CN201355813Y - 无线节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无线节点。所述无线节点包括：处理器；连接所述处理器的第一无线网卡，其无线信号覆盖本无线网状网网络内其他无线节点和终端设备；连接所述处理器的第二无线网卡，其无线信号覆盖其他无线网状网网络中相应无线节点；其中，所述处理器在收到来自所述第一无线网卡的目的地址为所述其他网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第二无线网卡，并且在收到来自所述第二无线网卡的目的地址为本网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第一无线网卡。本实用新型可以有效提高无线MESH网络中的移动性，保障网络切换时通信的连续性。

Description

无线节点

技术领域

本实用新型涉及通信领域，特别是涉及无线网状网Mesh网络(WMN，wireless Mesh Network)。

背景技术

无线Mesh网络是基于IP协议的无线宽带接入技术，它融合了无线局域网(WLAN，Wireless LAN)和Adhoc网络的优势，支持多点对多点的网状结构，具有自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等智能优势以及移动宽带、无线定位等特点，是一种大容量、高速率、覆盖范围广的网络，成为宽带接入的一种有效手段。从某种意义上讲，Mesh网络更主要的是一种网络架构思想，主要功能体现在无中心、自组网、多级跳接和路由判断选择等。

在采用Mesh技术建设的网络中，其拓扑结构呈格栅状，典型结构如图1所示。整个网络由无线接入点(AP)、无线路由器(WR)、终端设备(CLIENT)组成。其中，一个AP能在几十至上百米的范围内连接多个WR，AP的主要作用是将无线网络接入核心网，其次将各个与WR相连的终端设备连接在一起，使装有无线网卡的终端设备能通过AP共享核心网的资源。此外，所述AP可由智能接入点(IAP)替换，IAP是在AP的基础上增加了Adhoc路由选择功能的设备。另外，AP/IAP还具有网管功能，实现对无线接入网络的控制和管理，将传统的智能性分散到接入点(AP/IAP)中，大大节省骨干网络的建设成本，提高网络的可延展性。作为IAP下层配置的WR，其功能是为底层的终端设备(即用户)提供分组路由和转发功能，并且从IAP下载并实现无线广播软件更新。根据当时可使用的节点配置临时决定转发分组信息的路由，即实现动态路由。在该网络结构中，通过使用WR可以实现移动终端设备与AP间通信范围的弹性延展。而终端设备则兼备主机和路由器两种角色。一方面，终端设备作为主机运行相关的应用程序；另一方面，终端设备作为路由器需要运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等常见的路由操作。

在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可同时作为路由器，网络中的每个节点都能发送和接收信号，每个节点都能与一个或多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式即为多跳访问。

在进行本实用新型创造过程中，发明人发现上述现有技术无线网状网至少存在以下问题：

针对有线网络设计的路由协议不可用于移动自组织网络，主要问题是无线链路的不可靠性。选择距离最短的通道通常不是这些移动无线协议最重要的特性。诸如快速路由汇聚、高反应能力、链路可靠性、避免拥塞、负载平衡、限制每个节点必须进行的处理、电池性能和传输功率(自干扰)等才是无线移动自组织网络更重要的特性。

对最初找到连接至对端的路由时的延迟及当前路由发生故障时找到另一个替代路由时的延迟来说，路由设置时延非常重要，它与蜂窝网络中的越区切换类似。较低路由成本对最大限度提高用户系统的吞吐量非常重要。网络可扩展性会受路由成本的影响，因为一旦达到允许的路由成本限值，就不能再扩展网络。此外，移动性支持在无线自组织网络中进行越区切换以及在有线网桥必须进行的上下文切换。但当终端设备从一个网络移动到另外一个网络时，根据现有技术无线mesh网络的路由设置，终端设备需要进行的网络切换以及上下文切换会在通信中产生很大的延迟，甚至使得通信中断。

实用新型内容

本实用新型实施方式要解决的技术问题是提供一种无线节点，可以保障网络切换时通信的连续性和可靠性。

提供一种无线节点，包括：处理器；连接所述处理器的第一无线网卡，其无线信号覆盖本无线网状网网络内其他无线节点和终端设备；连接所述处理器的第二无线网卡，其无线信号覆盖其他无线网状网网络中相应无线节点；其中，所述处理器在收到来自所述第一无线网卡的目的地址为所述其他网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第二无线网卡，并且在收到来自所述第二无线网卡的目的地址为本网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第一无线网卡。

较佳实施方式中，所述第二无线网卡中的天线是定向天线，其无线发射与接收的角度正对其他无线网状网网络中的所述相应无线节点。

较佳实施方式中，所述第二无线网卡进一步包括放大所述无线信号的功放。

较佳实施方式中，所述处理器还连接双数据速率同步动态随机存储器、闪速存储器、设备的小型多协议串行端口以及RS-232端口。

较佳实施方式中，所述本无线节点是终端设备或无线路由器。

以上技术方案可以看出，由于在无线节点中至少包括两个无线网卡，多出的一块专用于将本网络下其他节点以及本无线节点覆盖的终端设备连接至所述其他无线网状网网络，这样，在本网络下移动的终端设备在进入其他无线网状网网络时，不需要重新登录和进行移动上下文切换等动作，直接通过原网络中无线节点的第二无线网卡来与其他无线网状网网络连接，因此有效提高无线MESH网络中的移动性，保障网络切换时通信的连续性和可靠性。

附图说明

图1是现有技术无线Mesh网络的系统示意图；

图2是本实用新型无线节点第一实施方式的原理框图；

图3是本实用新型无线节点第二实施方式的原理框图。

具体实施方式

下参照附图并举实施方式，对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的一个方面是在无线节点已有网卡的基础上再增设一无线网卡，用于在本网络下移动的终端设备在进入其他无线网状网网络时，不需要终端设备重新登录和进行移动上下文切换等动作，而是直接通过本无线节点的所述网卡来与实现所述终端设备与其他无线网状网网络的连接，也就等于在两个网络中各设置一个连接点，形成一个桥梁的作用，使进行网络间移动的终端设备可以通过这些桥梁在网络间实现无缝连接。

本实用新型应用于无线Mesh网络中，所述无线Mesh网络技术是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。在传统的WLAN中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路访问网络，用户若要进行相互通信，必须首先访问一个固定的AP，这种网络结构称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可同时作为路由器，网络中的每个节点都能发送和接收信号，每个节点都能与一个或多个对等节点进行直接通信。

这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

参阅图2，本实用新型提供无线节点第一实施方式，包括：

处理器；

连接所述处理器的第一无线网卡，包括第一天线，其无线信号覆盖本无线网状网网络内其他无线节点和终端设备；这里的其他无线节点可以是WR。

连接所述处理器的第二无线网卡，包括第二天线，其无线信号覆盖其他无线网状网网络中相应无线节点；这里的相应无线节点可以是AP或WR。

其中，所述处理器在收到来自所述第一无线网卡的目的地址为所述其他网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第二无线网卡，并且在收到来自所述第二无线网卡的目的地址为本网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第一无线网卡。

所述本实用新型无线节点可以是AP，主要作用是将无线网络接入核心网，其次将各个与WR相连的终端设备连接在一起，使装有无线网卡的终端设备能通过AP共享核心网的资源。此外，所述AP可由智能接入点(IAP)替换。另外，AP/IAP还具有网管功能，实现对无线接入网络的控制和管理，将传统的智能性分散到接入点(AP/IAP)中。

在其他实施方式中，所述本实用新型无线节点也可以是WR，为本网络底层的所述终端设备提供分组路由和转发功能，并且从IAP/AP下载并实现无线广播软件更新。根据当时可使用的节点配置临时决定转发分组信息的路由。具体上，本无线节点通过第一无线网卡连接本网络其他普通无线节点，为这些无线节点提供分组路由和转发功能，还直接通过第一无线网卡与本无线节点覆盖下的终端设备提供分组路由和转发功能。

在本网络下的终端设备移动到本网络与其他无线网状网网络交界处时，所述终端设备通过本无线节点的第二无线网卡连接至其他无线网状网网络的无线节点。所述与本无线节点连接的其他无线网状网网络无线节点的结构与本无线节点相同或类似，都具备第二无线网卡。终端设备通过分属不同网络的这两个无线节点，和其他无线网状网网络下的终端设备或普通无线节点覆盖下的终端设备进行无缝连接，不需要重新登陆与切换上下文。

以上技术方案可以看出，由于在无线节点中增设一块无线网卡，用于将本网络下其他节点以及本无线节点覆盖的终端设备连接至所述其他无线网状网网络，这样，在本网络下移动的终端设备进入其他无线网状网网络时，不需要重新登录和进行移动上下文切换等动作，直接通过原网络中无线节点的专用网卡来与其他无线网状网网络连接，也就等于在两个网络中各设置一个连接点，形成一个桥梁的作用，使进行网络间移动的终端设备可以通过这些桥梁在网络间实现无缝连接，因此有效提高无线MESH网络中的移动性，保障网络切换时通信的连续性和可靠性。

具体地，所述无线节点位于无线MESH网络中，所述天线无线连接本无线节点与其他无线网状网网络中的其他无线网状网网络，是指其他无线网状网网络中的无线节点，即两个网络中都存在带有两个网卡的本实用新型无线节点第一实施方式。无线节点下面连接WR或终端设备。无线节点下面的终端设备则兼备主机和路由器两种角色。一方面，终端设备作为主机运行相关的应用程序；另一方面，终端设备作为路由器需要运行相关的路由协议，参与路由发现、路由维护等常见的路由操作。

在本实用新型无线节点第二实施方式中，所述第二天线是定向天线，其无线发射与接收的角度正对所述其他无线网状网网络中的特定无线节点，所述的特定无线节点结构可以和本实用新型无线节点相同。也就是说，两个相邻无线网状网网络内各具有一个双无线网卡的无线节点，其他节点可以是普通的带有一个网卡的无线节点，也可以是带有两个无线网卡的无线节点。

在实际应用中，可以进一步包括放大所述无线信号的功放，用于将所述天线需要进行发射的信号进行放大。

上述的其他无线网状网网络，可以是其他AP覆盖下的网络，也可以是其他AP下面WR所覆盖的小型网络。上述的第一天线可以是全向天线。

以下介绍本实用新型无线节点所在网络采用的无线频率。无线Mesh网络作为典型的多点对多点网状结构，节点的移动会导致网络拓扑结构频繁变化，网管需要定期收集各节点的连接信息，这将会增加网络负荷，加大网络的系统开销。同时，在无线网络中，受外界环境各种衰落的影响，信号的质量变化较大，又会造成信道的不稳定。因此，本实用新型无线节点所在的无线Mesh系统中通过4个相对独立的模块来根据客户需要进行灵活配置，有效解决链路回传与终端设备接入的信道共享问题，以提高系统稳定性和频谱利用率。

其中，一套Mesh系统中有两套标准的802.11(Wi-Fi)射频组件和两套摩托罗拉网状网络架构(MEA)移动宽带射频组件，其中一套Wi-Fi和MEA射频组件工作在2.4GHz免许可频段，另一套工作频率为4.9GHz公共安全许可频段，即2.4GHz-WiFi/24GHz-MEA/4.9GHz-WiFi/4.9GHz-MEA。2.4GHz频段使用的频率范围为2400MHz～2483.5MHz，共分为4个信道，3个Mesh信道(其中第一个为控制信道)，1个802.11g信道，4个信道带宽均为20MHz。4.9GHz频段所使用的频率范围为4940MHz～4990MHz，共分为2个信道，第一个信道为Mesh信道，信道带宽为20MHz，控制和数据共享该信道。第二个为802.11a信道，信道带宽为10MHz。

上述的Mesh架构采用多套射频组件和多个频段，所以能为公共安全、市政工程和公共接入提供彼此独立的专用无线宽带接入服务。其中IAP的双重独立同传连接又实现公共网络与其他无关回传网络的物理分离，提高公共安全用户的通信安全性。

本实用新型无线节点所在的无线Mesh网络中，可以采用网状可扩展路由(MSR)，MSR是专有的距离矢量路由算法，可提供多种已知路由，但不维持关于某个地区内的所有节点的信息。这种距离矢量算法沿着最佳路由转发数据包，同时维持两个备份路由。通过衡量链路规格选择最佳路由。多种链路规格的组合可提高系统在数据包可靠性、延迟和抖动方面的性能。提供备份路由是为了支持在混乱的环境中迅速改变的移动节点的信号特征。

因为无线网络具备根本不同的特性，所以针对有线网络设计的路由协议不可用于移动自组织网络，主要问题是无线链路的不可靠性。选择距离最短的通道通常不是这些移动无线协议最重要的特性。诸如快速路由汇聚、高反应能力、链路可靠性、避免拥塞、负载平衡、限制每个节点必须进行的处理、电池性能和传输功率(自干扰)等才是无线移动自组织网络更重要的特性。

本实用新型无线节点所在的无线Mesh网络还采用自适应控制传输协议(ATP)，ATP是负责确定传输功率和数据率的算法，可用于确保在相应节点实现最可靠的接收。选择路由时必须对连接至所有可用相邻节点的链路的输入质量进行测量，以便在选择连接至每个对端的下一个跳跃点时，做出考虑周全的决策。该质量值主要以能量值的形式表示，其中包含了与每个相邻节点进行通话时所使用的功率水平和数据率。能量值转换为链路阻值，并且沿整个路由扩散。能量值是用于评估能否成功地将数据包发送至相邻节点或通过特定路由发送数据包的重要规格。

ATP可提供关于链路丢失的实时信息。由ATP算法确定链路丢失，以衡量传输成功和传输失败的信号质量，从而实现良好信号瞬间丢失与真正的坏信号之间的平衡。当路由选择收到该通知时，将该相邻节点用作下一个跳跃点的任何对端均必须立即切换至另一个替代路由。该相邻链路状态被设置为断开，在重新设置之前，不可被用作下一个跳跃点。ATP业务旨在支持MSR协议以数据包为单位，平衡地实现可靠的传输和尽可能最高的数据率。

本实用新型无线节点所在的无线Mesh网络还采用正交分割多址接入技术(QDMA)，无线通信平台运行在2.4GHzISM频段和4.9GHz频段，是专门为广域范围内通信的最优化以及移动网状网系统设计的。在2.4GHz的ISM频段，由于在接入控制(MAC)子层使用多信道方式(3个数据信道和1个控制信道)，因此与单个信道相比，更适用于高密度的WMN终端设备。QDMA技术提供一个高性能的射频前端，该前端包含类似于多抽头Rake接收机的功能和一种克服射频环境快速变化的公平算法。

QDMA可在较广的移动通信范围内提供较强的纠错能力，同时，增强的抗干扰能力和信号的灵敏度可为基于QDMA技术的通信网络提供达到250mph的移动速度，适于部署在直升飞机中，理论上可提供最高达6Mbps的突发数据率，并且可在超过80mph的速度下保持1Mbps的吞吐量。

本实用新型无线节点所在的无线Mesh网络还采用正交频分复用技术(OFDM)。其中，无线Mesh系统物理层可采用OFDM技术。OFDM技术是将高速的数据流通过串/并变换，分配到传输速率相对较低的若干个正交子信道中，在每个子信道上进行窄带调制和传输，减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此，每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除符号间干扰。所采用的数字信息调制有时间差分移相健控(TDPSK)和频率差分移相键控(FDPSK)，以快速傅里叶变换(IFFT和FFT)算法实施数字信息调制和解调功能。由于无线信道的频率选择性，所有的子信道不会同时处于深衰落中，因此，可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，利用信噪比高的子信道提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗这种干扰。OFDM技术结合了分集、时空编码、干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大程度地提高系统性能，使无线Mesh系统性能得到进一步优化。

另外，除了可采用MSR路由算法，本实用新型无线节点所在网络还可以采用基于多网卡多信道MESH网的路由协议。无线MESH网不同于传统的无线多跳网络，路由器是固定的，移动性不是主要问题。因此迫切需要一种新的准则适应这种网络。WMN使用多网卡和多信道以提高网络容量。WCETT是为多网卡多信道无线MESH网络设计的准则，但是必需的带宽计算很复杂。为此本实用新型提出一种新的路由准则SMETT，以避免复杂的带宽计算，并且设计一种名为传输感染因子(TIF)的传输干扰模型使ETT更接近真正的传输。为此在本实用新型无线节点中增设路由单元，用于计算所述分组数据传输路径的预期传输时间SMETT并形成路由计算结果，并依据所述结果控制所述第一、第二无线网卡中的分组路由或转发操作。

无线MESH网络(WMN)在近几年里已经成为研究的热点。由于它的一些特殊的应用已经引起了商业的注意和巨大的兴趣。虽然WMN是由Ad Hoc网络发展而来，但它是一种全新的拓扑，Ad Hoc的路由已经不再适用于WMN。绝大部分传统的Ad Hoc路由准则是选择从源节点到目的节点的最小跳数。如果WMN也使用最小跳数准则，则容易在路由中包括较长的无线链路，导致较低的吞吐量，从而影响其达到最佳性能。因此路由准则可以根据无线链路的质量来选择较好的路径。MESH路由问题的关键就在于改进网络容量和提高个别传输的性能上。可以通过在每个节点上安装多个网卡来改进WMN容量的方法。这样可以使节点能够同时地传输和接收数据。同时每个节点有多个网卡，也能提供一个实现多信道的策略。

本实用新型提供的新路由准则，称为SMETT(Sum of MotivatedExpected Transmission Time)，是为多网卡多信道环境而设计的。与WCETT不同的是它不考虑无线链路的带宽。因为无线网路的带宽不容易计算，该如何避免带宽的计算是一个主要议题。而且在研究中，当计算ETT(预期的传输时间)的时候，也考虑到链路的干扰。在无线网路中，如果它们在彼此的干扰范围里，无线链路上的传输可能互相干扰。因此，进一步提供一种传输感染因子(TIF)用于我们的准则SMETT。

在无线MESH网络(WMN)体系结构中，每个节点有多个网卡和多条信道。这里不考虑如何分配频道。假设体系结构的每个路由节点都是相对固定的，在给定区域的每个点至少被一个AP覆盖。为了覆盖一个大的区域，需要很多的AP。通常情况下，把每个AP连接到以太网上，再依次连接到Internet是不现实的。因此只有一些AP连进有线基础设施，作为网关工作。移动终端用户直接从AP或从多跳AP访问互联网。

在有线网络中，因为各节点是独立的，所以链路上的任何传输都不会干扰其他链路上的传输。然而，在本实用新型无线节点所在的无线Mesh网路中，如果它们在彼此的干扰范围内，一个无线链路上的传输就有可能干扰其他的链路。

这里采用IEEE 802.11DCF子程序，其利用一个简单的载波侦听多路访问(CSMA)算法。当一个分组想要传输时，它通过传输分组占用介质。如果侦听到介质是空闲的，那么分组将会被传输。否则，在当前冲突窗口大小内任意选择的退避计算器工作，并且让退避计算器开始倒计时，直到媒体空闲。当它感觉媒体忙碌时，节点中止计算器的倒计时窗口。这称为二进制指数退避。

当本实用新型无线节点传输一个分组时，它需要为可能的重传将发送的分组存在缓冲器中。当分组被确认收到时，缓冲器中的分组才被移去。如果有任何传输失败，缓冲器会为重传保护丢失的分组。因此缓冲器不空的时候将会增加。由于如果一个分组仍然存在缓冲器中，节点会试着占用媒体，这会影响在它的干扰范围内的节点的传输。

为此，本实用新型进一步提出预期传输时间(ETT)，之前，首先简短地描述ETX准则。ETX度量准则用于测量传输的预期数量，包括重传(需要在链路上发送一个单播分组)。ETX的推导开始于前向和反向链路的分组损失概率的测量，分别用pf和pr表示，然后计算预期传输数量。

从计算分组传输不成功概率开始，因为802.11协议需要的是传输成功，所以分组必须成功地被应答。让p表示从x到y的分组传输不成功的概率：

p＝1-(1-p_f)×(1-p_r)   (1)

802.11MAC将会重传一个传输不成功的分组。让S(K)表示分组从x到y经k次尝试后成功发送的概率。

S(k)＝p(k-1)*(1-p)  (2)

最后，从x到y成功地传送一个分组的必需的预期传输数量用ETX表示：

$\mathrm{ETX}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}k*S\left(k\right)=\frac{1}{1-p}---\left(3\right)$

ETX准则用于路由选择。它将选择最低的积累ETX的路径。但是ETX准则不一定能为WMN选择较高吞吐量的路径。例如，它可能选择802.11b链路，但不选损失概率比较低的802.11a链路。因此，本实用新型给出一个信道差异性优先选择，提供一种新的准则，称为预期传输时间(ETT)。它定义为“带宽修正ETX”。让S表示分组的大小(例如1024个字节)，B表示链路的带宽(原始数据率)。那么ETT表示为：

ETT＝ETX*S/B  (4)

根据方程(3)和(4)来计算ETT，需要知道向前和反向损失率(pf和pr)以及每个链路的带宽。有两种方法可以获得每个链路的带宽。一种方法是每个802.11网卡给定值的固定带宽，但是固定速率不可能适合实际传输。另一个方法是让网卡自动地为每个分组选择带宽，这也是不现实的。

在前面，已经阐述802.11DCF如何工作，说明无线节点的缓冲器能影响链路上的传输。如果缓冲器是空的，只要它接受，节点能发送分组。那么它不影响其他传输。然而，如果无线节点缓冲器长时间不空，就不会传输刚刚收到的分组。因此节点缓冲器不空的时间会影响链路上其它的传输。

TIF不但解释一个链路上最初的传输负载，而且解释因丢失分组重传而增加的负载。例如，传输时间是方程(4)ETT的2倍，如果链路的损失率是0，即ETX＝1，那么TIF＝0.5，因为节点的缓冲器一半时间不空，节点的传输是忙碌的。然而，如果链路的损失率是0.5，缓冲器由于重传不会是空的。那么，TIF＝1。

由于ETT表示链路的损失概率，因此TIF与它有关。现在假设链路K-1和链路K是连续的链路，它们的ETT分别是ETXK-1和ETXK。当ETXK/ETXK-1小于1.0时，链路K会比链路K-1有较多的空闲时间，那么TIFK可表示为TIFK-1*ETXK/ETXK-1。当大于1.0时，意味着节点K缓冲器是充满的，一些分组可能被丢弃。因此，TIFK可以表示为：

${\mathrm{TIF}}_k=\mathrm{Min}(1,{\mathrm{TIF}}_{k-1}*\frac{{\mathrm{ETX}}_k}{{\mathrm{ETX}}_{k-1}})---\left(5\right)$

这里，进一步提出激励预期传输时间METT，METT考虑了传输干扰。它是一种“干扰调整的ETT”。首先，假设路径的源节点是处于无干扰理想状态。因此，首先设定TIF初值为TIF1＝1。然后，让ETXk表示链路k预期的传输次数，S是分组的大小(例如1024字节)，而Dk是链路k发送数据速率。因此，链路的干扰调整k定义为：

${\mathrm{METT}}_k=\left(\frac{{\mathrm{ETX}}_k*S}{D_k}\right)/{\mathrm{TIF}}_k=\frac{{\mathrm{ETX}}_k*S}{D_k*{\mathrm{TIF}}_k}---\left(6\right)$

因为干扰，如果缓冲器不空，所有的分组将会竞争占用媒体。如TIF定义，如果真正的传输时间是方程(4)的2倍，那么TIF＝0.5。因此TIF与METT是反比，且最初的ETT被定义为(4)，链路的激励ETT(METT)必须分开TIFk。因为TIF能表示真正的传输，所以使用B(链路的带宽)是不必要的，因此在这里改为使用Dk(链路的发送速率)。

根据方程(3)、(5)和(6)计算METT，还需要了解正向和反向的损失概率(pf和pr)、传输率、每个链路的传输感染因子(TIF)。pf和pr的值可通过用广播分组技术来估计，无线节点定期地(每秒一次)送出广播探测分组。广播分组不由802.11MAC转发。无线节点跟踪从每个相邻节点在滑动时间窗口期间(十秒)收到的探测分组数，包括它们自己的探测信息。无线节点能从相邻节点在时间窗口内收到的探测分组数直接计算pr，还可以使用从相邻节点收到的最后一个探测分组有关它们自己的信息来计算pf。然后计算ETX。同样，也能使用方程(5)计算TIF。

通过计算，可以得到所有链路的METT。下面提出如何计算在源节点上所有的METT。本实用新型提出的路径准则称为SMETT(激励ETT的总和)。它是路径的预期传输时间。因此能设定SMETT是路径上所有单跳的METT的总和。

$\mathrm{SMETT}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i---\left(7\right)$

同时，SMETT需要考虑信道差异性的影响。只是增加METT不能保证这个特性，因为不能区别在不同的频道上的单跳。为了反映这一点，本实用新型提出的路径准则定义附加项Xi。

Xj是信道j上单跳的传输时间总和，总吞吐量受瓶颈频道支配，瓶颈频道有最大的Xj。另外，可以引入一个可调参数β用来计算SMETT。

$\mathrm{SMETT}=(1-\mathrm{\β})*\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i+\mathrm{\β}*\underset{1\≤j\≤k}{\mathrm{Max}}\left(X_j\right)---\left(9\right)$

上述的新路由准则可以避免计算网络带宽，而且考虑可能是整个传输的瓶颈的干扰，因此它更适合真实的世界。

在本实用新型人进行的路由仿真中，显示这个新的路由准则工作得很好：与单跳计数准则和WCETT准则相比较，平均吞吐量比单跳计数准则改进20％以上，比WCETT改进10％以上，整个丢失概率也减少。

此外，本实用新型无线节点可以应用到以下两种Mesh系统模式中：

1)基础设施网状网模式(Infrastructuremeshing)

这里本实用新型无线节点可以是无线路由器，该模式在AP与终端用户之间形成无线回路。移动终端通过本实用新型无线节点的路由选择和中继功能与IAP形成无线链路，IAP通过路由选择及管理控制等功能，为移动终端选择与目的节点通信的最佳路径，从而形成无线回路。同时，移动终端通过IAP可与其他无线网状网网络相连，从而实现无线宽带接入。采用该结构可降低系统成本，提高网络覆盖率和可靠性。

2)终端用户网状网模式(Clientmeshing)

这里本实用新型无线节点可以是终端设备，终端设备自身配置无线收发装置-网卡，通过无线信道的连接形成一个点到点的网络，这是一种任意网状网的拓扑结构，节点可以任意移动，可能会导致网络拓扑结构也随之发生变化。在这种环境中，由于终端设备的无线通信覆盖范围有限，两个无法直接通信的终端设备可以借助其他终端的分组转发进行数据通信。在任一时刻，终端设备在不需要其他基础设施的条件下可独立运行，它可支持移动终端较高速率的移动，快速形成宽带网络，终端用户模式事实上就是一个Adhoc网络，它可以在没有或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。

由于两种模式具有优势互补性，因此，本实用新型可以应用到同时支持两种模式的无线Mesh网络，这种网络能在一个广阔的区域内实现多跳的无线通信，移动终端设备既可以与其他无线网状网网络相连，实现无线宽带接入，又可以在不具备基础设施网络的条件下与其他用户进行直接通信，并且可以作为中间的路由器转发其他节点的数据，送往目的节点。

参阅图3，所述本实用新型无线节点是作为星型Mesh网络的二级基站。所述基站包括处理器、第一无线网卡以及第二无线网卡。所述第一无线网卡包括第一天线，为全向天线，所述第二无线网卡包括第二天线，是定向天线。其中第一无线网卡与第二无线网卡通过处理器连接，所述处理器还连接双数据速率同步动态随机存储器(DDR2)、闪速存储器(FLASH)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、两个设备的小型多协议串行端口(WAN1，WAN2)、通用串行总线(USB)、JTAG调试端口、处理器跟踪端口(TRACE PORT)、热感应器(TEMP&THEMEL)、时钟振荡器(RTC)、RS-232端口以及多个LED指示灯。上述各单元参数详细如下：

处理器：AMCC PPC 405Ex(667Mhz)

第一无线网卡：Atheros 802.11n Mini-PCI-E，通过PCI-E-1线路与处理器连接。

第二无线网卡Atheros 802.11a/b/g/n Mini-PCI-E，通过PCI-E-2线路与处理器连接。

双数据速率同步动态随机存储器(DDR2)：4*512Mb，200Mhz，1.8v。

闪速存储器(FLASH)：Spansion(S29GL512N)。

电可擦可编程只读存储器(EEPROM)：AT2402。

两个设备的小型多协议串行端口(WAN1，WAN2)：通过88E1111与处理器连接。

通用串行总线(USB)：通过RTU433与处理器连接。

JTAG调试端口：(2×8)。

热感应器(TEMP&THEMEL)：通过I2C与处理器连接。

时钟振荡器(RTC)：X1205，通过I2C与处理器连接。

本实用新型所指的路由单元可由EEPROM和处理器共同组成，路由单元的功能由EEPROM和处理器共同实现，比如路由计算规则、程序可以固化在所述EEPROM中，在计算时由处理器从所述EEPROM调出，并在处理器内部进行运算，运算过程中产生的数据可以暂存在所述DDR2或FLASH中，最后的运算结果用于控制第一、第二无线网卡进行实际的分组路由或转发操作。其中，所述处理器在收到来自所述第一无线网卡的目的地址为所述其他网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第二无线网卡，并且在收到来自所述第二无线网卡的目的地址为本网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第一无线网卡。

值得说明的是，本实用新型中的无线节点不限于只包括两个无线网卡，根据需要，可以配备第三、第四或更多无线网卡。

综上，本实用新型至少可以产生如下技术效果：

1)在网络间实现无缝连接；

2)有效提高无线MESH网络中的移动性，保障网络切换时通信的连续性和可靠性；

3)成本低，只需要在网络的一个无线节点中增设一无线网卡；

4)新路由准则可以避免计算网络带宽，更适合真实的世界，平均吞吐量比单跳计数准则改进20％以上，比WCETT改进10％以上，整个丢失概率也减少。

此外，本实用新型应用在无线MESH网络中，还具备以下优点：

1)自组织

无线节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点。

2)自愈

如果网络中的某台设备发生故障或从其拓扑位置上拆卸，网络会自动适应这种改变。既使发端与对端之间的连接涉及多台中继设备，网络也会找到从发端到对端的新的路由。

3)多跳式

每个无线节点和终端设备均能转发和路由发送至另一个对端的数据包，能选择并确定一个从发端到对端的最佳路由。

4)点对点网络

自组织网络通常由平等的网元构成，只要发端和对端的距离足够近，就能直接连接发端和对端。而不必通过中央管理节点。

以上对本实用新型所提供的一种无线节点通过具体实施方式进行了详细介绍，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，在了解本实用新型所揭露的技术内容后可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种无线节点，包括：

处理器；

连接所述处理器的第一无线网卡，其无线信号覆盖本无线网状网网络内其他无线节点和终端设备；

其特征在于，还包括：

连接所述处理器的第二无线网卡，其无线信号覆盖其他无线网状网网络中相应无线节点；

其中，所述处理器在收到来自所述第一无线网卡的目的地址为所述其他网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第二无线网卡，并且在收到来自所述第二无线网卡的目的地址为本网络无线节点或终端设备的分组数据时，转发给所述第一无线网卡。

2.根据权利要求1所述的无线节点，其特征在于，所述第二无线网卡中的天线是定向天线，其无线发射与接收的角度正对其他网络中的所述相应无线节点。

3.根据权利要求2所述的无线节点，其特征在于，所述第二无线网卡进一步包括放大所述无线信号的功放。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无线节点，其特征在于，所述处理器还连接双数据速率同步动态随机存储器、闪速存储器、设备的小型多协议串行端口以及RS-232端口。

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