CN113923747A - 基于虚拟自组网的无线连接技术 - Google Patents

Abstract

本发明技术方案公开了一种基于虚拟自组网的无线连接技术，包括包括多个移动节点和多个固定节点的电子数据通信网络，移动节点包括安装在移动装置中的移动通信设备，及发送数据的起始节点、中继数据的中继节点和接收数据的结束节点，固定节点包括于互联网连接，且安装在固定通信结构中的固定通信设备，移动沿着包括用于数据通信的中继节点的路径形成虚拟电路，预定路径包括用于移动的多条通道并且固定节点包括沿包括多个区域的通道安装的多个检测单元，利用广播来选择中继节点，使得发送节点和接收节点之间的距离增加到提供最小有效带宽的阈值，使两个端点之间的跳数最小化。本技术方案解决了现有技术中的移动网络延迟较高导致各项服务受限的问题。

Description

基于虚拟自组网的无线连接技术

技术领域

本发明技术方案涉及互联网技术应用领域，特别涉及一种基于虚拟自组网的无线连接技术。

背景技术

WIFI无线网络是一个创建于IEEE 802.11标准的无线联网技术，以前通过网线连接电脑，而Wi-Fi则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为热点。

为了使人们使用无线网络更自由，开发出了随意移动网络。随意移动网络的主要技术问题是路由效率低下且不可靠。传统的最短路径路由在自组织网络中表现不佳，其中网络拓扑可以快速变化。通常寻找最佳路径的计算也需要很多时间，并且找到的路径仍然存在问题(例如，延迟很长)。在此外，单个或多个故障可以轻松断开节点。

随意移动网络的另一个主要技术问题，IEEE 802.11p采用使用优先排队的方法。这种方案的问题在于延迟是无限的。会在控制信令上浪费过多的时间。对于大多数数据应用程序，任何超过300ms(毫秒)的RTT(往返时间)几乎是无法容忍的。对于语音对话等实时应用，大于250毫秒的RTT是不可能的。现在，MAC层控制可以在随意移动网络中每跳增加20-30毫秒。如果一个数据包必须在随意移动网络中穿越10跳，那么在随意移动网络中产生的延迟已经是200-300ms，使得随意移动网络不适合作为高质量的互联网媒体。

本技术方案为解决上述问题，提出一种基于虚拟自组网的无线连接技术，以用于多项领域。

技术方案内容

本技术方案旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术方案的主要目的在于提供一种基于虚拟自组网的无线连接技术，旨在解决现有技术中的移动网络延迟较高导致各项服务受限的问题。在虚拟化覆盖网络中，单播连接可以通过多个异构网络在多条路径中发送分组。目前，IP单播连接使用单一路径来传送数据包。使用iStack，IP单播可以通过多个路径、同时通过两个无线网络(例如通过Wi-Fi和WiMAX)传送数据包。多路径单播，可增加出口带宽。

为实现上述目的，本技术方案提供一种基于虚拟自组网的无线连接技术，

包括多个移动节点和多个固定节点的电子数据通信网络，

移动节点包括安装在移动装置中的移动通信设备，及发送数据的起始节点、中继数据的中继节点和接收数据的结束节点，

固定节点包括于互联网连接，且安装在固定通信结构中的固定通信设备，移动装置沿预定路径移动，且沿着包括用于数据通信的中继节点的路径形成虚拟电路，

预定路径包括用于移动的多条通道并且固定节点包括沿包括多个区域的通道安装的多个检测单元，虚拟电路与区域相关联，虚拟电路在第二层运行，作为对第三层的服务，数据帧在第二层被标识为虚电路ID，节点查找虚电路ID，检索下一个通道的标识符以从虚电路传输帧使用虚拟电路ID的路由表，

其中，处理延迟由虚拟电路ID查找时间和检索下一个通道标识符的时间组成，利用广播来选择中继节点，使得发送节点和接收节点之间的距离增加到提供最小有效带宽的阈值，使两个端点之间的跳数最小化。

在其中一个实施例中，

固定节点还包括多个终端单元，向终端单位通知移动节点接近商业单位的信息，商家向移动节点的用户提供时间和位置相关的广告，

广告由移动节点的用户过滤，移动节点相对于固定节点的位置形成了移动节点的地图，向商家提供用户的偏好以及用户在地图中的位置。

在其中一个实施例中，

路由表包括记录，该记录包括VCID、node_status字段和next_channel ID，节点通过子区域ID和节点承载流量的虚拟电路数量来跟踪位置，P2P路由算法执行更新每个节点的当前子区域位置，检测虚拟电路中的节点已离开网络，选择虚拟电路中节点发生变化的新节点，确定每个节点的通道号每个虚电路中的节点，根据节点的变化更新路由表，建立和拆除虚电路，从而反映移动相对于通道的移动，子区域的GPS坐标映射到子区域中节点的IP地址，由此节点的IP地址近似反映节点的GPS坐标，每个节点都维护其所在子区域中的活动IP地址表，该表使用分布式哈希表算法进行更新，以避免IP地址冲突。

在其中一个实施例中，移动的预定路径包括相对拓扑，

其中，在同一通道上移动的所有移动节点的相对速度为零，同一条通道上所有移动节点的子集形成不随时间变化的相对拓扑，

来自和去往相关拓扑子集中节点的数据包被限制为通过移动节点和边界节点子集中的节点路由，由此网络中的路由被分解为与各个相关拓扑相关联的路由，通过路由，使得从Internet到移动节点的包流与业务流方向相反，从移动节点到Internet的包流与业务流方向平行以减少强制切换的需要。

在其中一个实施例中，

移动通信设备的用户具有适于在固定位置使用的固定通信设备，该固定通信设备包括在网络中，并为同一用户进行身份验证。

在其中一个实施例中，

在同一条通道上的所有移动节点被组织成不相交的子集，每个不相交子集被分配一个离散颜色，数据包从一个彩色子集转发到下一个彩色子集，数据帧以块的形式保留，每个块被分配一个块ID，

指定若干继电器的移动节点作为备用继电器节点，如果超时发生，则进行检测的备份中继节点将重传该块，再从源移动节点到目的固定节点的所有传输中。

在其中一个实施例中，

控制平面维护拓扑表和IP地址表，使移动节点和固定节点根据IP地址找到对方、分配渠道，并计算每个移动节点开始预期切换的潜在轨迹，报文在同一TCP连接内使用多个带宽进行传输，通过带宽绑定提高吞吐量。

在其中一个实施例中，

的P2P算法还提供免费的网络服务，作为获得新订户(也称为成员或对等)加入的激励，免费的网络内服务可能包括免费的VoIP、视频会议和基于位置的服务。

在其中一个实施例中，

通过使用自组网模式和基础设施模式，将线路上的CPE设备、路边ap(接入点)、飞蜂窝ap和皮蜂窝ap连接，形成了线路上的复合Wi-Fi网状网络。

在其中一个实施例中，

通过采用带宽绑定、垂直切换和多路径包分发机制来增加复合Wi-Fi网状网络的总带宽和可靠性，使用分布式算法将复合Wi-Fi网状网络中节点的IP地址存储在分布式数据库中，该算法基于dht(分布式哈希表)，该复合Wi-Fi网状网络基于使用dht的分布式算法实现自伸缩、自愈和自组织。

本技术方案的有益效果如下：

本技术方案提出的基于虚拟自组网的无线连接技术，可将任何IP设备变成接入点以创建自给自足的网络，保持连接无中断、网络基础设施投资最少或不投资、通过每个移动设备作为跳跃设备扩展覆盖范围/跳跃。支持移动IP设备跨网关实现无缝漫游。在虚拟化覆盖网络中，单播连接可以通过多个异构网络在多条路径中发送分组。目前，IP单播连接使用单一路径来传送数据包。使用iStack，IP单播可以通过多个路径、同时通过两个无线网络(例如通过Wi-Fi和WiMAX)传送数据包。多路径单播，可增加出口带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本技术方案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技术方案的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本技术方案中的出站移动性示意图。

图2为本技术方案中的入站移动性示意图。

图3为本技术方案中的多路径单播示意图。

图4为本技术方案中的移动终端网络切换示意图。

图5为本技术方案中数据包各层示意图。

图6为本技术方案中的数据包进出操作示意图。

图7为本技术方案中的数据包转发操作示意图。

图8为本技术方案中的移动终端网络切换示意图。

图9为本技术方案中的主体与各位置的节点连接示意图。

图10为本技术方案中的一个路径色块ID分配示意图。

图11为本技术方案中的反向路径色块ID分配示意图。

图12为本技术方案中的主体与各基站连接示意图。

图13为超级WIFI与传统网络对比示意图。

具体实施方式

为了使本技术方案的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本技术方案实施例中的附图，对本技术方案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技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本技术方案中的实施例，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，都属于本技术方案保护的范围。

需要说明，本技术方案实施例中所有方向性指示(例如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本技术方案中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本技术方案的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本技术方案中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

另外，本技术方案中各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术方案要求的保护范围之内。

实施例1：

参照图1～图10，一种基于虚拟自组网的无线连接技术，包括多个移动节点和多个固定节点的电子数据通信网络，

移动节点包括安装在移动装置中的移动通信设备，及发送数据的起始节点、中继数据的中继节点和接收数据的结束节点，

固定节点包括于互联网连接，且安装在固定通信结构中的固定通信设备，移动装置沿预定路径移动，且沿着包括用于数据通信的中继节点的路径形成虚拟电路，

预定路径包括用于移动的多条通道并且固定节点包括沿包括多个区域的通道安装的多个检测单元，虚拟电路与区域相关联，虚拟电路在第二层运行，作为对第三层的服务，数据帧在第二层被标识为虚电路ID，节点查找虚电路ID，检索下一个通道的标识符以从虚电路传输帧使用虚拟电路ID的路由表，

其中，处理延迟由虚拟电路ID查找时间和检索下一个通道标识符的时间组成，利用广播来选择中继节点，使得发送节点和接收节点之间的距离增加到提供最小有效带宽的阈值，使两个端点之间的跳数最小化。

本技术方案可将任何IP设备变成接入点以创建自给自足的网络，保持连接无中断、网络基础设施投资最少或不投资、通过每个移动设备作为跳跃设备扩展覆盖范围/跳跃。支持移动IP设备跨网关实现无缝漫游。

在虚拟化覆盖网络中，单播连接可以通过多个异构网络在多条路径中发送分组。目前，IP单播连接使用单一路径来传送数据包。使用iStack，IP单播可以通过多个路径、同时通过两个无线网络(例如通过Wi-Fi和WiMAX)传送数据包。多路径单播，可增加出口带宽。

在本技术方案的一个优选实施例中，

固定节点还包括多个终端单元，向终端单位通知移动节点接近商业单位的信息，商家向移动节点的用户提供时间和位置相关的广告，

广告由移动节点的用户过滤，移动节点相对于固定节点的位置形成了移动节点的地图，向商家提供用户的偏好以及用户在地图中的位置。

在本技术方案的一个优选实施例中，

路由表包括记录，该记录包括VCID、node_status字段和next_channel ID，节点通过子区域ID和节点承载流量的虚拟电路数量来跟踪位置，P2P路由算法执行更新每个节点的当前子区域位置，检测虚拟电路中的节点已离开网络，选择虚拟电路中节点发生变化的新节点，确定每个节点的通道号每个虚电路中的节点，根据节点的变化更新路由表，建立和拆除虚电路，从而反映移动相对于通道的移动，子区域的GPS坐标映射到子区域中节点的IP地址，由此节点的IP地址近似反映节点的GPS坐标，每个节点都维护其所在子区域中的活动IP地址表，该表使用分布式哈希表算法进行更新，以避免IP地址冲突。

在本技术方案的一个优选实施例中，移动的预定路径包括相对拓扑，

其中，在同一通道上移动的所有移动节点的相对速度为零，同一条通道上所有移动节点的子集形成不随时间变化的相对拓扑，

来自和去往相关拓扑子集中节点的数据包被限制为通过移动节点和边界节点子集中的节点路由，由此网络中的路由被分解为与各个相关拓扑相关联的路由，通过路由，使得从Internet到移动节点的包流与业务流方向相反，从移动节点到Internet的包流与业务流方向平行以减少强制切换的需要。

在本技术方案的一个优选实施例中，

移动通信设备的用户具有适于在固定位置使用的固定通信设备，该固定通信设备包括在网络中，并为同一用户进行身份验证。

在本技术方案的一个优选实施例中，

在同一条通道上的所有移动节点被组织成不相交的子集，每个不相交子集被分配一个离散颜色，数据包从一个彩色子集转发到下一个彩色子集，数据帧以块的形式保留，每个块被分配一个块ID，

指定若干继电器的移动节点作为备用继电器节点，如果超时发生，则进行检测的备份中继节点将重传该块，再从源移动节点到目的固定节点的所有传输中。

在本技术方案的一个优选实施例中，

控制平面维护拓扑表和IP地址表，使移动节点和固定节点根据IP地址找到对方、分配渠道，并计算每个移动节点开始预期切换的潜在轨迹，报文在同一TCP连接内使用多个带宽进行传输，通过带宽绑定提高吞吐量。

参照图，优选地，

的P2P算法还提供免费的网络服务，作为获得新订户(也称为成员或对等)加入的激励，免费的网络内服务可能包括免费的VoIP、视频会议和基于位置的服务。

在本技术方案的一个优选实施例中，

通过使用自组网模式和基础设施模式，将线路上的CPE设备、路边ap(接入点)、飞蜂窝ap和皮蜂窝ap连接，形成了线路上的复合Wi-Fi网状网络。

在本技术方案的一个优选实施例中，

通过采用带宽绑定、垂直切换和多路径包分发机制来增加复合Wi-Fi网状网络的总带宽和可靠性，使用分布式算法将复合Wi-Fi网状网络中节点的IP地址存储在分布式数据库中，该算法基于dht(分布式哈希表)，该复合Wi-Fi网状网络基于使用dht的分布式算法实现自伸缩、自愈和自组织。

本技术方案的工作原理如下：

iStack技术提供了关键的原子元素(c节点：入口、出口、转发、拆分和多播及其组合)，使任何网络运营商能够使用覆盖层抽象在异构IP网络之上创建虚拟化网络。本技术方案创建一个覆盖网络，它既是功能抽象又是拓扑抽象。

例如，在使用iStack创建的虚拟化网络中，节点可以将数据包路由到任意一组其他节点，而无需使用IP地址，而连接可以是单播、多播或任播。对于所有现有的覆盖网络技术，这种设置是不可能的。

这种虚拟化的覆盖网络摆脱了IP技术强加的众多约束和限制，我们称之为IP刚性。

例如，在虚拟化覆盖网络中，主机可以移动到另一个地址，而数据包总是在移动前后发送到正确的地址。目前，如果主机移动到新地址，要么连接中断，即数据包不会发送到新地址，要么网络使用大量开销过大的重新路由基础设施来正确路由数据包。这是经典的无缝移动问题。使用iStack，通过简单的基础设施，甚至没有基础设施(iStack位于终端)，都可以实现无缝移动。

在虚拟化覆盖网络中，单播连接可以通过多个异构网络在多条路径中发送分组。目前，IP单播连接使用单一路径来传送数据包。使用iStack，IP单播可以通过多个路径、同时通过两个无线网络(例如通过Wi-Fi和WiMAX)传送数据包。

在虚拟化覆盖网络中，单播连接可以通过多个异构网络在多条路径中发送分组。目前，IP单播连接使用单一路径来传送数据包。使用iStack，IP单播可以通过多个路径、同时通过两个无线网络(例如通过Wi-Fi和WiMAX)传送数据包。多路径单播，可增加出口带宽。

以上所述仅为本技术方案的优选实施例，并非因此限制本技术方案的专利范围，凡是在本技术方案的技术方案构思下，利用本技术方案说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本技术方案的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

包括多个移动节点和多个固定节点的电子数据通信网络，

所述移动节点包括安装在移动装置中的移动通信设备，及发送数据的起始节点、中继数据的中继节点和接收数据的结束节点，

所述固定节点包括于互联网连接，且安装在固定通信结构中的固定通信设备，移动装置沿预定路径移动，且沿着包括用于数据通信的中继节点的路径形成虚拟电路，

所述预定路径包括用于移动的多条通道，且固定节点包括沿包括多个区域的通道安装的多个检测单元，所述虚拟电路与区域相关联，虚拟电路在第二层运行，作为对第三层的服务，数据帧在第二层被标识为虚电路ID，节点查找虚电路ID，检索下一个通道的标识符以从虚电路传输帧使用虚拟电路ID的路由表，

其中，处理延迟由虚拟电路ID查找时间和检索下一个通道标识符的时间组成，利用广播来选择中继节点，使得发送节点和接收节点之间的距离增加到提供最小有效带宽的阈值，使两个端点之间的跳数最小化。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

所述固定节点还包括多个终端单元，向终端单元通知所述移动节点接近终端单元的信息，终端单元向所述移动节点的用户提供时间和位置相关的广告，

广告由所述移动节点的用户过滤，所述移动节点相对于所述固定节点的位置形成了所述移动节点的坐标，向终端单元提供用户的偏好以及用户在坐标中的位置。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

所述路由表包括记录，该记录包括VCID、node_status字段和next_channel ID，节点通过子区域ID和节点承载流量的虚拟电路数量来跟踪位置，P2P路由算法执行更新每个节点的当前子区域位置，检测虚拟电路中的节点已离开网络，选择虚拟电路中节点发生变化的新节点，确定每个节点的通道号每个虚电路中的节点，根据节点的变化更新路由表，建立和拆除虚电路，从而反映移动相对于通道的移动，子区域的GPS坐标映射到子区域中节点的IP地址，由此节点的IP地址近似反映节点的GPS坐标，每个节点都维护其所在子区域中的活动IP地址表，该表使用分布式哈希表算法进行更新，以避免IP地址冲突。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，移动的预定路径包括相对拓扑，

其中，在同一通道上移动的所有移动节点的相对速度为零，同一条通道上所有移动节点的子集形成不随时间变化的相对拓扑，

来自和去往相关拓扑子集中节点的数据包被限制为通过移动节点和边界节点子集中的节点路由，由此网络中的路由被分解为与各个相关拓扑相关联的路由，通过路由，使得从Internet到移动节点的包流与业务流方向相反，从移动节点到Internet的包流与业务流方向平行以减少强制切换的需要。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

所述移动通信设备的用户具有适于在固定位置使用的固定通信设备，该固定通信设备包括在网络中，并为同一用户进行身份验证。

6.根据权利要求4所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

在同一条通道上的所有所述移动节点被组织成不相交的子集，每个不相交子集被分配一个离散颜色，数据包从一个彩色子集转发到下一个彩色子集，数据帧以块的形式保留，每个块被分配一个块ID，

指定若干继电器的所述移动节点作为备用继电器节点，如果超时发生，则进行检测的备份中继节点将重传该块，再从源移动节点到目的固定节点的所有传输中。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

控制平面维护拓扑表和IP地址表，使移动节点和固定节点根据IP地址找到对方、分配渠道，并计算每个所述移动节点开始预期切换的潜在轨迹，报文在同一TCP连接内使用多个带宽进行传输，通过带宽绑定提高吞吐量。

8.根据权利要求3所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

所述的P2P算法还提供免费的网络服务，作为获得新订户(也称为成员或对等)加入的激励，免费的网络内服务可能包括免费的VolP、视频会议和基于位置的服务。

9.根据权利要求1所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

通过使用自组网模式和基础设施模式，将线路上的CPE设备、路边ap(接入点)、飞蜂窝ap和皮蜂窝ap连接，形成了线路上的复合Wi-Fi网状网络。

10.根据权利要求1所述的基于虚拟自组网的无线连接技术，其特征在于，

通过采用带宽绑定、垂直切换和多路径包分发机制来增加复合Wi-Fi网状网络的总带宽和可靠性，使用分布式算法将复合Wi-Fi网状网络中节点的IP地址存储在分布式数据库中，该算法基于dht(分布式哈希表)，该复合Wi-Fi网状网络基于使用dht的分布式算法实现自伸缩、自愈和自组织。

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