專利名稱：一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新方法，尤其涉及的是一種在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新方法。
本發(fā)明還涉及一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，各種802.11x標(biāo)準(zhǔn)不斷被更新，新的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)也不斷被提出，目前一種新的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)——無線Mesh網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)。無線網(wǎng)狀網(wǎng)Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為“多跳(multi-hop)”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)中，每個客戶端均通過一條與無線局域網(wǎng)訪問點AP相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡(luò)，用戶如果要進(jìn)行相互通信的話，必須通過AP，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為基礎(chǔ)設(shè)施無線網(wǎng)絡(luò)。而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP或路由器，每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進(jìn)行直接通信。它的本質(zhì)是融合了傳統(tǒng)WLAN和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，提供一種高速率、寬范圍的無線網(wǎng)絡(luò)。
如圖1a所示的為現(xiàn)有技術(shù)的一般WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，其接入點AP只有一個物理接口PHY，該AP無線接入點通過有線的方式連接HTTP服務(wù)器和其他局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備節(jié)點STA，以及其他網(wǎng)絡(luò)等，與其他網(wǎng)絡(luò)OtherLAN通過有線分布式系統(tǒng)(Distributed System)連接。接入該WLAN的每一AP通過其物理接口PHY的不同信道無線連接各無線移動節(jié)點STA，也是一種設(shè)備節(jié)點，該種連接采用的是現(xiàn)有的無線連接方式，如802.11標(biāo)準(zhǔn)。不同接入點AP采用不同的層級信道，如圖1a所示的CH1和CH5信道。圖1a中所示的，AP為Access Point，接入點；STA為Clint Station，設(shè)備節(jié)點，或無線接入節(jié)點；CH為Wireless Channel，無線信道；粗實線為DS Link，分布式系統(tǒng)；虛線為傳統(tǒng)的802.11 BSS Link無線連接；細(xì)實線為傳統(tǒng)的802.xLink有線連接。
與傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)不僅去掉了節(jié)點間的布線需求，而且具有分布式網(wǎng)絡(luò)所提供的冗余機制和多路徑路由的功能。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)里，節(jié)點可以自動加入、離開網(wǎng)絡(luò)；而網(wǎng)絡(luò)則能夠自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，并能根據(jù)這些變化重新計算最佳的多跳路由。所以，路由技術(shù)便成為Mesh網(wǎng)絡(luò)中的一項關(guān)鍵性技術(shù)。
為解決Mesh網(wǎng)絡(luò)所面臨的所有技術(shù)問題，并推進(jìn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，2004年3月IEEE802 LAN/MAN標(biāo)準(zhǔn)委員會全體會議做出決定，正式成立無線Mesh網(wǎng)任務(wù)組(IEEE802.11s Mesh Networking Task Group)來負(fù)責(zé)制訂IEEE802.11網(wǎng)狀網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。截至2005年9月，經(jīng)過任務(wù)組的專家們對所有提案的分析、討論、淘汰與綜合，有四個提案脫穎而出，其中SEE-Mesh(Simple Efficient Extensible Mesh，簡單、高效、可擴(kuò)展的網(wǎng)格網(wǎng))提案給出了一整套的解決方案，對路由和安全等關(guān)鍵性技術(shù)提供了較成熟解決思路。
SEE-Mesh的提案中提出的一種混合型無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議“HWMP”(Hybrid Wireless Mesh Protocol)，該路由協(xié)議的主要思想是結(jié)合了按需路由和先應(yīng)式路由的優(yōu)點，為Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供靈活的路由服務(wù)。其路由協(xié)議基礎(chǔ)是“Ad-hoc按需距離矢量路由”(AODV---Ad-hoc On-demandDistance Vector)和“基于樹型的先應(yīng)式路由”(TBRP---Tree-Based RoutingProtocol)。
該路由協(xié)議的具體技術(shù)方案如下如果Mesh網(wǎng)絡(luò)的訪問點MAP都沒有與外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)(Portal)，則Mesh網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點便采用AODV路由協(xié)議來確定數(shù)據(jù)的發(fā)送路徑；
當(dāng)STA需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它立即廣播按需路由的路徑查詢消息，通過鄰居節(jié)點的多跳廣播將請求傳送至目的STA，目的STA選擇一條最優(yōu)路由給原STA發(fā)送回應(yīng)，這樣數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路就建立了起來；數(shù)據(jù)源STA每隔一段時間重新發(fā)送一次路徑查詢請求消息，以維護(hù)動態(tài)建立的路由路徑，直至數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束；如果Mesh網(wǎng)絡(luò)的訪問點MAP有外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)(Portal)，則將其確定為樹型路由協(xié)議的“樹根”(Root)該“樹根”節(jié)點MAP根據(jù)先應(yīng)式路由算法維護(hù)一顆路由樹，其他的節(jié)點則采用AODV路由協(xié)議獲得自己上級的父節(jié)點，并維護(hù)到該“樹根”節(jié)點MAP的路由路徑；若STA有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，則采用先應(yīng)式的樹型路由將數(shù)據(jù)首先發(fā)送給“樹根”節(jié)點MAP，該MAP根據(jù)自己維護(hù)的路由表再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目的STA，然后目的節(jié)點則可通過建立與源節(jié)點的路由路徑，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
但上述SEE-Mesh提案中的路由算法存在以下缺陷如果Mesh網(wǎng)沒有與外部網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)(Portal)通信連接，則路由協(xié)議完全依賴于AODV(Hoe按需距離矢量協(xié)議)的按需路由機制，但AODV是專為Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)所設(shè)計的，沒有針對Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點進(jìn)行優(yōu)化，而且AODV用于查詢路徑的消息會在整個Mesh網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生廣播風(fēng)暴以致會大量消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬，所以，該路由協(xié)議在Mesh網(wǎng)絡(luò)中的運行效率則比較低。
同時，由于網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的存在，所有該路由協(xié)議不能滿足多種服務(wù)質(zhì)量Qos的需求，而且由于AODV路由協(xié)議在路由請求時所產(chǎn)生的大量廣播風(fēng)暴，致使Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量的增加受到了一定的限制，從而降低了Mesh的擴(kuò)展性。
由于AODV是按需路由，所以該協(xié)議需要維護(hù)每條數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌?，?dāng)節(jié)點快速移動而導(dǎo)致頻繁的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)訪問點MAP切換，這種維護(hù)的開銷將非常之大，而且還會給數(shù)據(jù)的傳輸帶來很大的時延，所以，該協(xié)議不能適應(yīng)快速的MAP切換。
如果采用基于樹型的先應(yīng)式路由思想，則“樹根”節(jié)點MAP需要負(fù)責(zé)全網(wǎng)路由樹的建立和維護(hù)，這樣就會產(chǎn)生瓶頸與單點失效問題。因此，該混合路由協(xié)議的實施方法與操作過程非常繁瑣，降低了Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的簡單便利性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)和方法，結(jié)合按需路由和先應(yīng)式路由的優(yōu)點，為Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供靈活的路由服務(wù)，以便達(dá)到提高路由協(xié)議的執(zhí)行效率，增強Mesh網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，適應(yīng)STA快速的MAP切換，提升路由協(xié)議的可用性之目的，也為下一步Mesh網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作提出了新的路由設(shè)計思路。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新方法，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)包括多個無線移動節(jié)點及其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，其包括以下步驟A、在所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點上運行距離矢量路由協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕?；B、選取其中一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點作為所有無線移動節(jié)點的位置查詢服務(wù)器，收集該無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有無線移動節(jié)點與其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系；C、當(dāng)任一無線移動節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向所述位置查詢服務(wù)器查詢目的無線移動節(jié)點的所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，并根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)實施路由。
所述的方法，其中，所述位置查詢服務(wù)器設(shè)置包括一主位置查詢服務(wù)器和備份位置查詢服務(wù)器，分別設(shè)置有位置表用于存放所有無線移動節(jié)點及其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系；并且所述設(shè)置備份位置查詢服務(wù)器在所選主位置查詢服務(wù)器失效時，通過備用服務(wù)完成查詢?nèi)蝿?wù)；并同時在所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點中選舉新的備份位置查詢服務(wù)器；若兩服務(wù)器同時失效，則第一個在規(guī)定的時間內(nèi)沒有得到主、備份位置查詢服務(wù)器的任何查詢回復(fù)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，向全網(wǎng)通告該位置查詢服務(wù)器和備份位置查詢服務(wù)器失效，并發(fā)起重新選舉查詢服務(wù)節(jié)點的請求。
所述的方法，其中，所述主、備份位置查詢服務(wù)器以本網(wǎng)內(nèi)媒體訪問控制地址最小和次小的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點擔(dān)任。
所述的方法，其中，所述主、備份位置查詢服務(wù)器由固定順序的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點擔(dān)任。
所述的方法，其中，還包括所述無線移動節(jié)點的移動或失效引起位置所屬關(guān)系不一致時，由無線移動節(jié)點所切換的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點負(fù)責(zé)向位置查詢服務(wù)器進(jìn)行更新。
所述的方法，其中，所述更新過程包括D、當(dāng)所述無線移動節(jié)點完全移出原屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點后，原屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向所述位置查詢服務(wù)器注銷該無線移動節(jié)點與自己的對應(yīng)關(guān)系；E、同時，當(dāng)所述無線移動節(jié)點移入另一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的覆蓋范圍后，則被移入的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點重新向所述位置查詢服務(wù)器注冊該無線移動節(jié)點與自己的對應(yīng)關(guān)系。
所述的方法，其中，所述更新過程還包括F、當(dāng)所述無線移動節(jié)點屬于兩個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點時，所述無限移動節(jié)點同時與兩個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
所述的方法，其中，還包括在所述無線移動節(jié)點正在發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時，則由原無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向?qū)⑶袚Q到的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點通告原數(shù)據(jù)發(fā)送的目的/接收來源的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點。
所述的方法，其中，還包括所述無線移動節(jié)點的移動或失效引起位置所屬關(guān)系不一致時，由所述位置查詢服務(wù)器周期性主動查詢各個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點與其對應(yīng)無線移動節(jié)點的所屬關(guān)系。
一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)，其至少包括一無線移動節(jié)點與一接入點無線連接；其中，所述接入點為無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，其包括至少一物理接口，并在所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點上運行距離矢量路由協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕ⅲ徊⑶以O(shè)置一無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點作為所有無線移動節(jié)點的位置查詢服務(wù)器，并在該位置查詢服務(wù)器上存儲有該無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有無線移動節(jié)點與其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系，用于各無線移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時查詢確定路由。
所述的系統(tǒng)，其中，所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點設(shè)置有兩個物理接口，并采用不同的層級信道連接其所屬的無線移動節(jié)點或相鄰無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點。
本發(fā)明所提供的一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)和方法，由于采用了根據(jù)Mesh網(wǎng)絡(luò)的特殊結(jié)構(gòu)，將集中式和分布式路由思想相結(jié)合的技術(shù)，增強了Mesh網(wǎng)絡(luò)該協(xié)議的可擴(kuò)展性，提高了Mesh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的高效性，并對本發(fā)明方法的該協(xié)議提供了冗余性的保護(hù)，本發(fā)明的位置更新方法能適應(yīng)STA的快速移動和頻繁的MAP切換，使得路由協(xié)議保持良好的可用性。


圖1a為現(xiàn)有技術(shù)的WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的Mesh網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的一Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵嵤├慕Y(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明系統(tǒng)和方法的從MAP中選舉STA位置查詢服務(wù)器的結(jié)構(gòu)及流程示意圖；圖4為本發(fā)明方法的無線移動節(jié)點STA及其所屬MAP的注冊過程示意圖；圖5為本發(fā)明方法的目的地址查詢、路由和發(fā)送數(shù)據(jù)的過程示意圖；圖6為本發(fā)明方法的移動STA切換所屬MAP及其數(shù)據(jù)鏈路的過程示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實施例進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。
本發(fā)明系統(tǒng)和方法將分布式和集中式的路由思想進(jìn)行了結(jié)合，方案大體思路如下首先，讓無線網(wǎng)狀網(wǎng)(以下簡稱Mesh)網(wǎng)中的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點(以下簡稱MAP)運行一般的距離矢量路由協(xié)議，例如RIPv2協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕?；其次，選取其中一個MAP來充當(dāng)無線移動節(jié)點(以下簡稱STA)的位置查詢服務(wù)器，收集Mesh網(wǎng)絡(luò)中所有STA與其所屬MAP的對應(yīng)關(guān)系；接下來，當(dāng)STA需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過其所屬的MAP向位置查詢服務(wù)器查詢目的STA的所屬MAP，然后根據(jù)前面建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實施路由。
本發(fā)明系統(tǒng)所述Mesh網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示，各無線Mesh接入點MAP提供無線終端STA的接入，其接入方式采用現(xiàn)有的方式，如802.11系列標(biāo)準(zhǔn)；這些MAP自身可以有多個不同頻段的物理接口，例如PHYa和PHYb等，如此可以利用不同的頻段信道與MAP或自己所屬的STA之間建立空口連接，并且各MAP可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行移動，彼此之間用無線分布式系統(tǒng)(WDS)互相連接。如果MAP具有外部網(wǎng)絡(luò)的連接接口(Portal)，則該MAP(PL)可通過這個Portal接口與各種不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，為Mesh網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(STA or MAP)提供網(wǎng)絡(luò)出口。Mesh網(wǎng)絡(luò)中允許有多個MAP具有這樣的接口。
圖1中所示的MAP為Mesh Access Point，無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點；MAP(PL)為Mesh Point with active Portal，是具有網(wǎng)關(guān)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點；STA為Clint Station，無線移動節(jié)點或設(shè)備節(jié)點；CH為WirelessChannel，無線信道，其具有不同的頻段，因此有CH1、CH5、CH11；粗虛線為WDS Link，無線分布系統(tǒng)；細(xì)虛線為傳統(tǒng)的802.11BSS Link無線連接。
下面對本發(fā)明系統(tǒng)和方法的位置更新具體實施方案做詳細(xì)說明所有移動站點STA不參與路由更新。僅僅讓Mesh網(wǎng)絡(luò)中的MAP以距離矢量路由協(xié)議，例如RIPv2路由協(xié)議，與鄰居節(jié)點MAP交換鏈路信息，以便獲得整個Mesh網(wǎng)絡(luò)的骨干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即整個無線局域網(wǎng)內(nèi)的MAP連接關(guān)系，并根據(jù)參數(shù)選項給每條鏈路分配權(quán)值(無線鏈路的權(quán)值可參考SEE-Mesh提案中的權(quán)值參數(shù))，以Djikstra最短路徑算法進(jìn)行路由計算，最終生成路由表。當(dāng)鏈路發(fā)生變化時，MAP間可快速更新鏈路信息，重新獲得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并計算出新的路由表，即，通過一個簡單的路由協(xié)議維護(hù)骨干MAP節(jié)點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表。
如圖2所示是本發(fā)明系統(tǒng)的一個Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵嵗龍D，表1則是對應(yīng)該實例的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表，其中表1中的“鏈路實體xy”表明x節(jié)點(MAP x)到y(tǒng)節(jié)點(MAP y)的鏈路，如鏈路實體12表明的是圖2中所示的MAP1到MAP2之間的鏈路。
表1 Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表


根據(jù)上面的Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和最短路徑算法，MAP計算到其它MAP的最優(yōu)路由，并生成路由表，路由表的條目主要由目的MAP地址、下一跳MAP地址和鏈路權(quán)值等參數(shù)組成。表2給出了Mesh路由表的參數(shù)項及其類型。
表2 Mesh網(wǎng)絡(luò)路由表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

從所述Mesh網(wǎng)絡(luò)的MAP中選舉出來一個存放所有STA的MAC地址(Media Access Control，媒體訪問控制，上下文中簡稱MAC)及其所屬MAP的位置查詢服務(wù)器及備份位置查詢服務(wù)器，以提供其它MAP的路由信息查詢服務(wù)。服務(wù)器的選取算法可采用生成樹網(wǎng)橋的根網(wǎng)橋選舉算法，或者由固定順序的MAP來充當(dāng)，例如具有Mesh網(wǎng)關(guān)Portal的MAP。所有MAP將保存這兩個充當(dāng)服務(wù)器的MAP的MAC地址，用于以后STA的位置查詢。
設(shè)置備份位置查詢服務(wù)器的作用在于，若所選主服務(wù)失效，則可通過備用服務(wù)完成查詢?nèi)蝿?wù)，并選舉新的備份位置查詢服務(wù)器；若兩服務(wù)器同時失效，則第一個發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象的MAP，即該MAP在規(guī)定的時間內(nèi)沒有得到主、備份位置查詢服務(wù)器的任何查詢回復(fù)，則向全網(wǎng)通告該位置查詢服務(wù)器和備份位置查詢服務(wù)器的無線移動節(jié)點失效，并發(fā)起重新選舉查詢服務(wù)節(jié)點的請求，完成新的位置查詢服務(wù)器的選取。
如圖3所示給出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法中如何利用根網(wǎng)橋的選舉算法產(chǎn)生STA的位置查詢服務(wù)器的過程圖，圖中每個MAP廣播自己的多個物理接口中較小的MAC地址，全網(wǎng)選舉具有最小MAC地址的MAP來充當(dāng)STA位置查詢服務(wù)器，備份位置查詢服務(wù)器的MAC為次小者。
所述無線移動節(jié)點STA須接入MAP的物理接口，并向其注冊自己的MAC地址。MAP將所連接的STA的MAC地址連同自己對應(yīng)的物理接口MAC地址再注冊給主、備份位置查詢服務(wù)器，如此該STA的位置查詢服務(wù)器就擁有了當(dāng)前Mesh網(wǎng)絡(luò)中所有STA及其所屬MAP的對應(yīng)關(guān)系，存儲形成一STA位置表。
如圖4所示描述了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的STA及MAP所屬關(guān)系的注冊過程，當(dāng)某一STA需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，其所屬的MAP就會根據(jù)其記錄的主、備份位置查詢服務(wù)器查詢目的STA所在的MAP，所述STA位置查詢服務(wù)器用STA位置表(STA Location Talbe)來存儲這些信息，以備查詢。
當(dāng)任何一個STA要與目標(biāo)STA發(fā)送數(shù)據(jù)時，將目標(biāo)STA和自己的MAC分別寫入數(shù)據(jù)包的STA原地址域和目的地址域，交給其所屬的MAP；如果MAP發(fā)現(xiàn)目標(biāo)STA的MAC地址不在自己任何一個物理接口的接入范圍內(nèi)，則向STA位置查詢服務(wù)器進(jìn)行一次目的STA的所屬MAP的查詢；所述位置查詢服務(wù)器將返回其所屬MAP的MAC地址給請求者。接下來，該MAP將目的MAP和自己的MAC填入到數(shù)據(jù)包的MAP目的和原地址域中，再根據(jù)目的MAP的MAC地址和路由表進(jìn)行路由；當(dāng)目的MAP收到數(shù)據(jù)包后，則將數(shù)據(jù)包直接分發(fā)給自己接入范圍內(nèi)的STA。
該發(fā)送數(shù)據(jù)的STA的MAP可以緩存以前的查詢結(jié)果，當(dāng)STA再次向同一個目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，便可直接進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)。但由于無線局域網(wǎng)的特點，此緩存結(jié)果會因目的STA的移動而失效，所以，協(xié)議規(guī)定了較短的緩存保留時間，一旦超過該時間，則刪除緩存內(nèi)容，新來的欲發(fā)送數(shù)據(jù)重新進(jìn)行目的STA的位置查詢。
如圖5所示給出了本發(fā)明方法的一個STA與目標(biāo)STA發(fā)送數(shù)據(jù)的全過程，其中包括發(fā)送請求，查詢STA位置信息和路由計算及轉(zhuǎn)發(fā)和接收。圖中所示的STA1是源發(fā)送站，STA2是目標(biāo)站，MAPM是位置查詢服務(wù)器。其基本步驟包括STA1請求發(fā)送數(shù)據(jù)給STA2；其所屬的MAP1則向位置查詢服務(wù)器MAPM發(fā)起查詢STA2所屬MAP的請求；該位置查詢服務(wù)器查詢其位置表，得到STA2所屬MAP2的連接該STA2的物理接口PHYa之MAC地址，并將該查詢結(jié)果返回給所述MAP1，該MAP1形成路由表，并可以緩存保留一定時間；該MAP1根據(jù)路由表將所屬STA1的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到STA2所屬的MAP2的對應(yīng)物理接口上，所述MAP2最終將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給STA2。
本發(fā)明方法的上述路由方法是基本工作流程，但由于無線局域網(wǎng)中，STA節(jié)點的移動或失效會引起位置所屬關(guān)系不一致的情況發(fā)生，所以，本發(fā)明給出兩種策略來解決該問題。
第一種策略是被動更新策略，即當(dāng)節(jié)點移動造成移動節(jié)點STA與所屬MAP對應(yīng)關(guān)系變化時，由移動STA所切換的MAP負(fù)責(zé)向位置查詢服務(wù)器進(jìn)行更新。
其具體的實施步驟包括移動節(jié)點在切換所屬MAP時，當(dāng)STA完全移出原屬MAP后，原屬MAP向位置查詢服務(wù)器注銷該STA與自己的對應(yīng)關(guān)系；同時，當(dāng)該STA移入另一個MAP的覆蓋范圍后，則移入目的MAP重新向位置查詢服務(wù)器注冊該STA與自己的對應(yīng)關(guān)系。
如果STA在切換期間不發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則上述策略已可保證正常的MAP切換；如果STA正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則在上述策略基礎(chǔ)上，讓原MAP通告該STA將切換到的目的MAP，告知該STA數(shù)據(jù)正在發(fā)送的目的MAP地址；如果STA正在接收數(shù)據(jù)，則在上述策略基礎(chǔ)上，讓原MAP通告該正在發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路原發(fā)MAP，讓其更新數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)為將切換到的目的MAP。STA在切換MAP時肯定會出現(xiàn)屬于兩個MAP覆蓋范圍的情況，讓其同時與兩個MAP進(jìn)行關(guān)聯(lián)并持續(xù)一段時間，在這段時間內(nèi)實施上述策略，則可保證數(shù)據(jù)發(fā)送的連續(xù)性和完整性。
第二種策略是主動更新策略，即，當(dāng)節(jié)點失效而引起STA與所屬MAP的對應(yīng)關(guān)系變化時，由位置查詢服務(wù)器主動向各個MAP查詢其最新的STA所屬關(guān)系。
該種策略的實施過程包括當(dāng)移動節(jié)點失效時，會引起STA與所屬MAP對應(yīng)關(guān)系的變化，但這些失效的節(jié)點卻不能及時通知位置查詢服務(wù)器這些變化情況。所以在本發(fā)明方法實例中，規(guī)定位置查詢服務(wù)器每隔一段預(yù)定的固定時間向Mesh網(wǎng)內(nèi)各個MAP進(jìn)行一次主動的STA位置查詢，刷新STA與MAP的對應(yīng)關(guān)系表。
該操作可以有效的消除因節(jié)點失效而帶來的位置所述關(guān)系不明確的現(xiàn)象，這在移動、無線這樣有諸多不確定因素的環(huán)境下是非常必要的。而且只要設(shè)定好刷新間隔時間，該策略不會帶來很大的開銷。
如圖6所示，給出了本發(fā)明方法因STA移動而切換MAP、切換數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路的示意圖。其中，切換方向是MAP1到MAP2，數(shù)據(jù)傳輸存在于STA1與STA3間，STA1是數(shù)據(jù)源，正在發(fā)送數(shù)據(jù)；STA1若是數(shù)據(jù)鏈路目的的情況即正在接收數(shù)據(jù)時與之類似，不再設(shè)圖示意。
該切換過程參照圖6所示的，STA1由原先所屬的MAP1切換為由屬于新的MAP2，則切換目的MAP2向位置查詢服務(wù)器MAPM發(fā)送注冊信息，注冊STA1屬于自己；所述位置查詢服務(wù)器MAPM更新其STA位置表對應(yīng)信息；原所屬的MAP1向切換目的的MAP2通告STA1正在發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送目的STA3；STA1在移動中切換數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路；切換后原所屬的MAP1向所述位置查詢服務(wù)器MAPM注銷STA1與自己的所屬關(guān)系。從而實現(xiàn)平穩(wěn)的切換正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線移動節(jié)點。
本發(fā)明方法中STA的位置查詢，即STA所屬MAP的MAC地址查詢，可以參照IP網(wǎng)絡(luò)中的DNS查詢。首先，這兩種查詢在查詢數(shù)據(jù)量上是同一個數(shù)量級的，一條DNS查詢請求、返回的主要數(shù)據(jù)是32bit的IP地址，而本發(fā)明方法中的查詢請求和返回的主要數(shù)據(jù)是48bit的MAC地址；其次，它們都是只需進(jìn)行一次查詢，然后可持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；最后，該協(xié)議還具有類似DNS中host文件的緩存機制，僅僅更新時間間隔于DNS緩存不同而已。因此，本發(fā)明方法的實用性是可以保證的。
綜上，本發(fā)明系統(tǒng)和方法根據(jù)Mesh網(wǎng)絡(luò)的特殊結(jié)構(gòu)，將集中式和分布式路由思想進(jìn)行結(jié)合，其最大的優(yōu)點是既克服了AODV路由協(xié)議所產(chǎn)生的路由廣播風(fēng)暴，又沒有讓集中位置查詢點擔(dān)負(fù)全部的路由任務(wù)，從而降低了集中路由瓶頸問題，并同時在采用備份位置查詢服務(wù)器的策略下降低了單點失效的概率。
本發(fā)明方法的路由協(xié)議僅僅讓MAP進(jìn)行骨干節(jié)點路由的更新，而將大量、瑣碎的STA所屬MAP的MAC地址查詢放到集中的位置查詢服務(wù)器中進(jìn)行，這樣即使STA或MAP節(jié)點的數(shù)量大大增加，該方案也能較好的工作，這便增強了Mesh網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。
本發(fā)明方法的MAP利用一般距離矢量路由協(xié)議更新骨干路由，所以MAP路由表的條目較少，更新不頻繁，帶寬消耗和其它開銷也相對較小；同時，MAP利用集中式的位置查詢服務(wù)器存儲STA及所屬MAP，因為MAC地址僅有48bit，所以存儲量不大，而且每次查詢速度較快，所消耗的帶寬也較少。因此，從整體來看，該發(fā)明能有效的提高M(jìn)esh網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的高效性。
本發(fā)明方法通過使用備用位置查詢服務(wù)器和及時的服務(wù)器失效選舉算法，可以最大限度的減小了位置查詢服務(wù)器節(jié)點的單點失效情況，增強了整個協(xié)議的冗余特性，為整個Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由提供了可生存性的有效保護(hù)。
本發(fā)明的位置更新方法能適應(yīng)STA的快速移動和頻繁的MAP切換，使得路由協(xié)議保持良好的可用性；本發(fā)明通過主動更新策略，讓位置查詢服務(wù)器定時更新自己的數(shù)據(jù)庫，這樣可以有效的消除因節(jié)點失效而帶來的STA與所屬MAP關(guān)系不明確的現(xiàn)象；通過被動更新策略，讓STA在移動切換MAP時向位置查詢服務(wù)器和數(shù)據(jù)源MAP節(jié)點進(jìn)行注冊和通告，并使STA同時與兩個MAP關(guān)聯(lián)，以保證數(shù)據(jù)鏈路的無中斷和數(shù)據(jù)無丟失的接收，以提高整個路由協(xié)議的可用性。
最后，本發(fā)明系統(tǒng)和方法的STA所屬MAP的MAC地址查詢方式具有簡單和便利的特性。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對具體實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)；對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及其實施例，可能做出各種無創(chuàng)造性的改變或替換，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新方法，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)包括多個無線移動節(jié)點及其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，其包括以下步驟A、在所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點上運行距離矢量路由協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕?；B、選取其中一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點作為所有無線移動節(jié)點的位置查詢服務(wù)器，收集該無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有無線移動節(jié)點與其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系；C、當(dāng)任一無線移動節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向所述位置查詢服務(wù)器查詢目的無線移動節(jié)點的所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，并根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)實施路由。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置查詢服務(wù)器設(shè)置包括一主位置查詢服務(wù)器和備份位置查詢服務(wù)器，分別設(shè)置有位置表用于存放所有無線移動節(jié)點及其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系；并且所述設(shè)置備份位置查詢服務(wù)器在所選主位置查詢服務(wù)器失效時，通過備用服務(wù)完成查詢?nèi)蝿?wù)；并同時在所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點中選舉新的備份位置查詢服務(wù)器；若兩服務(wù)器同時失效，則第一個在規(guī)定的時間內(nèi)沒有得到主、備份位置查詢服務(wù)器的任何查詢回復(fù)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，向全網(wǎng)通告該位置查詢服務(wù)器和備份位置查詢服務(wù)器失效，并發(fā)起重新選舉查詢服務(wù)節(jié)點的請求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述主、備份位置查詢服務(wù)器以本網(wǎng)內(nèi)媒體訪問控制地址最小和次小的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點擔(dān)任。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述主、備份位置查詢服務(wù)器由固定順序的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點擔(dān)任。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意所述的方法，其特征在于，還包括所述無線移動節(jié)點的移動或失效引起位置所屬關(guān)系不一致時，由無線移動節(jié)點所切換的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點負(fù)責(zé)向位置查詢服務(wù)器進(jìn)行更新。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述更新過程包括D、當(dāng)所述無線移動節(jié)點完全移出原屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點后，原屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向所述位置查詢服務(wù)器注銷該無線移動節(jié)點與自己的對應(yīng)關(guān)系；E、同時，當(dāng)所述無線移動節(jié)點移入另一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的覆蓋范圍后，則被移入的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點重新向所述位置查詢服務(wù)器注冊該無線移動節(jié)點與自己的對應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述更新過程還包括F、當(dāng)所述無線移動節(jié)點屬于兩個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點時，所述無限移動節(jié)點同時與兩個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括在所述無線移動節(jié)點正在發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時，則由原無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向?qū)⑶袚Q到的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點通告原數(shù)據(jù)發(fā)送的目的/接收來源的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意所述的方法，其特征在于，還包括所述無線移動節(jié)點的移動或失效引起位置所屬關(guān)系不一致時，由所述位置查詢服務(wù)器周期性主動查詢各個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點與其對應(yīng)無線移動節(jié)點的所屬關(guān)系。
10.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)，其至少包括一無線移動節(jié)點與一接入點無線連接；其特征在于，所述接入點為無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，其包括至少一物理接口，并在所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點上運行距離矢量路由協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕?；并且設(shè)置一無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點作為所有無線移動節(jié)點的位置查詢服務(wù)器，并在該位置查詢服務(wù)器上存儲有該無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有無線移動節(jié)點與其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系，用于各無線移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時查詢確定路由。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點設(shè)置有兩個物理接口，并采用不同的層級信道連接其所屬的無線移動節(jié)點或相鄰無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點的位置更新系統(tǒng)和方法，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)包括多個無線移動節(jié)點及其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點，其方法包括以下步驟在所述各無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點上運行距離矢量路由協(xié)議，完成骨干路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕ⅲ贿x取其中一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點作為所有無線移動節(jié)點的位置查詢服務(wù)器，收集該無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有無線移動節(jié)點與其所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點的對應(yīng)關(guān)系；當(dāng)任一無線移動節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過其所屬的無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點向所述位置查詢服務(wù)器查詢目的無線移動節(jié)點的所屬無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問點。本發(fā)明方法將集中式和分布式路由思想相結(jié)合增強了Mesh網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性協(xié)議。
文檔編號H04L12/28GK1852194SQ20051010087
公開日2006年10月25日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者楊超, 馬建峰, 姚忠輝, 曹春杰, 張帆, 楊衛(wèi)東, 王巍 申請人:華為技術(shù)有限公司, 西安電子科技大學(xué)