CN105763443A

CN105763443A - 混合无线网状协议hwmp双路由协作方法

Info

Publication number: CN105763443A
Application number: CN201610273525.1A
Authority: CN
Inventors: 刘乃安; 贾小慧
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-07-13

Abstract

本发明公开混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，主要解决现有技术网间节点通信要经过网关节点进行转发的问题。其实现步骤是：1.建立先验式树状路由；2.源节点在数据帧中添加节点标识符，并在其路由表项中查找是否有到目的节点的路由；3.根据查找结果，将数据帧转发到目的节点或根节点；4.根节点通过在其路由表项中查找是否有到目的节点的路由来设置目的节点类型,以转发数据；5.目的节点收到数据帧后，根据数据帧的中标识，判断是否触发按需路由：若触发，则按最优路由发送数据帧；否则，按照原路由发送。本发明降低了传输时延，提高了数据发送性能，可用于无线mesh网络中网内节点和网间节点通信业务。

Description

混合无线网状协议HWMP双路由协作方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，进一步涉及一种混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，可用于多种无线Mesh骨干网络中，有效的结合两类路由模式的优点，满足不断提高的网间节点通信业务要求。

背景技术

混合无线网状协议HWMP是802.11s标准中关于无线Mesh网络的默认路由协议。HWMP提供两种路由模式，先应式树形路由和按需式路由。这两种路由模式并不是独立的，节点可以同时工作在两种模式下，即混合路由模式。HWMP协议是基于先验式扩展树的混合路由机制，它为第一个数据帧的传输省去了路径发现过程的时延。基于802.11s的无线Mesh网络主要为客户端提供Internet网络接入服务，具有显著的层次结构，且数据流具有方向性，因此不仅仅需要在全网的范围内寻找各条点对点的最优路径，还要为Mesh客户端与其他类型网络节点的通信寻找较好的转发路由，从而实现无线Mesh网络基本通信功能。

M.Bahr，“ProposedRoutingforIEEE802.11sWLANMeshNetworks，”inProceedingsofthe2ndAnnualInternationalWirelessInternetConference，Aug.2006，M.Bahr提出了结合两种路由算法的初始观念，但是并没有给出算法的细节和实施的具体过程。何凌，黄俊.基于混合无线网状网协议的计算方法研究[J].计算机应用研究.2011，28(5)：1846-1849，该文针对网络内部业务量繁重时，存在端对端丢包率较高、树的根是故障点、节点附近负载不均等问题，提出一种混合无线网状网协议的改进算法。该算法将先应式路由协议与按需路由协议相结合，每个源节点可以根据全网邻居表计算出到任意目的节点的路由，然后与经过根节点的源-目的节点对的先应路由进行比较，得出最优路由，再由最优路由传送数据。这种算法虽说减少了由于数据包冲突和碰撞导致的丢包，提高了网络性能，但是由于其只是针对基于无线Mesh网络内部节点的通信情况进行改进，并未解决无线Mesh网络中网内节点与网外节点的通信都要经过网关节点进行转发的问题，造成在实际无线Mesh网络中网间节点通信场景下，数据传输时延较大，服务性能降低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，以解决无线Mesh网络中网内节点与网外节点的通信都要经过网关节点进行转发的问题，降低传输时延，提高服务性能。

为实现上述目的，本发明的技术思路是有效地使用两种路由模式并满足网间节点的数据业务要求，其实现步骤包括如下：

(1)建立先验式树状路由；

(2)当源节点有数据帧发送时，在数据帧结构中添加节点标识位，并在其路由表项中查找是否有到目的节点的路由，选择路由模式：

若有，则直接将数据帧转发给下一跳节点，由下一跳节点按照路由表信息将数据帧发送到目的节点；

若无，则源节点按照先验式树状路由将数据帧立即发送给其父节点，再转发给根节点；

(3)根节点接收到数据帧后，在其路由表项中查找是否有到目的节点的路由，根据查找结果，设置目的节点类型：

若有到目的节点的路由，则将数据帧中的目的节点类型NF字段设置为0，即目的节点为网内节点；

若没有到目的节点的路由，则将数据帧中的目的节点类型NF字段设置为1，即目的节点为网间节点；

(4)根据目的节点类型进行路由发送：

若目的节点为网内节点，则根节点直接将数据帧发送到目的节点；

若目的节点为网间节点，则根节点将数据帧发送到有线骨干网络中，通过有线网络寻找到目的节点，再将数据帧发送到目的节点；

(5)目的节点接收到数据帧后，根据数据帧的中NF值，判断是否触发按需路由：

若NF＝0，则目的节点触发按需路由模式，进行最优路由发现过程，最优路由建立后，源节点会通过最优路由进行数据帧的发送；

若NF＝1，则目的节点不做任何操作，数据帧按照原路由继续发送。

(6)数据发送结束，维护树状路由：

当源节点将数据帧发送结束后，按需路由失效，根节点会周期性地发送根宣告RANN消息，以维护当前先验式树状路由。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明由于建立的路由是先验式树状路由，因而在应用场景为网内通信时，源节点利用树状路，将第一个数据帧发送到根节点。根节点根据其路由表信息，将数据帧转发到目的节点，避免了因源节点为发送第一个数据帧而寻找按需路由所造成的较大传输时延。

2.本发明由于建立的路由是先验式树状路由，在应用场景为网间通信时，源节点利用树状路由，将第一个数据帧发送到根节点，根节点根据路由表信息来判定目的节点类型为网间节点，并将数据帧中的目的节点标识符NF设置为1，从而避免了为判断目的节点类型，源节点重复发送路径请求PREQ消息所造成的较大传输时延，提高了后续数据帧的发送性能。

附图说明

图1为本发明使用的混合协作网络图；

图2为本发明的实现流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

参照图1，混合协作网络由一个无线Mesh网络和一个有线网络组成。

在无线Mesh网络中，节点1为网关节点，节点2、3、4、5、6、7为普通Mesh节点，以上Mesh节点可通过无线传输进行相互通信。

有线网络中的X节点可通过有线传输与Mesh网中的节点1通信。

参照图2，对本发明基于图1网络进行混合无线网状协议HWMP双路由协作的实现，步骤如下：

步骤1，建立先验式树状路由。

本发明的关键在于选用建立路由的结构，现有技术只选用先验式树状路由或按需路由中的一种进行数据传输，本发明是将先验式树状路由和按需路由结合使用。首先采用先验式树状路由实现数据传输。

该先验式树状路由的建立可通过现有的两种机制进行：一是采用主动式路径请求PREQ机制；二是采用主动式根宣告RANN机制。

一、采用主动式路径请求PREQ机制建立先验式树状路由，其步骤如下：

1a)选定一个根节点，即选节点1为根节点；

1b)根节点在整个Mesh网内广播路径请求PREQ消息，该消息包含路由度量、跳数和序列号信息；

1c)无线Mesh网内的节点2接收到PREQ消息后，根据消息中的路由度量和序列号建立节点2到根节点的反向路由；

1d)节点2的反向路由建立完成后，会更新接收到的路径请求PREQ消息中的路由度量和跳数，再将更新后的PREQ转发给节点3。

1e)节点3接收到路径请求PREQ消息后，重复1c)和1d)步骤。直至Mesh网内所有节点都接收到路径请求PREQ消息，则完成所有Mesh节点到根节点的反向路由建立；

1f)所有收到PREQ消息的Mesh节点，根据消息中的“ProactivePREP”字段的值，选择性地发送路径回复PREP消息给根节点：完成先验式树状路由的建立：

若“ProactivePREP”字段位设置为0，则Mesh节点给根节点发送一个路径回复PREP消息，根节点根据路径回复消息PREP建立到Mesh节点的前向路由；

若“ProactivePREP”字段位设置为1，则Mesh节点会在接收到路径请求PREQ消息后立即给根节点发送一个路径回复PREP消息，根节点根据路径回复消息PREP建立一条到Mesh节点的前向路由。

二、采用根宣告RANN机制建立先验式树状路由，其步骤如下：

1.1)选定一个根节点，即选节点1为根节点；

1.2)根节点周期性广播根宣告RANN消息，来表明自己的根结点身份；

1.3)当Mesh网内的节点2接收到根宣告RANN消息后，会记录根节点的信息，并将根宣告RANN消息转发给节点3；

1.4)节点2根据1.3)中记录的信息，向根节点发送一个路径请求PREQ消息，根节点根据路径请求PREQ消息建立到节点2的反向路由；

1.5)反向路由建立完成后，根节点给节点2发送一个路径回复PREP消息，节点2根据路径回复PREP消息建立到根节点的前向路由；

1.6)节点3接收到根宣告RANN消息后，重复步骤1.3)到步骤1.5)，直至Mesh网内所有节点的反向路由和前向路由都建立完成，则完成先验式树状路由建立。

步骤2，源节点即图1中的节点3，在发送的数据帧中添加节点标识位NF。

步骤3，根据源节点的路由表信息，查找是否有到目的节点6或X的路由：若有，则直接将数据帧转发给下一跳节点，由下一跳节点按照路由表信息将数据帧发送到目的节点6，数据帧发送完毕后；否则，源节点按照先验式树状路由将数据帧立即发送给其父节点，再转发给根节点，执行步骤4。

步骤4，根节点接收到数据帧后，在其路由表中查找是否有到目的节点6或X节点的路由：若有，则根节点将数据帧中的目的节点类型NF字段设置为0，即目的节点6为网内节点，执行步骤5；否则，根节点将数据帧中的目的节点类型NF字段设置为1，即目的节点X为网间节点，执行步骤6。

步骤5，根节点直接将数据帧发送到目的节点6,目的节点6接收到数据帧后，触发按需路由模式，建立最优路由。

5a)目的节点6触发按需路由RM-AODV模式，即目的节点6在Mesh网内发送路径请求PREQ消息到源节点；

5b)Mesh网内节点4接收到路径请求PREQ消息后，对该消息中的路径发现标识符ID和路由表中的标识符ID进行比较：

若两者不同，则节点4根据路径请求PREQ消息建立到目的节点6的反向路由，再将更新后的路径请求消息PREQ发送给节点5；

若两者相同，则直接丢弃路径请求消息PREQ；

5c)节点5接收到路径请求PREQ消息后，重复5b)操作，将路径请求消息PREQ发送给节点2，即所有接收到路径请求PREQ消息的Mesh节点依次重复10b)操作，将路径请求消息PREQ发送给下一个Mesh节点，直到源节点接收到路径请求PREQ消息，完成源节点到目的节点6的反向路由；

5d)所有接收到路径请求PREQ消息的Mesh节点，根据路径请求PREQ消息中的标识符DO字段值，选择性的发送路径回复PREP消息给目的节点6：

若DO＝1，则只允许源节点给目的节点6发送路径回复PREP消息，目的节点6接收到路径回复PREP消息后，建立一条目的节点6到源节点的前向路由，完成最优路由建立。

若DO＝0，则每一个收到PREQ的中间Mesh节点，向目的节点6发送路径回复PREP消息，目的节点6根据接收到的路径回复信息PREP消息，建立到源节点的前向路由，完成最优路由建立。

最优路由建立完成后，源节点利用最优路由将数据帧发送到目的节点6，直至数据帧发送完毕，执行步骤7。

步骤6，根节点将数据帧发送到有线骨干网络中，有线骨干网络寻找到目的节点X，再将数据帧发送到目的节点X，直至数据帧发送完毕，执行步骤7。

步骤7，维护先验式树状路由。

7a)根节点在网络内周期性发送根宣告RANN消息；

7b)所有接收到根宣告RANN消息的Mesh节点，检查其路由表中的标识符ID和序列号字段是否是最新值：

若是，则直接丢弃根宣告RANN消息；

若否，则更新标识符ID和序列号，完成维护过程。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，包括：

(1)建立先验式树状路由；

(4)根据目的节点类型进行路由发送：

(6)数据发送结束，维护树状路由：

2.根据权利要求1所述的混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，其特征在于，步骤(1)中建立先验式树状路由，采用主动式路径请求PREQ机制，其步骤如下：

1a)选定一个根节点，即选流量混聚的网关节点为根节点；

1c)Mesh网内的第一个Mesh节点接收到PREQ消息后，根据消息中的路由度量和序列号建立第一个Mesh节点到根节点的反向路由；

1d)第一个Mesh节点的反向路由建立完成后，会更新接收到的路径请求PREQ消息中的路由度量和跳数，再将更新后的PREQ转发给第二个Mesh节点。

1e)第二个Mesh节点接收到路径请求PREQ消息后，重复1c)和1d)步骤。直至Mesh网内所有节点都接收到路径请求PREQ消息，则完成所有Mesh节点到根节点的反向路由建立；

3.根据权利要求1所述的混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，其特征在于，步骤(1)中建立先验式树状路由，采用主动式根宣告RANN机制，其步骤如下：

1.1)选定一个根节点，即选流量混聚的网关节点为根节点；

1.3)当Mesh网内的第一个Mesh节点接收到根宣告RANN消息后，会记录根节点的信息，并将根宣告RANN消息转发给第二个Mesh节点；

1.4)第一个Mesh节点根据1.3)中记录的信息，向根节点发送一个路径请求PREQ消息，根节点根据路径请求PREQ消息建立到第一个Mesh节点的反向路由；

1.5)反向路由建立完成后，根节点给第一个Mesh节点发送一个路径回复PREP消息，第一个Mesh节点根据路径回复PREP消息建立到根节点的前向路由；

1.6)第二个Mesh节点接收到根宣告RANN消息后，重复步骤1.3)到步骤1.5)，直至Mesh网内所有节点的反向路由和前向路由都建立完成，则完成先验式树状路由建立。

4.根据权利要求1所述的混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，其特征在于，步骤(5)中最优路由发现过程，包括如下：

5a)目的节点接收到数据帧后，检查其标记字段NF的值：

若NF＝0，则目的节点触发按需路由RM-AODV模式，即目的节点在Mesh网内发送路径请求PREQ信息给源节点；

若NF＝1，目的节点不做任何操作；

5b)Mesh网内第一个Mesh节点接收到路径请求PREQ消息后，对该消息中的路径发现标识符ID和路由表中的标识符ID进行比较：

若两者不同，则第一个Mesh节点根据路径请求PREQ消息建立到目的节点的反向路由，再将更新后的路径请求消息PREQ发送给第二个Mesh节点；

若两者相同，则直接丢弃路径请求消息PREQ；

5c)第二个Mesh节点接收到路径请求PREQ消息后，重复5b)操作，将路径请求消息PREQ发送给第三个Mesh节点，即所有接收到路径请求PREQ消息的Mesh节点依次重复5b)操作，将路径请求消息PREQ发送给下一个Mesh节点，直到源节点接收到路径请求PREQ消息，完成源节点到目的节点的反向路由；

5d)所有接收到路径请求PREQ消息的Mesh节点，根据路径请求PREQ消息中的标识符DO字段值，选择性的发送路径回复PREP消息给目的节点，完成最优路由发现过程：

若DO＝1，则只允许源节点给目的节点发送路径回复PREP消息，目的节点接收到路径回复PREP消息后，建立一条目的节点到源节点的前向路由；

若DO＝0，则每一个收到PREQ的中间Mesh节点，向目的节点发送路径回复PREP消息，目的节点根据接收到的路径回复信息PREP消息，建立到源节点的前向路由。

5.根据权利要求1所述的混合无线网状协议HWMP双路由协作方法，其特征在于，步骤(6)中维护先验式树状路由，按如下步骤：

6a)根节点在网络内周期性发送根宣告RANN消息；

6b)所有接收到根宣告RANN消息的Mesh节点，检查其路由表中的标识符ID和序列号字段是否是最新值：

若是，则直接丢弃根宣告RANN消息；

若否，则更新标识符ID和序列号，完成维护过程。