RU2281617C2 - Addressing and routing in wireless cell networks - Google Patents
Addressing and routing in wireless cell networks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281617C2 RU2281617C2 RU2004117074/09A RU2004117074A RU2281617C2 RU 2281617 C2 RU2281617 C2 RU 2281617C2 RU 2004117074/09 A RU2004117074/09 A RU 2004117074/09A RU 2004117074 A RU2004117074 A RU 2004117074A RU 2281617 C2 RU2281617 C2 RU 2281617C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- packet
- node
- address
- network
- destination node
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для адресации и/или маршрутизации в беспроводной ячеистой сети (сети с несколькими маршрутами между какой-либо парой узлов).The present invention relates to a method and apparatus for addressing and / or routing in a wireless mesh network (a network with multiple routes between any pair of nodes).
Предшествующий уровень техникиState of the art
Беспроводные широкополосные сети делают возможным высокоскоростной доступ в Интернет, где проводная инфраструктура широкополосной связи не практична. Однако такая беспроводная широкополосная сеть будет успешной, главным образом, только для связанных с местом жительства и небольших бизнес-рынков, если инфраструктура обеспечивается при малой стоимости, устойчива к изменяющийся среде, проста для развертывания и допускает масштабирование по требованию рынка.Wireless broadband networks enable high-speed Internet access, where wired broadband infrastructure is not practical. However, such a wireless broadband network will be successful mainly only for residence-related and small business markets, if the infrastructure is provided at low cost, resilient to a changing environment, easy to deploy, and scalable on demand.
Новые беспроводные сети с беспроводными маршрутизаторами в качестве сетевых узлов на основе ячеистой сети эмулируют топологию и протоколы Интернет, но при этом оптимизированы для беспроводной высокоскоростной передачи данных. Такая ячеистая сеть состоит из беспроводных маршрутизаторов, соединенных друг с другом посредством линий радиосвязи. Эти линии радиосвязи могут создаваться и обрываться, и сеть может приспосабливаться к текущему состоянию линий радиосвязи. Также отдельные устройства могут включаться и выключаться без чрезмерного нарушения сетевых функций. Протокол маршрутизации отслеживает местонахождение узлов в сети, создавая тем самым возможность маршрутизировать пакеты между удаленными узлами, используя другие узлы в сети в качестве промежуточных узлов. В настоящее время существуют несколько протоколов маршрутизации, которые могут быть использованы в ячеистой среде мобильной связи.New wireless networks with wireless routers as network nodes based on a mesh network emulate the topology and protocols of the Internet, but are optimized for wireless high-speed data transfer. Such a mesh network consists of wireless routers connected to each other via radio links. These radio links can be created and cut off, and the network can adapt to the current state of the radio links. Also, individual devices can be turned on and off without undue disruption to network functions. The routing protocol monitors the location of nodes in the network, thereby creating the ability to route packets between remote nodes, using other nodes in the network as intermediate nodes. Currently, there are several routing protocols that can be used in a cellular mobile communication environment.
Протоколы маршрутизации могут управлять мобильностью в небольшом объеме. Проблемы, все же, возникают, когда большинство узлов мобильны, потому что каждый узел должен знать местоположение любого другого узла в некоторых пределах. Это становится более серьезной проблемой, когда ячеистые сети становятся больше, потому что изменения в сетевой структуре должны сообщаться большему числу узлов и потому что количество изменений в сети, разумеется, тем выше, чем больше сеть. Также таблицы маршрутизации становятся больше и больше, если ячейка становится больше, потому что маршруты в этой сети нельзя группировать способом, используемым в традиционных проводных сетях.Routing protocols can control mobility on a small scale. Problems nevertheless arise when most nodes are mobile, because each node must know the location of any other node within certain limits. This becomes a more serious problem when mesh networks become larger, because changes in the network structure must be communicated to a larger number of nodes and because the number of changes in the network, of course, the higher, the larger the network. Also, the routing tables become larger and larger if the cell becomes larger, because the routes in this network cannot be grouped in the way used in traditional wired networks.
Фиг.1 показывает беспроводную ячеистую сеть (БЯС, WMN), содержащую несколько беспроводных маршрутизаторов (БМ, WR), соединенных через линии радиосвязи. Не все беспроводные маршрутизаторы БМ слышат друг друга. Следовательно, пакеты между двумя беспроводными маршрутизаторами БМ в одной и той же БЯС могут направляться через несколько беспроводных маршрутизаторов БМ и беспроводных линий связи перед тем, как достичь места назначения. Беспроводной маршрутизатор БМ может также иметь интерфейсы, отличающиеся от интерфейсов в ячеистой сети, например интерфейсы беспроводной локальной сети (WLAN), Ethernet и/или Bluetooth, к которым присоединены другие сетевые устройства. Более того, могут также существовать маршрутизаторы, имеющие другие подсети с портативными компьютерами (лэптопами) (ЛТ, LT), проводными маршрутизаторами (М, R) и серверами (СВ, SV). Один или более беспроводных маршрутизаторов БМ могут действовать как узел магистрального доступа (AirHead, AH), сконфигурированный для соединения БЯС с другими большими сетями, например с Интернет. Терминалы, такие как лэптопы ЛТ, могут также включать в себя функции беспроводного маршрутизатора, т.е. они могут действовать, как часть БЯС.Figure 1 shows a wireless mesh network (SNN, WMN) comprising several wireless routers (BM, WR) connected via radio links. Not all BM wireless routers hear each other. Consequently, packets between two wireless BM routers in the same SNF can be routed through several wireless BM routers and wireless communication lines before reaching their destination. The BM wireless router can also have interfaces different from those in the mesh network, for example, wireless local area network (WLAN), Ethernet, and / or Bluetooth interfaces to which other network devices are connected. Moreover, there may also be routers having other subnets with laptop computers (laptops) (LT, LT), wired routers (M, R) and servers (CB, SV). One or more wireless BM routers can act as a trunk access node (AirHead, AH) configured to connect the SNF to other large networks, such as the Internet. Terminals, such as LT laptops, can also include the functions of a wireless router, i.e. they can act as part of a nuclear warhead.
Для сетей БЯС характерно отрицательное воздействие постоянно меняющихся условий, которые обуславливают сбой и восстановление линий связи согласно текущим условиям. Эти сети не могут иметь какого-либо конкретного администратора для наблюдения за ними, что означает, что они должны самоорганизовываться и самовосстанавливаться. В сетях БЯС беспроводные маршрутизаторы БМ могут также перемещаться, что означает, что сетевая структура изменяется все время.SNF networks are characterized by the negative impact of constantly changing conditions that cause failure and restoration of communication lines according to current conditions. These networks cannot have any specific administrator to monitor them, which means that they must self-organize and self-repair. In SNF networks, BM wireless routers can also move, which means that the network structure is changing all the time.
В настоящее время существующие ячеистые сети абсолютно статические с преимущественно фиксированно установленными беспроводными маршрутизаторами БМ, но в ближайшем будущем в БЯС могут войти также машины, поезда, автобусы и другие средства общественного транспорта. Согласно самым смелым предположениям, все люди, ходящие по улицам, имеют свой собственный небольшой беспроводной маршрутизатор БМ в своем кармане, а вся сеть будет состоять из их собственных устройств. В такой ситуации сетевая структура изменяется действительно быстро, и не существует возможности отслеживания точного расположения каждого устройства. Также размер БЯС как по числу беспроводных маршрутизаторов БС, так и по поверхностной площади может быть огромным. В крайних случаях одна БЯС может покрыть целый мир. Это говорит о том, что способы, предлагаемые для использования в будущих БЯС, должны быть как можно более масштабируемые, чтобы их можно было использовать эффективно независимо от того, насколько большой будет сеть. Большое адресное пространство нового Интернет Протокола версии 6 (IPv6) делает возможным использовать Интернет Протокол (IP) в этой новой среде. Однако, так как IP адреса маршрутизаторов не могут с легкостью меняться в оперативном режиме без разрывов соединений, это не является оптимальным решением для мобильных беспроводных сетей. Изменение адресов в оперативном режиме будет необходимо для того, чтобы сохранять совокупность маршрутов в IP сетях.Currently, the existing mesh networks are absolutely static with predominantly fixed BM wireless routers, but in the near future cars, trains, buses and other means of public transport may also enter the NFC. According to the most daring assumptions, all people walking in the streets have their own small BM wireless router in their pocket, and the entire network will consist of their own devices. In such a situation, the network structure changes really quickly, and there is no way to track the exact location of each device. Also, the size of the SNC both in the number of wireless BS routers and in the surface area can be huge. In extreme cases, a single nuclear warhead can cover the whole world. This suggests that the methods proposed for use in future SNF should be as scalable as possible so that they can be used effectively no matter how large the network is. The large address space of the new Internet Protocol Version 6 (IPv6) makes it possible to use the Internet Protocol (IP) in this new environment. However, since the IP addresses of routers cannot easily be changed online without disconnecting, this is not an optimal solution for mobile wireless networks. Changing addresses in the online mode will be necessary in order to maintain the totality of routes in IP networks.
Новые протоколы маршрутизации разработаны специально для беспроводных сетей без фиксированной топологии. Эти протоколы пытаются уменьшить трафик маршрутизации, необходимый для того, чтобы не сообщать другим узлам о менее важных изменениях в сетевой структуре. Однако расположение других узлов должно быть известно до некоторой степени для того, чтобы иметь возможность направлять трафик по правильному направлению. Эти протоколы работают вполне хорошо, когда сетевая структура остается такой же, и только качество радиосвязи линий связи немного изменяется. Но когда маршрутизаторы начинают двигаться, используемая сетевая пропускная способность нарушается, потому что протокол маршрутизации обновляется и пакеты не находят свои места назначения.New routing protocols are designed specifically for wireless networks without a fixed topology. These protocols try to reduce the routing traffic needed to prevent other nodes from reporting less important changes in the network structure. However, the location of the other nodes must be known to some extent in order to be able to direct traffic in the right direction. These protocols work quite well when the network structure remains the same, and only the radio communication quality of the communication lines changes slightly. But when the routers begin to move, the used network bandwidth is violated because the routing protocol is updated and the packets do not find their destinations.
Мобильный IP протокол (Mobile IP) решает проблемы мобильности терминалов, которые вызываются тем, что мобильные терминалы меняют свое расположение в сети. Это преобразует проблему мобильности в проблему маршрутизации, не решая, следовательно, проблемы мобильности в беспроводных ячеистых сетях, в которых также маршрутизаторы могут передвигаться и в которых основные проблемы фактически состоят в области маршрутизации.Mobile IP protocol (Mobile IP) solves the problems of terminal mobility, which are caused by the fact that mobile terminals change their location on the network. This converts the mobility problem into a routing problem, without, therefore, solving the mobility problem in wireless mesh networks in which routers can also move and in which the main problems actually lie in the field of routing.
Более того, традиционная коммутация в соответствии с протоколом Управления Доступом к Среде передачи (MAC) в фиксированных проводных сетях основана на узнавании адресов МАС на основе адресов МАС источника пакетов, полученных от интерфейса. Это также требует, чтобы широковещательные и многоадресные пакеты повторялись для каждой линии связи. Этот способ хорошо работает в традиционных фиксированных проводных сетях, но в сетях БЯС он не может использоваться из-за отличной сетевой структуры и сетевой пропускной способности, растрачиваемой из-за радиопередач.Moreover, traditional switching in accordance with the Media Access Control Protocol (MAC) in fixed wired networks is based on recognizing the MAC addresses based on the MAC addresses of the packet source received from the interface. It also requires that broadcast and multicast packets are repeated for each link. This method works well in traditional fixed wired networks, but it cannot be used in SNF networks due to the excellent network structure and network bandwidth wasted due to radio broadcasts.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
По этой причине задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа и устройства для обеспечения функции адресации и/или маршрутизации в динамических беспроводных мобильных ячеистых сетях.For this reason, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for providing addressing and / or routing functions in dynamic wireless mobile mesh networks.
Эта задача решается способом согласно п.1 формулы изобретения и устройством согласно п.12.This problem is solved by the method according to claim 1 of the claims and the device according to clause 12.
Соответственно, обеспечивается адресация нижнего уровня (например, канальный уровень, уровень 2 или уровень МАС), основанная на расположении, что является весьма удобным в сетях с ячеистой топологией, в которой узлы маршрутизации также способны передвигаться. Основанная на расположении адресация делает передачу пакетов легче в сети, потому что каждый узел может решить, в каком направлении пересылать приходящие пакеты, только на основании информации в заголовке пакета и их собственного расположения. Это означает, что узлам нет необходимости поддерживать большие таблицы маршрутизации и выполнять трудоемкие поиски в этих таблицах, которые должны быть действительно огромными в больших ячеистых сетях. Тем самым можно изменять адреса в оперативном режиме на основании глобального расположения без разрыва соединений и/или без необходимости обновлять гигантский объем информации маршрутизации. Это возможно потому, что нет необходимости изменять адреса верхнего уровня (например, сетевого уровня, уровня 3 или уровня IP), когда оборудование перемещается внутри ячейки, потому что пересылка пакетов в сети реализуется на основе адресов нижнего уровня. Вместо этого изменяется адрес нижнего уровня устройства, когда оно передвигается, тогда как адрес верхнего уровня сохраняется неизменным. Если расположение изменилось на другую сеть, то могут быть использованы способы более высокого уровня, такие как Mobile IP.Accordingly, lower level addressing (e.g., link layer, layer 2 or MAC layer) is provided based on the location, which is very convenient in networks with a mesh topology in which routing nodes are also able to move. Location-based addressing makes packet transmission easier on the network because each node can decide in which direction to forward incoming packets only based on the information in the packet header and their own location. This means that nodes do not need to maintain large routing tables and perform time-consuming searches in these tables, which must be really huge in large mesh networks. Thereby, it is possible to change addresses on-line based on the global location without disconnecting and / or without having to update a gigantic amount of routing information. This is possible because there is no need to change the addresses of the upper level (for example, the network level, level 3 or IP level) when the equipment moves inside the cell, because packet forwarding in the network is based on the lower level addresses. Instead, the lower-level address of the device changes as it moves, while the upper-level address remains unchanged. If the location has changed to another network, then higher-level methods such as Mobile IP can be used.
Адресация нижнего уровня, основанная на расположении, также обеспечивает возможность выполнять пересылку пакетов в ячеистых сетях на канальном уровне, что проще и быстрее по сравнению с ситуацией, где каждый пакет должен обрабатываться на вышерасположенном уровне.Location-based lower-level addressing also provides the ability to forward packets on mesh networks at the data link layer, which is simpler and faster than when each packet needs to be processed at an upstream level.
Этим способом минимизируется объем информации маршрутизации, требующийся для обмена в сети. Это означает, что когда питание оборудования включается, это оборудование может почти сразу начать осуществлять связь через сеть, что невозможно с помощью предшествующих решений, потому что таблицы маршрутизации других устройств должны перед этим обновляться. Также перемещения устройств вызывают меньший трафик сигнализации. Трафик сигнализации минимизируется, потому что каждый узел не надо информировать о маршруте к каждому другому узлу.In this way, the amount of routing information required for exchange on the network is minimized. This means that when the power of the equipment is turned on, this equipment can almost immediately begin to communicate through the network, which is impossible with the help of previous solutions, because the routing tables of other devices must be updated before that. Also, device movements cause less signaling traffic. Signaling traffic is minimized because each node does not need to be informed about the route to each other node.
Дополнительные преимущественные решения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.Additional advantageous solutions are defined in the dependent claims.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на основании предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The present invention will now be described in more detail based on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 - схематическое представление беспроводной ячеистой сети;Figure 1 is a schematic representation of a wireless mesh network;
Фиг.2А - блок-схема логической структуры беспроводной ячеистой сети с пересылкой данных на уровне 3 с точки зрения уровня 3;2A is a block diagram of the logical structure of a wireless mesh network with data forwarding at level 3 from the point of view of level 3;
Фиг.2В - блок-схема логической структуры беспроводной ячеистой сети с пересылкой данных на уровне 2 с точки зрения уровня 3;Figv is a block diagram of the logical structure of a wireless mesh network with data forwarding at level 2 from the point of view of level 3;
Фиг.3 - пример маршрутизации согласно предпочтительным вариантам выполнения;Figure 3 is an example of routing according to preferred embodiments;
Фиг.4 - основанная на направлении маршрутизация пакетов согласно первому предпочтительному варианту выполнения;4 is a direction-based packet routing according to a first preferred embodiment;
Фиг.5 - основанная на расстоянии маршрутизация пакетов согласно второму предпочтительному варианту выполнения.5 is a distance based packet routing according to a second preferred embodiment.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполненияDetailed Description of Preferred Embodiments
Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны на основе БЯС, показанной на Фиг.1.Preferred embodiments of the present invention will be described based on the BNC shown in FIG.
Фиг.2А показывает блок-схему логической структуры беспроводной ячеистой сети с пересылкой данных на сетевом уровне с точки зрения сетевого уровня. Здесь протоколы маршрутизации сетевого уровня должны обеспечивать информацию, требующуюся для маршрутизации пакетов внутри БЯС, т.е. каждый беспроводной маршрутизатор должен знать функциональный маршрут к каждому другому беспроводному маршрутизатору. Беспроводные маршрутизаторы БМ соединены между собой отдельными линиями связи, и пакеты маршрутизируются через различные беспроводные маршрутизаторы внутри БЯС.2A shows a block diagram of the logical structure of a wireless mesh network with data forwarding at the network layer from a network layer perspective. Here, the network layer routing protocols should provide the information required for routing packets within the SNF, i.e. every wireless router must know the functional route to every other wireless router. BM wireless routers are interconnected by separate communication lines, and packets are routed through various wireless routers inside the base.
Фиг.2В показывает блок-схему логической структуры беспроводной ячеистой сети с пересылкой данных на канальном уровне с точки зрения сетевого уровня согласно предпочтительному варианту выполнения. Логически, с точки зрения сетевого уровня беспроводные маршрутизаторы БМ образуют сеть, в которой они соединены между собой единой линией связи. Пересылка данных на канальном уровне является более легкой и быстрой, чем пересылка данных на сетевом уровне, если коммутацию можно реализовать достаточно простым способом. Поэтому пересылка данных на канальном уровне потребляет много меньше вычислительной мощности центрального процессора (CPU), чем пересылка данных на сетевом уровне, и стоимость маршрутизатора значительно уменьшается.FIG. 2B shows a block diagram of a logical structure of a wireless mesh network with data forwarding at a link layer in terms of a network layer according to a preferred embodiment. Logically, from the point of view of the network layer, the BM wireless routers form a network in which they are interconnected by a single communication line. Data transfer at the data link layer is easier and faster than data transfer at the data link network if switching can be implemented in a rather simple way. Therefore, data transfer at the data link layer consumes much less processing power of the central processor (CPU) than data transfer at the network layer, and the cost of the router is significantly reduced.
Согласно предпочтительному варианту выполнения основанные на местоположении или расположении адресация и коммутация канального уровня (например, МАС-адресация) могут быть использованы при пересылке данных на канальном уровне для обеспечения простого способа адресации и маршрутизации. Такой основанный на расположении способ может обеспечить более быструю, простую и более оптимальную пересылку данных, тем самым снижая стоимость беспроводного маршрутизатора. По существу, основанная на расположении адресация означает, что адресация канального уровня основана на расположении устройств. Другими словами, адрес канального уровня устройства говорит о том, каково его текущее расположение на земном шаре.According to a preferred embodiment, location-based or location-based link layer addressing and switching (e.g., MAC addressing) can be used to forward data at the link layer to provide a simple addressing and routing method. Such a location-based method can provide faster, simpler, and more optimal data transfer, thereby reducing the cost of a wireless router. Essentially, location-based addressing means that link layer addressing is based on device location. In other words, the link layer address of the device indicates what its current location on the globe is.
Благодаря адресации, основанной на расположении, на канальном уровне можно узнать, например на основе МАС-адреса, где располагаются устройства по отношению к другим устройствам. Когда сетевое устройство сравнивает МАС-адрес входящего пакета со своим собственным адресом, оно незамедлительно узнает, в каком направлении располагается узел места назначения пакетов, и он может передать пакет соответственно. Поэтому нет необходимости в больших таблицах маршрутизации, потому что должны быть известны только адреса ближайших соседей.Thanks to location-based addressing, at the data link layer you can find out, for example, from the MAC address where the devices are located in relation to other devices. When the network device compares the MAC address of the incoming packet with its own address, it will immediately know in which direction the packet destination node is located, and it can transmit the packet accordingly. Therefore, there is no need for large routing tables, because only the addresses of the nearest neighbors should be known.
Фиг.3 показывает пример маршрутизации согласно предпочтительным вариантам выполнения, основанный на БЯС с семью узлами У от b до g. Узел У слева является узлом-источником, который желает послать пакет к узлу g, находящемуся в правом нижнем углу. МАС-адрес места назначения помещается, например, в поле адреса пакета (например, модуля данных протокола (PDU) МАС) и, таким образом, информирует о расположении места назначения. Поэтому промежуточные узлы с и е не должны знать топологию сети для того, чтобы маршрутизировать пакет к его месту назначения, потому что они знают географическое расположение места назначения (из МАС-адреса места назначения) и свое собственное географическое расположение. Таким образом, они могут маршрутизировать пакет в правильном направлении, и в конце пакет достигает узла g, являющегося его местом назначения.FIG. 3 shows an example routing according to preferred embodiments based on the SNF with seven nodes Y from b to g. The node Y on the left is the source node, which wants to send a packet to the node g, located in the lower right corner. The destination MAC address is placed, for example, in the packet address field (for example, the MAC Protocol Data Unit (PDU)) and thus informs about the location of the destination. Therefore, the intermediate nodes c and e do not need to know the network topology in order to route the packet to its destination, because they know the geographical location of the destination (from the MAC address of the destination) and their own geographical location. In this way, they can route the packet in the right direction, and at the end the packet reaches node g, which is its destination.
Используемые адреса могут быть уникальными в глобальном масштабе или они могут быть уникальными только в определенной области или только в определенном типе сети. Если адреса являются уникальными только в определенной области, то они все сравниваются с одной и той же фиксированной точкой. Существуют также различные способы того, как получить адрес на основе расположения. Если используется одновременно более чем один способ в одной и той же сети, то должен иметься путь для определения того, какой способ используется в каком устройстве.The addresses used may be unique on a global scale or they may be unique only in a specific area or only in a specific type of network. If the addresses are unique only in a certain area, then they are all compared with the same fixed point. There are also various ways of getting location based addresses. If more than one method is used in the same network at the same time, there must be a way to determine which method is used in which device.
Информация о расположении устройства может быть получена с помощью уже существующей глобальной системы навигации и определения расположения (GPS) или каких-либо других известных или будущих способов позиционирования или определения расположения, например, систем позиционирования глобальной системы мобильной связи GSM, которые должны работать тем или иным образом даже в помещении. Могут также использоваться другие будущие системы позиционирования, обладающие достаточной точностью. Устройства могут также использовать информацию о расположении соседних устройств и задержках на распространение радиосигналов к соседям при вычислении их собственного расположения. Если устройству известно расположение его трех соседей и расстояния до них, то оно может вычислить свое собственное расположение в двумерном пространстве на основе этой информации.Information about the location of the device can be obtained using the existing global navigation and positioning system (GPS) or any other known or future methods of positioning or determining the location, for example, positioning systems of the global GSM mobile communication system, which must work one way or another way, even indoors. Other future positioning systems with sufficient accuracy may also be used. Devices can also use information about the location of neighboring devices and delays in the propagation of radio signals to neighbors when calculating their own location. If the device knows the location of its three neighbors and the distance to them, then it can calculate its own location in two-dimensional space based on this information.
Пересылка пакета в БЯС может быть осуществлена с помощью только основанной на расположении адресации или вместе с традиционными способами маршрутизации, объединяя преимущества обоих подходов.Forwarding a packet to the SNF can be done using only location-based addressing or together with traditional routing methods, combining the advantages of both approaches.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения, пересылка или маршрутизация пакетов осуществляется полностью на уровне 2. Когда пакет достигает узла, этот узел определяет расположение места назначения пакета на основе МАС-адреса места назначения.According to preferred embodiments, the forwarding or routing of packets is carried out entirely at level 2. When a packet reaches a node, this node determines the location of the packet's destination based on the MAC address of the destination.
В первом предпочтительном варианте выполнения направление места назначения определяется в узле на основании его собственного точного расположения и расположения места назначения. После этого узел пересылает пакет на соседний узел, который является ближайшим к этому направлению. Такой принцип основанной на направлении маршрутизации, показан на Фиг.4, где узел-источник или беспроводной маршрутизатор 10 определяет или вычисляет направление к узлу 30 места назначения на основе своего собственного расположения и расположения узла места назначения, определенного на основе соответствующего МАС-адреса PDU МАС. Затем, он вычисляет разности a и b между направлением места назначения и известными направлениями соседних узлов или беспроводных маршрутизаторов 20 и 40, соответственно. После этого, он выбирает соседний узел с меньшей разностью и маршрутизирует пакет на этот узел, что показано путями М маршрутизации на фиг.4.In a first preferred embodiment, the direction of the destination is determined in the node based on its own exact location and location of the destination. After that, the node forwards the packet to the neighboring node, which is the closest to this direction. This principle of direction-based routing is shown in FIG. 4, where the source node or
Фиг.5 показывает альтернативную основанную на расстоянии маршрутизацию, где узел-источник 10 определяет или вычисляет расстояния L, S между узлом 30 места положения и всеми его соседними узлами 20, 40 на основании определенного расположения узла 30 места назначения. Затем он просто пересылает пакет на соседний узел, который является ближайшим к узлу 30 места назначения. В настоящем примере по фиг.5 расстояние S между нижним соседним узлом 40 и узлом места назначения меньше, и путь М маршрутизации проходит через нижний соседний узел 40.Figure 5 shows an alternative distance-based routing, where the
В некоторых случаях описанные выше два альтернативных способа согласно первому и второму предпочтительному вариантам выполнения могут приводить к различным видам поведения, но на практике различия должны быть минимальны. Способ согласно первому варианту выполнения приводит к более коротким скачкам, тем самым уменьшая энергопотребление вследствие меньшей требующейся мощности передачи. Способ согласно второму варианту выполнения приводит к более длинным скачкам, минимизируя общее количество скачков для достижения места назначения. Но это также означает, что требуется большая мощность передачи, что снижает срок службы батареи питания, и оказывается большее влияние на другие соседние устройства из-за более высокой используемой мощности передачи.In some cases, the two alternative methods described above according to the first and second preferred embodiments can lead to different behaviors, but in practice the differences should be minimal. The method according to the first embodiment leads to shorter jumps, thereby reducing power consumption due to the lower transmission power required. The method according to the second embodiment leads to longer jumps, minimizing the total number of jumps to reach the destination. But it also means that more transmit power is required, which reduces the battery life, and has a greater effect on other neighboring devices due to the higher transmit power used.
Заметим, что другие параметры также могут учитываться при принятии решения о пересылке или маршрутизации. Они могут включать в себя пропускную способность линий связи, частоты ошибок по битам, разные нагрузки на разные линии связи и т.д.Note that other parameters may also be considered when deciding on forwarding or routing. They may include the throughput of communication lines, bit error rates, different loads on different communication lines, etc.
Поскольку адресация основывается на расположении, устройства все время должны знать свое текущее расположение. Информация о расположении должна быть достаточно точной для того, чтобы была возможна пересылка данных на ее основе, но при этом от нее не требуется, чтобы она была излишне точной. Поскольку все узлы в сети знают, кто является их соседями, точная информация о расположении становится ненужной, когда пакеты приближаются к своим местам назначения. Это означает, что необходимая точность соответствует расстоянию между соседями. Дополнительно, точность не нужна даже и в такой степени, если основной задачей является то, чтобы она была точнее при сравнении с соседями. Другими словами, систематическая ошибка в информации о расположении не является критичной. Систематическая ошибка может возникать, например, когда расположение устройства определяется на основе расположений соседних устройств и на основе расстояний до соседей.Since addressing is based on location, devices must always know their current location. The location information must be accurate enough to be able to send data based on it, but it is not required that it be unnecessarily accurate. Since all nodes in the network know who their neighbors are, accurate location information becomes unnecessary when packets approach their destinations. This means that the required accuracy corresponds to the distance between neighbors. Additionally, accuracy is not even necessary to such an extent, if the main task is to ensure that it is more accurate when compared with neighbors. In other words, a systematic error in location information is not critical. A systematic error can occur, for example, when the location of a device is determined based on the locations of neighboring devices and based on distances to neighbors.
Поскольку МАС-адрес устройства основан на расположении устройства, он должен изменяться, когда оборудование передвигается. Изменения в адресе должны сообщаться по меньшей мере соседним устройствам, чтобы они могли правильно пересылать пакеты, предназначенные этому узлу. Это также влияет на маршрутизацию других пакетов. Несмотря на изменение в адресе, узел может некоторое время все еще принимать пакеты со старым адресом. Кроме того, узлы, с которыми узел осуществлял связь в последнее время, могут быть извещены об изменении адреса для того, чтобы избежать потерь пакетов. В сети должны также быть специальные узлы, которым сообщают МАС-адреса и от которых запрашивают МАС-адреса, соответствующие некоторым IP-адресам. Другими словами, должны существовать узлы, действующие как кэш обнаружения соседей. Поэтому один (ближайший) узел из этих конкретных узлов должен информировать об изменении адреса, после чего остальные могут получать информацию из этого конкретного узла.Since the MAC address of the device is based on the location of the device, it must change when the equipment moves. Changes in the address must be reported to at least neighboring devices so that they can correctly forward packets destined for this node. It also affects the routing of other packets. Despite the change in address, the host may still receive packets with the old address for some time. In addition, the nodes with which the node has been communicating recently can be notified of a change in address in order to avoid packet loss. There must also be special nodes on the network to which MAC addresses are reported and from which MAC addresses corresponding to some IP addresses are requested. In other words, nodes must exist that act as a neighbor discovery cache. Therefore, one (nearest) node from these specific nodes should inform about the change of address, after which the rest can receive information from this particular node.
Изменение адреса в действительности необходимо, только когда оно существенно влияет на маршрутизацию. Это означает, что если перемещающийся узел не проходит вблизи каких-либо других узлов, перемещение не имеет очень большого эффекта на маршрутизацию. Фактически, система может быть спроектирована так, чтобы соседние узлы знали расположение узла точнее, чем другие узлы в сети, и решение о пересылке могло быть принято согласно этой информации. МАС-адрес будет использоваться только при принятии решений о маршрутизации на большем удалении от узла и, следовательно, МАС-адрес должен измениться, только когда изменяются соседи (узел проходит вблизи других узлов, найдены новые соседи). Узлы, которые перемещаются с постоянной скоростью, могут также предсказывать свое будущее перемещение и начинать процесс изменения адреса заранее.Changing the address is really only necessary when it significantly affects routing. This means that if a moving node does not pass close to any other nodes, moving does not have a very large effect on routing. In fact, the system can be designed so that neighboring nodes know the location of the node more accurately than other nodes in the network, and the decision to forward could be made according to this information. The MAC address will be used only when making decisions about routing at a greater distance from the node and, therefore, the MAC address should only change when neighbors change (the node passes near other nodes, new neighbors are found). Nodes that move at a constant speed can also predict their future movement and begin the process of changing the address in advance.
Пакет коммутируется через сеть до тех пор, пока он не достигает своего места назначения или алгоритм коммутации не может сделать вывод о том, куда посылать следующий пакет. В этих ситуациях пакет переходит на вышерасположенный уровень протоколов (сетевой уровень), который затем решает, что делать с этим пакетом. Ситуации, когда алгоритм коммутации должен передать пакет на вышерасположенный уровень, и операции, выполняемые узлом, если пакет не достигает места назначения нормальными способами пересылки, определяются следующим образом.A packet is switched through the network until it reaches its destination or the switching algorithm cannot make a conclusion about where to send the next packet. In these situations, the packet moves to the upstream protocol layer (network layer), which then decides what to do with this packet. Situations when the switching algorithm must transfer the packet to the higher level, and the operations performed by the node, if the packet does not reach its destination by normal forwarding methods, are defined as follows.
Пакет, который достиг своего места назначения на канальном уровне, обрабатывается согласно нормальной работе маршрутизатора на IP-уровне. Место назначения канального уровня не является, разумеется, обязательно местом назначения IP-пакета, но может быть маршрутизатором в середине маршрута в сети. Если источник и место назначения принимаемого IP-пакета находятся в одной и той же сети, то пакеты пересылаются нормальным образом, а также может использоваться сообщение о перенаправлении (протокола управляющих сообщений в Интернет(ICMP)/протокола обнаружения соседей), чтобы предписать источнику послать пакет прямо по МАС-адресу места назначения.A packet that has reached its destination at the data link layer is processed according to the normal operation of the router at the IP layer. The link layer destination is not, of course, necessarily the destination of the IP packet, but may be a router in the middle of a route on the network. If the source and destination of the received IP packet are on the same network, the packets are forwarded normally, and a redirection message (Internet Control Message Protocol (ICMP) / Neighbor Discovery Protocol) can be used to instruct the source to send the packet directly to the destination MAC address.
Существуют по меньшей мере три ситуации, когда алгоритму коммутации не удается доставить пакет к месту его назначения и когда пакет должен быть передан на вышерасположенный уровень:There are at least three situations where the switching algorithm fails to deliver the packet to its destination and when the packet must be transferred to the higher level:
1) место назначения не существует,1) destination does not exist,
2) его не слышно из-за радиопомех или2) it is not heard due to radio interference or
3) нет прямого маршрута к месту назначения.3) there is no direct route to the destination.
Алгоритм коммутации может определять эти ситуации на основе двух признаков:The switching algorithm can determine these situations based on two signs:
1) пакет поступает из интерфейса, к которому он должен быть послан согласно переключающему алгоритму, или1) the packet comes from the interface to which it should be sent according to the switching algorithm, or
2) беспроводной маршрутизатор может слышать другой беспроводной маршрутизатор, расположенный за беспроводным маршрутизатором места назначения, но он не может слышать само место назначения.2) the wireless router can hear another wireless router located behind the wireless router of the destination, but it cannot hear the destination itself.
Разрешение МАС-адресов может осуществляться в сетях IPv4 и IPv6 за счет использования протокола разрешения адресов и протокола обнаружения соседей, соответственно. В сетях БЯС эти протоколы потребляют слишком большую полосу частот вследствие широковещательного и многоадресного характера использования МАС-адресов. Поэтому эти пакеты могут только доставляться к определенным выбранным узлам, которые затем выполняют посредническую функцию по предоставлению информации тем, кто ее затребовал. Узел, который транслирует многоадресные и широковещательные пакеты к выбранному узлу, может также перехватывать пакеты и действовать как посредник на некоторое время. Выбранные узлы затем поддерживают между собой самую свежую информацию. Если эти выбранные узлы соединены с некоторой базовой сетью, то она может использоваться для обновления информации вместо сетей БЯС. Другие протоколы, которые используют многоадресные и/или широковещательные сообщения, могут также быть реализованы при использовании способа, описанного выше.MAC addresses can be resolved in IPv4 and IPv6 networks by using the address resolution protocol and neighbor discovery protocol, respectively. In SNF networks, these protocols consume too much frequency band due to the broadcast and multicast nature of the use of MAC addresses. Therefore, these packages can only be delivered to certain selected nodes, which then perform the intermediary function of providing information to those who requested it. A node that broadcasts multicast and broadcast packets to a selected node can also intercept packets and act as an intermediary for a while. The selected nodes then maintain the latest information among themselves. If these selected nodes are connected to some core network, then it can be used to update information instead of SNF networks. Other protocols that use multicast and / or broadcast messages can also be implemented using the method described above.
Если узел меняет свое расположение внутри БЯС и его основанный на GPA МАС-адрес меняется, он сообщает новый МАС-адрес выбранному узлу и/или также всем остальным узлам, с которыми он осуществлял связь недавно внутри БЯС, и/или любому другому сетевому узлу. Поскольку МАС-адрес узла может часто изменяться в БЯС, МАС-адреса узлов не могут кэшироваться на долгое время другими узлами. Узел должен принимать пакеты, поступающие со старым МАС-адресом(адресами) настолько долго, насколько другие узлы могут кэшировать этот адрес. Конечно, если узел достаточно быстро меняет свое расположение, пакет может не найти свое место назначения по старому МАС-адресу. В этом случае пакеты повторно маршрутизируются к новому расположению или сбрасываются соседними маршрутизаторами в предыдущем расположении или любым другим сетевым узлом. Для того чтобы обеспечить повторную маршрутизацию, узел может сообщить свой новый МАС-адрес также всем предыдущим соседям, которых он больше не может слышать.If a node changes its location within the Nuclear Forces and its GPA-based MAC address changes, it reports the new MAC address to the selected node and / or also to all other nodes with which it has been communicating recently inside the NNS, and / or any other network node. Since the MAC address of a node can often change in the SNF, the MAC addresses of nodes cannot be cached for a long time by other nodes. The node must receive packets arriving with the old MAC address (s) for as long as other nodes can cache this address. Of course, if the node changes its location quickly enough, the packet may not find its destination at the old MAC address. In this case, the packets are re-routed to a new location or discarded by neighboring routers in the previous location or by any other network node. In order to ensure re-routing, the node can also communicate its new MAC address to all previous neighbors that it can no longer hear.
Заметим, что настоящее изобретение не ограничивается основанной на расположении МАС-адресацией. Возможны также реализации изобретения в других системах, где основанные на местоположении или расположении изменяемые адреса могут предоставляться на нижерасположенном уровне протоколов, тогда как статические или неизменяемые адреса могут предоставляться на вышерасположенном уровне протоколов.Note that the present invention is not limited to location-based MAC addressing. Implementations of the invention are also possible in other systems where location or location based variable addresses can be provided at a lower protocol level, while static or fixed addresses can be provided at an upper protocol level.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004117074/09A RU2281617C2 (en) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | Addressing and routing in wireless cell networks |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004117074/09A RU2281617C2 (en) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | Addressing and routing in wireless cell networks |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004117074A RU2004117074A (en) | 2005-05-10 |
RU2281617C2 true RU2281617C2 (en) | 2006-08-10 |
Family
ID=35746775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004117074/09A RU2281617C2 (en) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | Addressing and routing in wireless cell networks |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2281617C2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8144593B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-03-27 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for efficient routing in communication networks |
RU2449483C2 (en) * | 2006-05-01 | 2012-04-27 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | Method for determination of ad-hoc route of distance vector on request which as at least minimal set of available resources in distributed wireless communication network |
RU2459390C2 (en) * | 2007-12-12 | 2012-08-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Method and device to solve issues of blind unit in wireless networks |
RU2476031C2 (en) * | 2008-04-30 | 2013-02-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Devices and methods for data transfer along wireless cellular network |
RU2476017C2 (en) * | 2008-01-30 | 2013-02-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Control of wireless units-retransmitters using routing table |
US8432820B2 (en) | 2007-02-07 | 2013-04-30 | Thomson Licensing | Radio and bandwidth aware routing metric for multi-radio multi-channel multi-hop wireless networks |
RU2653242C1 (en) * | 2017-04-11 | 2018-05-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of distributing packets in digital communication network with heterogeneous toroidal topological structure |
RU2689428C2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-05-28 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Method for node device configuration, network and node device |
RU2695494C2 (en) * | 2017-12-14 | 2019-07-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Packet router in networks with heterogeneous toroidal topology |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8699525B2 (en) | 2004-09-10 | 2014-04-15 | Interdigital Technology Corporation | Method for sending an acknowledgement to an ingress mesh point in a mesh network and a medium access control frame format |
-
2001
- 2001-12-03 RU RU2004117074/09A patent/RU2281617C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449483C2 (en) * | 2006-05-01 | 2012-04-27 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | Method for determination of ad-hoc route of distance vector on request which as at least minimal set of available resources in distributed wireless communication network |
US8144593B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-03-27 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for efficient routing in communication networks |
US8432820B2 (en) | 2007-02-07 | 2013-04-30 | Thomson Licensing | Radio and bandwidth aware routing metric for multi-radio multi-channel multi-hop wireless networks |
RU2459390C2 (en) * | 2007-12-12 | 2012-08-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Method and device to solve issues of blind unit in wireless networks |
US8320358B2 (en) | 2007-12-12 | 2012-11-27 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for resolving blinded-node problems in wireless networks |
RU2476017C2 (en) * | 2008-01-30 | 2013-02-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Control of wireless units-retransmitters using routing table |
US8737267B2 (en) | 2008-01-30 | 2014-05-27 | Qualcomm Incorporated | Management of wireless relay nodes using routing table |
RU2476031C2 (en) * | 2008-04-30 | 2013-02-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Devices and methods for data transfer along wireless cellular network |
US8923285B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-12-30 | Qualcomm Incorporated | Apparatus and methods for transmitting data over a wireless mesh network |
RU2689428C2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-05-28 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Method for node device configuration, network and node device |
RU2653242C1 (en) * | 2017-04-11 | 2018-05-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of distributing packets in digital communication network with heterogeneous toroidal topological structure |
RU2695494C2 (en) * | 2017-12-14 | 2019-07-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Packet router in networks with heterogeneous toroidal topology |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004117074A (en) | 2005-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2002238410B2 (en) | Addressing and routing in wireless mesh networks | |
US8134995B2 (en) | Mobile ad-hoc network routing based upon hardware address | |
US6304556B1 (en) | Routing and mobility management protocols for ad-hoc networks | |
Liu et al. | A software defined network architecture for geobroadcast in VANETs | |
EP3446503B1 (en) | Predictive routing for mobility | |
EP2557853B1 (en) | Ad hoc wireless communications network with node role information routing and associated methods | |
EP3711264A1 (en) | Dynamic link state routing protocol | |
US20070274232A1 (en) | Method, Communication Device and System for Detecting Neighboring Nodes in a Wireless Multihop Network Using Ndp | |
EP1733516A1 (en) | Method, communication device and system for detecting neighboring nodes in a wireless multihop network using ndp | |
KR20110061610A (en) | Routing with Vehicle Movement Vectors | |
US20050288008A1 (en) | Radio communication network system | |
JP2004260262A (en) | Wireless base station device and inter-network interface device | |
RU2281617C2 (en) | Addressing and routing in wireless cell networks | |
Soni et al. | A multipath location based hybrid DMR protocol in MANET | |
EP1944924A1 (en) | System, method and computer-readable medium for mobile Ad-hoc network routing based upon hardware address (MAC) | |
JP4767329B2 (en) | Network system and communication method | |
KR101616278B1 (en) | Grid Based Hybrid Routing System and Method in Mobile Ad-hoc Networks | |
US12219005B2 (en) | Network protocol extension for 5G edge computing services | |
US20230262112A1 (en) | Network Protocol Extension For 5G Edge Computing Services | |
JP2002232436A (en) | System and method for controlling communication network, and router | |
Zhou et al. | A location-based fault-tolerant routing algorithm for mobile ad hoc networks | |
ZA200403183B (en) | Addressing and routing in wireless mesh networks. | |
KR101556031B1 (en) | Method and system of distributed mobility control on network | |
Saraswady et al. | Performance analysis of micromobility protocol in mobile IP networks | |
CN118175090A (en) | Intranet solution for low latency communications using segment routing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091204 |