CN107071856A - 一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法，每个网络节点具有彼此独立的主通道和感知通道，主通道的工作信道可在多个信道之间切换，感知通道的工作信道固定；待接入节点在感知通道的工作信道上监听广播节点的广播信息，待接入节点进行节点接入条件验证，从而选择符合条件的广播节点进行节点接入协商，节点接入协商通过主通道的工作信道和感知通道的工作信道配合完成。本发明将发送控制信息的通道和发送数据信息的通道独立开来，在无线Mesh网络拓扑变化或者多个节点进行通信时，网络节点在进行数据收发的同时可以接收其他网络节点的控制信息，提高了控制信道的利用率。

Description

一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法。
背景技术
无线Mesh网络不需要固定设备支持，各节点自行组网，通信时，由网络内用户节点自行完成拓扑的变化、路由寻路及数据的转发。这种组网方式突破了传统无线蜂窝网的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要。
网络拓扑构建和节点接入是实现网络组网和管理的基本条件之一。网络的拓扑信息可以用于监控和管理无线网络的连通性，获取路由信息，优化路由机制。在网络节点接入Mesh网络时，需要交互各种控制信息，比如广播信息、用于传输协商好的工作信道的回复帧、确认帧等。这些控制信息会占用信道资源，当有多个网络节点设备发在工作时，采用单通道会导致控制信道的利用率较低。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高控制信道利用率的多通道无线Mesh网络的节点接入方法。
技术方案：本发明所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，每个网络节点具有彼此独立的主通道和感知通道，主通道的工作信道可在多个信道之间切换，感知通道的工作信道固定；待接入节点在感知通道的工作信道上监听广播节点的广播信息，待接入节点进行节点接入条件验证，从而选择符合条件的广播节点进行节点接入协商，节点接入协商通过主通道的工作信道和感知通道的工作信道配合完成。
进一步，所述节点接入协商过程包括以下步骤：
S1.1：待接入节点选择可用的工作信道作为主通道的工作信道；
S1.2：待接入节点在主通道的工作信道上发送回复帧，然后将工作频段切换至广播信息中的工作信道；
S1.3：广播节点在感知通道的工作信道上接收到回复帧后，将待接入节点添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息，然后切换至主通道的工作信道上发送确认帧；
S1.4：待接入节点在主通道的工作信道上接收到确认帧后，将广播节点添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息。
进一步，所述步骤S1.4中，如果待接入节点等待了预设时间仍未收到确认帧，则返回步骤S1.2；如果发送回复帧的次数达到预设次数，则返回步骤S1.1。这样能够提高效率，避免陷入无限等待中。
进一步，所述预设时间为邻居节点之间的最大往返时间。
进一步，所述节点接入条件验证过程包括以下步骤：
S2.1：待接入节点对在感知通道监听到的广播信息进行解析；
S2.2：待接入节点结合自身属性和解析的广播信息进行判断：选择符合接入条件的广播节点进行节点接入协商。
进一步，所述接入条件包括以下几点：
1)广播节点不在待接入节点的邻居信息表中；
2)待接入节点的邻居节点数小于最大邻居节点数；
3)广播节点的邻居节点数小于最大邻居节点数；
4)广播节点和待接入节点处于同一个Mesh网络内；
5)广播节点和待接入节点均有可用的信道。
进一步，所述步骤S2.2中，待接入节点的自身属性包括Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。
进一步，所述广播信息包括源节点地址、目的节点地址、Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。
进一步，所述回复帧包括待接入节点选择的主通道的工作信道号、源节点地址、目的节点地址和Mesh网络号。
进一步，所述确认帧包括源节点地址、目的节点地址和Mesh网络号
有益效果：本发明方法中的每个网络节点都具有彼此独立的主通道和感知通道，这样将接收控制信息的通道和收发数据信息的通道独立开来，在无线Mesh网络拓扑变化或者多个节点进行通信时，网络节点在进行数据收发的同时可以接收其他网络节点的控制信息，提高了控制信道的利用率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的无线Mesh网络的拓扑结构图；
图2为本发明具体实施方式的方法流程图；
图3为本发明具体实施方式中的节点接入条件验证过程的流程图；
图4为本发明具体实施方式的带有超时重传机制的节点接入协商过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式针对的是如图1所示的无线Mesh网络，其中，两个节点之间通过实线连接表示这两个节点之间保持连通状态，相邻网络节点之间可以直接进行通信，非相邻网络节点之间不能直接进行通信；两个节点之间通过虚线连接表示这两个节点之间尚未连通。同一无线Mesh网络的无线信号覆盖范围内的网络节点称为相邻网络节点。同一个无线Mesh网络内的网络节点有同一个网络号，虚线框表示无线Mesh网络的分界线。从图1中可知，节点A的相邻网络节点有节点B、节点C和节点G，其中，节点A与节点C已连接，节点A与节点B、节点G均未连接。节点A、B、C、D、E、F和G处于同一个无线Mesh网络中，节点H处于另一个无线Mesh网络中。
本具体实施方式公开了一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法，包括网络发现、节点接入条件验证和节点接入协商这三个阶段，如图2所示。每个网络节点具有彼此独立的主通道和感知通道。感知通道只能接收信息，不能发送信息，且感知通道的工作信道固定，本具体实施方式中将感知信道的工作信道称为控制信道，也即Fc信道。主通道既可以发送信息，也可以接收信息，工作在半双工模式下，且主通道的工作信道可在多个信道之间切换，也包括Fc信道。
下面以节点B、G和H接入网络为例，对本具体实施方式的技术方案作进一步的介绍。
首先是网络发现过程，即：节点B在Fc信道上监听到了节点A的广播帧。
其次是节点接入条件验证过程，如图3所示，包括以下步骤：
S2.1：节点B初始启动运行后，在Fc信道上接收到节点A发出的广播帧，并对节点A的广播帧进行解析；
S2.2：节点B结合自身属性和解析的广播信息判断节点B是否满足接入条件，判断过程如下：
1)节点A不在节点B的邻居信息表中；
2)节点B的邻居节点数小于最大邻居节点数；
3)节点A的邻居节点数小于最大邻居节点数；
4)节点A和节点B处于同一个Mesh网络内；
5)节点A和节点B均有可用的信道。
判断的结果是节点B满足接入条件，可以继续进行节点接入协商。
步骤S2.2中，节点B的自身属性包括Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。广播帧包括节点A的源节点地址、目的节点地址、Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。
如图4所示，节点接入协商过程包括以下步骤：
S1.1：节点B选择可用的工作信道作为主通道的工作信道；
S1.2：节点B在Fc信道上发送回复帧，然后将工作频段切换至广播帧中的工作信道；
S1.3：节点A在Fc信道上接收到回复帧后，将节点B添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息，然后切换至主通道的工作信道上发送确认帧；
S1.4：节点B在主通道的工作信道上接收到确认帧后，将节点A添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息。
步骤S1.4中，如果节点B等待了预设时间仍未收到确认帧，则返回步骤S1.2；如果发送回复帧的次数达到预设次数，则返回步骤S1.1。
预设时间为邻居节点之间的最大往返时间。
如果节点A在广播帧发出后，接收到节点B的回复帧，则表明节点A和B已经开始进入接入协商过程，随后节点A又收到了节点B的广播帧，则节点A不会向节点B发送回复帧，只需向节点B发送确认帧。
完成节点接入协商过程后，节点B周期性广播更新后的邻居信息表和路由信息。这样就完成了节点B接入到无线Mesh网络的整个过程。
同理可以完成节点G的接入。如果节点G依次监听到节点E、D和C的广播帧，且节点E、D和C均符合接入条件，那么节点G按照节点E、D和C的顺序依次发送回复帧。
节点H监听到节点E的广播帧，但发现节点H与节点E处于不同的无线Mesh网络中，因此，节点H暂不接入网络。

Claims (10)

1.一种多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：每个网络节点具有彼此独立的主通道和感知通道，主通道的工作信道可在多个信道之间切换，感知通道的工作信道固定；待接入节点在感知通道的工作信道上监听广播节点的广播信息，待接入节点进行节点接入条件验证，从而选择符合条件的广播节点进行节点接入协商，节点接入协商通过主通道的工作信道和感知通道的工作信道配合完成。
2.根据权利要求1所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述节点接入协商过程包括以下步骤：
S1.1：待接入节点选择可用的工作信道作为主通道的工作信道；
S1.2：待接入节点在主通道的工作信道上发送回复帧，然后将工作频段切换至广播信息中的工作信道；
S1.3：广播节点在感知通道的工作信道上接收到回复帧后，将待接入节点添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息，然后切换至主通道的工作信道上发送确认帧；
S1.4：待接入节点在主通道的工作信道上接收到确认帧后，将广播节点添加进自己的邻居信息表中，并更新路由信息，之后周期性广播更新后的邻居信息表和路由信息。
3.根据权利要求2所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述步骤S1.4中，如果待接入节点等待了预设时间仍未收到确认帧，则返回步骤S1.2；如果发送回复帧的次数达到预设次数，则返回步骤S1.1。
4.根据权利要求3所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述预设时间为邻居节点之间的最大往返时间。
5.根据权利要求1所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述节点接入条件验证过程包括以下步骤：
S2.1：待接入节点对在感知通道监听到的广播信息进行解析；
S2.2：待接入节点结合自身属性和解析的广播信息进行判断：选择符合接入条件的广播节点进行节点接入协商。
6.根据权利要求5所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述接入条件包括以下几点：
1)广播节点不在待接入节点的邻居信息表中；
2)待接入节点的邻居节点数小于最大邻居节点数；
3)广播节点的邻居节点数小于最大邻居节点数；
4)广播节点和待接入节点处于同一个Mesh网络内；
5)广播节点和待接入节点均有可用的信道。
7.根据权利要求5所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述步骤S2.2中，待接入节点的自身属性包括Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。
8.根据权利要求1所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述广播信息包括源节点地址、目的节点地址、Mesh网络号、可用信道号和邻居节点数。
9.根据权利要求2所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述回复帧包括待接入节点选择的主通道的工作信道号、源节点地址、目的节点地址和Mesh网络号。
10.根据权利要求2所述的多通道无线Mesh网络的节点接入方法，其特征在于：所述确认帧包括源节点地址、目的节点地址和Mesh网络号。
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