CN201491280U - 无线网状网网络节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线网状网网络节点，包括：获得网络中需要监测的节点和路径信息的节点路径获取单元；根据网络中所述节点与路径之间的关联关系，获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合，在所述代理候选集合中选择节点驻留权值较大的节点集合，以作为监测代理的监测代理选择单元；采用所述选择的监测代理监测所述无线网状网网络中的路由传输的网络节点监测单元；计算所述路由传输过程中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分组路由或转发操作的路由单元，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和。本实用新型可以提高网络性能，减少资源消耗。

Description

无线网状网网络节点

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。

在进行本发明创造过程中，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：

1)现有无线Mesh网络路由设置导致产生很大的延迟。

现有无线Mesh网络中，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。

2)现有无线Mesh网络的监测代理设置导致消耗大量网络资源。

由于Mesh无线网络的不可靠性，需要在网络中设置监测代理帮助完成网络的故障检测。

在Mesh无线网络中，由于节点移动或物理链路失效引起的网络故障时常发生。因此在网络管理中，总希望故障管理中心能收到所有关于网络故障的报告，以便分析和维护网络。然而故障发生后，如何减少故障报告的遗失一直是网络故障管理中的难点。

在通信网络中，为尽量避免以上情况的发生，通常在网络中设置监测代理用于监测网络故障，并在监测到故障发生后，及时将故障报告传送至故障管理中心，以便管理中心做出准确及时的响应。对于Mesh无线网络，在理想状态下，每一个节点均作为网络的监测代理节点是最可靠的管理方式。但是，随着网络规模的增加，这样的分配方式将消耗大量的网络资源。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种无线网状网网络节点，可以有效地提高网络性能，同时降低资源消耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种无线网状网网络节点，包括：获得网络中需要监测的节点和路径信息的节点路径获取单元；根据网络中所述节点与路径之间的关联关系，获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合，在所述代理候选集合中选择节点驻留权值较大的节点集合，以作为监测代理的监测代理选择单元；采用所述选择的监测代理监测所述无线网状网网络中的路由传输的网络节点监测单元；计算所述路由传输过程中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分组路由或转发操作的路由单元，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和，以下述公式表示：

$\mathrm{SMETT}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i$

其中，所述METT定义为：

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

其中，S是分组的大小，而D_k是链路k发送数据速率，ETX_k表示链路k预期的传输次数，TIF_k是传输感染因子，分别定义为：

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

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

其中，S(k)＝p(k-1)*(1-p)·，p＝1-(1-p_f)×(1-p_r)，S(K)表示分组从x到y经k次尝试后成功发送的概率，p表示从x到y的分组传输不成功的概率，p_f和p_r表示前向和反向链路上的分组损失概率。

其中，包括：获取在节点进入所述网络时网络接入控制中心根据节点情况分配给节点的驻留权值的驻留权值获取单元，所述驻留权值获取单元采用以下计算公式获取：

Ti＝Wi(r，l，t)

且wi(r，l，t)∈[0，1]

式中，r为节点在网络中承担的角色参数，l为节点在网络中的位置参数，t为节点与网络接入控制中心所协商的驻留时间参数。

其中，包括：两套标准的802.11 Wi-Fi射频组件和两套网状网络架构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5.8GHz公共安全许可频段；所述2.4GHz频段使用的频率范围为2400MHz～2483.5MHz，共分为4个信道，包括一个Mesh信道，1个802.11g信道，4个信道带宽均为20MHz；所述5.8GHz频段所使用的频率范围为5725～5850MHz，共分为148个信道，第一个信道为Mesh信道，信道带宽为20MHz，是控制和数据共享该信道，第二个开始为802.11a信道，信道带宽为10MHz。

其中，所述无线网状网网络节点是终端。

其中，包括在监测到所述路由传输出现故障时向故障管理中心发送所述网络故障报告的故障报告发送单元。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术将每一个节点均作为网络的监测代理节点而消耗大量网络资源的情况，本实用新型给出了基于节点驻留权值的Mesh无线网络监测代理分配方法，该方法能有效地寻找到覆盖关键链接路径的最小监测代理候选集合，且根据节点驻留权值选取出网络中稳定性最优的监测代理节点，具有较小的时间复杂度，分析结果表明，本实用新型能有效地为Mesh无线网络寻找和分配监测代理，提高网络监测效率；本实用新型采用新的路由准则，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。

附图说明

图1是现有技术Mesh无线网络的网络架构示意图；

图2是本实用新型无线网状网网络的实现方法实施例流程图；

图3是本实用新型无线网状网网络节点实施例一的原理框图；

图4是本实用新型无线网状网网络节点实施例二的原理框图；

图5是本实用新型无线网状网网络节点实施例三的原理框图；

图6是本实用新型无线网状网网络节点实施例四的原理框图。

具体实施方式

本实用新型的研究重点在于如何合理地分配一个最小的网络监测代理集合。本实用新型针对Mesh无线网络结构时常改变的特性，提出了一种利用基于驻留权值的监测代理分配方法的网络监测方法，本实用新型具有以下特点：

1)引入节点驻留信任机制，避免由于代理节点频繁更替而产生的开销；

2)性能良好，其时间复杂度不会随着网络规模的扩大而呈指数增长；

3)采用新的路由准则，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。

本实用新型引入节点驻留权值的概念，对满足要求的监测代理节点集合进行优化，以分配出最合理的网络监测代理。

参阅图2，本实用新型无线网状网网络的实现方法实施例主要包括以下步骤：

步骤101：获得网络中需要监测的节点和路径信息；

步骤102：根据网络中所述节点与路径之间的关联关系，获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合，在所述代理候选集合中选择节点驻留权值较大的节点集合，作为监测代理；

步骤103：采用所述选择的监测代理监测所述无线网状网网络中的路由传输；

其中，在所述路由传输过程中计算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分组路由或转发操作，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和，以下述公式表示：

$\mathrm{SMETT}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i$

其中，所述METT定义为：

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

其中，S是分组的大小，而D_k是链路k发送数据速率，ETX_k表示链路k预期的传输次数，TIF_k是传输感染因子，分别定义为：

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

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

其中，S(k)＝p(k-1)*(1-p)·，p＝1-(1-p_f)×(1-p_r)，S(K)表示分组从x到y经k次尝试后成功发送的概率，p表示从x到y的分组传输不成功的概率，p_f和p_r表示前向和反向链路上的分组损失概率。

区别于现有技术将每一个节点均作为网络的监测代理节点而消耗大量网络资源的情况，本实用新型给出了基于节点驻留权值的Mesh无线网络监测代理分配方法，该方法能有效地寻找到覆盖关键链接路径的最小监测代理候选集合，且根据节点驻留权值选取出网络中稳定性最优的监测代理节点，具有较小的时间复杂度，不需要将网络中每个节点都作为监测代理。

经分析表明，本实用新型能有效地为Mesh无线网络寻找和分配监测代理，提高网络监测效率，降低资源消耗。

本实用新型采用新的路由准则，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。

在所述监测无线网状网网络中路由传输的步骤之后，还可以包括：

步骤104：在监测到所述路由传输出现故障时向故障管理中心发送所述网络故障报告。

在其他本实用新型实施例中，所述获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合的步骤中，所述获得的监测代理候选集合的节点数量占网络中节点总数的三分之一内。

所述在监测到所述路由传输出现故障时向故障管理中心发送所述网络故障报告的步骤中，监测到的网络故障可以是：节点移动或物理链路失效引起的网络故障。

以下举一实施例详细描述步骤101：

1、Mesh无线网络监测代理分配

1.1条件和约束

参考文献“TH Wu.Fiber Network Service Survivability Reading[M].MA：Ar-tech House，1992”SONET中使用的方法，约定当一个故障发生时，可能是由网络中某个节点或者某条链接失效引起的，故障报告将会被发送给通过故障发生处的网络路由的上行节点和下行节点，并由这些节点转发。为方便描述，作如下假设：

①网络拓扑结构记为G(N，L)；

②网络中存在四条路由，它们分别为

α：a\b\c\e，

β：a\b\d\g，

γ：d\c\e\h以及

δ：c\e\g\f。

1.2监测代理分配

1.2.1映射矩阵

(1)矩阵MNRn×r，描述路由路径与节点之间的关系，n为网络中的节点数，r为网络中存在的路由数。若路由j经过节点i，则相应MNRn×r[i，j]的值为1，反之为0。例如，MNRn×r[α，β]的值为1，代表着路由β经过节点α。

(2)矩阵MRLr×l，描述路由路径与节点间链接的关系，r为网络中存在的路由数，l为节点间的链接数。若路由i经过路径j，则相应MRLr×l[i，j]的值为1，反之为0。例如，MRLr×l[β，6]的值为1，代表着路由经过链接6。

将矩阵MNRn×r与矩阵MRLr×l相乘，可以得到通过网络中路由作为关联反映出的节点与节点间链接的关系矩阵CNLn×l。

1.2.2代理分配表

根据以下规则构造分配代理表：

(1)删除矩阵CNLn×l中所有列元素值为0的路径，因为所有列元素为0说明没有路由通过该路径，从而即使该路径异常，也不会影响网络的正常，故不需要监测；(2)对应的CNLn×l[i，j]≥1，对应表T[i，j]的值为X。例如：

CNLn×l[b，1]＝2≥1，故对应表T[b，1]＝X。

以下举一实施例详细描述步骤102：

根据表T所示的节点与路径之间的关联关系，可以得到最大链路覆盖的最少节点的监测代理候选集合S＝{{a，c}，{b，c}，{d，c}，{a，e}，{b，e}，{d，e}，{c，g}，{e，g}}。

由于Mesh无线网络节点在网络中驻留时间不确定，因此需要找到作为代理的节点是在该网络范围内相对驻留时间最长的，以便减少由于代理节点离开网络而引起的重新寻找代理节点所需的开销。因此，本实用新型引入驻留因子Ti，Ti∈[0，1]。驻留因子Ti是在节点进入网络时，由网络接入控制中心根据节点情况分配给节点的驻留权值。该权值的计算可以参考文献“A Abdul-Rahman，S Hailes.A Distributed TrustModel[C].Proc.of New Security Paradigms Workshop，1997.48-60”提到的方法，计算公式如下：

Ti＝Wi(r，l，t)(1)且wi(r，l，t)∈[0，1]。式中，wi(r，l，t)由三个参数确定：r为节点在网络中承担的角色参数；l为节点在网络中的位置参数；t为节点与接入控制中心所协商的驻留时间参数。

假设通过公式计算所得到的节点驻留权值分别为：Ta＝0.9，Tb＝0.5，Tc＝0.8，Td＝0.7，Te＝0.6，Tf＝0.8，Tg＝0.3和Th＝0.7。根据代理候选集合和节点驻留权值的综合考虑，选取{a，c}作为监测代理集合，也即选取节点a和节点c作为网络的监测代理，且该监测代理集合具有最好的稳定性。

为证明采用本实用新型的方法可以实现找到稳定性好、成本低的监测代理，现假定存在网络G(N，L，R)，其中N为网络中的节点数L为链路数，R为路由数。假设运算一次乘法所需时间为α，而运算一次加法所需时间为β，则根据本实用新型，对于网络G(N，L，R)中监测代理的候选集合寻找共需用时：

T＝N×[L×[R×\u945X+(R-1)×\u946X]]

由上式可知，利用本实用新型处理的时间复杂度o≤o(n3)，n＝max(N，L，R)。因此，本实用新型可以简单、有效地实现无线网状网网络的监测。

另外，本实用新型无线网状网的实现方法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网状网系统中包括双网卡的无线节点增设路由单元，用于计算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两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。同时每个节点有两个或多个网卡，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，在本实用新型无线网状网系统中，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 802.11 DCF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。

当本实用新型无线网状网系统中包括双网卡的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ETX_K-1和ETX_K。当ETX_K/ETX_K-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TIF_K可表示为TIF_K-1*ETX_K/ETX_K-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，TIF_K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ETX_k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D_k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TIF_k。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D_k(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(p_f和p_r)、传输率、每个链路的传输感染因子(TIF)。p_f和p_r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p_r，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p_f。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X_i。

X_j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X_j。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，而且考虑到整个传输瓶颈的干扰，因此它更适合真实的世界。

在本发明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。

参阅图3，本实用新型还提供一种无线网状网网络节点实施例，包括：

节点路径获取单元，用于获得网络中需要监测的节点和路径信息；

监测代理选择单元，用于根据网络中所述节点与路径之间的关联关系，获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合，在所述代理候选集合中选择节点驻留权值较大的节点集合，作为监测代理；

网络节点监测单元，采用所述选择的监测代理监测所述无线网状网网络中的路由传输；

路由单元，用于计算所述路由传输过程中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分组路由或转发操作，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和，以下述公式表示：

$\mathrm{SMETT}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i$

其中，所述METT定义为：

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

其中，S是分组的大小，而D_k是链路k发送数据速率，ETX_k表示链路k预期的传输次数，TIF_k是传输感染因子，分别定义为：

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

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

其中，S(k)＝p(k-1)*(1-p)·，p＝1-(1-p_f)×(1-p_r)，S(K)表示分组从x到y经k次尝试后成功发送的概率，p表示从x到y的分组传输不成功的概率，p_f和p_r表示前向和反向链路上的分组损失概率。

参阅图4，在其他实施例中，还可以包括：

故障报告发送单元，用于在监测到所述路由传输出现故障时向故障管理中心发送所述网络故障报告。

驻留权值获取单元，用于获取在节点进入所述网络时网络接入控制中心根据节点情况分配给节点的驻留权值，并采用计算公式如下：

Ti＝Wi(r，l，t)

且wi(r，l，t)∈[0，1]

式中，r为节点在网络中承担的角色参数，l为节点在网络中的位置参数，t为节点与网络接入控制中心所协商的驻留时间参数

参阅图5，在其他实施例中，还可以包括：

两套标准的802.11Wi-Fi射频组件和两套网状网络架构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5.8GHz公共安全许可频段；

所述2.4GHz频段使用的频率范围为2400MHz～2483.5MHz，共分为4个信道，包括一个Mesh信道，1个802.11g信道，4个信道带宽均为20MHz；

所述5.8GHz频段所使用的频率范围为5725～5850MHz，共分为148个信道，第一个信道为Mesh信道，信道带宽为20MHz，是控制和数据共享该信道，第二个开始为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。

参阅图6，在本实用新型一些实施例中，所述无线网状网网络节点是终端。终端的路由单元通过DCR总线外接两个或两个以上Min-PCI无线wifi网卡，覆盖范围大。此外，本实用新型特别适合应用于终端设备频繁移动于固定线路的无线通信区域中，比如铁路、公路、河运系统中。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种无线网状网网络节点，其特征在于，包括：

获得网络中需要监测的节点和路径信息的节点路径获取单元；

根据网络中所述节点与路径之间的关联关系，获得网络中链路覆盖最大、节点最少的监测代理候选集合，在所述代理候选集合中选择节点驻留权值较大的节点集合，以作为监测代理的监测代理选择单元；

采用所述选择的监测代理监测所述无线网状网网络中的路由传输的网络节点监测单元；

计算所述路由传输过程中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分组路由或转发操作的路由单元，所述SMETT是路径上所有单跳的激励预期传输METT的总和，以下述公式表示：

$\mathrm{SMETT}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{METT}}_i$

其中，所述METT定义为：

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

其中，S是分组的大小，而D_k是链路k发送数据速率，ETX_k表示链路k预期的传输次数，TIF_k是传输感染因子，分别定义为：

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

${\mathrm{TIf}}_k=\mathrm{Min}(1,{\mathrm{TIF}}_{k-1}*\frac{{\mathrm{E\; TX}}_k}{{\mathrm{ETX}}_{k-1}})$

其中，S(k)＝p(k-1)*(1-p)，p＝1-(1-p_f)×(1-p_f)，S(K)表示分组从x到y经k次尝试后成功发送的概率，p表示从x到y的分组传输不成功的概率，p_f和p_r表示前向和反向链路上的分组损失概率。

2.根据权利要求1所述的无线网状网网络节点，其特征在于，包括：

获取在节点进入所述网络时网络接入控制中心根据节点情况分配给节点的驻留权值的驻留权值获取单元，所述驻留权值获取单元采用以下计算公式获取：

Ti＝Wi(r，l，t)

且wi(r，l，t)∈[0，1]

式中，r为节点在网络中承担的角色参数，l为节点在网络中的位置参数，t为节点与网络接入控制中心所协商的驻留时间参数。

3.根据权利要求2所述的无线网状网网络节点，其特征在于，包括：

两套标准的802.11Wi-Fi射频组件和两套网状网络架构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5.8GHz公共安全许可频段；

所述2.4GHz频段使用的频率范围为2400MHz～2483.5MHz，共分为4个信道，包括一个Mesh信道，1个802.11g信道，4个信道带宽均为20MHz；

所述5.8GHz频段所使用的频率范围为5725～5850MHz，共分为148个信道，第一个信道为Mesh信道，信道带宽为20MHz，是控制和数据共享该信道，第二个开始为802.11a信道，信道带宽为10MHz。

4.根据权利要求3所述的无线网状网网络节点，其特征在于，所述无线网状网网络节点是终端。

5.根据权利要求4所述的无线网状网网络节点，其特征在于，包括在监测到所述路由传输出现故障时向故障管理中心发送所述网络故障报告的故障报告发送单元。

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