CN105915452B - 一种基于多路光纤冗余备份的mesh组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，使用光纤将MESH网中所有的汇聚根节点与三层交换机连接起来，并根据MESH网的网络容量确定接入三层交换机的汇聚根节点的数量和位置；其中汇聚根节点下的子节点运行H‑OLSR动态路由协议，H‑OLSR动态路由协议能根据能量和功率综合指标作为判决依据选择到达汇聚根节点的最优路由路径；三层交换机运行OSPF动态路由协议；汇聚根节点运行H‑OLSR动态路由协议和支持H‑OLSR动态路由协议的OSPF动态路由协议，汇聚根节点通过H‑OLSR动态路由协议与子节点进行通信，汇聚根节点通过OSPF动态路由协议与三层交换机进行通信。

Description

一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法。

背景技术

MESH网络中的节点分为汇聚根节点和子节点，汇聚根节点与一个或多个子节点进行连接，汇聚根节点下的所有子节点的流量经过多跳转发给对应的汇聚根节点，再由汇聚根节点接入三层交换机或路由器。汇聚根节点和汇聚根节点下的子节点属于同一个子网。

传统MESH网络组网中，主要有以下两种方案：

方案1：单个汇聚根节点通过光纤接入三层交换机或路由器。

这种接入方式存在着很大的弊端，当汇聚根节点存在故障时会导致整个MESH网络瘫痪，并且组成的MESH网络的网络容量和节点数量受限。

方案2：多个汇聚根节点通过光纤接入三层交换机或路由器的方案。

目前通常做法是每个汇聚根节点和该汇聚节点下的子节点组成的MESH子网划分成同一个子网段，不同MESH子网属于不同网段。

但这种方案无法实现多个汇聚根节点的冗余备份，当某个汇聚节点故障，会导致该路汇聚节点下的子网全部瘫痪。且这种组网方式配置繁琐，组网不灵活。

在以上基础上，我们提出了方案3：多路汇聚根节点光纤接入MESH组网方案。

该方案将多个汇聚根节点作为边界路由器(同时运行标准的OSPF和OLSR动态路由协议)，每个汇聚根节点通过光纤接入路由器或者三层交换机(运行OSPF协议)，整个MESH网络属于同一个网段。

在方案3中，由于标准的OLSR无法和OSPF融合，使得作为边界路由器的汇聚根节点中OSPF无法识别OLSR动态路由协议，导致在工程实施中发现如下问题：

下行数据绕行问题。

如图1，对于目的地址到穗东站汇聚根节点的下行视频确认数据(TCP ACK)，由于汇聚根节点的OSPF无法识别标准OLSR类型的外部路由路径及权值，导致三层交换机随机选取了增城站出口作为下一跳，该TCP ACK经增城站汇聚根节点开始经过13个子节点的多跳传输绕行到穗东站汇聚根节点，由于经过跳数过多，吞吐量的衰减过大，导致视频传输时延过大而卡顿，无法观看高清视频。

如果某个汇聚根节点或者光纤故障，经过该根节点的流量无法自动切换到另一路汇聚根节点，无法实现多个汇聚根节点之间通过光纤做自动冗余备份。

由于绕行问题导致网络容量和节点数量受到限制，导致该方案无法推广应用。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，该方法彻底解决了传统MESH网络中下行数据绕行、根节点冗余备份、网络容量和节点数量受限的技术难题。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，使用光纤将MESH网中所有的汇聚根节点与三层交换机连接起来，并根据MESH网的网络容量确定接入三层交换机的汇聚根节点的数量和位置；其中汇聚根节点下的子节点运行H-OLSR动态路由协议，H-OLSR动态路由协议能根据能量和功率综合指标作为判决依据选择到达汇聚根节点的最优路由路径；三层交换机运行OSPF动态路由协议，汇聚根节点运行H-OLSR动态路由协议和支持H-OLSR动态路由协议的OSPF动态路由协议，汇聚根节点通过H-OLSR动态路由协议与子节点进行通信，汇聚根节点通过OSPF动态路由协议与三层交换机进行通信。

以上方案具有以下优点：

(1)组网灵活，配置简单，通过H-OLSR和OSPF动态路由协议、H-OLSR到OSPF的重分布功能，自动完成最优路径选择；

(2)多个汇聚根节点通过光纤或有线接入三层交换机，通过H-OLSR和OSPF动态路由协议以及OLSR到OSPF的重分布功能，当某汇聚根节点死亡或者某根光纤断裂，经过该根节点的节点流量自动跳转到另一个可用根节点，实现根节点的自动冗余备份。

(3)通过增加光纤或有线数量，可扩展MESH网络容量和规模，摆脱了现 有MESH网络中对网络容量和节点规模的限制。

优选地，所述汇聚根节点下的子节点的流量到达汇聚根节点的转发跳数限制在指定跳数。

优选地，MESH网络中，所有的汇聚根节点属于同一个子网。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明突破了H-OLSR和OSPF无法融合的现状，首次实现了OLSR和OSPF的重分布功能，开创性地提出了基于多路光纤冗余备份的MESH组网方案。

(2)该方案彻底解决了传统MESH网络中下行数据绕行、根节点冗余备份、网络容量和节点数量受限的技术难题，这几个技术难点成为当前制约MESH网络大规模推广和应用的技术瓶颈。

(3)通过增加MESH汇聚根节点(由光纤接入三层交换机)，通过H-OLSR和OSPF的融合能力首次实现了多个MESH根节点互为冗余备份，突破了当前MESH网络的容量和节点数量限制，而且组网极为灵活简单。

附图说明

图1为多路光纤接入MESH组网的问题示意图。

图2为支持多路光纤冗余备份的MESH组网示意图。

图3为最佳情景下的带宽仿真图。

图4为OLSR-OSPF重分布软件架构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

针对现有MESH网络的技术瓶颈，本发明提出了一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，组网如图2所示。MESH组网节点设备基于802.11协议的IBSS模式，适用于传感器数据传输和视频数据回传，并可接入巡线员无线业务。MESH节点设备有两个射频模块，无线射频模块1工作在双天线5.8G频段，用来进行无线回程(无线节点与网关之间)业务传输，回程信道同时由接收业务(ingress)和发送业务(egress)流量共享。无线射频单元2工作在2.4G频段AP模式，采用AES加密方式，用来连接无线客户端。

在该模式下网关和站点工作在相同频率，数据基于IBSS模式进行三层IP协议栈转发。MESH节点设备的无线射频模块1外接两根定向天线1和2。其中子节点的两根定向天线安装在两个方向，分别负责数据收发，网关的两根天线安装在同一方向，从而改善了网关的链路质量并提高了链路数据吞吐量。

由于MESH组网的无线回程传输共用一个频率，如果只有一根光纤接入三层交换机，多跳传输带来的带宽降低的问题尤为严重，带宽下降测试结果显示即使在无噪声情况下经过5跳后带宽就会令人吃惊地丢失了80％。下面详细说明该模式下的带宽与跳数之间的关系，分两种情况分别进行分析。第一种为最佳情景，即假设所有的节点都以链状组网，每个节点只能和它两个邻接的节点通信；第二种为最坏情景原理，即每个节点能够与其他所有节点同时直接通信。

在实际部署的mesh网络中，最佳情景基本是不存在的，因为任何一个节点一般都能“侦听”到至少3个或4个邻接的节点。这时，带宽降低更加类似于最坏情况的情景。不管选择最佳情景原理的降低为1/n(其中n是跳数)，还是选择最坏情景原理的降低为1/2^n-1，带宽降低的数量都是现实存在的，见表1。

表1带宽与跳数关系表

图3说明了802.11a/g和802.11b采用单频方案在最佳情况的场景下有效吞吐量降低的情况。经验证802.11n的有效吞吐量接近于40Mbps(当宣称速率数据为54Mbps时)，测试证明在最坏情景的时候，经过6跳吞吐量大约6Mbps,满足高清视频传输需求，但当跳数大于10跳时，带宽无法满足高清视频传输应用。

针对MESH网络中存在的上述技术瓶颈，本发明开创性的提出了一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，如图2所示，组网方法具体如下：

(1)通过光纤把MESH网中的所有汇聚根节点接入三层交换机，每个汇聚根节点互为主备。MESH设备通过本发明专有研制的H-OLSR动态路由协议组成无线MESH网络，MESH网络中的所有节点属于同一个子网。

(2)根据无线MESH网络容量确定接入三层交换机的汇聚根节点数量和位 置，每个根节点通过光纤或有线连接到三层交换机，把每个子节点到达汇聚节点的转发跳数限制在指定跳数。

(3)有线侧的三层交换机运行OSPF动态路由协议。汇聚根节点作为边界路由器同时运行本发明专门研制的H-OLSR和改造后支持H-OLSR的OSPF动态路由协议。

(4)其他子节点运行H-OLSR动态路由协议，H-OLSR动态路由协议能根据能量和功率综合指标作为判决依据选择达到汇聚根节点的最优路由路径。并且H-OLSR能实时感知节点链路和能量的变化，触发更新MESH网络拓扑路由，使MESH网络具有快速的故障恢复和自愈能力。

(5)通过本发明专有研制的汇聚根节点中H-OLSR和OSPF之间的重分布功能，实现多个根节点的互为冗余备份。汇聚根节点通过光纤接入三层交换机的数量越多，系统容量越大，突破了节点数量和系统容量限制。

其中，H-OLSR动态路由协议与OSPF动态路由协议组成的OLSR-OSPF重分布软件架构如图4所示，开源quagga软件包源码包含zebra、ripd、ospfd、bpgd等路由协议进程。不同路由协议进程通过zebra进程管理内核路由表更新和不同动态路由协议之间的重分布。图4中各模块功能说明如下：

1.Zebra进程：动态路由协议管理进程。主要实现以下功能：

(1)管理并注册ospfd，rip，bgpd等不同协议类型，并保存不同类型协议的路由信息。

(2)当收到某个注册类型协议的路由变更通知(增加，修改，删除，权值变化时)，把该路由变更通知对应的路由作为外部路由重分发给其他注册的路由协议进程。

(3)同步更新内核路由表。

(4)不同协议进程通过quagga协议和zebra通信。

标准的zebra进程不支持olsr协议管理，本发明对zebra进程开发了olsr协议支持功能。

2.Ospfd进程：OSPF协议进程。

标准的ospfd进程不支持olsr协议的重分布路由信息，本发明对ospfd开发了对olsr协议支持及配置功能。

3.olsr进程：最优链路状态路由协议进程。

标准的OLSR进程不支持重分布功能，本发明新开发了H-OLSR对quagga插件支持及配置，该插件实现和zebra交互的quagga通信协议，把无线测路由变更信息(增加，修改，删除)及其metric值经过折算后发送给zebra进程。

4.OLSR-OSPF权值折算公式是：COSTospf＝COSTolsr*1000。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于多路光纤冗余备份的MESH组网方法，其特征在于：使用光纤将MESH网中所有的汇聚根节点与三层交换机连接起来，并根据MESH网的网络容量确定接入三层交换机的汇聚根节点的数量和位置；其中汇聚根节点下的子节点运行H-OLSR动态路由协议，H-OLSR动态路由协议能根据能量和功率综合指标作为判决依据选择到达汇聚根节点的最优路由路径；三层交换机运行OSPF动态路由协议；汇聚根节点运行H-OLSR动态路由协议和支持H-OLSR动态路由协议的OSPF动态路由协议，汇聚根节点通过H-OLSR动态路由协议与子节点进行通信，汇聚根节点通过OSPF动态路由协议与三层交换机进行通信；

所述汇聚根节点下的子节点的流量到达汇聚根节点的转发跳数限制在指定跳数；

MESH网络中，所有的汇聚根节点属于同一个子网。