一种无线Mesh网络中的集中式路由算法制造技术

本发明专利技术公开了一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，它包括初始根路由建立、链路状态信息上传、路径选择及分组转发和路由自愈四个阶段，采用由根节点集中计算路由的方式完成寻路，节点上传链路状态消息至根节点，根节点掌握全网拓扑，为即将通信的源节点和目的节点之间计算路由；各节点在初次链路状态上传后，只有在链路状态发生变化超过一定阈值或者邻居发生变化时才上传链路状态信息，避免链路状态信息的频繁上传；根节点计算得到最优路径后，只需要在原始网络拓扑中删除该路径上的节点重新计算最优路即可得到与之不相交的备份路径。本发明专利技术集中式路由算法的寻路过程中没有洪泛，路由开销小，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种无线Mesh网络中的集中式路由算法
本专利技术涉及无线Mesh网络
，特别是涉及一种无线Mesh网络中的集中式路由算法。
技术介绍
无线Mesh网络是一种多跳、具有自组织和自愈特点的宽带无线网络结构。与传统网络相比，它能够提供更大的便利性、更强的可靠性，能够更好地适应不断变化的网络状况以及提供优化的网络性能。如图1所示，图1为IEEE802.11s定义的无线Mesh网络的基本架构，该网络由骨干Mesh节点(MAP/MP)、网关节点MPP(MeshPortalPoint)和终端STA组成，MP(Meshpoint)是无线Mesh网络中的具有中继转发能力的节点，MAP(MeshAccessPoint)在MP的基础上增加接入功能。通常情况下骨干Mesh节点的移动性较弱，网关节点MPP不具有移动性。终端STA通过Mesh节点之间的多跳到达目的节点，还可以通过网关节点MPP访问互联网。例如申请号为US8467297的美国专利申请，该专利申请文件中描述了一种在无线网格网中源节点和目的节点之间建立路由的方法，该方法的缺点在于：(1)当源节点没有到目的节点的路由时发起广播寻路过程，路由开销较大；(2)源节点和目的节点的一次广播寻路过程只能建立一条路径，当该路径失效后需要重新发起广播寻路过程，在重新寻路的过程中，数据丢包严重；(3)当一个节点设置为先验式模式，则该节点会周期性的发起RANN消息广播，网络中的其他节点接收到RANN消息后建立或更新到该节点的路由。周期性的广播过程，路由开销大，影响网络性能。申请号为200710146341.X的中国专利申请，该专利申请文件中描述了一种无线网状网络中路由管理方法，用于无线Mesh节点在无线网状网络中的路由学习过程，该方法的缺点在于：(1)网络中所有Mesh节点周期性向无线网状网络中其他无线节点广播路由请求消息，路由开销大，容易导致网络拥塞；(2)在该专利中维护到源节点路由的过程中要维护到源节点的两条路径，这两条路径可能是相交路径，存在同时失效的可能。申请号为201110380456.1的中国专利申请，该专利申请文件中描述了一种无线网状网路由方法，该方法的缺点在于：(1)在该路由方法中建立了以网关节点为根节点的树状路由，该方法会导致网关节点处的流量瓶颈；(2)在该路由方法中建立的路由均为单路径路由，可靠性较差。路由协议是无线Mesh网络的关键技术，是制约网络性能的主要因素。现有无线Mesh网络路由算法一般采用分布式的路由方式，这种分布式的路由方式保证了网络的可靠性，然而却导致了寻路洪泛等问题。尤其在网络负荷较重的场景下，进一步加重了网络的负担，影响网络的性能。集中式路由是一种由路由控制平台统一计算路由信息的路由方法，需要预先构建一种具备保护功能的路由机制，使得节点的路径失效后都有立即可用的备份路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，克服广播寻路开销较大、多路径路由算法复杂等困难，采用节点不相交的两条路径进行路由备份，寻路过程没有洪泛，路由开销小，可靠性更高。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，它包括以下步骤：S1，初始根路由建立：在组网初期，根节点发起根节点通告帧RANN(RootAnnouncement)广播，当达到广播次数上限时停止广播，在根节点通告帧RANN中记录了该帧经过的节点地址和累加的链路质量度量，各Mesh节点接收到该帧后记录到达根节点的路径；广播结束后各Mesh节点从记录的到根节点的路径中选择两条节点不相交的最优路径，以此建立到根节点的路由；S2，链路状态信息上传：各Mesh节点建立根路由后，主动上传链路状态信息至根节点；当各Mesh节点检测到邻居发生变化或者链路状态发生变化超过一定阈值时上传当前链路状态消息；S3，路径选择及分组转发：根节点根据各Mesh节点上传的链路状态信息掌握全网最新加权拓扑，为将要通信的源节点和目的节点之间计算全局最优路径及备份路径，分组通过最优路径进行转发。所述的链路状态信息包括邻居地址列表及其对应的链路质量度量值。所述的链路状态信息上传步骤中，各Mesh节点还会周期性的查询邻接链路的链路状态，当Mesh节点的邻居发生变化或者Mesh节点某个邻居间的链路度量累计变化值大于一定阈值时，则该Mesh节点向根节点上传链路状态信息。所述的最优路径和备份路径为链路质量度量最小的两条路径，其中最优路径链路质量度量小于或等于备份路径的链路质量度量，并将最优路径和备份路径分别封装成路径通告帧PNTF(PathNotify)。所述的路径选择及分组转发步骤包括网外通信方式和网内通信方式，即当待发送分组需进行网外通信时，直接使用根路由将分组转发到根节点，由根节点将分组转发出网；当待发送分组的目的地址为网内地址时，首先将分组转发到根节点，根节点将分组转发到目的节点，并且根节点为源节点和目的节点计算最优路径，后续分组通过最优路径发送。所述的网外通信方式为：源节点查看是否有根路由，如果不存在，则请求到根节点的路由，在请求到根节点路由的过程中使用序列号机制保证任何时候节点间都无环路，每个Mesh节点都保持着独自的一个序列号，该序列号通过路径请求帧PREQ(PathRequest)被发送到其他节点，其他节点只处理序列号更大的路径请求帧PREQ；所述的请求到根节点路由的步骤包括以下子步骤：SS11：源节点向所有邻居节点发送路由查询帧；SS12：邻居节点收到该源节点的路由查询帧后，查看自身根路由是否有效，如果有效，回复有效确认帧，否则回复无效确认帧；SS13：如果源节点接收到有效确认帧，则从回复有效确认帧的邻居节点中随机选取一个节点，并向其发送路径请求帧PREQ；SS14：如果源节点没有收到有效确认帧，则向其所有邻居节点发送路径请求帧PREQ；SS15：邻居节点收到该路径请求帧PREQ后，首先检查该路径请求帧PREQ是否包含一个更大的序列号；如果没有包含一个更大的序列号，则该邻居节点丢弃该路径请求帧PREQ；如果包含一个更大的序列号，则该邻居节点再检查其根路由是否有效；如果该邻居节点的根路由有效，则该邻居节点上传该路径请求帧PREQ至根节点，否则，重复步骤SS11-SS14；SS16：根节点收到路径请求帧PREQ，根节点计算源节点到根节点的最优路径及节点不相交的备份路径，分别将最优路径和备份路径封装成路径通告帧PNTF，并沿各自路径发送到源节点，中间节点建立到源节点及根节点的路由，源节点建立到根节点的最优路由和备份路由。所述的网内通信方式包括以下子步骤：SS21：源节点将分组转发到根节点，源节点使用根路由信息发送数据时，将分组Mesh帧头中的路径请求标记进行设置，请求源节点到目的节点的路由，若传输采用备份根路由，则将Mesh帧头中的备份路径标记进行设置，重新请求源节点到根节点的路由；SS22：根节点接收到一个分组，将分组转发到目的节点，并查看Mesh帧头中的路由请求标记和备份路径标记；若Mesh帧头中的路由请求标记表示为需要请求路径，则跳转SS23；若Mesh帧头中的备份路径标记表示为使用备份路径，则跳转SS26；SS23：根节点计算源节点到目的节点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：它包括以下步骤：S1，初始根路由建立：在组网初期，根节点发起根节点通告帧RANN广播，当达到广播次数上限时停止广播，在根节点通告帧RANN中记录了该帧经过的节点地址和累加的链路质量度量，各Mesh节点接收到该帧后记录到达根节点的路径；广播结束后各Mesh节点从记录的到根节点的路径中选择两条节点不相交的最优路径，以此建立到根节点的路由；S2，链路状态信息上传：各Mesh节点建立根路由后，主动上传链路状态信息至根节点；当各Mesh节点检测到邻居发生变化或者链路状态发生变化超过一定阈值时上传当前链路状态消息；S3，路径选择及分组转发：根节点根据各Mesh节点上传的链路状态信息掌握全网最新加权拓扑，为将要通信的源节点和目的节点之间计算全局最优路径及备份路径，分组通过最优路径进行转发。

【技术特征摘要】
1.一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：它包括以下步骤：S1，初始根路由建立：在组网初期，根节点发起根节点通告帧RANN广播，当达到广播次数上限时停止广播，在根节点通告帧RANN中记录了该帧经过的节点地址和累加的链路质量度量，各Mesh节点接收到该帧后记录到达根节点的路径；广播结束后各Mesh节点从记录的到根节点的路径中选择两条节点不相交的最优路径，以此建立到根节点的路由；S2，链路状态信息上传：各Mesh节点建立根路由后，主动上传链路状态信息至根节点；当各Mesh节点检测到邻居发生变化或者链路状态发生变化超过一定阈值时上传当前链路状态消息；S3，路径选择及分组转发：根节点根据各Mesh节点上传的链路状态信息掌握全网最新加权拓扑，为将要通信的源节点和目的节点之间计算全局最优路径及备份路径，分组通过最优路径进行转发，包括网外通信方式和网内通信方式，即当待发送分组需进行网外通信时，直接使用根路由将分组转发到根节点，由根节点将分组转发出网；当待发送分组的目的地址为网内地址时，首先将分组转发到根节点，根节点将分组转发到目的节点，并且根节点为源节点和目的节点计算最优路径，后续分组通过最优路径发送。2.根据权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：所述的链路状态信息包括邻居地址列表及其对应的链路质量度量值。3.根据权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：所述的链路状态信息上传步骤中，各Mesh节点还会周期性的查询邻接链路的链路状态，当Mesh节点的邻居发生变化或者Mesh节点某个邻居间的链路度量累计变化值大于一定阈值时，则该Mesh节点向根节点上传链路状态信息。4.根据权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：所述的最优路径和备份路径为链路质量度量最小的两条路径，其中最优路径链路质量度量小于或等于备份路径的链路质量度量，并将最优路径和备份路径分别封装成路径通告帧PNTF。5.根据权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：所述的网外通信方式为：源节点查看是否有根路由，如果不存在，则请求到根节点的路由，在请求到根节点路由的过程中使用序列号机制保证任何时候节点间都无环路，每个Mesh节点都保持着独自的一个序列号，该序列号通过路径请求帧PREQ被发送到其他节点，其他节点只处理序列号更大的路径请求帧PREQ；所述的请求到根节点路由的步骤包括以下子步骤：SS11：源节点向所有邻居节点发送路由查询帧；SS12：邻居节点收到该源节点的路由查询帧后，查看自身根路由是否有效，如果有效，回复有效确认帧，否则回复无效确认帧；SS13：如果源节点接收到有效确认帧，则从回复有效确认帧的邻居节点中随机选取一个节点，并向其发送路径请求帧PREQ；SS14：如果源节点没有收到有效确认帧，则向其所有邻居节点发送路径请求帧PREQ；SS15：邻居节点收到该路径请求帧PREQ后，首先检查该路径请求帧PREQ是否包含一个更大的序列号；如果没有包含一个更大的序列号，则该邻居节点丢弃该路径请求帧PREQ；如果包含一个更大的序列号，则该邻居节点再检查其根路由是否有效；如果该邻居节点的根路由有效，则该邻居节点上传该路径请求帧PREQ至根节点，否则，重复步骤SS11-SS14；SS16：根节点收到路径请求帧PREQ，根节点计算源节点到根节点的最优路径及节点不相交的备份路径，分别将最优路径和备份路径封装成路径通告帧PNTF，并沿各自路径发送到源节点，中间节点建立到源节点及根节点的路由，源节点建立到根节点的最优路由和备份路由。6.根据权利要求1所述的一种无线Mesh网络中的集中式路由算法，其特征在于：所述的网内通信方式包括以下子步骤：SS21：源节点将分组转发到根节点，源节点使用根路由信息发送数据时，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：林水生，付永涛，阎波，周亮，刘悦，衡鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51