CN113133075A - 一种无线网格网络中信道切换方法以及无线节点设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线网格mesh网络中信道切换方法，该方法包括，所述无线网格mesh网络中的任一从节点，接收主节点广播的信道切换命令，进行信道切换，所述从节点判断信道切换是否成功，如果成功，则寻找主节点或包含主节点的网络进行组网，否则，退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。本申请在进行信道切换之后使得从节点的mesh网络被自动配置，弥补了现有mesh网络协议中不支持不同频段之间的切换缺陷，实现了信道切换成功后自动重新建立mesh连接。

Description

一种无线网格网络中信道切换方法以及无线节点设备

技术领域

本发明涉及无线网格网络(mesh)接入领域，特别地，涉及一种无线网格网络中信道切换方法。

背景技术

无线网格网络(mesh)技术是一种WiFi网络组网方式，也就是网状结构网络，也称为“多跳(multi-hop)”网络。与传统星型网络拓扑不同，在mesh网络中，网络中的各种设备被视为节点，所有的节点都可互相连接，每个节点都可拥有多条连接通道，所有的节点之间形成一个整体的网络。mesh包括基于802.11s协议的mesh网络，也包括非802.11s的mesh网络。

传统的双频WiFi网卡在同频段信道切换、以及2.4G和5G不同频段之间切换是没有问题的，当AP设备切换频段之后，只要用户站(station，通过AP与Mesh网络进行通信的站点，通常指传统的802.11用户终端)同时支持2.4G和5G，用户站就会自动跟随并切换到AP的频段工作。

由于mesh网络本身不支持不同频段之间的信道切换，且同频段信道切换也存在缺陷，802.11s spec也明确指出不支持不同频段间的切换。这就会导致双频网卡设备在mesh网络中不能进行不同频段切换信道。

发明内容

本发明提供了一种无线网格网络中信道切换方法，以使得具有双频网卡的节点(无线节点设备)在mesh网络中支持不同频段信道的切换。

本发明提供的一种无线网格mesh网络中信道切换方法是这样实现的：

所述无线网格mesh网络中的任一从节点，接收主节点广播的信道切换命令，进行信道切换，

所述从节点判断信道切换是否成功，如果成功，则寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，否则，退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

较佳地，所述从节点切换成功后，进一步包括，将所述组网标记为有效mesh网络，并将有效mesh网络节点信息填入信标帧，将携带有有效mesh网络节点信息的信标帧进行广播。

较佳地，所述退出当前无效mesh网络，进一步包括，

从节点接收主节点网络二层广播的在当前mesh网络中同步当前mesh网络的状态，将有效mesh网络节点标志信息填入信标帧，

基于已同步的当前mesh网络的信息，根据是否有主节点信息判定是否属于无效mesh网络，如果是，则执行所述退出当前无效mesh网络的步骤；

其中，信标帧为beacon帧或probe response帧，有效mesh网络标志信息填充至beacon和probe response帧的私有IE字段。

较佳地，所述扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络进一步包括，

当从节点扫描到的mesh节点所广播的beacon或probe response帧的携带的私有IE字段中包含有效mesh网络标志信息，且该从节点的服务集标识ssid和扫描到的mesh节点的服务集标识ssid一致时，则加入该有效mesh网络。

较佳地，所述加入扫描到的mesh网络包括，

从节点广播探测请求帧，

接收来自主节点的探测响应帧，该探测响应帧携带有主节点信息，所述主节点信息包括有mesh网络有效标志信息；

根据探测响应帧中携带的主节点信息，获取主节点信息，建立无线链路。

较佳地，所述信道切换命令包括信标帧或探测响应帧，其中，所述帧中携带的信道切换公告信元和信道切换参数信元包括有信道切换时间和用于指示切换目标的信道切换指示。

本发明提供的一种无线网格mesh网络中信道切换方法，该方法包括，

所述无线网格mesh网络中的各个从节点接收主节点广播的信道切换命令，各个从节点分别进行信道切换，

信道切换成功的第一从节点寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，

信道切换未成功的第二从节点判断当前是否接入无效mesh网络，如果是，则退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

本发明还提供一种无线设备，包括支持无线局域网接入的网络接入模组，其特征在于，所述网络接入模组中包括存储器和处理器，其中，

存储器存储有应用程序，

处理器执行所述应用程序实现上述任一所述无线网格mesh网络中信道切换方法的步骤。

本发明提供的一种无线网格mesh网络系统，包括作为节点的无线设备，所述无线网格mesh网络中的各个从节点接收主节点广播的信道切换命令，各个从节点分别进行信道切换，

信道切换成功的第一从节点寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，

信道切换未成功的第二从节点判断当前是否接入无效mesh网络，如果是，则退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

本发明提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述任一所述无线网格mesh网络中信道切换方法的步骤。

本发明从节点接收来自主节点广播的信道切换命令进行信道切换后，当信道切换成功时，寻找主节点或包含主节点的网络进行组网，当信道切换失败时，退出无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络，从而在进行信道切换之后使得从节点的mesh网络被自动配置，弥补了现有mesh网络协议中不支持不同频段之间的切换缺陷，实现了信道切换成功后自动重新建立mesh连接，恢复mesh组网，mesh通信能力恢复正常，为方便了mesh网络的信道切换，从而使得mesh网络中的无线设备可以随时切换到任意比较好的信道工作，使mesh网络数据传输性能更高，且不易掉线，使mesh网络维护更简便。

附图说明

图1实现不同频段信道切换的一种流程示意图。

图2为智能家居系统中各种无线设备组成mesh网络的一种示意图。

图3为以智能家居系统中无线设备的信道切换的一种流程示意图。

图4为无线设备中网络接入模组(网卡)的一种示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。

现有的80211.s协议明确了：信道切换可能无法成功地将MBSS(Mesh BaseService Set，mesh网络基础业务集)中的所有mesh用户站移动到新信道；切换到新信道不会破坏mesh对等操作，现有的mesh对等操作可以保留在新通道中。由于目前mesh网络只支持同频段的mesh信道切换，不支持不同频段的信道切换，这使得支持双频WiFi网卡的无线设备在mesh网络中并不能实现不同频段的信道切换。

本申请将mesh网络中的无线设备进行配置：根据mesh网络中各个设备级别来决定主节点，mesh网络中除了主节点之外的设备为从节点。由于不同类型的网络设备的出厂设置的级别不同，比如mesh路由器的级别是最高的，而其他mesh终端设备的节点级别较低，根据级别的高低来选举主节点以作为管理节点。当网络中有多台同级别的节点时，根据mac地址、网络出口类型等其他参数来确定。主节点作为管理节点，负责管理mesh网络，为mesh网络中的所有的mesh节点配网，并提供DHCP server，发起频段，信道切换，作出网络优化决策，mesh拓扑信息收集及同步等。在一个mesh网络中有唯一的主节点，一个以上从节点。

本申请在主节点向从节点发起切换命令后、通过从节点自动配网来实现不同频段/不同频带的信道切换。

参见图1所示，图1为实现不同频段信道切换的一种流程示意图。该切换方法包括，

步骤101，由主节点向所有从节点广播信道切换命令，通知所有从节点进行信道切换，该命令为携带信道切换公告信元(Channel Switch Announcement elements)和携带信道切换参数信元(Mesh Channel Switch Parameters element)的信标(beacon)帧或探测响应(probe response)帧，其中，携带信道切换公告信元、信道切换参数信元包括有信道切换时间(time to live field)和用于指示切换目标的信道切换指示。

步骤102，各个从节点分别接收并解析信道切换命令，并进行计时，在到达信道切换时间时进行信道切换；例如，进行倒计时，当倒计时为0时触发信道切换。

步骤103，各个从节点判断信道切换是否成功；其中，

信道切换成功的第一从节点寻找主节点或者搜索包含主节点的网络进行组网，并将当前组网标记为有效mesh网络，以使得第一从节点接入有效mesh网络；将有效mesh网络节点信息填入信标帧；携带有有效mesh网络节点信息的信标帧通过mesh的多信道协商机制进行广播，以通知其他节点，这里，由于通过信标帧广播，即使各个节点不在同一mesh网络，通过WiFi也能够接收到所述信标帧。

信道切换未成功的第二从节点由于信道未切换成功，则保留于当前mesh网络中，通过网络二层广播在该mesh网络中同步mesh网络的状态，包括各个mesh设备的网络健康状态，吞吐信息，mesh路径信息，及mesh整体网络状态信息，mesh心跳，网络的有效性，mesh网络拓扑结构，主节点信息等。在同步当前mesh网络的信息后，根据是否有主节点信息判定第二节点是否属于无效mesh网络，如果第二节点发现网络中没有主节点，则退出当前无效mesh网络，断开当前mesh网络连接；第二从节点退出当前mesh网络后，在切换后的频段信道扫描mesh网络，当扫描到信标帧中包含有主节点信息、且主节点信息例如ID与来自广播的信标帧中携带的有效mesh网络节点信息中的主节点信息相同时，则重新申请加入扫描到的mesh网络；如果第二节点发现网络中有主节点，则结束本流程，较佳地，可再次进行信道切换。

上述第二从节点加入mesh网络以及的过程包括，从节点主动扫描周围环境中的主节点时，主动广播探测请求(probe request)帧，网络中的主节点收到探测请求(proberequest)帧后回复探测响应probe response帧，当从节点收到主节点回复的proberesponse帧后，就可以获取到该主节点的信息，从而接入mesh网络。

本申请实施例中从节点接收主节点的切换命令后，对于信道切换成功的第一从节点，使其加入有效mesh网络；对于信道切换未成功的第二从节点，其中，未接入有效mesh网络的第二节点退出当前无效mesh网络，在切换后的频段信道扫描mesh网络，并接入与第一从节点所接入的有效mesh网络；从而实现了mesh网络中节点跨频段/带宽信道的切换，对现有的mesh标准协议中信道切换进行了弥补，并且，在切换过程中，只需要主节点发起切换命令，不需要人为手动一个一个参与或重启每一个mesh节点，从节点即可实现信道自动切换，信道切换快捷，方便了mesh网络的信道切换，使得网络中的节点可以随时切换到任意比较好的信道工作，数据传输性能更高，且不易掉线，网络维护更简便。对于各个节点而言，只要在合理的空间范围内，均可以保证每一个mesh节点都可以成功切换信道，不会出现某个节点切换信道失败的问题。

参见图2所示，图2为智能家居系统中各种无线设备组成mesh网络的一种示意图。智能家居系统中，包括安防监控子系统，视频播放子系统，入户门禁子系统，支持无线的电器子系统，以及用于各子系统接入的接入系统。具体而言，如图2中所示，

安防监控子系统包括有无线网络摄像机(IPC，Internet Protocol Camera)、儿童看护机器人，

视频播放子系统包括有无线网络硬盘录像机(NVR，Network Video Recorder)，入户门禁子系统包括有智能门锁，

支持无线的电器子系统包括有报警传感器、电脑、手机、PAD、无线灯泡(图中未示出)、带无线的家用电器(冰箱、洗衣机、微波炉等)(图中未示出)等各种无线设备，

接入系统包括有网关、路由器。

上述每个无线设备均可作为节点，每个节点都可相互连接，每个节点拥有多条连接通道，例如，无线网络硬盘录像机分别与路由器、无线IPC、网关、手机、儿童看护机器人相连接，无线IPC分别与路由器、NVR、网关、手机、儿童看护机器人相连接。所有节点的连接形成mesh网络。

在智能家居系统所连接的mesh网络中，通常将路由器作为主节点，除了路由器之外的其他节点作为从节点。应用本发明的信道切换方法，可实现不同频段的信道切换。

参见图3所示，图3为以智能家居系统中无线设备的信道切换的一种流程示意图。具体过程如下：

作为主节点的路由器广播信道切换命令，发起信道切换，

对于智能家居系统中除路由器之外的作为从节点的各个无线设备，其中任一从节点：

接收并解析信道切换命令；

到达切换时间时，各个从节点实施信道切换；

判断自身是否切换成功，如果是，则该从节点寻找主节点或者搜索包含主节点的网络进行组网，将所述组网标记为有效mesh网络，将有效mesh网络节点信息携带在信标帧进行广播，如果未切换成功，则

通过寻找所接入的mesh网络主节点，判断其是否属于无效mesh网络，即：通过网络二层广播在当前mesh网络中同步mesh网络的状态，在同步当前mesh网络的信息后，根据是否有主节点信息判定该从节点是否属于无效mesh网络。如果属于无效mesh网络，则退出当前的无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，当扫描到信标帧中包含有主节点信息、且主节点信息与来自广播的信标帧中携带的有效第一mesh网络节点信息中的主节点信息相同时，例如，当从节点扫描到的mesh节点所广播的beacon或probe response帧的携带的私有IE字段中包含有效mesh网络标志信息，且该从节点的服务集标识(ssid)和扫描到的mesh节点的ssid一致时，则重新申请加入所扫描到的mesh网络。

在上述智能家居系统中，支持mesh的双频无线设备在建立mesh组网后，mesh网络在2G或5G频段上通信过程中，无线设备的mesh网络可以从当前的工作频段切换到另一个频段上工作，实现mesh网络在不同频段及不同带宽之间进行信道切换，并在信道切换成功之后，可以自动重新建立mesh连接，恢复mesh组网，通信能力恢复正常。

参见图4所示，图4为一无线设备中网络接入模组(网卡)的一种示意图。所述网络接入模组中包括存储器和处理器，其中，

存储器存储有应用程序，

处理器执行所述应用程序实现如图3以及其所述的无线网格mesh网络中信道切换方法的步骤。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：

从节点接收主节点广播的信道切换命令，进行信道切换，

所述从节点判断信道切换是否成功，如果成功，则寻找主节点或包含主节点的网络进行组网，否则，判断当前是否接入无效mesh网络，如果是，则退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

对于装置/网络侧设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种无线网格mesh网络中信道切换方法，其特征在于，该方法包括，

所述无线网格mesh网络中的任一从节点，接收主节点广播的信道切换命令，进行信道切换，

所述从节点判断信道切换是否成功，如果成功，则寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，否则，退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

2.如权利要求1所述的信道切换方法，其特征在于，所述从节点切换成功后，进一步包括，将所述组网标记为有效mesh网络，并将有效mesh网络节点信息填入信标帧，将携带有有效mesh网络节点信息的信标帧进行广播。

3.如权利要求2所述的信道切换方法，其特征在于，所述退出当前无效mesh网络，进一步包括，

从节点接收主节点网络二层广播的在当前mesh网络中同步当前mesh网络的状态，将有效mesh网络节点标志信息填入信标帧，

基于已同步的当前mesh网络的信息，根据是否有主节点信息判定是否属于无效mesh网络，如果是，则执行所述退出当前无效mesh网络的步骤；

其中，信标帧为信标帧beacon帧或探测响应帧probe response帧，有效mesh网络标志信息填充至beacon或probe response帧的私有IE字段。

4.如权利要求3所述的信道切换方法，其特征在于，所述扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络进一步包括，

当从节点扫描到的mesh节点所广播的beacon或probe response帧的携带的私有IE字段中包含有效mesh网络标志信息，且该从节点的服务集标识ssid和扫描到的mesh节点的服务集标识ssid一致时，则加入该有效mesh网络。

5.如权利要求4所述的信道切换方法，其特征在于，所述加入扫描到的mesh网络包括，

从节点广播探测请求帧，

接收来自主节点的探测响应帧，该探测响应帧携带有主节点信息，所述主节点信息包括有mesh网络有效标志信息；

根据探测响应帧中携带的主节点信息，获取主节点信息，建立无线链路。

6.如权利要求4所述的信道切换方法，其特征在于，所述信道切换命令包括信标帧或探测响应帧，其中，所述帧中携带的信道切换公告信元和信道切换参数信元包括有信道切换时间和用于指示切换目标的信道切换指示。

7.一种无线网格mesh网络中信道切换方法，其特征在于，该方法包括，

所述无线网格mesh网络中的各个从节点接收主节点广播的信道切换命令，各个从节点分别进行信道切换，

信道切换成功的第一从节点寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，

信道切换未成功的第二从节点判断当前是否接入无效mesh网络，如果是，则退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

8.一种无线设备，包括支持无线局域网接入的网络接入模组，其特征在于，所述网络接入模组中包括存储器和处理器，其中，

存储器存储有应用程序，

处理器执行所述应用程序实现如权利要求1至7任一所述无线网格mesh网络中信道切换方法的步骤。

9.一种无线网格mesh网络系统，包括作为节点的无线设备，其特征在于，所述无线网格mesh网络中的各个从节点接收主节点广播的信道切换命令，各个从节点分别进行信道切换，

信道切换成功的第一从节点寻找主节点或包含主节点的mesh网络进行组网，

信道切换未成功的第二从节点判断当前是否接入无效mesh网络，如果是，则退出当前无效mesh网络，扫描切换信道后的mesh网络，并加入扫描到的mesh网络。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述无线网格mesh网络中信道切换方法的步骤。

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