CN110971514B - 一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法；在本方案中，该异频网关设备包括与不同频点的无线子网对应的频点网卡，通过不同的频点网卡映射获得的虚拟网卡，以及与虚拟网卡连接的网桥；其中，本方案中每个频点网卡的工作模式为Ad‑Hoc模式，且运行无线组网路由协议，因此通过该异频网关设备中的频点网卡、虚拟网卡和网桥可实现不同频点的无线子网之间的数据交互。可见，本方案公开的这种数据交互方式，不需要通过交换机及网线连接无线子网的设备，因此不会出现因网线导致的传输距离受限问题，从而减少了数据交互过程的不稳定因素，降低了工程施工难度，扩大了实际应用场景。

Description

一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法

技术领域

本发明涉及数据交互技术领域，更具体地说，涉及一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法。

背景技术

无线Mesh自组网系统在实际工程应用中，常常面临多跳后无线传输带宽有限无法满足数据传输要求，或者同频节点数量较多时相互之间碰撞重传概率增大带来网络容量下降等问题。因此在实际工程应用中，常常选择不同频点的自组网设备各自组成无线子网。而在传统应用中如需实现异频子网之间的数据互联互通，则需要在2个频点设备各自组成的子网中各选择一台设备，将这2台设备通过网线连接到一台交换机上，借助于交换机的数据转发功能来实现异频子网之间的数据交互，即需要一台交换机来充当2个异频子网之间网关的角色，参见图1，为现有技术中的异频子网传统连接示意图。

在实际工程应用中，由于这种应用模式下的2个异频子网与交换机之间的连接只能通过网线，而普通网线的稳定传输距离通常在100m以内，因此在2个异频子网中必须各有1台设备距离交换机距离在100m以内，在实际工程应用中某些场景无法保证该距离一定在100m以内，因此某些应用场景受限；另外，引入交换机后与网线后，交换机需单独供电且网线连接易松动或遭到破坏，在整个传输环节引入了更多不稳定因素且增加了工程施工的难度。

因此，如何实现异频无线子网之间的数据交互，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法，以实现异频无线子网之间的数据交互。

为实现上述目的，本发明提供的一种异频网关设备，包括：

与不同频点的无线子网对应的频点网卡，通过不同的频点网卡映射获得的虚拟网卡，与所述虚拟网卡连接的网桥；其中，每个频点网卡的工作模式为Ad-Hoc模式，且运行无线组网路由协议，通过所述频点网卡、虚拟网卡和网桥实现不同频点的无线子网之间的数据交互。

其中，本方案还包括与所述网桥连接的无线网卡。

其中，本方案还包括与所述网桥连接的有线网卡。

为实现上述目的，本发明进一步提供一种异频网络的数据交互方法，基于上述的异频网关设备，所述数据交互方法包括：

目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文；

目标频点网卡通过虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥；

所述网桥将所述第一业务广播报文通过所述虚拟网卡发送至除所述目标频点网卡之外的其他频点网卡，通过其他频点网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的无线子网，实现不同频点的无线子网的数据交互。

其中，所述目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文之前，还包括：

所述异频网关设备周期性的通过与不同频点的无线子网对应的频点网卡，将第一控制报文发送至不同无线子网，以使无线子网内的所有设备获知所述异频网关设备的存在。

其中，所述目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文之前，还包括：

所述异频网关设备通过不同的频点网卡，接收不同无线子网的所有设备周期性发送的第二协议控制报文，以使所述异频网关设备根据所述第二协议控制报文确定不同无线子网的所有设备及网络拓扑关系。

其中，所述目标频点网卡通过所述虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥之后，还包括：

所述网桥将所述第一业务广播报文发送至无线网卡和/或有线网卡，以使所述无线网卡和/或有线网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的外接设备。

其中，本方案还包括：

目标网卡将外接设备发送的第二业务广播报文发送至所述网桥；所述目标网卡为无线网卡或者有线网卡；

所述网桥将所述第二业务广播报文发送至除所述目标网卡之外的其他网卡；其中，若所述其他网卡为虚拟网卡，则所述虚拟网卡将所述第二业务广播报文发送至频点网卡，通过频点网卡将所述第二业务广播报文发送至对应的无线子网；若所述其它网卡为无线网卡或者有线网卡，则通过无线网卡或者有线网卡将所述第二业务广播报文发送至对应外接设备。

其中，本方案还包括：

所述异频网关设备接收系统应用层发送的第三业务广播报文，通过所述网桥将所述第三业务广播报文发送至所有网卡，以通过虚拟网卡及频点网卡将所述第三业务广播报文发送至对应的无线子网，通过无线网卡或者有线网卡将所述第三业务广播报文发送至对应外接设备。

其中，所述目标频点网卡通过虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥之后，还包括：

所述网桥确定目标无线子网内发送第一业务广播报文的目标设备，将目标设备的广播报文转发列表中存在有效转发标志位的设备作为待转发设备；

所述网桥通过虚拟网卡将所述第一业务广播报文转发至目标频点网卡，通过目标频点网卡将第一业务广播报文转发至目标无线子网的待转发设备。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法；在本方案中，该异频网关设备包括与不同频点的无线子网对应的频点网卡，通过不同的频点网卡映射获得的虚拟网卡，以及与虚拟网卡连接的网桥；其中，本方案中每个频点网卡的工作模式为Ad-Hoc模式，且运行无线组网路由协议，因此通过该异频网关设备中的频点网卡、虚拟网卡和网桥可实现不同频点的无线子网之间的数据交互。可见，本方案公开的这种数据交互方式，不需要通过交换机及网线连接无线子网的设备，因此不会出现因网线导致的传输距离受限问题，从而减少了数据交互过程的不稳定因素，降低了工程施工难度，扩大了实际应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的异频子网传统连接示意图；

图2为本发明实施例公开的一种异频网关设备结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种异频网络的数据交互方法流程示意图；

图4为本发明实施例公开的另一种异频网络的数据交互方法流程示意图；

图5为本发明实施例公开的一跳邻居节点列表示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种异频网关设备及异频网络的数据交互方法，以实现异频无线子网之间的数据交互。

参见图2，本发明实施例提供的一种异频网关设备，包括：

与不同频点的无线子网对应的频点网卡100，通过不同的频点网卡100映射获得的虚拟网卡200，与所述虚拟网卡200连接的网桥300；其中，每个频点网卡100的工作模式为Ad-Hoc模式，且运行无线组网路由协议，通过所述频点网卡、虚拟网卡和网桥实现不同频点的无线子网之间的数据交互。

进一步的，本方案还包括与网桥300连接的无线网卡400及有线网卡500。

在本申请中，通过硬件的相关设计，可实现异频网关设备支持不同频点射频模块同时工作。在此为了对本方案具体说明，以该异频网关设备支持2个频点的无线子网数据交互为例进行说明。参见图2，本方案可实现异频网关设备支持频点网卡101和频点网卡102这2个不同频点射频模块同时工作，从而实现这两个无线子网的数据交互，并且，本申请的异频网关设备还可以接收无线网卡、有线网卡、系统应用层上传的业务广播报文，并将接收的业务广播报文通过频点网卡发送至不同的无线子网，扩展了异频网关设备的应用场景。

参见图3，为本发明实施例公开的一种异频网络的数据交互方法流程示意图；该数据交互方法基于上述实施例所述的异频网关设备，具体来说，该数据交互方法可以包括：

S101、目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文；

在本实施例中，以图2所示的异频网关设备对该数据交互方案进行具体说明，参见图2，若频点1的无线子网发送第一业务广播报文，则异频网关设备需要通过频点网卡101接收该第一业务广播报文，频点网卡101即为本方案中的目标频点网卡。

S102、目标频点网卡通过虚拟网卡将第一业务广播报文发送至网桥；

需要说明的是，目标频点网卡101将第一业务广播报文通过虚拟网卡200上传至网桥300，以通过网桥300实现对第一业务广播报文的分发。

S103、网桥将第一业务广播报文通过虚拟网卡发送至除目标频点网卡之外的其他频点网卡，通过其他频点网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的无线子网，实现不同频点的无线子网的数据交互。

通过图2可以看出，异频网关设备接收到频点网卡101上传的第一业务广播报文之后，需要将第一业务广播报文无条件的递交给频点网卡102，让频点网卡102将该广播报文发送出去，因此频点2的无线子网最终可接收到来自频点1无线子网的广播报文，从而实现了不同频点的无线子网的数据交互。

其中，目标频点网卡通过虚拟网卡将第一业务广播报文发送至网桥之后，还包括：网桥将第一业务广播报文发送至无线网卡和/或有线网卡，以使无线网卡和/或有线网卡将第一业务广播报文发送至对应的外接设备。

需要说明的是，本申请中的第一业务广播报文上传至网桥后，可通过网桥将该第一业务广播报文分发至除频点网卡之外的其他网卡，参见图2，网桥300将频点网卡101上传的第一业务广播报文分发频点网卡102后，还可以将该第一业务广播报文分发至无线网卡400和有线网卡500，以通过无线网卡和有线网卡将第一业务广播报文发送至与异频网关设备相连的外接设备，以便实现与异频网关设备所连的外接设备可接收到该广播报文。

综上可以看出，本方案公开的这种数据交互方式，不需要通过交换机及网线连接无线子网的设备，因此不会出现因网线导致的传输距离受限问题，从而减少了数据交互过程的不稳定因素，降低了工程施工难度，扩大了实际应用场景。并且，通过本申请中的网桥，可实现将业务广播报文分发至与异频网关设备相连的外接设备，从而提高了异频网关设备的性能。

参见图4，为本发明实施例公开的另一种异频网络的数据交互方法流程示意图；该数据交互方法基于上述实施例所述的异频网关设备，具体来说，该数据交互方法可以包括：

S201、异频网关设备周期性的通过与不同频点的无线子网对应的频点网卡，将第一控制报文发送至不同无线子网，以使无线子网内的所有设备获知所述异频网关设备的存在；

在本申请中，在进行异频网络的数据交互之前，需要让无线子网的所有设备感知异频网关设备的存在，同样需要异频网关设备获得无线子网内各设备及网络拓扑关系。也即：异频网关设备中无线组网路由协议会周期性发送协议控制报文，协议控制报文从频点网卡101、频点网卡102同时发送出去；通过频点网卡101所发送的协议控制报文能被频点1无线子网中所有设备接收到，因此频点1的无线子网能获知到异频网关设备的存在；同样的，通过频点网卡102所发送的协议控制报文能被频点2子网中所有设备接收到，因此频点2无线子网能获知到异频网关设备的存在。

S202、异频网关设备通过不同的频点网卡，接收不同无线子网的所有设备周期性发送的第二协议控制报文，以使异频网关设备根据第二协议控制报文确定不同无线子网的所有设备及网络拓扑关系；

进一步，频点1无线子网中的设备会周期性发送协议控制报文，异频网关设备通过频点网卡101接收到该协议控制报文，因此异频网关设备可获知到频点1无线子网中的所有设备以及所有设备的拓扑关系；同样的，频点2无线子网中设备也会周期性发送协议控制报文，异频网关设备通过频点网卡102接收到该协议控制报文，因此异频网关设备可获知到频点2无线子网中的所有设备以及所有设备的拓扑关系。

S203、目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文；

S204、目标频点网卡通过虚拟网卡将第一业务广播报文发送至网桥；

S205、网桥将第一业务广播报文通过虚拟网卡发送至除目标频点网卡之外的其他频点网卡，通过其他频点网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的无线子网，实现不同频点的无线子网的数据交互；

S206、网桥确定目标无线子网内发送第一业务广播报文的目标设备，将目标设备的广播报文转发列表中存在有效转发标志位的设备作为待转发设备，所述网桥通过虚拟网卡将第一业务广播报文转发至目标频点网卡，通过目标频点网卡将第一业务广播报文转发至目标无线子网的待转发设备。

需要说明的是，对于目标无线子网发送的第一业务广播报文，需要判断是否需要将第一业务广播报文转发至目标无线子网；在本申请中，通过设备的转发标志位来确定，具体来说：异频网关设备将频点网卡101接收进来的广播报文是否需要在频点网卡101进行再次转发，需要查询频点网卡101本地数据结构中对应这个发送节点的转发标志位，若标志位＝0，则代表转发标志位无效，不进行转发，若标志位＝1，则代表转发标志位有效，进行转发。

同样的，如果频点2的无线子网发送了业务广播报文，异频网关设备通过频点网卡102接收广播报文，并将该广播报文上传至网桥300，以便异频网关设备所连外设可接收到该广播报文。异频网关设备还需要将频点网卡102接收进来的广播报文无条件的递交给频点网卡101，让频点网卡101将该广播报文发送出去，因此频点1无线子网最终可接收到来自频点2无线子网的广播报文；并且，异频网关设备将频点网卡102接收进来的广播报文是否需要在频点网卡102进行再次转发时，需要查询频点网卡102本地数据结构中对应这个发送节点的转发标志位，若标志位＝0，则不进行转发，若标志位＝1，则进行转发。

需要说明的是，异频网关设备的频点网卡101、频点网卡102在接收到来自频点1无线子网、频点2无线子网的广播报文后，决定是否需要在自身接收到的网卡上再进行一次转发的判断依据为本网卡的广播报文转发列表，广播报文转发列表的形参过程如下：

无线Mesh自组网系统中，无线组网路由协议中设计一种周期性发送的ELP(交换链路参数，Exchange Link Parameter,ELP)广播报文，ELP报文中包含了本节点的MAC地址，该ELP广播报文不在全网范围内转发，而只在一跳范围内传播。每个节点在本地存储一跳邻居节点的MAC地址，通过ELP报文的交互全网每个节点都将知道本节点周围一跳范围内存在哪些节点。

参见图5，为本发明实施例提供的一跳邻居节点列表示意图，参见图5，节点A在发送ELP广播报文时，将本地存储的一跳邻居节点的节点数及MAC地址追加在ELP报文末尾，然后再将ELP报文发送出去。节点B、节点C在接收到该ELP报文时解析出ELP报文末尾的MAC地址信息，然后与本地存储的一跳邻居节点MAC信息对比，以此来决定节点B、节点C后续是否需要转发来自节点A的用户业务广播报文，通过上述交互，在各节点中形成广播报文转发标志位列表，该列表将会根据网络拓扑图结构的变化而实时更新。综上可以看出，异频网关设备可同时与频点1的无线子网、频点2的无线子网进行协议控制报文的交互，在异频网关设备上可获知频点1、频点2的无线子网的所有设备信息及拓扑结构，因此在异频网关设备上可形成异频组网系统的完整路由表信息，当频点1无线子网与频点2无线子网间存在用户定向报文交互需求时，子网的定向报文数据都将递交给异频网关设备，异频网关设备查找完整路由表信息即可获知如何在异频子网间传递定向报文，

基于上述实施例，在本实施例中，还包括：

目标网卡将外接设备发送的第二业务广播报文发送至网桥；目标网卡为无线网卡或者有线网卡；网桥将第二业务广播报文发送至除目标网卡之外的其他网卡；其中，若其他网卡为虚拟网卡，则虚拟网卡将第二业务广播报文发送至频点网卡，通过频点网卡将第二业务广播报文发送至对应的无线子网；若其它网卡为无线网卡或者有线网卡，则通过无线网卡或者有线网卡将第二业务广播报文发送至对应外接设备。

若异频网关设备接收系统应用层发送的第三业务广播报文，则通过网桥将第三业务广播报文发送至所有网卡，以通过虚拟网卡及频点网卡将第三业务广播报文发送至对应的无线子网，通过无线网卡或者有线网卡将第三业务广播报文发送至对应外接设备。

需要说明的是，本申请中的异频网关设备除了能接收到频点网卡上传的业务广播报文之外，还可以接收到无线网卡、有线网卡、系统应用层上传的业务广播报文；如果第二业务广播报文是从异频网关设备的无线网卡400进入，通过网桥300对广播报文的端口分发，可实现第二业务广播报文从频点网卡101、频点网卡102同时发送到2个不同频点的无线子网，并通过有线网卡500发送至外接设备；如果第二业务广播报文是从异频网关设备的有线网卡500进入，通过网桥300对广播报文的端口分发，可实现用户业务广播报文从频点网卡101、频点网卡102同时发送到2个不同频点的无线子网，并通过无线网卡400发送至外接设备。进一步，如果第二业务广播报文是从异频网关设备系统应用层产生，则通过网桥300对广播报文的端口分发，可实现用户业务广播报文从频点网卡101、频点网卡102同时发送到2个不同频点的无线子网，并通过无线网卡400和有线网卡500发送至外接设备。

综上可以看出，在本申请公开的异频网关设备中，2个频点的射频模块的频点网卡101、频点网卡102具备同时发送与接收无线组网路由协议控制报文的能力，在异频网关设备上可获知频点1、频点2子网的所有设备信息及拓扑结构信息，因此在异频网关设备上可形成异频组网系统的完整路由表信息，当频点1无线子网与频点2无线子网间存在用户定向报文交互需求时，子网的定向报文数据都将递交给异频网关设备，异频网关设备查找完整路由表信息即可获知如何在异频子网间传递定向报文，即可实现在异频子网间交互定向报文的目的。

在异频子网间进行用户业务广播报文交互时，根据接收广播报文的数据网卡，在异频网关设备上针对同频网卡进行了广播报文转发优化，针对异频网卡进行了广播报文数据递交，达到了业务广播报文在尽可能少在同频子网内转发的前提下仍然能扩散到其他异频子网的目的。极大的提升了用户业务广播报文在全网转发的效率，降低了广播报文传输过程中所占的网络开销，在大规模无线Mesh组网时能大大减少全网的广播数据报文，可以有效解决广播风暴问题，同时降低CSMA/CD的冲突重传机制带来的不可控时延抖动，可有效优化网络容量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种异频网关设备，其特征在于，包括：

与不同频点的无线子网对应的频点网卡，通过不同的频点网卡映射获得的虚拟网卡，与所述虚拟网卡连接的网桥；其中，每个频点网卡的工作模式为Ad-Hoc模式，且运行无线组网路由协议，通过所述频点网卡、虚拟网卡和网桥实现不同频点的无线子网之间的数据交互；

其中，目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文，通过所述虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥；所述网桥将所述第一业务广播报文通过所述虚拟网卡发送至除所述目标频点网卡之外的其它频点网卡，通过其它频点网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的无线子网，实现不同频点的无线子网的数据交互。

2.根据权利要求1所述的异频网关设备，其特征在于，还包括与所述网桥连接的无线网卡。

3.根据权利要求2所述的异频网关设备，其特征在于，还包括与所述网桥连接的有线网卡。

4.一种异频网络的数据交互方法，其特征在于，基于权利要求1至3任意一项所述的异频网关设备，所述数据交互方法包括：

目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文；

所述目标频点网卡通过所述虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥；

所述网桥将所述第一业务广播报文通过所述虚拟网卡发送至除所述目标频点网卡之外的其它频点网卡，通过其它频点网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的无线子网，实现不同频点的无线子网的数据交互。

5.根据权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，所述目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文之前，还包括：

所述异频网关设备周期性的通过与不同频点的无线子网对应的频点网卡，将第一控制报文发送至不同无线子网，以使无线子网内的所有设备获知所述异频网关设备的存在。

6.根据权利要求5所述的数据交互方法，其特征在于，所述目标频点网卡接收对应的目标无线子网发送的第一业务广播报文之前，还包括：

所述异频网关设备通过不同的频点网卡，接收不同无线子网的所有设备周期性发送的第二协议控制报文，以使所述异频网关设备根据所述第二协议控制报文确定不同无线子网的所有设备及网络拓扑关系。

7.根据权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，所述目标频点网卡通过所述虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥之后，还包括：

所述网桥将所述第一业务广播报文发送至无线网卡和/或有线网卡，以使所述无线网卡和/或有线网卡将所述第一业务广播报文发送至对应的外接设备。

8.根据权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，还包括：

目标网卡将外接设备发送的第二业务广播报文发送至所述网桥；所述目标网卡为无线网卡或者有线网卡；

所述网桥将所述第二业务广播报文发送至除所述目标网卡之外的其它网卡；其中，若所述其它网卡为虚拟网卡，则所述虚拟网卡将所述第二业务广播报文发送至频点网卡，通过频点网卡将所述第二业务广播报文发送至对应的无线子网；若所述其它网卡为无线网卡或者有线网卡，则通过无线网卡或者有线网卡将所述第二业务广播报文发送至对应外接设备。

9.根据权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，还包括：

所述异频网关设备接收系统应用层发送的第三业务广播报文，通过所述网桥将所述第三业务广播报文发送至所有网卡，以通过虚拟网卡及频点网卡将所述第三业务广播报文发送至对应的无线子网，通过无线网卡或者有线网卡将所述第三业务广播报文发送至对应外接设备。

10.根据权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，所述目标频点网卡通过虚拟网卡将所述第一业务广播报文发送至所述网桥之后，还包括：

所述网桥确定目标无线子网内发送第一业务广播报文的目标设备，将目标设备的广播报文转发列表中存在有效转发标志位的设备作为待转发设备；

所述网桥通过虚拟网卡将所述第一业务广播报文转发至目标频点网卡，通过目标频点网卡将第一业务广播报文转发至目标无线子网的待转发设备。

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