CN109195205B - 一种多射频无线网状网络及其建立数据传输链路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种多射频无线网状网络及其建立数据传输链路的方法。所述多射频无线网状网络包括一接入控制器AC和多个无线接入点，多个无线接入点包括一网状Mesh网关节点MPP、多个Mesh节点MP和多个Mesh接入点MAP；所有无线接入点均是多射频链路的无线接入点，多射频链路的无线接入点包括控制器和N个分别与控制器连接的无线射频收发器，每个无线射频收发器连接一个或多个频段的天线，N是大于或等于3的整数。本发明的多射频无线网状网络在数据传输性能、系统鲁棒性、抗干扰能力、网络拓展等方面均具有显著优势。

Description

一种多射频无线网状网络及其建立数据传输链路的方法
技术领域
本发明属于通信领域，尤其涉及一种多射频无线网状网络及其建立数据传输链路的方法。
背景技术
现有技术典型的无线网状(Mesh)网络如图1所示，包括一接入控制器(Accesscontroller，AC)和多个无线接入点(包括无线路由器和无线访问接入点(WirelessAccessPoint，AP))，其中，无线接入点包括一Mesh网关节点(Mesh PortalPoint，MPP)、多个Mesh节点(Mesh Point，MP)和多个Mesh接入点(Mesh Access Point，MAP)。其中，AC用于控制和管理所有的无线接入点；MPP与AC有线连接；MAP与MP无线连接，用于提供Mesh服务并同时给客户端提供无线接入服务；MP分别与MPP和其它MP无线连接形成Mesh无线网络，但不提供接入客户端的服务。无线网状网络的无线接入点采用单频无线接入点或双频无线接入点，在搭建无线Mesh网络的时候，所有的MPP、MAP和MP均为单频无线接入点或双频无线接入点。
请参阅图2，是采用单频(2.4GHz或5GHz)无线接入点组成的单频无线Mesh网络，无论是MPP与MP的连接，还是MP之间、MP与MAP之间的连接以及MAP给客户端提供的无线接入服务，均只能在一个信道(2.4GHz或5GHz)上实现。
请参阅图3，是采用双频(同时支持2.4GHz和5GHz)无线接入点组成的双频无线Mesh网络，MPP与MP的连接、MP之间、MP与MAP之间的无线连接以及MAP给客户端提供的无线接入服务，可以在2.4GHz和5GHz两个信道上实现。
然而，采用单频无线接入点组成的单频无线Mesh网络和采用双频无线接入点组成的双频无线Mesh网络存在以下缺点：
1、多个无线接入点之间的信道竞争问题。采用单频无线接入点组成的单频无线Mesh网络存在严重的无线信道竞争问题。因为同一时刻在一个信道上只能允许一个终端使用该无线信道，所有无线接入点和客户端都必须通过CSMA/CA机制协商获取信道使用资源。这会导致整个无线Mesh网络的有效带宽急剧下降，无线网络效率低下。采用双频无线接入点组成的双频无线Mesh网络虽然存在2个信道可以使用，但2个信道远远不够用，随着无线接入点的增加，同样存在无线信道竞争的问题，导致无线网络效率低下，无法开展大规模的无线Mesh组网。
2、单个无线接入点的信道竞争问题。每个无线接入点只能通过1个或2个信道与其它无线接入点连接。例如在单频无线Mesh网络中，MPP由于只能使用一个信道与MP1和MP2连接，导致MPP无法做到同时与MP1和MP2通信；像MP2亦只能使用同一个信道与MP1、MP3、MAP2和MAP3四个节点连接，只能通过时分的方式逐个与它们通信。
3、系统鲁棒性和抗干扰能力。任意两个无线接入点之间的连接仅只有1个信道，如果该信道有外来干扰，设备之间的连接通信就会中断。
4、网络拓展性差。网络性能随着无线接入点的增加性能急速衰减，大范围网络(如无线城域网)不适合采用无线Mesh组网。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多射频无线网状网络及其建立数据传输链路的方法，旨在解决现有技术的单频无线Mesh网络和双频无线Mesh网络的数据传输性能差、系统鲁棒性差、抗干扰能力差、网络拓展性差的问题。
第一方面，本发明提供了一种多射频无线网状网络，所述多射频无线网状网络包括一接入控制器AC和多个无线接入点，多个无线接入点包括一网状Mesh网关节点MPP、多个Mesh节点MP和多个Mesh接入点MAP；其中，AC用于控制和管理所有的无线接入点；MPP与AC有线连接；每个MAP分别与一MP无线连接，用于提供Mesh服务并同时给客户端提供无线接入服务；一部分MP分别与MPP和相邻的MP无线连接形成Mesh无线网络；另一部分MP分别与相邻的MP无线连接；所有无线接入点均是多射频链路的无线接入点，多射频链路的无线接入点包括控制器和N个分别与控制器连接的无线射频收发器，每个无线射频收发器连接一个或多个频段的天线，N是大于或等于3的整数。
第二方面，本发明提供了一种多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法，所述多射频无线网状网络采用上述的多射频无线网状网络，所述方法包括：
多射频无线网状网络中的任意一个无线接入点被上电激活后，所述任意一个无线接入点的控制器自动搜索多射频无线网状网络的无线覆盖范围内的其它无线接入点，每个无线接入点的N个无线射频收发器分别用于与其它无线接入点单独建立无线连接；
当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内只搜索到一个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，所述任意一个无线接入点与所述一个其它无线接入点之间建立N个信道的无线连接；当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内搜索到M个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，当N/M的结果为整数时，分别通过N/M个无线射频收发器与M个其它无线接入点之间建立N/M个信道的无线连接，M是大于或等于2的整数。
第三方面，本发明提供了一种多射频无线网状网络中的无线接入点，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法的步骤。
在本发明中，由于多射频无线网状网络中的所有无线接入点均是N射频链路的无线接入点，N是大于或等于3的整数，因此在数据传输性能、系统鲁棒性、抗干扰能力、网络拓展等方面均具有显著优势。减少了无线信道竞争，提升了网络效率；每个无线接入点能同时与多个通过无线连接的无线接入点同时通信；增强了系统的鲁棒性及抗干扰能力；提高了拓展性，以便大面积采用无线Mesh网络。另外，由于采用本发明提供的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法，因此无线接入点能动态自学习建立多射频无线网状网络的数据传输链路，因此能快速地组建多射频无线网状网络。
附图说明
图1是现有技术典型的无线网状网络示意图。
图2是现有技术的单频无线Mesh网络示意图。
图3是现有技术的双频无线Mesh网络示意图。
图4是本发明实施例一提供的采用四射频链路的无线接入点的多射频无线网状网络示意图。
图5是本发明实施例一提供的采用八射频链路的无线接入点多射频无线网状网络示意图。
图6是本发明实施例二提供的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法的流程图。
图7是本发明实施例三提供的多射频无线网状网络中的无线接入点的具体结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
本发明实施例一提供的多射频无线网状网络包括一接入控制器AC和多个无线接入点，其中，多个无线接入点包括一Mesh网关节点MPP、多个Mesh节点MP和多个Mesh接入点MAP；其中，AC用于控制和管理所有的无线接入点；MPP与AC有线连接；每个MAP分别与一MP无线连接，用于提供Mesh服务并同时给客户端提供无线接入服务；一部分MP分别与MPP和相邻的MP无线连接形成Mesh无线网络，但不提供接入客户端的服务；另一部分MP分别与相邻的MP无线连接；所有无线接入点均是多射频链路的无线接入点，多射频链路的无线接入点包括控制器和N个分别与控制器连接的无线射频收发器，每个无线射频收发器连接一个或多个频段的天线，N是大于或等于3的整数。
由于所有无线接入点均采用多射频链路的无线接入点，因此整个多射频无线网状网络的两个无线接入点之间采用不同的无线信道，因此多射频无线网状网络中所有无线接入点可以同时通信，不存在由CSMA/CA机制带来的信道竞争问题引起的网络延迟及吞吐量衰减。由于有些无线接入点之间采用多信道连接，不仅增加了设备间无线通信的带宽，同时提高了设备间无线连接的鲁棒性，当其中一个信道被干扰时，其他信道还能继续保障通信。
请参阅图4，下面以所有无线接入点均采用四射频链路的无线接入点为例来说明本发明实施例一提供的多射频无线网状网络：
由于所有无线接入点均采用四射频链路的无线接入点，因此整个多射频无线网状网络的两个无线接入点之间采用不同的无线信道Ch[x1-x10]，因此多射频无线网状网络中所有无线接入点可以同时通信，不存在由CSMA/CA机制带来的信道竞争问题引起的网络延迟及吞吐量衰减。其中MPP通过四个无线信道与MP1和MP3连接。MPP与MP1通过Ch[x1]和Ch[x9]连接，MPP与MP3通过Ch[x2]和Ch[x10]连接。由于采用双信道连接，不仅增加了设备间无线通信的带宽，同时提高了设备间无线连接的鲁棒性，当其中一个信道被干扰时，另一个信道还能继续保障通信。因为MP2采用四个不同的无线信道Ch[x4]、Ch[x5]、Ch[x7]和Ch[x8]分别与MP1、MP3、MAP2和MAP3连接，这样MP2可以同时与MP1、MP3、MAP2和MAP3通信，提高的系统的效率。另外，MP1与MAP1通过Ch[x3]连接，MP3与MAP4通过Ch[x6]连接。
请参阅图5，下面以所有无线接入点均采用八射频链路的无线接入点为例来说明本发明实施例一提供的多射频无线网状网络：
由于所有无线接入点均采用八射频链路的无线接入点，因此整个多射频无线网状网络的两个无线接入点之间采用不同的无线信道Ch[x1-x20]，因此多射频无线网状网络中所有无线接入点可以同时通信，不存在由CSMA/CA机制带来的信道竞争问题引起的网络延迟及吞吐量衰减。其中MPP通过六个无线信道与MP1和MP3连接。MPP与MP1通过Ch[x1]、Ch[x2]和Ch[x3]连接，MPP与MP3通过Ch[x4]、Ch[x5]和Ch[x6]连接。由于采用四信道连接，不仅增加了设备间无线通信的带宽，同时提高了设备间无线连接的鲁棒性，当其中一个信道被干扰时，其他信道还能继续保障通信。因为MP2采用八个不同的无线信道分别与MP1、MP3、MAP2和MAP3连接，其中MP2采用Ch[x13]、Ch[x14]与MP1连接，Ch[x19]和Ch[x20]与MP3连接，Ch[x15]和Ch[x16]与MAP2连接，Ch[x17]和Ch[x18]与MAP3连接。这样MP2可以同时与MP1、MP3、MAP2和MAP3通信，提升了通信带宽和抗干扰能力，提高了系统的效率。另外，MP1与MAP1通过Ch[x7]、Ch[x8]和Ch[x9]连接，MP3与MAP4通过Ch[x10]、Ch[x11]和Ch[x12]连接。
实施例二：
请参阅图6，本发明实施例二提供的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法并不以图6所示的流程顺序为限。
S101、多射频无线网状网络中的任意一个无线接入点被上电激活后，所述任意一个无线接入点的控制器自动搜索多射频无线网状网络的无线覆盖范围内的其它无线接入点，其中，多射频无线网状网络中的所有无线接入点均是多射频链路的无线接入点，多射频链路的无线接入点包括控制器和N个分别与控制器连接的无线射频收发器，每个无线射频收发器连接一个或多个频段的天线，N是大于或等于3的整数，每个无线接入点的N个无线射频收发器分别用于与其它无线接入点单独建立无线连接；
S102、当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内只搜索到一个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，所述任意一个无线接入点与所述一个其它无线接入点之间建立N个信道的无线连接；当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内搜索到M个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，当N/M的结果为整数时，分别通过N/M个无线射频收发器与M个其它无线接入点之间建立N/M个信道的无线连接，M是大于或等于2的整数。
在本发明实施例二中，当N/M的结果不是整数时，所述任意一个无线接入点优先保障与其它无线接入点之间形成干路的连接数量，尽可能的使用最多的射频链路建立干路的无线连接。
在本发明实施例二中，所述当N/M的结果不是整数时，所述任意一个无线接入点优先保障与其它无线接入点之间形成干路的连接数量，尽可能的使用最多的射频链路建立干路的无线连接具体可以为：
当N/M的结果不是整数，且n大于1时，n是N/M的整数部分，分别通过n+1数量的无线射频收发器与M-1个其它无线接入点之间建立n+1个信道的无线连接，通过N-(M-1)*(n+1)个无线射频收发器与第M个其它无线接入点之间建立N-(M-1)*(n+1)个信道的无线连接；
当N/M的结果不是整数，且n等于1时，分别通过1个无线射频收发器与M-1个其它无线接入点之间建立1个信道的无线连接，通过N-(M-1)个无线射频收发器与第M个其它无线接入点之间建立N-(M-1)个信道的无线连接。
在本发明实施例二中，控制器可以是MCU、CPU、SOC等。天线可以是2.4GHz频段天线、5GHz频段天线等。
正面以图5所示的多射频无线网状网络为例，每个无线接入点具有一个控制器和8个无线射频收发器。
MPP与AC之间通过有线连接完毕之后，MPP搜索无线覆盖范围内的其它组建多射频无线网状网络的无线接入点；
当MP1被上电激活后，MPP和MP1均搜索到了对方，MPP和MP1的控制器均分别控制启动8个无线射频收发器，MPP与MP1之间建立8个信道的无线连接；
当MP3被上电激活后，(MP1与MP3不能相互监测到对方)，MPP在与MP1无线连接的同时监测到了MP3的存在，因此MPP的控制器控制与MP1连接的8个无线射频收发器中的4个切换到与MP3连接(即MPP发现自己需要与2个无线接入点连接时，将自己的8个无线射频收发器均分使用)，MP1通过控制器将多余的4个无线射频收发器切换到休眠状态；
当MP2上电激活后，可以同时被MP1和MP3监测到，同时MP1和MP3也均有4个休眠的无线射频收发器，因此MP1和MP3分别通过控制器启动各自4个休眠的无线射频收发器与MP2建立连接，MP2拥有的8个无线射频收发器正好均分为4+4分别与MP1和MP3建立无线连接；
当MAP1上电激活后，(MAP1只能和MP1互相监测到对方的存在)，MP1发现自己需要与3个无线接入点建立无线连接(MPP、MP2和MAP1)，MP1通过控制器将原先与MPP连接的4个无线射频收发器中切换1个与MAP1连接，MP1通过控制器将原先与MP2连接的4个无线射频收发器中切换2个与MAP1连接；(这样就形成了图5中MP1的无线连接状态)
当MAP2上电激活后，(MAP2只能和MP2互相监测到对方的存在)，MP2发现自己需要与3个无线接入点建立无线连接(MP1、MP3和MAP2)，MP2通过控制器将原先与MP1连接的4个无线射频收发器中切换1个与MAP2连接，MP2通过控制器将原先与MP3连接的4个无线射频收发器中切换1个与MAP2连接；
当MAP3上电激活后，(MAP3只能和MP2互相监测到对方的存在)，MP2发现自己需要与4个无线接入点建立无线连接(MP1、MP3、MAP2和MAP3)，MP2通过控制器将原先与MP1连接的3个无线射频收发器中切换1个与MAP3连接，MP2通过控制器将原先与MP3连接的3个无线射频收发器中切换1个与MAP3连接；(这样就形成了图5中MP2的无线连接状态)
当MAP4上电激活后，(MAP4只能和MP3互相监测到对方的存在)，MP3发现自己需要与3个无线接入点建立无线连接(MPP、MP2和MAP4)，MP3通过控制器将原先与MPP连接的4个无线射频收发器中切换1个与MAP4连接，MP3通过控制器将原先与MP2连接的4个无线射频收发器中切换2个与MAP4连接；(这样就形成了图5中MP3的无线连接状态)
实施例三：
图7示出了本发明实施例三提供的多射频无线网状网络中的无线接入点的具体结构框图，一种多射频无线网状网络中的无线接入点100包括：一个或多个处理器101、存储器102、以及一个或多个计算机程序，其中所述处理器101和所述存储器102通过总线连接，所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例二提供的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法的步骤。
在本发明中，由于多射频无线网状网络中的所有无线接入点均是N射频链路的无线接入点，N是大于或等于3的整数，因此在数据传输性能、系统鲁棒性、抗干扰能力、网络拓展等方面均具有显著优势。减少了无线信道竞争，提升了网络效率；每个无线接入点能同时与多个通过无线连接的无线接入点同时通信；增强了系统的鲁棒性及抗干扰能力；提高了拓展性，以便大面积采用无线Mesh网络。另外，由于采用本发明提供的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法，因此无线接入点能动态自学习建立多射频无线网状网络的数据传输链路，因此能快速地组建多射频无线网状网络。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
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 (4)

1.一种多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法，所述多射频无线网状网络包括一接入控制器AC和多个无线接入点，多个无线接入点包括一网状Mesh网关节点MPP、多个Mesh节点MP和多个Mesh接入点MAP；其中，AC用于控制和管理所有的无线接入点；MPP与AC有线连接；每个MAP分别与一MP无线连接，用于提供Mesh服务并同时给客户端提供无线接入服务；一部分MP分别与MPP和相邻的MP无线连接形成Mesh无线网络；另一部分MP分别与相邻的MP无线连接；所有无线接入点均是多射频链路的无线接入点，多射频链路的无线接入点包括控制器和N个分别与控制器连接的无线射频收发器，每个无线射频收发器连接一个或多个频段的天线，N是大于或等于3的整数，其特征在于，所述方法包括：
多射频无线网状网络中的任意一个无线接入点被上电激活后，所述任意一个无线接入点的控制器自动搜索多射频无线网状网络的无线覆盖范围内的其它无线接入点，每个无线接入点的N个无线射频收发器分别用于与其它无线接入点单独建立无线连接；
当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内只搜索到一个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，所述任意一个无线接入点与所述一个其它无线接入点之间建立N个信道的无线连接；当所述任意一个无线接入点在无线覆盖范围内搜索到M个其它无线接入点，则所述任意一个无线接入点控制启动N个无线射频收发器，当N/M的结果为整数时，分别通过N/M个无线射频收发器与M个其它无线接入点之间建立N/M个信道的无线连接，M是大于或等于2的整数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当N/M的结果不是整数时，所述任意一个无线接入点优先保障与其它无线接入点之间形成干路的连接数量，尽可能的使用最多的射频链路建立干路的无线连接。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当N/M的结果不是整数时，所述任意一个无线接入点优先保障与其它无线接入点之间形成干路的连接数量，尽可能的使用最多的射频链路建立干路的无线连接具体为：
当N/M的结果不是整数，且n大于1时，n是N/M的整数部分，分别通过n+1数量的无线射频收发器与M-1个其它无线接入点之间建立n+1个信道的无线连接，通过N-(M-1)*(n+1)个无线射频收发器与第M个其它无线接入点之间建立N-(M-1)*(n+1)个信道的无线连接；
当N/M的结果不是整数，且n等于1时，分别通过1个无线射频收发器与M-1个其它无线接入点之间建立1个信道的无线连接，通过N-(M-1)个无线射频收发器与第M个其它无线接入点之间建立N-(M-1)个信道的无线连接。
4.一种多射频无线网状网络中的无线接入点，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的多射频无线网状网络建立数据传输链路的方法的步骤。
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