CN111757413B - 无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统，该方法包括：步骤S1，源Mesh节点向网络中的其他节点广播路由请求，并于广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据；步骤S2，接收到广播路由请求的中间Mesh节点以广播形式转发广播路由请求，广播路由请求经层层转发后，目的Mesh节点接收到携带数据的广播路由请求；步骤S3，目的Mesh节点通过解析广播路由请求获得数据，并对广播路由请求进行单播选路响应，于单播选路响应过程中携带所获得的数据，从而建立源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径；步骤S4，源Mesh节点与目的Mesh节点通过最优路径以单播形式来回传输数据。

Description

无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，特别是涉及一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统。

背景技术

无线Mesh网络是一种在无线接入、市政管理、灾难救助、安全监控、工业管理、物流协作等领域中应用广泛的技术，其路由方法的设计直接影响到无线Mesh网络的性能和效率。因为无线Mesh网络有自组织、自恢复、自适应的性能要求，和可移动、环境多变的背景特征，所以无线Mesh网络的路由方法必须一方面照顾到网络的稳定性，保证数据通信的畅通与高效，另一方面必须能够进行快速收敛，以保证在网络拓扑出现变化的时候，能够最大限度的维持通信的正常运行。

通常，Mesh网络(比如Wifi Mesh即802.11s)中的站点间传输需要事先创建路由，再进行数据传送，而蓝牙组织最近推出的BT Mesh协议，即以泛洪广播来传送数据。与WifiMesh相比，BT Mesh容易形成广播风暴，吞吐量小，不便批量传输大数据，但由于没有选路过程，具有更高的实时性，因此，两者各有优缺点。

目前，无线Mesh网络需求甚大，但仍然难以流行，因为目前事务的通常处理是，需要一个快速信号来通知事件发生，然后大批量传输相关数据，并需要同时满足实时性及吞吐能力，而上述两种协议方式的无线Mesh网络都不能达到该要求。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统通过将广播与路由有机地结合起来，使得无线Mesh网络既满足实时性又满足吞吐量的需求，非常适合于事务处理，具有很高实用价值。

为达上述及其它目的，本发明提出一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，包括如下步骤：

步骤S1，源Mesh节点向Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据信息；

步骤S2，接收到所述广播路由请求的中间Mesh节点以广播形式转发该广播路由请求，该广播路由请求经层层转发后，由目的Mesh节点接收到携带数据的广播路由请求；

步骤S3，目的Mesh节点通过解析广播路由请求获得数据，并对广播路由请求进行单播选路响应，于单播选路响应过程中携带所获得的数据，从而建立源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径；

步骤S4，当源Mesh节点与目的Mesh节点建立了所述最优路径后，所述源Mesh节点与目的Mesh节点则通过该最优路径以单播形式来回传输数据。

优选地，所述广播路由请求包括但不限于源Mesh节点地址，目的Mesh节点地址、本站节点地址、下站节点地址以及载荷信息。

优选地，于步骤S2中，当中间Mesh节点接收到其他Mesh节点的广播路由请求时，若本节点已缓存了可靠的最优路径，则对广播路由请求解析处理后采用单播形式以缓存的最优路径转发数据。

优选地，于步骤S3中，当确定了最优路径后，该最优路径上的各节点则记录该最优路径，并同时启动定时器进行计时。

优选地，于步骤S4之前，还包括如下步骤：

判断建立所述最优路径的时间是否超时，于未超时时进入步骤S4，否则返回步骤S1重新执行选路过程。

优选地，于步骤S4后，本发明还包括如下步骤：

当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回步骤S1再次执行选路过程。

优选地，于步骤S4中，在单播过程中，当某个节点遇到传输失败时则将单播形式转为广播形式，以重新选择路径。

为达到上述目的，本发明还提供一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统，包括：

广播请求单元，用于向无线Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据；

请求解析单元，用于接收其他Mesh节点的广播路由请求，对其他节点的广播路由请求进行解析，以便所述广播请求单元根据解析结果继续广播路由请求；

单播响应单元，以于所述目的Mesh节点接收到所述广播路由请求时进行单播选路响应，并于单播选路响应过程中携带所获得的数据，以建立所述源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径；

单播传输单元，作为所述最优路径上的各节点的单播传输单元则以单播形式来回传输数据。

优选地，所述系统还包括：

超时判断单元，用于判断建立最优路径的时间是否超时，于未超时时启动单播传输单元，否则返回广播请求单元重新执行选路过程。

优选地，所述系统还包括：

异常处理单元，用于当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回所述广播请求单元再次执行选路过程。

与现有技术相比，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统通过将广播与路由有机结合，使得无线Mesh网络既满足实时性又满足吞吐量的需求，非常适合于事务处理，本发明可使故障恢复较为灵活，还可满足节点的移动特性，能较好地解决实际需要。本发明实现简单，可节省开发及硬件成本。

附图说明

图1为本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法的步骤流程图；

图2为本发明具体实施例中一个无线Mesh网络场景设置示意图；

图3为本发明具体实施例中广播路由请求的报文封装的封装格式示意图；

图4为本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统的系统架构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，所述Mesh网络包括多个Mesh节点，其包括如下步骤：

步骤S1，源Mesh节点向Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据信息。

在本发明具体实施例中，所述广播路由请求中的广播包包括：源Mesh节点地址，目的Mesh节点地址、本站节点地址、下站节点地址以及载荷信息，所述载荷信息即为源Mesh节点所要发送给目的节点的数据信息。

步骤S2，接收到所述广播路由请求的中间Mesh节点以广播形式转发该广播路由请求，该广播路由请求经层层转发后，目的Mesh节点接收到携带数据的广播路由请求。

图2为本发明具体实施例中一个无线Mesh网络场景设置示意图。该无线Mesh网络中设置分布式节点A到节点H，图3为本发明具体实施例中广播路由请求的报文封装的封装格式示意图，其包括源地址、目的地址、本站地址、下站地址、载荷，以源Mesh节点H发包给目的Mesh节点E为例，源地址则为H，目的地址为E，该源地址与目的地址在每节点传送时都不会改变，但本站地址对应本次发送的节点，下站对应下一站节点。例如，该广播路由请求沿HBDE路径传输，经3次传送：

1、节点H发送。源节点H，目的节点E，本站节点H，下站节点B。

2、节点B转发。源节点H，目的节点E，本站节点B，下站节点D。

3、节点D转发。源节点H，目的节点E，本站节点D，下站节点E。

在本发明具体实施例中，当下站地址为-1(或某特定地址，如位全为1)，则视作选路请求，此时所有收到该包的节点都可以转发该包，并可继续将下站地址设为-1。

地址可以是不同类型，以BT Mesh为例，可以是同一类型，即都为2字节地址，而以Wifi Mesh为例，可以全部为6字节的MAC地址，也可以是源、目的为4字节IP地址，而本站、下站为MAC地址，可视具体情况而定，本发明不以此为限。

步骤S3，当广播路由请求到达目的Mesh节点时，目的Mesh节点通过解析广播路由请求获得数据，并对广播路由请求进行单播选路响应，于单播选路响应过程中携带所获得的数据，从而建立源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径。例如当目的Mesh节点E获得该广播路由请求时产生单播响应以进行路径选择，经由D、B送达H，这个响应过程既是选路响应，也可以附加数据，从而建立最优路径。由于单播路由响应与现有路由技术相同，比如可以参考信号质量、跳数等进行路径选择，在此不予赘述。当确定了最优路径后，该最优路径上的各节点则会记录该最优路径，并同时启动定时器进行计时。

步骤S4，当源Mesh节点与目的Mesh节点建立了最优路径后，源Mesh节点与目的Mesh节点则通过该最优路径以单播形式来回传输数据。

在单播形式，源Mesh节点根据最优路径将数据依次通过各级节点传输至目的Mesh节点端，在传输过程中，下一级节点在接收到上一级节点发送的消息时，一般会发送应答消息，以便上一级节点确认下一级节点已接收到数据。由于这里的单播传输与现有技术的单播传输过程相同，在此不予赘述。

可见，在本发明中，通过像现有的BT Mesh一样以广播方式传送数据，实时性较高；并且本发明通过广播结合单播响应后，在传送数据的同时还能选择最优路经，这样使得后续的传输则可以像现有Wifi Mesh一样，沿最优路径更高效节性地传输。

本发明在广播选路请求时携带数据，其可作为事务通知，在单播选路响应中携带数据，可用来查询事务细节，相比现有Wifi Mesh协议中先选路再发送数据导致事务实时性较差，提高了事务处理的实时性；而相比现有的BT Mesh，本发明通过广播结合单播响应，在传送数据的同时选择了最优路径，后续则以最优路径进行单播传送，不会形成广播风暴，也可适合批量传输大数据。

优选地，于步骤S4之前，还包括如下步骤：

判断建立最优路径的时间是否超时，于未超时时进入步骤S4，否则返回步骤S1重新执行选路过程。

在本发明具体实施例中，设定一时间阈值，并于建立最优路径后进行计时，在进行单播形式传送数据之前，判断建立最优路径的时间是否超过该时间阈值，只有未超过时间阈值，才进入步骤S4进行单播形式传送数据。

优选地，于步骤S4后，本发明还包括如下步骤：

当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回步骤S1再次执行选路过程。

优选地，于步骤S4中，在单播过程中，当某个节点遇到传输失败(如应答超时)则转为广播，以重新选择路径。优选地，在后续正常传输过程中，还可延长定时器超时时间，以免后续正常传输时仍然因超时发生路由重建

在本发明具体实施例中，当建立了节点HBDE的最优路径后，以源节点H以单播形式传送数据至目的节点E，当在单播过程中，假设某次传输失败，比如中间节点B在规定时间内未收到中间节点D的应答信息，将单播传送改为广播，以重新选择节点B—目标节点D之间的最优路径。

优选地，于步骤S2中，当中间Mesh节点接收到广播路由请求时，若本站已缓存了可靠的最优路径，则将广播路由请求采用单播形式以缓存的最优路径转发。

图4为本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统的系统架构图。如图4所示，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统，应用于所述Mesh网络中的各Mesh节点，包括：

广播请求单元401，用于向无线Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据。

在本发明具体实施例中，所述广播路由请求中的广播包包括：源Mesh节点地址，目的Mesh节点地址、本站节点地址、下站节点地址以及载荷。

请求解析单元402，用于接收其他Mesh节点的广播路由请求，对其他节点的广播路由请求进行解析，以便广播请求单元401根据解析结果继续广播路由请求。

对于无线Mesh网络中的源Mesh节点来说，其向无线Mesh网络中的其他Mesh节点发送携带数据的广播路由请求，而对于无线Mesh网络中的中间节点来说，则会于接收到其他节点的的广播路由请求时，对该广播路由请求进行解析后，根据解析结果将该广播路由请求转发再以广播请求形式转发至其他节点，广播路由请求经层层转发后，目的Mesh节点接收到携带数据的广播路由请求。

单播响应单元403，以于目的Mesh节点对广播路由请求进行单播选路响应，并于单播选路响应过程中携带所获得的数据，从而建立源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径。例如当目的Mesh节点E获得该广播路由请求时产生单播响应以进行路径选择，经由D、B送达H，这个响应过程既是选路响应，也可以附加数据，从而建立最优路径。由于单播路由响应与现有路由技术相同，比如可以参考信号质量、跳数等进行路径选择，在此不予赘述。

优选地，当确定了最优路径后，最优路径上的各Mesh节点还会通过最优路径记录单元记录该最优路径，并同时启动定时器进行计时。

单播传输单元404，该最优路径上的各节点的单播传输单元403则以单播形式来回传输数据。

在单播形式，源Mesh节点根据最优路径将数据依次通过各级节点传输至目的Mesh节点端，在传输过程中，下一级节点在接收到上一级节点发送的消息时，一般会发送应答消息，以便上一级节点确认下一级节点已接收到数据。由于这里的单播传输与现有技术的单播传输过程相同，在此不予赘述。

可见，在本发明中，通过像现有的BT Mesh一样以广播方式传送数据，实时性较高；本发明通过广播结合单播响应后，在传送数据的同时还能选择最优路经，这样使得后续的传输则可以像现有Wifi Mesh一样，沿最优路径更高效节性地传输。

本发明在广播选路请求时携带数据，其可作为事务通知，在单播选路响应中携带数据，可用来查询事务细节，相比现有Wifi Mesh协议中先选路再发送数据导致事务实时性较差，提高了事务处理的实时性；而相比现有的BT Mesh，本发明通过广播结合单播响应，在传送数据的同时选择了最优路径，后续则以最优路径进行单播传送，不会形成广播风暴，也可适合批量传输大数据。

优选地，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统还包括：

超时判断单元，用于判断建立最优路径的时间是否超时，于未超时时启动单播传输单元403，否则返回广播请求单元401重新执行选路过程。

在本发明具体实施例中，设定一时间阈值，并于建立最优路径后进行计时，在进行单播形式传送数据之前，判断建立最优路径的时间是否超过该时间阈值，只有未超过时间阈值，才进入单播传输单元403进行单播形式传送数据。

优选地，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统还包括：

异常处理单元，用于当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回广播请求单元401再次执行选路过程。

优选地，于单播传输单元403中，在单播过程中，当某个节点遇到传输失败(如应答超时)则转为广播，以重新选择路径。优选地，在后续正常传输过程中，可延长定时器超时时间，以免后续正常传输时仍然因超时发生路由重建

在本发明具体实施例中，当建立了节点HBDE的最优路径后，以源节点H以单播形式传送数据至目的节点E，当在单播过程中，假设中间节点B在规定时间内未收到中间节点D的应答信息，将单播传送改为广播，以重新选择节点B—目标节点D之间的最优路径。

优选地，当中间Mesh节点接收到广播路由请求时，若本站已缓存了可靠的最优路径，则将广播路由请求采用单播形式以缓存的最优路径转发。

实施例

仍参照图2，如图2所示，假设源Mesh节点H想发送数据给目的Mesh节点E，其中最优路径为HBDE，但最初并不知道该条路径为最优路径，首先源Mesh节点H发送广播路由请求，将数据以广播形式发送，能收到广播包的中间节点如A、B、G等再以广播形式转发该广播包，再通过中间C、D、E等层层转发，最终目的Mesh节点E收到该包，本实施例中，在广播过程传递了数据，同时也是选路请求，目的Mesh节点E于接收到广播路由请求时，产生单播响应，经由中间节点D、B送达源Mesh节点H，该单播响应过程既是选路响应，也可以附加数据，从而建立最优路径，之后源Mesh节点H与目的Mesh节点E之间的数据则可以沿着HBDE这条最优路径以单播形式来回传输了。在本实施例中，路由算法或最优路径的确定过程与现有技术类似，不同之处在于其可以附加数据传输，本发明在广播路由请求时携带数据，可作为事务通知，而在单播选路响应时携带数据，则可用来查询事务细节，本发明将广播与路由有机地结合起来，既满足实时性又满足吞吐量，非常适合于事务处理，具有很高实用价值。

在本实施例中，仍以节点HE之间的传输为例来说明。在具体事务中，假定源Mesh节点H为一报警探测器，目的Mesh节点E为管理器。

1、当源Mesh节点H探测到报警条件，需要快速发报警信号给目的Mesh节点E。

2、源Mesh节点H发广播数据，该广播数据被多级转播，然后被目的Mesh节点E收到。

3、目的Mesh节点E单播响应，以请求进一步信息，该单播经中间节点D、B转发至源Mesh节点H。

4、上述过程中，建立了最佳路径HBDE，后续则源Mesh节点H与目的Mesh节点E沿该最佳路径进一步单播通信，以获取详细数据。

本实施例中，由于报警信号无需事先选路，因此提高了实时性。而且用广播来传达报警信号，不会像单播那样易于丢失，这还提升了可靠性。

通过将本发明应用于模拟智慧家庭，如开关灯、门窗开闭检测、宠物看护定位等。还具有如下优势：

1、设备入网速度大大提升。这是因为入网过程有较大的数据传输，引入路由模式后，传输性能大幅提升。路由减少了其它节点的转播，还减小了耗电。

2、开关灯、门窗检测的实时性与BT Mesh比基本不变，这是因为传播控制信号时，本方案保证了仍采用广播模式。当然比Wifi mesh性能快多了，因为不需要实时建立路由。

3、宠物定位报警的实性相当好，报警后宠物周边的图像采集相当快。这是因为报警采用了广播方式，并实时建立了最佳路由，然后通过路由传输数据，吞吐量很大。

综上所述，本发明一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法及系统通过将广播与路由有机结合，使得无线Mesh网络既满足实时性又满足吞吐量的需求，非常适合于事务处理，本发明可使故障恢复较为灵活，还可满足节点的移动特性，能较好地解决实际需要。本发明实现简单，可节省开发及硬件成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，包括如下步骤：

步骤S1，源Mesh节点向Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据信息；所述广播路由请求包括源Mesh节点地址，目的Mesh节点地址、本站节点地址、下站节点地址以及载荷信息，所述载荷信息为所述源Mesh节点所要发送给所述目的Mesh节点的数据信息；所述源Mesh节点地址，所述目的Mesh节点地址、所述本站节点地址和所述下站节点地址的地址类型包括2字节地址、4字节地址或6字节地址；

步骤S2，接收到所述广播路由请求的中间Mesh节点以广播形式转发该广播路由请求，该广播路由请求经层层转发后，由目的Mesh节点接收到携带数据的广播路由请求；当中间Mesh节点接收到其他Mesh节点的广播路由请求时，若本节点已缓存了可靠的最优路径，则对广播路由请求解析处理后采用单播形式以缓存的最优路径转发数据；

步骤S3，目的Mesh节点通过解析广播路由请求获得数据，并对广播路由请求进行单播选路响应，于单播选路响应过程中携带所获得的数据，从而建立源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径；

步骤S4，当源Mesh节点与目的Mesh节点建立了所述最优路径后，所述源Mesh节点与目的Mesh节点则通过该最优路径以单播形式来回传输数据。

2.如权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，其特征在于：于步骤S3中，当确定了最优路径后，该最优路径上的各节点则记录该最优路径，并同时启动定时器进行计时。

3.如权利要求2所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，其特征在于，于步骤S4之前，还包括如下步骤：

判断建立所述最优路径的时间是否超时，于未超时时进入步骤S4，否则返回步骤S1重新执行选路过程。

4.如权利要求2所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，其特征在于，于步骤S4后，本发明还包括如下步骤：

当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回步骤S1再次执行选路过程。

5.如权利要求2所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输方法，其特征在于：于步骤S4中，在单播过程中，当某个节点遇到传输失败时则将单播形式转为广播形式，以重新选择路径。

6.一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统，包括：

广播请求单元，用于向无线Mesh网络中的其他Mesh节点广播路由请求，并于广播路由请求时于所述广播路由请求中携带所要发送给目的Mesh节点的数据；所述广播路由请求包括源Mesh节点地址，目的Mesh节点地址、本站节点地址、下站节点地址以及载荷信息，所述载荷信息为所述源Mesh节点所要发送给所述目的Mesh节点的数据信息；所述源Mesh节点地址，所述目的Mesh节点地址、所述本站节点地址和所述下站节点地址的地址类型包括2字节地址、4字节地址或6字节地址；

请求解析单元，用于接收其他Mesh节点的广播路由请求，对其他节点的广播路由请求进行解析，以便所述广播请求单元根据解析结果继续广播路由请求；当中间Mesh节点接收到其他Mesh节点的广播路由请求时，若本节点已缓存了可靠的最优路径，则对广播路由请求解析处理后采用单播形式以缓存的最优路径转发数据；

单播响应单元，以于所述目的Mesh节点接收到所述广播路由请求时进行单播选路响应，并于单播选路响应过程中携带所获得的数据，以建立所述源Mesh节点与目的Mesh节点之间的最优路径；

单播传输单元，作为所述最优路径上的各节点的单播传输单元则以单播形式来回传输数据。

7.如权利要求6所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统，其特征在于，所述系统还包括：

超时判断单元，用于判断建立最优路径的时间是否超时，于未超时时启动单播传输单元，否则返回广播请求单元重新执行选路过程。

8.如权利要求6所述的一种无线Mesh网络中的广播与路由混合传输系统，其特征在于，所述系统还包括：

异常处理单元，用于当数据传输异常或所述最优路径空闲时间超过预设时间时，返回所述广播请求单元再次执行选路过程。

Images