定的网格mesh节点的配置，并将配置信息存储在本地配置存储器中，并指定mesh节点设备的base MAC地址和mesh节点类型，也可以指定mesh产品型号(AC可以根据产品型号来判断出mesh节点类型)。

在实际工程中，是预先在某个地方设置一个mesh节点设备，因此mesh节点设备的MAC地址和类型等数据是已知的，并且管理员会人为规定mesh域和属于该mesh域的mesh节点设备。

因此，管理员可在无线接入控制器100中建立mesh域，并且将mesh节点接入到mesh域。此时，mesh根节点(包括mesh root和mesh root AP)按照瘦AP注册过程注册到AC100上，并进入接入状态。所述瘦AP注册过程参考RFC5415和RFC5416即可。

而且，参考图2可知，用户终端(STA)是以无线BSS link(基本服务集链接)方式来接入到AP(包括mesh AP和mesh root AP)，且mesh节点之间以mesh link(网格链接)来进行通信，而mesh根节点通过其他802连接而于本地网络进行通信。

并且，mesh节点设备可拥有多种MAC地址。

base MAC：代表mesh节点自身的MAC地址，并且在瘦AP框架下表示AP。

eth MAC：表示mesh节点的有线接口MAC地址。

radio MAC：mesh节点的无线接口mac地址。

base MAC、eth MAC、radio MAC均是物理实体拥有的MAC地址，有实体概念。

BSSID(基本服务集标识符)：作为虚拟MAC，用于AP与用户终端(STA)通信时的BSS LINK(基本服务集链接)。BSSID具有域的概念，如果一个AP上启用了多个SSID(服务集标识符)，则会广播多个BSSID。

MBSSID：作为虚拟MAC，用于mesh节点之间通信时的MBSS link(MBSS链接)。MBSSID同样有域的概念，如果一个mesh节点属于多个mesh网络，则会使用多个MISSID。

SSID、BSSID、MBSSID等概念参考IEEE802.11s即可。

注册阶段：

当给mesh节点设备通电之后，每个mesh节点只有初始化状态和接入状态。接入状态为，mesh节点已经注册到AC100；反之，初始化状态为，mesh节点未注册到AC100。在准备阶段，mesh根节点已经根据瘦AP过程注册到AP上，因此在最初情况下，只有mesh根节点进入接入状态。

而且，无论mesh阶段处于初始化状态还是接入状态，mesh节点反复地进行收集、广播动作。即，mesh节点通过发送beacon(信标)报文和proberesponse(探测响应)报文或者厂家自定义报文来广播自己的base MAC。与此同时，mesh节点也可通过监听周边mesh节点发送的beacon报文和proberesponse报文来获取自己周边的其他mesh节点的base MAC。

下面参照图3来说明mesh节点从初始化状态进入到接入状态的过程。

当给mesh节点通电之后，mesh节点首先到本地存储器中查询是否有曾经注册到AC100的记录，若有相关记录，则按照记录的配置直接进入接入状态；若没有，则进入初始化状态，并需要通过已进入接入状态的其他mesh节点来注册到AC100上。

在步骤S100，处于接入状态的第一mesh节点设备收集周边第二mesh节点设备的MAC地址。一开始，只有mesh根节点进入接入状态。其中，第一mesh节点可以是mesh root、mesh root AP、mesh node和mesh AP中的一个。并且，第一mesh节点设备通过监听第二mesh节点设备发送的信标报文或者探测响应报文来收集第二mesh节点设备的MAC地址。

在步骤S200，所述第一mesh节点设备将包含所收集到的MAC地址的第一MAC列表发送至无线接入控制器。其中，该MAC地址是base MAC地址。

在步骤S300，无线接入控制器100基于预先存储的配置信息，在该第一MAC列表中查询被允许接入所述无线接入控制器的MAC地址。因为，在准备阶段，已在AC100中导入了mesh节点的配置，并建立了mesh域，因此在运行阶段，只要利用该配置信息即可。

在步骤S400，无线接入控制器100将包含所查询到的MAC地址的第二MAC列表发送至第一mesh节点设备。明显地，第二MAC列表是第一MAC的子集。同时，无线接入控制器100还可以向第一mesh节点发送端口指定信息，用于指定与第二MAC列表中的MAC地址所对应的第二mesh节点设备分别用哪个射频接口单元与第一mesh节点设备的哪个射频接口单元用哪个信道进行连接，即端口指定信息可在第二mesh节点设备和第一mesh节点中分别指定用于连接彼此的射频接口单元和通信信道。并且AC100还能够指定第二mesh节点设备的相关射频参数(802.11a/b/g/n等子协议、信道、功率等)。

在步骤S500，第一mesh节点设备与第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备建立点对点链接，并且第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备通过自身与第一mesh节点设备建立的点对点链接来注册到无线接入控制器上，其中mesh节点设备的注册过程按照瘦AP注册过程，且RFC5415和5416中记载了瘦AP的注册过程。

并且，新进入接入状态的第二mesh节点再重复上述步骤S100-S500，直到所有可接入网络的mesh节点云进入接入状态。此时，所有mesh节点均接入AC100，接收AC100的集中管理。并且，进入接入状态的全部mesh节点设备构成了mesh网络。

运行阶段：

所有可接入的mesh节点进入接入状态后，AC100上拥有整个网络的mesh link信息、mesh节点信息，因此可以结合链路信息(无线频率、信号强度、接收灵敏度等射频信息)来集中进行mesh路由计算。这里不限定mesh路由计算算法。

经过AC100的mesh路由计算，AC100可通知每个mesh节点到mesh根节点的最优路径，附加地，还可以有备选路径。

当mesh节点注册到AC100之后，还需要定期确认mesh节点的存活状态。并且本发明中，监视mesh节点的存活状态的方法有3种。

第一监视方法为，mesh节点可以直接向AC100发送心跳报文，以通知自己的存活状态。

第二监视方法为，AC100将mesh节点划分为两种角色，一种角色为监察者，另一种角色为被监察者。则监察者mesh节点设备通过收集被监察者mesh节点的心跳报文来确定其存活状态，并将该存活状态报文发送至AC。相对第一监视方法，此方法能够减少心跳报文交互量。

第三监视方法为，mesh节点之间相互监视，当发现有故障(收不到心跳报文)时通知AC。

在此，重要的是，由无线接入控制器100来决定监视进入接入状态的mesh节点的存活状态的方式，并将该配置决定发送至每个mesh节点。即，由AC100来决定采用哪种监视方法，并将确定的监视方法通知给mesh节点。

当AC100通过以上的监视方法来获知某个(或者多个)mesh节点故障后，重新进行mesh路由计算并将结果发送至mesh节点。为避免引发路由振荡，AC100可以约束路由变更范围，保持尽量小的路由变更，以期待故障mesh节点恢复。这也意味着重新计算后的部分路由不一定是最优路由。

mesh网络的最终目的在于，使用户终端(STA)便利地转发无线数据。在本发明的mesh网络中，当用户终端接入到mesh网络，并需要通过mesh网络来发送无线数据时，每个mesh节点的转发策略也是由AC100来确定的。

转发策略大概分为两种：(1)无线数据的目的MAC为单播时；(2)无线数据的目的MAC为广播、多播时。

具体地，当无线数据的目的MAC为单播时：mesh节点使用目的MAC查找本地转发表项，如果本地转发表项中存储有到达目的MAC的路径时，按照该路径转发；当本地转发表项中没有到达目的MAC的路径时，则向AC100请求计算路由的报文，AC根据本地保存的STA信息(STA接入mesh AP过程如同STA接入瘦AP过程，且STA信息会发送到AC，进而由AC集中管理STA)、mesh节点信息、本地优先网络信息来计算最佳路径以及备选路径，并发送至mesh节点和该路径上相关的mesh节点。此时，mesh节点按照AC计算的路由信息转发无线数据。

无线数据的目的MAC为广播、多播时，AC100根据配置从以下3种转发方法中决定一个，并在mesh节点注册到AC上时，将此转发方法通知给该mesh节点。

首选，STA获取IP地址(一般DHCP服务器置于有线网络中)。当连接到STA的mesh AP接收到来自STA的DHCP报文后：

第一转发方法为，可以通过泛洪的方式在mesh网络中广播，mesh根节点做mesh网络与有线网络的桥接，将报文广播到有线网络中。

第二转发方法为，在mesh网络中，mesh AP可以通过AC100发送的到达mesh根节点的路径发送给该mesh根节点，再由mesh根节点在有线网络上广播。

第三转发方法为，STA可以直接发送给AC100，由AC进行转发。

有时，mesh网路中可能没有mesh根节点，比如小范围的紧急通讯。此时可以通过手动设置一个mesh节点来代理AC的功能，此时此mesh节点也做为逻辑上的mesh根节点(此时在这个mesh节点内部，包含mesh根节点功能与AC功能，这两个功能之间的内部通讯机制视为有线链路)。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims

1.一种具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于包括：

(a)处于接入状态的第一网格mesh节点设备收集至少一个第二mesh节点设备的MAC地址；

(b)所述第一mesh节点设备将包含所收集到的MAC地址的第一MAC列表发送至无线接入控制器；

(c)无线接入控制器基于预先存储的配置信息，在该第一MAC列表中查询被允许接入所述无线接入控制器的MAC地址；

(d)无线接入控制器将包含所查询到的MAC地址的第二MAC列表发送至第一mesh节点设备；

(e)第一mesh节点设备与第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备建立点对点链接，并且第二MAC列表中的每个MAC地址所对应的第二mesh节点设备通过自身与第一mesh节点设备建立的点对点链接来注册到无线接入控制器上，

其中，接入状态是指mesh节点设备注册到无线接入控制器上。

2.根据权利要求1所述的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于，在步骤(a)中，第一mesh节点设备通过监听第二mesh节点设备发送的信标报文或者探测响应报文或者厂家自定义报文来收集第二mesh节点设备的MAC地址。

3.根据权利要求1所述的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于，在步骤(d)中，无线接入控制器还向第一mesh节点设备发送端口指定信息，

其中，该端口指定信息中指定了与第二MAC列表中的MAC地址所对应的第二mesh节点设备用哪个射频接口单元与第一mesh节点设备的哪个射频接口单元用哪个信道进行连接。

4.根据权利要求1所述的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于，反复进行步骤(a)-(e)之后，无线接入控制器掌握着由第一、第二mesh节点设备构成的整个mesh网络的mesh连接信息、mesh节点设备的位置信息、射频信息，并且结合链路信息，此时无线接入控制器能够计算每个mesh节点设备到mesh根节点设备的最优路径，

其中，mesh根节点设备是提供有线接入服务的网络设备；

其中，所述mesh节点设备包括：mesh子节点设备和mesh根节点设备，所述第一mesh节点设备为mesh子节点设备和mesh根节点设备中的一个。

5.根据权利要求1所述的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于，当第二mesh节点设备注册到无线接入控制器之后，由无线接入控制器来决定监视第一、第二mesh节点设备的存活状态的方式，并将决定的监视方式发送至第一、第二mesh节点设备。

6.根据权利要求1所述的具备无线接入控制器的无线网格网络的控制方法，其特征在于，当用户终端接入到mesh网络，并通过第一、第二mesh节点设备而发送无线数据时，由无线接入控制器来决定第一、第二mesh节点设备的无线数据转发方式。