CN105992262B - 一种无线Mesh网络的自适应模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线MESH网络的自适应模式切换方法，包括网关节点周期性运行ping互联网中某一地址命令；ping互通，网关节点切换为MPP模式，删除原节点的默认网关路由条目；不能ping通，网关节点切换为MP模式；消息发到网关节点后，检查网桥出口和默认网关IP地址是否一致；一致，MPP切换为MP模式，添加默认网关路由条目；MP切换成MPP模式删除默认网关路由条目；MP切换为MP模式，比较网关列表中默认网关IP和通过桥接接口的默认网关IP地址是否相同，不同，删除通过接口的默认网关，增加一个新的默认网关。本发明在WMN网络多网关环境下实现自适应切换功能，增加了网络的鲁棒性，提升了用户上网体验。

Description

一种无线Mesh网络的自适应模式切换方法

技术领域

本发明属于分布式网络技术领域，尤其涉及一种无线MESH网络的自适应模式切换方法。

背景技术

传统WLAN网络中节点设备根据部署位置以及功能不同，一般区分为网关设备与普通接入设备；并且可以区别使用不同的硬件平台。网络中骨干设备发生故障且未经人为修复，则其覆盖区域内无法继续提供服务。在传统的大范围网络工程部署中，采用AC-AP模式，由接入控制器AC提供用户接入控制和漫游切换等功能。用户通过与AP连接来访问网络获取资源。AP或AC设备出现故障问题，将会导致其覆盖范围内所有用户无法通信。因此传统的无线网络覆盖大多采用冗余覆盖的方式，在一定范围内增加布设节点设备，以防止某一设备故障导致网络瘫痪，这种实现方式将大大增大无线环境的干扰。无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks)是一种新型的高带宽、高容量的无线分布式多跳、具有自组织和自愈合等特点的网状网络。无线Mesh网络是从美国军方移动Adhoc网络中分离而来，延承了部分WLAN技术的网络。具体而言，与传统无线移动网络有较大差别，WMN是一种具有无线多跳、自组织和自愈合特点的网状网络，同时也是一种高速率、高容量的分布式网络。在WMN网络中其中一些节点有互联网接入功能，而另一些节点只能找一条通往网关的最佳路由。能够接入互联网的节点称为MPP(Mesh Portal Point Mesh网关节点)，否则称为MP(Mesh Point Mesh节点)。每个设备可以工作在MPP和MP两种模式。节点会选择哪个网关取决于DHCP服务器的数量、包丢失、延时、DHCP客户机软件等等。

现行的路由器和网关设备，大多没有实现自适应模式切换功能，在设备发生故障时会导致网络瘫痪，尤其是网关设备的单一故障源，会致使以其作为默认网关的所有设备无法连接网络资源，网络缺乏鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线MESH网络的自适应模式切换方法，旨在解决现行的路由器和网关设备，大多没有实现自适应模式切换功能，在设备发生故障时会导致网络瘫痪，致使以其作为默认网关的所有设备无法连接网络资源，网络缺乏鲁棒性的问题。

本发明是这样实现的，一种无线MESH网络的自适应模式切换方法，所述无线MESH网络的自适应模式切换方法包括以下步骤：

步骤一，网关节点周期性运行ping互联网中某一地址命令；ping互通，网关节点切换为MPP模式，并删除原节点的默认网关路由条目；不能ping通，网关节点切换为MP模式；

步骤二，消息发到网关节点后，检查网桥出口和默认网关IP地址是否一致；网桥出口和默认网关IP地址一致，MPP模式切换为MP模式，添加默认网关路由条目；MP模式切换成MPP模式删除默认网关路由条目；

步骤三，MP模式切换为MP模式，比较网关列表中默认网关IP和通过桥接接口的默认网关IP地址是否相同，网关列表中默认网关IP和通过桥接接口的默认网关IP地址不同，删除通过接口的默认网关，根据网关列表中现行的默认网关增加一个新的默认网关。

进一步，所述ping命令是用来检查网络是否通畅或者网络连接速度的命令，与源主机之间传递控制信息；用来检查网络是否通畅或者探测针对外网服务器之间连接速度，利用局域网内设备地址的唯一性，向目标IP地址的主机发送多个探测数据包，再要求对等方返回一个同样大小的数据包获得网络连通性。

进一步，所述MP模式切换后的网关节点找到出口网关进行上网，网关选择按照协议规定的规则进行，当DHCP客户机启动时，向整个网络广播DHCP请求，每个DHCP服务器通过单播向这个节点发送一个响应，网关节点从响应的DHCP服务器中选择一个作为网关。

进一步，所述MP模式切换之前，连接到MPP模式的MP模式和STA是通过链路质量最优算法选择网关，节点恢复连接Internet，继续作为网关节点；网关节点切换后，周期性执行ping命令测试是否能连接Internet，能连接Internet切换回MPP模式。

进一步，所述无线MESH网络的自适应模式切换方法具体包括以下步骤：

(1)查看接口名称是否为ppp0、eth0；

(2)用system函数执行ping命令，并查看相关的ping文件确定ping命令执行结果；

(3)根据ping通与否，并根据查看当前gw_mode文件确定当前节点工作模式，通过修改gw_mode文件修改节点工作模式；

(4)由MP模式切换为MPP模式，调用函数添加网桥默认网关中的路由条目；由MPP模式切换为MP模式，删除网桥默认网关中的路由条目；由MP切换为MP模式，获得协议网关列表中默认网关ip，获得路由中默认网关网桥的ip，协议网关列表中默认网关ip与路由中默认网关网桥的ip不同，则删除通过网桥的默认网关，再根据网关列表中默认网关增加一个新的通过网桥的默认网关。

本发明提供的无线MESH网络的自适应模式切换方法，在WMN网络多网关环境下实现自适应切换功能，即在部分网关设备发生故障时，通过网关自适应模式的切换，依然保障网络的可靠性，增加了网络的鲁棒性，提升了用户上网体验。传统无线Mesh网络中，当一个MPP发生故障，连接到这个MPP的MP和STA都会陷入网络瘫痪状态，无法连接Internet，而且故障排查比较困难，因而影响用户上网体验。在本发明中，当一个MPP发生故障无法连接Internet时，发生故障的MPP自动切换模式为MP并寻找合适的MPP进行连接，进而重新连接Internet，可以保证用户持续上网，增加了网络的鲁棒性并提升了上网体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线MESH网络的自适应模式切换方法流程图。

图2是本发明实施例提供的自适应切换后的网络拓扑示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的无线MESH网络的自适应模式切换方法包括以下步骤：

S101：网关节点周期性运行ping互联网中某一地址命令(如DNS域名服务器114.114.114.114)，如果能够ping互通，则切换为MPP模式(MP切换为MPP)，并删除原节点的默认网关路由条目；如果不能ping通，则将该节点切换为MP模式；

S102：消息发到节点后，检查网桥出口和默认网关IP地址是否一致，若是MPP切换为MP模式，则添加默认网关路由条目，若是MP切换成MPP模式，则删除默认网关路由条目；

S103：若是MP切换为MP模式，首先需要比较网关列表中默认网关IP和通过桥接接口的默认网关IP地址是否相同，若不同则说明网络拓扑可能发生变化，原来选择的网关节点已经不存在，则要先删除通过接口的默认网关，再根据网关列表中现行的默认网关增加一个新的默认网关。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

在本实施例中MPP Mesh Portal Point Mesh网关节点、MP Mesh Point Mesh节点、MAP Mesh Access point Mesh接入点、STA station移动终端、AC接入控制器、AccessPoint无线接入点、br-lan网桥接口。

1 自适应功能方案设计

在工程部署Mesh网络时，为了获得更好的用户体验以及更快与Internet连通的速度，一般情况下在网络中部署多个网关节点，来满足不同区域用户的连接需求。网络中存在两个MPP(MPP1，MPP2)，四个MP(MP1，MP2，MP3，MP4)。根据网关选择算法，节点MP1，MP2选择MPP1作为网关节点；MP3，MP4选择MPP2作为网关节点。且MP1、MP2设备下面连接的移动终端STA1和网关MPP1设备下面的STA3将通过网关MPP1访问外网；而MP3、MP4节点设备选择MPP2作为默认的网关节点，并且MP3、MP4设备下面连接的各个移动终端数据都通过网关MPP2访问外网。

根据设备工作模式的区别和业务数据发送的路径分析可知，MPP1、MP1、MP2设备下面连接的用户发往其他网络的数据包最终都将发给MPP1由其发送，当网关设备MPP1的广域网WAN接口断开或者故障导致MPP1不能连接访问外网，如果不能诊断故障那么其工作模式将不会发生改变，导致MPP1、MP1、MP2设备下面所连接的所有移动终端都将无法访问外网。这种情况的出现会严重影响终端用户对网络的体验和评价，因此必须对故障进行排查解决。

WMN与传统有线网络相比，网络中各个节点地位平等，可以随时加入或退出网络，没有其他网络中必需的控制中心。同时，节点数据传输可以有多个路径选择，一旦某个节点发生设备故障，其他节点可以重新选择路由路径继续工作，因此具有无线Mesh网络强大的鲁棒性。正是基于WMN的众多优点，在进行部署规划时可以减小同频干扰，降低节点设备数量，在部署成本和网络鲁棒性、吞吐性能之间达到最佳平衡。

由于WMN的诸多特点，导致其网络部署架构也与传统网络架构有所区别，节点与邻居节点之间互联互通，当网络中某一位置设备出现故障时，其所附属的终端用户能够通过其他路径进行数据传输。

当网关节点由于某种故障原因不能访问互联网时，该网关节点的工作模式由MPP自动切换成普通节点MP模式。这样根据路由算法，其设备自身以及选择以该节点作为网关节点的所有普通节点都将重新进行网关性能评价和重新选择，选择网络中的其它网关节点中性能最优的一个作为新的现行网关，从而改变业务数据流的发送路径，使得这些节点下面连接的移动终端可以通过新的网关节点访问外网。

如图2所示，MPP1因为某种原因无法连接Internet后，自动切换为MP0，并且根据路由算法选择MPP2作为网关出口，网络拓扑变化为图2。由此STA1，STA3用户在短暂的上网障碍后，通过MPP2恢复上网。

2 自适应功能具体实现流程

ping命令是用来检查网络是否通畅或者网络连接速度的命令，与源主机之间传递控制信息。它通常用来检查网络是否通畅或者探测针对外网服务器之间连接速度，利用局域网内设备地址的唯一性，向目标IP地址的主机发送多个探测数据包，再要求对等方返回一个同样大小的数据包获得网络连通性，并向原设备提供一致易懂的关于链路两端数据传输的平均延迟和丢包率等报告信息。

网关节点周期性运行ping互联网中某一地址命令(如DNS域名服务器114.114.114.114)，如果能够ping互通，则切换为MPP模式(MP切换为MPP)，并删除原节点的默认网关路由条目；如果不能ping通，则将该节点切换为MP模式。

因为消息发到节点后，需要检查网桥出口和默认网关IP地址是否一致，若是MPP切换为MP模式，则添加默认网关路由条目，若是MP切换成MPP模式，则删除默认网关路由条目；若是MP切换为MP模式，首先需要比较网关列表中默认网关IP和通过桥接接口的默认网关IP地址是否相同，若不同则说明网络拓扑可能发生变化，原来选择的网关节点已经不存在，则要先删除通过接口的默认网关，再根据网关列表中现行的默认网关增加一个新的默认网关。

3 网关选择

设备因为上网障碍进行自适应切换后，新的MP节点不具备连接Internet的能力，需要找到出口网关进行上网，最佳网关选择需要按照协议规定的规则进行。

因为网关的全部功能都是基于DHCP的，协议假设每个网关运行自己的DHCP服务器，每个客户机运行一个DHCP客户机。当一个DHCP客户机启动时，向整个网络广播DHCP请求，每个DHCP服务器通过单播向这个节点发送一个响应，节点要从响应的DHCP服务器中选择一个作为它的网关。节点会选择哪个网关取决于DHCP服务器的数量、包丢失、延时、DHCP客户机软件等等。

一旦网关功能被激活，网关信息洪泛到整个网络，使每个节点知道其它所有网关(包括链路质量)。一个网关客户机在DHCP开始很久之前选择自己的网关(基于我们定义的标准)，一旦一个来自客户机的DHCP请求到来，不会广播数据包，只会通过单播把它发送给已经选择的网关。

由于网关更换(丢弃通往网关的链路质量或客户机漫游)，为了通知客户机释放一个有效的DHCP，检查收到的DHCP更新数据包，如果目的节点不是现在选择的网关，而且TQ(服务质量)小于一个特定的临界值，那么就不会转发更新数据包，强制这个客户机从连接的网关中请求一个新的DHCP网关。

4 网关功能恢复

切换之前，连接到这个MPP的MP和STA都是通过链路质量最优算法选择的此网关，因此若这个节点可以恢复连接Internet，希望它可以继续作为网关节点MPP工作。

这个节点切换后，继续周期性执行ping命令测试是否能连接Internet，若可以，则按照前面介绍的步骤切换回MPP，整个网络拓扑也进行相应的变化。

因为网关恢复功能，可以保证mesh网络始终以最优的情况工作，通过灵活切换MP与MPP模式，故障时进行自适应切换，故障恢复后切换回去，保证网络鲁棒性的同时也保证网络的速度。

5 具体程序步骤

(1)查看接口名称是否为“ppp0”“eth0”。

(2)用system函数执行ping命令，并查看系统中相关的ping文件确定ping命令执行结果。

(3)根据ping通与否，并根据查看当前gw_mode文件确定当前节点工作模式，通过修改gw_mode文件修改节点工作模式。

(4)若由MP切换为MPP，调用函数添加网桥默认网关中的路由条目；若由MPP切换为MP，删除网桥默认网关中的路由条目。若由MP切换为MP，获得协议网关列表中默认网关ip，获得路由中默认网关网桥的ip，将其比较，若不同，则要先删除通过网桥的默认网关，再根据网关列表中默认网关增加一个新的通过网桥的默认网关。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无线MESH网络的自适应模式切换方法，其特征在于，所述无线MESH网络的自适应模式切换方法包括以下步骤：

步骤一，网关节点周期性运行ping互联网中某一地址命令；可ping通，则网关节点保持为MPP模式，并删除MP模式的节点的默认网关路由的默认路由条目；不能ping通，则该网关节点切换为MP模式；

步骤二，消息发到网关节点后，检查网桥出口和默认网关IP地址是否一致；若网桥出口和本网关节点默认网关IP地址一致，则本网关节点由MPP模式切换为MP模式，并通过路由协议添加默认网关路由条目；否则，若网桥出口和本网关节点默认网关IP地址不一致，则将本网关节点保持MPP模式。

2.如权利要求1所述的无线MESH网络的自适应模式切换方法，其特征在于，所述ping命令是用来检查网络是否通畅或者网络连接速度的命令，与源主机之间传递控制信息；ping命令用来检查网络是否通畅或者探测针对外网服务器之间连接速度，并利用局域网内设备地址的唯一性，由局域网内主机向目标IP地址的主机发送多个探测数据包，再要求对等方返回一个同样大小的数据包获得网络连通性。

3.如权利要求1所述的无线MESH网络的自适应模式切换方法，其特征在于，所述模式切换后切换成MP的原网关节点，在故障后找到新出口网关进行上网，网关选择按照协议规定的规则进行，当DHCP客户机启动时，向整个网络广播DHCP请求，每个DHCP服务器通过单播向DHCP客户机所在的节点发送一个响应，DHCP客户机所在的节点从响应的DHCP服务器中选择一个作为网关。

4.如权利要求1所述的无线MESH网络的自适应模式切换方法，其特征在于，所述MPP切换为MP模式之前，连接到MPP的MP和STA是通过链路质量最优算法选择新的出口网关，若原MPP节点恢复Internet连接，则可继续作为出口网关节点；当原网关节点由MPP切换成MP后，周期性执行ping命令测试是否能连接Internet，若能连接Internet则切换回MPP模式。

5.如权利要求1所述的无线MESH网络的自适应模式切换方法，其特征在于，所述无线MESH网络的自适应模式切换方法具体包括以下步骤：

(1)查看接口名称是否为ppp0、eth0；

(2)用system函数执行ping命令，并查看相关的ping文件确定ping命令执行结果；

(3)根据ping通与否，并根据查看当前网关模式gw_mode文件确定当前节点工作模式，通过修改网关模式gw_mode文件修改节点工作模式。

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