CN107949010A - 基于mesh网络的无线组网路由测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于MESH网络的无线组网路由测试方法及，通过服务器中的NodeSpace软件模拟MESH设备在物理空间中的远距离分布和数据广播，通过发送数据到相应的客户端，再通过客户端转发到与其相连的MESH设备进行路由协议处理。处理完成后，MESH设备将处理结果经客户端发送到服务器，在服务器上可视化显示路由结果，并将路由结果转发到附近的MESH设备。通过该方法及系统能测试无线MESH网络中路由的形成、广播和变化等功能，并能对MESH路由的形成和变化进行快速有效的可视化测试，且测试操作方便，便于理解和改进。

Description

基于MESH网络的无线组网路由测试方法及系统

技术领域

本发明属于MESH网络的技术领域，具体涉及一种基于MESH网络的无线组网路由测试方法及系统。

背景技术

随着无线网络组网技术的发展，无线自组织网络为人们提供了全面、方便、便捷的服务，传统的无线AP网络固有的缺点，如组网不灵活、覆盖盲区、远距离可靠性差，大大限制了无线网络大区域普及和应用。

无线MESH网络技术是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入，通过合适的路由技术，能很好的解决以上的问题。该网络基于呈网状分布的众多无线接入点之间的相互合作和协同，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，因此，也正成为人们关注和研究的焦点。

无线MESH网络是一种自组织、自愈合的无线多跳网络，现阶段MESH网络很多是融合了WIFI技术，基于IP通信的基础上可实现图像监控、IP视频会议等。而无线MESH网络中的路由技术是运行于MESH网络上各种业务的基础，该路由技术的优劣将直接决定MESH网络的优劣。现有的MESH组网路由技术，例如动态源路由协议(DSR)、目的序列距离矢量路由协议(DSDV)等，其MESH路由算法主要基于高带宽、短距离和基于IP技术，但是对于特殊行业用户而言，这些成熟的MESH路由算法无从适用，需要实现自定义的MESH路由技术。尤其是在一些特殊场景下，用户为了支持自己的系统应用特性，如低带宽传输，远距离通信，需要开发自己的非IP的MESH网络，从而需要定制自己的MESH路由算法，并对该算法进行有效的测试和调优，以满足特定的业务需要。但目前还没有可视化的对MESH网络的无线组网路由进行测试的具体手段。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，为无线MESH网络中路由测试提供了一种方法，使用有线方式模拟MESH设备发送的无线信号的接收和发送，测试无线网络中MESH路由的形成、广播(包含同步)和变化功能，并能对MESH路由的形成和变化进行快速有效的可视化测试，且测试操作方便，便于理解和改进。

本发明公开一种基于MESH网络的无线组网路由测试方法，通过服务器中的NodeSpace软件模拟MESH设备在物理空间中的远距离分布和数据广播，通过发送数据到相应的客户端，再通过客户端转发到与其相边的MESH设备进行路由协议处理。处理完成后，MESH设备将处理结果经客户端发送到服务器，在服务器上可视化显示路由结果，并将路由结果转发到附近的MESH设备。具体技术方案如下：

一种基于MESH网络的无线组网路由测试方法，包括以下步骤：

创建无线组网路由测试环境：包括一个服务器、多个MESH设备、与MESH设备数量相一致的客户端，服务器内装有NodeSpace软件，客户端内装有NodeClient软件，MESH设备采用有线方式与客户端一一对应连接，服务器与各客户端通过IP网络连接通信；

IP地址规划：为服务器配置与客户端数量相一致的虚拟IP地址，虚拟IP地址与客户端的IP地址一一对应，形成多个相互独立的双向通信通道，用于服务器与客户端的数据交互；

生成空间模拟界面：服务器通过NodeSpace软件生成与MESH设备数量相一致的虚拟MESH节点，为各虚拟MESH节点关联一个服务器虚拟IP地址并为其配置与该关联虚拟IP地址相对应的MESH设备相关的工作参数，使每个虚拟MESH节点对应一个MESH设备及与该MESH设备连接的客户端，然后通过NodeSpace软件所具有的人机界面图形化显示由虚拟MESH节点构成的模拟MESH设备在物理空间内分布情形的空间模拟界面；

路由测试：在NodeSpace软件生成的空间模拟界面中，通过添加或删除与MESH设备相对应的虚拟MESH节点来模拟MESH路由的形成和消失，通过改变与MESH设备相对应的虚拟MESH节点的空间位置分布和/或工作参数来模拟MESH路由的变化，通过对包含MESH路由信息的数据在虚拟MESH节点之间的转发来模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，以此完成基于MESH网络的无线组网路由测试。

作为一种优选方案，在路由测试过程中，通过对包含MESH路由信息的数据在虚拟MESH节点之间的转发来模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，具体包括：客户端通过NodeClient软件接收与其连接的MESH设备发送的包含路由信息的NetBrd数据，将其封装成IP_NetBrd数据后发送至服务器；服务器通过NodeSpace软件接收客户端发送的IP_NetBrd数据并对接收到的IP_NetBrd数据解封装得到NetBrd数据，然后模拟MESH设备在物理空间的信号发送方式将NetBrd数据在虚拟MESH节点间转发，接收到NetBrd数据的虚拟MESH节点将NetBrd数据封装成IP_NetBrd数据后再发送至与其相对应的客户端；客户端通过NodeClient软件接收服务器NodeSpace软件中与其相对应的虚拟MESH节点发送过来的IP_NetBrd数据，将其解封装得到NetBrd数据后再发送至与其连接MESH设备。

作为一种优选方案，服务器通过NodeSpace软件模拟MESH设备在物理空间的信号发送方式将NetBrd数据在虚拟MESH节点间转发，具体包括：先找到发送NetBrd数据的源MESH设备对应的虚拟MESH节点,将该虚拟MESH节点作为发送方并确定相应的可达邻居列表，然后将该NetBrd数据发送至作为接收方的可达邻居Node列表中的每个邻居虚拟MESH节点。

作为一种优选方案，确定可达邻居列表的方法是：在判断作为发送方的虚拟MESH节点与邻居虚拟MESH节点之间无阻隔物后，根据无线通信中的Friis公式及预先配置的虚拟MESH节点的工作参数来判断该邻居节点是否能接收到发送方发出的NetBrd数据，若能接收到，则将该虚拟MESH节点列入可达邻居列表。

作为一种优选方案，通过在NodeSpace软件中生成的空间模拟界面中设置几何形状的阻隔物来模拟因阻隔使物理上距离接近的两个MESH设备之间的无线信号无法传播。

作为一种优选方案，为虚拟MESH节点配置的工作参数包括Friis参数组和信号接收阈值，其中，Friis参数组包括MESH设备的发射功率、发射天线增益、接收天线增益。

作为一种优选方案，为NodeSpace软件配置参数配置文件，用于存储为各虚拟MESH节点配置的工作参数；为NodeSpace软件和NodeClient软件中均配置有日志文件，分别用于记录所属软件的运行信息。

作为一种优选方案，为NodeSpace软件配置轨迹文件，用于记录各虚拟MESH节点的空间位置变化及对应的时间信息，以便查看MESH路由的变化过程。

作为一种优选方案，客户端NodeClient软件还配置有图形化的人机界面，用于显示与所连接的MESH设备相关的虚拟MESH节点模拟的MESH设备在物理空间内分布情形的空间模拟界面，与所连接的MESH设备相关的虚拟MESH节点是指这些虚拟MESH节点对应的MESH设备与该MESH设备位于一个组网内。

本发明还公开一种基于MESH网络的无线组网路由测试系统，包括一个服务器、N个MESH设备、N个客户端，服务器内装有NodeSpace软件，客户端内装有NodeClient软件，MESH设备采用有线方式与客户端一一对应连接，服务器与各客户端通过IP网络连接通信；服务器配置有N个与客户端的IP地址一一对应的虚拟IP地址，以形成多个相互独立的双向通信通道，用于服务器与客户端的数据交互；

NodeSpace软件在服务器上运行时，执行以下指令：

生成N个虚拟MESH节点，为各虚拟MESH节点关联一个服务器虚拟IP地址并为其配置与该关联虚拟IP地址相对应的MESH设备相关的工作参数，使每个虚拟MESH节点对应一个MESH设备及与该MESH设备连接的客户端，通过人机界面图形化显示由虚拟MESH节点模拟的MESH设备在物理空间内分布情形；

接收客户端发送的包括MESH路由信息的IP_NetBrd数据，解封装得到NetBrd数据后再发送至与该客户端对应的虚拟MESH节点；该虚拟MESH节点将接收到的NetBrd数据发送至邻居虚拟MESH节点；接收到NetBrd数据的邻居虚拟MESH节点将NetBrd数据IP封装成IP_NetBrd数据后再发送至与其相对应的客户端；

NodeClient软件在客户端上运行时，执行以下指令：

接收与其连接的MESH设备发送的包含路由信息的NetBrd数据，将其进行IP封装成IP_NetBrd数据后发送至服务器；

接收服务器NodeSpace软件中与其相对应的虚拟MESH节点发送过来的IP_NetBrd数据，将其解封装得到NetBrd数据后发送至与其连接MESH设备。

综上所述，MESH设备作为独立的物理设备，是无线MESH网络路由的生成者和无线路由协议的执行者，本方法通过与其连接的客户端上运行的NodeClient软件以有线的方式进行数据收发，通过服务器上运行的NodeSpace软件模拟物理空间内无线网络中路由的形成、广播(同步)及变化；并能对直观显示MESH路由的形成和变化。具有以下有益效果：

(1)该方法可模拟物理空间内多个MESH设备的分布情形及无线信号在点到点传输过程中随距离增加的信号衰减，以及MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，支持在受控环境下模拟MESH网络的形成和改变。具体可实现以下内容的测试，包括：在NodeSpace软件中，通过在生成的空间模拟界面中添加或删除与MESH设备相对应的虚拟MESH节点来模拟MESH路由的形成和消失；通过在空间模拟界面中改变与MESH设备相对应的虚拟MESH节点的空间位置分布和/或工作参数来模拟MESH路由的变化；通过在空间模拟界面中对包含MESH路由信息的数据的转发来模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播；从而完成基于MESH网络的无线组网路由测试。

(2)该方法可以支持多种路由协议，比如动态源路由协议(DSR)、目的序列距离矢量路由协议(DSDV)等，并支持协议验证，从而为新的路由协议开发提供了良好的平台。

(3)该方法可以在实验室中验证路由算法，而不需要在实际环境进行实际测试，能够降低测试成本难度，加快测试速度；

(4)该测试方法所具备的MESH路由拓扑显示功能，能够实时显示全网的拓扑以及拓扑随时间的持续变化，用户可以直观观察到路由的行为，利于对路由进行调优。

(5)无线MESH节点的运动和相对位置是通过软件控制的，软件支持随时间变化的位置变化的重放，从而能够重复测试一个场景，或者重放历史场景来验证故障解决情况。

附图说明

图1为实施例中的组网环境连接示意图；

图2为实施例中的阻隔设置示意图；

图3为实施例中的NodeSpace软件显示的拓扑图的示意图；

图4为实施例中的NodeSpace与NodeClient间的报文转发流程示意图。

具体实施方式

路由测试是网络测试中的一项核心任务，需要建立科学的方法，通过测试手段或者工具，了解路由的形成、广播、同步、稳定以及对网络变化的再适应过程。为充分了解和把握MESH的网络路由性能，通过科学的测试方法，分析MESH网络的路由过程，对网络搭建和路由优化提供依据和参考。为更详尽的阐述本发明的技术方案，下面结合具体的实施例与附图对本发明作进一步说明。

结合图1所示，实施例中公开一种无线MESH路由测试组网环境(即测试系统)，包括一个服务器、多个客户端、多个MESH设备以及测试软件，服务器配置有一台服务器主机，各客户端配置有一台客户端主机，MESH设备采用有线方式与客户端主机一一对应连接，服务器主机与各客户端主机通过交换机连接通信。

服务器的以太网网卡配置有与客户端数量相一致的虚拟IP地址，服务器的虚拟IP地址与客户端的IP地址之间的一一对应连接，形成相互独立的多个信号传输通道，以满足服务器与对应客户端之间的双向通信要求。在图1中，该测试系统共有n个客户端，服务器配置有n个虚拟IP地址，且每一个虚拟IP地址与一个客户端的IP地址一一对应。

MESH设备作为独立的物理设备，是无线路由协议的执行者，也是无线MESH网络路由的生成者。本方法中，该设备并不是通过无线方式收发数据，而是通过与其连接的NodeClient以有线的方式进行数据收发，这一方面能够接收NodeClient客户端上发送过来的数据，并视为其他MESH设备的数据进行处理，另一个方面，如果MESH设备需要发送数据，也首先发送到NodeClient客户端，后者对该数据进行IP封装后再发送到服务器的NodeSpace进程。

将MESH设备对外发送或者接收的数据命名为NetBrd(网络广播)数据，该数据内容与预设的路由协议相关，NetBrd数据也就是客户端与MESH设备之间的交互数据；而客户端与服务器之间传输的数据是对NetBrd数据的IP封装，称为IP_NetBrd数据。各客户端将服务器发送的IP_NetBrd数据解封装得到NetBrd数据并发送至与其连接的MESH设备，同时接收与其连接的MESH设备发送的NetBrd数据，封装为IP_NetBrd数据后再发送到服务器。

其中的测试软件主要包括安装在服务器主机内的MESH空间模拟测试软件NodeSpace(简称NodeSpace)和安装在客户端主机内的客户端NodeClient软件(简称NodeClient)，在路由测试过程中，通过NodeSpace和NodeClient协同运行完成无线组网路由功能的测试。

NodeSpace运行在服务器上，其具备图形化的人机界面功能，能够模拟物理空间内MESH设备的分布情景和模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，形成动态的空间模拟界面。作为数据发送方的源MESH设备发送的内容经客户端的NodeClient转发到NodeSpace，再通过NodeSpace转发给源MESH设备的可达邻居(可能是多个)，这些邻居MESH设备作为最终接收方使用这些内容进行MESH网络内路由的计算和生成。在本方法中，NodeSpace主要具有空间模拟、参数配置、拓扑显示、阻隔设置、报文转发、空间节点运动重放等多种功能，具体实现方式如下：

空间模拟：生成多个Node(即虚拟MESH节点)，生成的Node的数量与测试系统中MESH设备的数量相等，且每个Node都与测试系统中的唯一一个MESH设备对应，同时，也与该MESH设备连接的客户端一一对应。Node代表测试系统中的物理MESH设备对应在NodeSpace软件中的虚拟MESH节点，因此，可通过Node来模拟MESH设备在物理空间内的分布情况，具体可根据测试需求将生成的多个Node在NodeSpace所具有的图形化的人机界面中任意分散分布，以形成不同物理空间分布的MESH设备的空间模拟界面。

参数配置：NodeSpace通过多个Node来模拟MESH设备在物理空间中的远距离分布和无线信号通信情况，由于信号随距离衰减，只有相邻节点之间可以通信，从而实现报文转发。而在此之前，NodeSpace首先要为该Node对应一个服务器虚拟IP地址，以通过与该虚拟IP地址相对应的客户端IP地址对应到相应的MESH设备，即为每一个Node关联一个本地虚拟IP；其次中，要根据实际的MESH设备的通信特征(例如，发送能力和接收能力)，设置每个虚拟MESH节点的工作参数(例如，Friis参数组、信号接收阈值)，用于模拟实际MESH设备的各项能力和特征，并将配置完成的参数保存在NodeSpace所具有的参数配置文件中。

本发明引入无线通信中的Friis公式:

式中，P_r(d)表示接收到的信号功率，P_t表示发射功率，G_t表示发射天线增益，G_r表示接收天线增益，λ表示波长，d表示发送端与接收端的距离(m)，L表示与传输无关的损耗(主要包括传输线衰减、滤波损耗、天线损耗)。

本测试方法中，所有MESH设备相同，且工作频率相同，故该公式中L和λ都为固定值。为了方便描述，可将上面的P_t、G_t、G_r三个可变的参数组合称为Friis参数组，该参数组描述了无线通信能力。

NodeSpace中需要计算邻居Node之间的信号可达性，引入可达Node算法，对于源MESH设备对应的Node，某个邻居Node是否为可达Node的判断方法是：如果源MESH设备对应的Node与邻居Node的连线之间存在阻隔物，则该邻居不可达；如果源Node与邻居Node之间无阻隔物，根据Friis公式进行计算后，得到邻居Node的接收功率，若邻居Node的接收功率小于它的接收信号阈值，认为该邻居Node不可达，反之则认为可达。

拓扑显示：通过NodeSpace所具有的图形化的人机界面，并借助服务器主机的显示器，能够实时显示全网的拓扑以及拓扑随时间的持续变化。服务器通过NodeSpace接收客户端的NodeClient发送过来的包含网络路由信息的IP_NetBrd数据，解析后得到网络路由的详细信息，并将这些路由信息在其人机界面中以图形方式进行显示。在具体实现时，可使用不同的颜色来区别显示路由组网后通过NodeSpace生成的不同类型的Node，例如，根节点(Root节点)、一级节点、二级节点和孤立节点；还可使用不同颜色或者不同形式的线段连接设置好的相邻Node，以显示物理空间内的MESH设备之间的拓扑连接关系，例如，相邻(彼此能够收到对方的无线数据)、组网(两者之间存在通信路由)等。

阻隔设置：还可以在NodeSpace的空间模拟界面中设置阻隔，具体可在NodeSpace的空间模拟界面中设置各种表示阻隔物的几何形状，模拟相邻MESH设备被阻隔的场景。如图2所示，节点C和F虽然临近，但是因为有阻隔物屏蔽无线信号，两者不能直接通信。

报文转发：由于NodeSpace中的Node只具有转发功能，并不对数据做任何处理，也就是说当Node收到了与其对应的MESH设备发送的NetBrd数据后，将向可达的邻居节点发送该数据。服务器NodeSpace通过以NodeClient作为传输中介与各个无线MESH设备进行通信。某个MESH设备发送NetBrd数据时，首先发送到与其连接的客户端，再由该客户端中的NodeClient将NetBrd数据封装成IP_NetBrd数据后再发送到服务器的NodeSpace。NodeSpace模拟MESH设备在物理空间的发送方式，会先找到该MESH设备对应的Node,并确定与该Node相关的可达邻居Node列表，并依次将NetBrd数据发送至可达邻居Node列表中的每个Node，收到NetBrd数据的Node将NetBrd数据重新封装为IP_NetBrd数据，然后发送至与其相对应的客户端的NodeClient。

空间节点运动重放：NodeSpace中Node的轨迹信息，是指该Node的与时间相关的位置信息。NodeSpace还配置有轨迹文件，以文件方式保存持续每个Node的轨迹信息，在执行空间节点重放功能时，从轨迹文件中读取每个Node的轨迹信息，按照时间顺序和时间间隔，在NodeSpace上绘制该Node的位置信息，从而实现空间节点运行的录制和重放功能。该功能能够记录所有时间点上的每个Node的空间位置情况，以及随着时间变化Node的空间位置的变更，并可以精确重放这些场景。在实际测试时，可通过重现以前故障的情景，以验证现在故障的解决情况，从而增强软件的可靠性，并且有助于实现软件测试自动化。

需要说明的是，NodeSpace仅模拟空间关系，不参与被测网络的路由协议过程，其工作是被动的，只能在接收到MESH设备发送的NetBrd数据后，模拟无线形式向周围的空间发送该NetBrd数据对应的IP_NetBrd数据。简单说，MESH设备发送的NetBrd数据经过NodeClient封装成IP_NetBrd数据后发送到NodeSpace中，与该MESH设备对应的Node收到经NodeSpace解封装后的NetBrd数据，判断自己周围空间的其他邻居Node的可达性，并将NetBrd数据发送至可达的邻居Node，然后经可达的邻居Node对NetBrd数据进行IP封装后再发送至与其相对应的MESH设备。

由于NodeSpace不参与路由计算，也不关心路由的协议，因此，NodeSpace可以支持多种路由协议，比如动态源路由协议(DSR)、目的序列距离矢量路由协议(DSDV)等，并为协议验证、新的路由协议开发提供了良好的平台。此外，NodeSpace软件还可以将运行时产生的信息保存到其具有的日志文件中，以实现日志功能。

NodeClient运行在客户端主机上，它与NodeSpace上对应的虚拟IP地址进行通信，实现与NodeSpace之间的协同运行，其目标是便于低成本快速进行MESH网络中MESH节点的扩展，并作为NodeSpace和MESH设备之间的通信中介。其主要功能为：a)与NodeSpace进行通讯，NodeSpace发送过来的IP_NetBrd数据中包含了其他MESH设备发送的NetBrd数据，NodeClient解析IP_NetBrd数据并得到相应的NetBrd数据，然后将其发送到与其相连接的MESH设备，再由MESH设备根据预设的路由协议进行处理；b)在MESH设备需要向外发送NetBrd数据时，先将该NetBrd数据发送到与其连接的客户端，由客户端的NodeClient将该NetBrd数据进行IP封装后形成IP_NetBrd数据，再经TCP/IP网络发送到服务器的NodeSpace上。同时，NodeClient还可以将运行时产生的信息保存到其具有的日志文件中，以实现日志功能。

综上可见，本发明所设计的测试软件通过其具有的空间模拟功能，便于初期阶段在实验室环境下模拟和验证路由算法技术，从而降低测试成本，加快测试速度；通过其具有的参数配置功能，可以独立设置每个虚拟MESH节点的参数；通过其具有的拓扑显示功能，能够实时显示全网的拓扑以及拓扑随时间的持续变化；通过其具有的阻隔设置功能，用来模拟实际情况下无线MESH设备之间有墙体或者楼层、金属、砖石、土壤阻隔的情况；通过其所具有的报文转发功能，以广播形式向周围的空间发送数据报文；通过其具有的空间节点运动重放功能，支持测试过程的录制和重放，记录所有时间点上的每个点的空间位置情况以及随着时间变化点的位置的变更，可重现以前故障的情景验证现在故障的解决情况。

结合图3所示，实施例中通过NodeSpace软件生成七个Node(即虚拟MESH节点)，即分别对应物理空间中的MESH设备A、MESH设备B、MESH设备C、MESH设备D、MESH设备E、MESH设备F和MESH设备G的Node_A、Node_B、Node_C、Node_D、Node_E、Node_F和Node_G，并在组网中设置阻隔物以阻隔Node_G与Node_C、Node_D、Node_E之间的通信。七个MESH设备分别与有线连接的唯一的客户端通信，客户端通过交换机与服务器连接通信。服务器的以太网接口配置与客户端数量相一致的虚拟IP地址，每个虚拟IP地址与其中一个客户端的IP地址对应，通过服务器虚拟IP地址与客户端的接口IP地址之间的一一对应连接。通过NodeSpace首先要为每个Node关联一个服务器虚拟IP地址，然后根据所关联的MESH设备的通信特征(例如，发送能力和接收能力)设置每个虚拟MESH节点的工作参数，并将配置完成的参数保存在NodeSpace所具有的参数配置文件中。

完成组网并分配地址后，在实验室环境下即可对MESH组网路由功能进行测试。需要说明的是，基于本发明建立的组网环境，MESH设备不采用真实的无线报文收发，而是通过有线方式收发无线报文，MESH设备之间的位置关系主要是由NodeSpace的配置环境所确定，即NodeSpace所显示的空间模拟界面中Node之间的位置关系，而非物理空间内MESH设备之间的实际空间位置关系所确定。通过该方法可避免因MESH设备的无线通信距离太远(一般超过1km)不适合实验室环境下测试的技术难题，并且该方法主要测试的是路由功能，而不是无线通信功能，因此，可以通过NodeSpace软件配置虚拟Mesh节点的工作参数(如Friis参数组、信号接收阈值)的方法进行测试。这种方法便于初期阶段在实验室环境下模拟和验证路由算法技术，大大降低测试成本，提升测试效率。

在测试过程中，服务器主机运行NodeSpace软件，客户端主机运行NodeClient软件，NodeSpace与NodeClient的协同工作方式是：

MESH设备上电后，不停的向与其连接的客户端主机上装有的NodeClient发送NetBrd数据。NodeSpace启动后，NodeClient将接收到的NetBrd数据封装形成IP_NetBrd数据并发送到NodeSpace。NodeSpace将收到的某个客户端发送的IP_NetBrd数据后，进行解析并得到NetBrd数据。同时，NodeSpace根据发送方的IP地址找到与该IP地址位于同一网段的虚拟IP地址所对应的Node，计算并获得该Node对应的可达邻居Node列表，然后将解析得到的NetBrd数据发送至该列表中所包含的邻居Node。该列表中的Node作为接收方接收到的NetBrd数据重新进行IP封装，然后选择列表中各个Node所对应的NodeClient的IP作为IP接收方的目标IP，将封装得到的新的IP_NetBrd发送到目标IP对应的NodeClient，接收方通过NodeClient从IP_NetBrd中解封装得到NetBrd数据，然后发送到与其相连的MESH设备。同时，NodeSpace根据使用的路由协议格式得到相应的路由信息，并在其具有的图形人机界面上显示所有Node所构建的路由信息。

MESH设备将接收到的NetBrd数据进行路由处理，并将处理结果包含在NetBrd数据中，然后发送至与其连接的客户端。客户端主机中的NodeClient解析该NetBrd数据得到路由信息并在其具有的本地界面图形化上显示这些路由信息，并将该NetBrd数据封装为IP_NetBrd后发送至服务器。

在图3中，当该测试系统稳定后，NodeSpace根据路由协议计算结果显示路由信息，包括显示Node_D为根节点，显示Node_C和Node_E为一级节点，显示Node_A、Node_B、Node_F和Node_G为二级节点。

图4大致演示了路由信息在邻居节点之间的传播流程，具体如下：

前提条件:四个MESH设备、分别与四个MESH设备连接的客户端A/B/C/D、以及服务器组网完成后，对客户端和服务器进行地址分配，以实现服务器主机内NodeSpace和各客户端主机内NodeClient的连接通信。

步骤1：MESH设备A向与其连接的客户端A发送NetBrd数据，客户端A主机中安装的NodeClient将NetBrd封装为IP_NetBrd，并发送至服务器。

步骤2:服务器通过NodeSpace将接收到的IP_NetBrd数据解封装得到NetBrd数据，并根据发送方的IP地址判断是对应于Node_A的MESH设备A发送的报文，检测到只有Node_B和Node_A是可达邻居关系并生成相应的可达邻居Node列表，然后根据可达邻居Node列表，将NetBrd数据转发到Node_B，然后再经过Node_B将NetBrd数据封装成IP_NetBrd数据后通过对应的MESH设备B解封装得到NetBrd数据后发送到Mesh设备B。由于Node_C和Node_D不是Node_A的可达邻居，因此NodeSpace不会向Node_C或者Node_D发送数据，因此，MESH设备C和MESH设备D都不能收到Node_A所发送的NetBrd报文。

步骤3:MESH设备B接收到NetBrd数据后，根据预设的路由算法进行处理。如果需要再次发送NetBrd数据，则将新的NetBrd发送到与其对应的客户端B，由NodeClient将其封装为IP_NetBrd，再转发至服务器NodeSpace。

步骤4：NodeSpace接收到IP_NetBrd数据后，根据发送方的IP判断是MESH设备B发送的报文，并且检测到Node_A和Node_C都是Node_B的邻居，且两者都能够收到B的报文，因此需要进行转发。对于Node_A，NodeSpace根据其对应的客户端A的IP地址，将NetBrd进行IP封装形成IP_NetBrd数据，然后发送到对应客户端A，由NodeClient解封装得到NetBrd，再发送到MESH设备A。

步骤5：对于Node_C的处理流程，参见步骤4中的Node_A的描述部分，此处不再赘述。

实施例中还公开一种NodeSpace路由测试方法的说明，主要包括以下步骤：

步骤1：在服务器的网卡上设置多个虚拟IP地址，虚拟IP地址的数量应不小于待连接的客户端的数量。

步骤2：将客户端主机与MESH物理设备有线连接，并对客户端做如下配置：启动NodeClient软件，配置其所对应的服务器的虚拟IP，以实现与服务器的双向通信。在不同的客户端机器上，重复该步骤，实现对多个客户端机器的配置。配置完成后，MESH物理设备上电，开始启动。此时NodeClient可以接收MESH设备发送的数据，但是暂时无法发送到NodeSpace。

步骤3：配置虚拟MESH节点(Node)：在服务器上运行NodeSpace软件，在图形界面上的不同位置添加Node节点，同时配置每个虚拟MESH节点的相关参数，包括节点名称和编号，与其关联的服务器虚拟IP，发送信号强度，接收信号阈值等。将配置完成后保存到参数配置文件中。如果以前已经配置过，则可以直接读取Node配置文件来恢复配置，而不必再进行人工配置。

其中，添加虚拟MESH节点的方法为：在NodeSpace上某个空白处点击鼠标，选定位置，并点击鼠标右键，弹出的功能菜单中包含“添加Node”的条目，点击该条目弹出对话框，对该节点进行参数配置。配置完成后，该虚拟MESH节点添加完成。所添加的虚拟MESH节点数量与要运行的NodeClient及MESH设备的数量相同。

步骤4：将客户端和服务器连接到同一个交换机上。

步骤5：在NodeSpace界面中点击NodeSpaec的启动按钮，此时Nodespace开始正常运行，将能够和NodeClient交互，接收和发送网络报文数据。同时在界面上，NodeSpace还能以图形形式显示路由的形成和改变过程。NodeClient也可以以图形形式显示相连接的MESH设备的路由信息。

步骤6：在NodeSpace界面中，拖动某个节点以模拟MESH设备的运动，此时将改变MESH设备的空间分布，进而改变Node间的可达邻居关系，相应MESH设备的路由算法将更新后的NetBrd数据发送到NodeSpace，NodeSpace据此在界面上显示更新后的路由信息。

测试结果可通过NodeSpace中观察到整个MESH网络的路由信息，类似图3所示；在NodeClient中也可观察到与其连接的MESH设备相关路由信息。需要说明的是，该实施例中，只涉及到一组无线组网，因此在NodeSpace和NodeClient中观察到的路由信息相同。

在此过程中，如果用户已经启动了轨迹记录功能，还可通过NodeSpace轨迹文件记录每个Node的节点位置和当前时间信息。在需要对轨迹文件记录的的轨迹重放测试时，可选择之前保存的轨迹文件，进行重放。此时，NodeSpace获得轨迹文件中各虚拟MESH节点随时间而变化的位置信息，并严格按照相同的时间顺序和时间间隔重现Node的变化过程，在界面上显示路由信息变化的轨迹。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MESH网络的无线组网路由测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

创建无线组网路由测试环境：包括一个服务器、多个MESH设备、与MESH设备数量相一致的客户端，服务器内装有NodeSpace软件，客户端内装有NodeClient软件，MESH设备采用有线方式与客户端一一对应连接，服务器与各客户端通过IP网络连接通信；

IP地址规划：为服务器配置与客户端数量相一致的虚拟IP地址，虚拟IP地址与客户端的IP地址一一对应，形成多个相互独立的双向通信通道，用于服务器与客户端的数据交互；

生成空间模拟界面：服务器通过NodeSpace软件生成与MESH设备数量相一致的虚拟MESH节点，为各虚拟MESH节点关联一个服务器虚拟IP地址并为其配置与该关联虚拟IP地址相对应的MESH设备相关的工作参数，使每个虚拟MESH节点对应一个MESH设备及与该MESH设备连接的客户端，然后通过NodeSpace软件所具有的人机界面图形化显示由虚拟MESH节点构成的模拟MESH设备在物理空间内分布情形的空间模拟界面；

路由测试：在NodeSpace软件生成的空间模拟界面中，通过添加或删除与MESH设备相对应的虚拟MESH节点来模拟MESH路由的形成和消失，通过改变与MESH设备相对应的虚拟MESH节点的空间位置分布和/或工作参数来模拟MESH路由的变化，通过对包含MESH路由信息的数据在虚拟MESH节点之间的转发来模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，以此完成基于MESH网络的无线组网路由测试。

2.如权利要求1所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，在路由测试过程中，通过对包含MESH路由信息的数据在虚拟MESH节点之间的转发来模拟MESH设备发送的无线信号在周围空间内的传播，具体包括：

客户端通过NodeClient软件接收与其连接的MESH设备发送的包含路由信息的NetBrd数据，将其封装成IP_NetBrd数据后发送至服务器；

服务器通过NodeSpace软件接收客户端发送的IP_NetBrd数据并对接收到的IP_NetBrd数据解封装得到NetBrd数据，然后模拟MESH设备在物理空间的信号发送方式将NetBrd数据在虚拟MESH节点间转发，接收到NetBrd数据的虚拟MESH节点将NetBrd数据封装成IP_NetBrd数据后再发送至与其相对应的客户端；

客户端通过NodeClient软件接收服务器NodeSpace软件中与其相对应的虚拟MESH节点发送过来的IP_NetBrd数据，将其解封装得到NetBrd数据后再发送至与其连接MESH设备。

3.如权利要求2所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，服务器通过NodeSpace软件模拟MESH设备在物理空间的信号发送方式将NetBrd数据在虚拟MESH节点间转发，具体包括：先找到发送NetBrd数据的源MESH设备对应的虚拟MESH节点,将该虚拟MESH节点作为发送方并确定相应的可达邻居列表，然后将该NetBrd数据发送至作为接收方的可达邻居Node列表中的每个邻居虚拟MESH节点。

4.如权利要求3所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，确定可达邻居列表的方法是：在判断作为发送方的虚拟MESH节点与邻居虚拟MESH节点之间无阻隔物后，根据无线通信中的Friis公式及预先配置的虚拟MESH节点的工作参数来判断该邻居节点是否能接收到发送方发出的NetBrd数据，若能接收到，则将该虚拟MESH节点列入可达邻居列表。

5.如权利要求1至4任意一项所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，为虚拟MESH节点配置的工作参数包括Friis参数组和信号接收阈值，其中，Friis参数组包括MESH设备的发射功率、发射天线增益、接收天线增益。

6.如权利要求1至4任意一项所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，通过在NodeSpace软件中生成的空间模拟界面中设置几何形状的阻隔物来模拟因阻隔使物理上距离接近的两个MESH设备之间的无线信号无法传播。

7.如权利要求1至4任意一项所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，为NodeSpace软件配置轨迹文件，用于记录各虚拟MESH节点的空间位置变化及对应的时间信息，以便查看MESH路由的变化过程。

8.如权利要求1至4任意一项所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，为NodeSpace软件配置参数配置文件，用于存储为各虚拟MESH节点配置的工作参数；为NodeSpace软件和NodeClient软件中均配置有日志文件，分别用于记录所属软件的运行信息。

9.如权利要求1至4任意一项所述的无线组网路由测试方法，其特征在于，客户端NodeClient软件还配置有图形化的人机界面，用于显示与所连接的MESH设备相关的虚拟MESH节点模拟的MESH设备在物理空间内分布情形的空间模拟界面，与所连接的MESH设备相关的虚拟MESH节点是指这些虚拟MESH节点对应的MESH设备与该MESH设备位于一个组网内。

10.一种基于MESH网络的无线组网路由测试系统，其特征在于，

包括一个服务器、N个MESH设备、N个客户端，服务器内装有NodeSpace软件，客户端内装有NodeClient软件，MESH设备采用有线方式与客户端一一对应连接，服务器与各客户端通过IP网络连接通信；

服务器配置有N个与客户端的IP地址一一对应的虚拟IP地址，以形成多个相互独立的双向通信通道，用于服务器与客户端的数据交互；

NodeSpace软件在服务器上运行时，执行以下指令：

生成N个虚拟MESH节点，为各虚拟MESH节点关联一个服务器虚拟IP地址并为其配置与该关联虚拟IP地址相对应的MESH设备相关的工作参数，使每个虚拟MESH节点对应一个MESH设备及与该MESH设备连接的客户端，通过人机界面图形化显示由虚拟MESH节点模拟的MESH设备在物理空间内分布情形；

接收客户端发送的包括MESH路由信息的IP_NetBrd数据，解封装得到NetBrd数据后再发送至与该客户端对应的虚拟MESH节点；该虚拟MESH节点将接收到的NetBrd数据发送至邻居虚拟MESH节点；接收到NetBrd数据的邻居虚拟MESH节点将NetBrd数据进行IP封装成IP_NetBrd数据后再发送至与其相对应的客户端；

NodeClient软件在客户端上运行时，执行以下指令：

接收与其连接的MESH设备发送的包含路由信息的NetBrd数据，将其进行IP封装成IP_NetBrd数据后发送至服务器；

接收服务器NodeSpace软件中与其相对应的虚拟MESH节点发送过来的IP_NetBrd数据，将其解封装得到NetBrd数据后发送至与其连接MESH设备。