CN101616426B - 避免无线网状网络环路的方法和移动无线网状网络接入点 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种避免无线网状(MESH)网络环路的方法和移动无线网状接入点(MP)，其中，移动MP从该移动MP与各固定MP建立的MESH链接中选择一个作为活跃链接，其余MESH链接作为休眠链接；当预设的切换条件被满足时，将活跃链接切换成休眠链接，并将满足切换条件的休眠链接切换成活跃链接；其中，移动MP在活跃链接上进行数据收发，而在休眠链接上仅维持MESH链接的连接状态。本发明能够在避免MESH网络中环路的同时，提高MP的转发能力且降低丢包率。

Description

避免无线网状网络环路的方法和移动无线网状网络接入点

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种避免无线网状(MESH)网络环路的方法和移动无线网状网络接入点(MP)。

背景技术

在传统无线局域网(WLAN)技术中，各接入点(AP)之间均通过有线网络连接，无线终端(STA)与有线骨干网之间是单跳的无线连接。随着无线技术的发展，无线网状(MESH)网络因其具有组网灵活和方便的优势逐渐得到广泛应用。如图1所示，MESH网络中STA和有线骨干网之间，或者说与AP之间可能存在多条无线连接。具体来说，AP与AP之间既可能是有线连接，也可能是无线连接。通常将支持MESH功能的AP称为MP，MP之间建立的无线链路称为MESH link。通过有线网络连接的固定不动的MP称为固定MP，与其它MP通过无线连接的MP可移动的MP称为移动MP。

在MESH组网中，只要配置允许且无线信号的强度适当，MP就能与周围的MP建立MESH link，这种建立链路的随意性很容易造成MESH网络中的广播环路。如图1中的各MP所示，各MP之间建立的MESH link产生环路，一旦环路产生，其引发的广播风暴将可能会使整个网络拥塞，甚至使得各MP的负载崩溃，无法提供任何数据转发的服务。

为了解决网络环路问题，现有技术中提出采用二层MESH路由或者多生成树协议(MSTP)两种技术。通过这两种技术的计算阻塞MESH网络中的某些链路，从而防止可能出现的环路，同时被阻塞的链路可以作为冗余链路。

然而，无论是二层MESH路由还是MSTP技术，都需要网络中的各MP协同工作，各MP需要将自身的链路信息在网络中发布，并通过其它各MP发布的链路信息进行链路计算，从而在全网链路的阻塞或开放上达成一致。如前所述，MESH网络中的移动MP可以在移动中与临近的MP建立或者删除MESH link，如果移动MP的移动速度较快，那么建立或者删除MESH link的速度也随之加快，对于应用了二层MESH路由或者MSTP技术的MP而言，各MP需要不断地将自身的链路信息进行发布，并不断地进行链路计算。链路变化越快，各MP发布的信息量越大，计算量也越大，必然会导致各MP的流量转发能力下降，当链路变化的速度超过MP的收敛能力时，可能会造成整个网络流量的中断和丢包率的增加。

在此举一个例子，MESH技术常常在诸如地铁等交通***中进行利用，如图2所示，通常在地铁运行沿线布设固定MP，固定MP可以通过交换机与中心控制机房连接，为了方便对地铁进行控制或信息收集，可以在地铁车厢中设置移动MP，该移动MP与车载数据设备连接，负责车载数据设备的MESH网络接入和数据转发。当地铁车厢高速移动时，相当于移动MP进行高速移动，移动MP与周围的固定MP之间的信号强度会发生比较显著的变化，从而会频繁地建立新的链路或拆除某些已有链路，因此，在这种环境下如何在避免MESH中环路的同时，提高MP的转发能力，降低丢包率，成为保证交通***可靠性所急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种避免MESH网络中环路的方法和移动MP，以便于在避免MESH网络中环路的同时，提高MP的转发能力且降低丢包率。

一种避免MESH网状环路的方法，该方法包括：

移动无线网状网络接入点MP从该移动MP与各固定MP建立的MESH链接中选择一个作为活跃链接，其余MESH链接作为休眠链接；

当预设的切换条件被满足时，将活跃链接切换成休眠链接，并将满足切换条件的休眠链接切换成活跃链接；

其中，移动MP在活跃链接上进行数据收发，而在休眠链接上仅维持MESH链接的连接状态。

一种移动MP，该移动MP包括：链接选择单元、条件判断单元和报文处理单元；

所述链接选择单元，用于从该移动MP与各固定MP建立的MESH链接中选择一个作为活跃链接，其余MESH链接作为休眠链接；接收到所述条件判断单元发送的切换通知后，将活跃链接切换成休眠链接，并将满足切换条件的休眠链接切换成活跃链接；

所述条件判断单元，用于判断预设的切换条件是否被满足，如果是，向所述链接选择单元发送携带满足切换条件的休眠链接信息的切换通知；

所述报文处理单元，用于在所述活跃链接上进行数据收发，而在休眠链接上仅维持MESH链接的连接状态。

由以上技术方案可以看出，在本发明提供的方法和移动MP中，针对移动MP仅将一条与固定MP链接的MESH link作为活跃链接来进行数据收发，其余MESH link作为休眠链接仅维持连接状态，从而有效地避免MESH网络环路。并且，本发明提供的方法仅需要在移动MP端进行链路的选择和切换，无需对固定MP进行任何变更，各MP不需进行自身链路信息的发布和链路计算，大大减轻了各MP的负担，提高了MP的转发能力；也避免了网络中各MP发布的链路信息的传输流量，减少网络拥塞。移动MP以休眠链接作为活跃链接的冗余，在高速移动引起的拓扑变化满足切换条件时，能够将其中一个休眠链接与活跃链接进行角色互换，这种方式能够很好地实现拓扑变化引起的流量无缝切换，大大降低丢包率。

附图说明

图1为现有技术中的MESH网络的组网示意图；

图2为应用于交通***中的MESH网络示意图；

图3中的(a)和(b)是本发明实施例提供的地铁运行过程中两个时刻的链路状态图；

图4为本发明实施例提供的移动MP的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供的方法主要包括：移动MP从其与各固定MP建立的MESHlink中选择一个作为活跃链接(Active link)，其余MESH link作为休眠(Dormant link)，当预设的切换条件被满足时，将Active link切换成Dormantlink，并将满足切换条件的Dormant link切换成Active link；其中，移动MP在Active link上进行数据收发，而在Dormant link上仅维持MESH link的连接状态。

在本发明中，移动MP遵循MESH技术中的链路建立原则与各固定MP建立或拆除MESH link。具体可以为：当移动MP接收到的固定MP的信道质量大于或等于链路维持信道质量并且小于或等于链路饱和信道质量时，建立与该固定MP之间的MESH link，否则不建立与该固定MP之间的MESHlink或者拆除与该固定MP之间已建立的MESH link。其中，信道质量可以采用接收信号强度指示(RSSI)来标识。在各固定MP之间不建立任何MESHlink，可以通过交换机进行有线连接。

另外，需要说明的是，本发明对于固定MP并不需要进行变动，在进行MESH link连接时，由移动MP根据接收到的信道质量主动发起MESH link的建立和拆除，这些可以通过预先的配置实现。

更优地，为了避免移动MP与其它移动MP之间建立MESH link而带来环路，可以配置移动MP不接受其它MP主动发起的MESH link建立过程，或者，将不同的移动MP配置到不同的MESH网络中。

下面仍以图2中所示的地铁中设置移动MP为例对上述方法进行详细描述。移动MP与固定MP可以都采用定向天线收发无线信号，用于避免固定MP之间的信道的相互干扰，并且，在水平方向上越接近某一个固定MP，MP接收到该固定MP的信道质量越强，反之越弱。

移动MP在随着地铁的移动过程中，按照接收到各固定MP的信道质量，在满足链路建立条件时候，与满足链路建立条件的固定MP建立MESH link，与不满足链路建立条件的固定MP不建立MESH link或拆除已建立的MESHlink。

假设移动MP移动到如图3中(a)所示的位置，此时，接收到MP1的信道质量已经小于链路维持信道质量，则移动MP拆除与MP1之间建立的MESH link，如果此时接收到MP2、MP3和MP4的信道质量在链路维持信道质量和链路饱和信道质量之间时，移动MP分别建立与MP2、MP3和MP4之间的MESH link。

移动MP在与固定MP建立的MESH link中选择一个作为Active link，其它的作为Dormant link。其中，Active link表现为链路UP，允许收发数据，Dormant link表现为链路Down，不能转发数据，但能够正常收发MESH link的协议报文从而维持MESH link的连接状态。

在选择Active link时，可以选择接收到的信道质量最高的作为Activelink，当然，还可以采用其它选择方式，在此，不做具体限制。如果仅存在一条MESH link，则将该MESH link作为Active link。

在预设的切换条件被满足时，可以将Active link切换成Dormant link，并将满足切换条件的Dormant link切换成Active link，即切换到另外一条MESH link上收发数据，并且，该切换是由移动MP执行的，对于固定MP并不可见。

其中，预设的切换条件可以为：接收到的Dormant link的信道质量与当前的Active link的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则可以认为该Dormant link满足切换条件。另外，为了避免链路的频繁切换造成MP的性能损耗以及收发数据的不稳定，可以进一步设置链路保持时间，MESHlink作为Active link的持续时间至少为该链路保持时间，此时，预设的切换条件可以为：当前Active link的持续时间大于或等于链路保持时间，且Dormant link的信道质量与当前的Active link的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则该Dormant link满足切换条件。如果存在多条Dormantlink满足切换条件，则可以从中选择信道质量最高的Dormant link或者任选一条Dormant link切换为Active link。

另外，需要说明的是，由于Active link具有一个链路保持时间，因此，可能会在该Active link的链路保持时间内，其信道质量低于链路维持信道质量，该Active link会被拆除，也就是说，拆除的MESH link可能是Active link。针对这种情况，移动MP可以在拆除MESH link时，判断该拆除的MESH link是否为Active link，如果是，则在拆除该MESH link后，从剩余的MESH link中再选择一个MESH link作为Active link。

上述切换条件是以信道质量为依据的，本发明并不排除结合其它参数作为切换条件。

地铁在前进过程中，假设运行到如图3中(a)所示的位置，此时移动MP所建立的MESH link中，与固定MP3建立的MESH link为Active link，与固定MP2、固定MP4建立的MESH link均为Dormant link。

如果地铁运行到如图3中(b)所示的位置，移动MP接收到固定MP2的信道质量低于链路维持信道质量，拆除与固定MP2的MESH link；移动MP接收到固定MP5的信道质量在链路维持信道质量和链路饱和信道质量之间，建立与固定MP5的MESH link。假设此时与固定MP3之间的MESHlink作为Active link的时长已经大于或等于链路保持时间，并且接收到固定MP4的信道质量与接收到固定MP3的信道质量大于或等于预设的切换区域值，则移动MP将与固定MP3之间的MESH link切换为Dormant link，将与固定MP4之间的MESH link切换为Active link。但是，如果与固定MP3之间的MESH link作为Active link的时长小于链路保持时间，则不进行切换。

由于链路的切换至在移动MP上实现，对于固定MP来说并不可见，因此，链路切换之前，在MAC地址学习时，建立的转发表项中，该移动MP的MAC地址对应的端口为原有Active link对应的端口。在进行链路切换后，移动MP在原Active link对应的端口不再收发报文，如果仅仅依靠转发表项的老化机制，则可能造成较长时间的流量中断。针对这种情况，移动MP需要及时通知固定MP刷新转发表项，因此，移动MP可以在建立新的Activelink时，通过新的Active link发送源MAC地址为移动MP的MAC地址的组播或广播报文。这样，接收到该组播或广播报文的固定MP便能迅速刷新转发表项，将新的Active link对应的端口作为移动MP的MAC地址对应的端口，从而向新的Active link对应的端口转发报文，从而减少切换时所可能带来的报文丢失。

以上是对本发明所提供的方法进行的详细描述，下面对本发明所提供的移动MP进行详细描述。图4为本发明实施例提供的移动MP的结构示意图，如图4所示，该移动MP可以包括：链接选择单元401、条件判断单元402和报文处理单元403。

链接选择单元401，用于从该移动MP与各固定MP建立的MESH link中选择一个作为Active link，其余MESH link作为Dormant link；接收到条件判断单元402发送的切换通知后，将Active link切换成Dormant link，将满足切换条件的Dormant link切换成Active link。

条件判断单元402，用于判断预设的切换条件是否被满足，如果是，向链接选择单元401发送携带满足切换条件的Dormant link信息的切换通知。

报文处理单元403，用于在Active link上进行数据收发，而在Dormant link上仅维持MESH link的连接状态。

其中，该移动MP还可以包括：链接处理单元404，用于在该移动MP接收到的固定MP的信道质量大于或等于链路维持信道质量且小于或等于预设的链路饱和信道质量时，建立与该固定MP之间的MESH link；否则不建立与该固定MP之间的MESH link或拆除与该固定MP之间已建立的MESH link。

该链接处理单元404可以是移动MP现有的单元。

更优地，由于在拆除一个MESH link时，拆除的可能是Active link，针对这种情况，该移动MP还可以包括：拆除判断单元405，用于在链路处理单元404拆除MESH LINK时，判断拆除的MESH LINK是否为Active link，如果是，则触发链路选择单元401在该移动MP当前的各MESH LINK中选择一个作为Active link。

具体地，条件判断单元402在该移动MP接收到的Dormant link的信道质量与Active link的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则确定预设的切换条件被满足；或者，在Active link的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且该移动MP接收到的Dormant link的信道质量与Active link的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则确定预设的切换条件被满足；在切换条件被满足时，将信道质量与Active link的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值的Dormant link中的一个作为满足切换条件的Dormant link。

另外，为了能够及时刷新固定MP上通过MAC地址学习功能建立的转发表项，报文处理单元403，还可以用于在链接选择单元401将一条MESHlink选择为Active link或切换成Active link时，立即在Active link上发送源MAC地址为该移动MP的MAC地址的组播报文或广播报文。这样，接收到该组播或广播报文的固定MP便能迅速刷新转发表项，将新的Active link对应的端口作为移动MP的MAC地址对应的端口，从而向新的Active link对应的端口转发报文，从而减少切换时所可能带来的报文丢失。

由以上描述可以看出，在本发明提供的方法和移动MP中，针对移动MP仅将一条与固定MP链接的MESH link作为活跃链接来进行数据收发，其余MESH link作为休眠链接仅维持连接状态，从而有效地避免MESH网络环路。并且，本发明提供的方法仅需要在移动MP端进行链路的选择和切换，无需对固定MP进行任何变更，各MP不需进行自身链路信息的发布和链路计算，大大减轻了各MP的负担，提高了MP的转发能力；也避免了网络中各MP发布的链路信息的传输流量，减少网络拥塞。移动MP以Dormantlink作为Active link的冗余，在高速移动引起的拓扑变化满足切换条件时，能够将其中一个Dormant link与Active link进行角色互换，这种方式能够很好地实现拓扑变化引起的流量无缝切换，大大降低丢包率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种避免无线网状MESH网络环路的方法，其特征在于，该方法包括：

当移动网状网络接入点MP接收到的固定MP的信道质量大于或等于预设的链路维持信道质量且小于或等于预设的链路饱和信道质量时，建立与该固定MP之间的MESH链接；

所述移动MP从该移动MP与各固定MP建立的MESH链接中选择一个作为活跃链接，其余MESH链接作为休眠链接；

当预设的切换条件被满足时，将活跃链接切换成休眠链接，并将满足切换条件的休眠链接切换成活跃链接；

其中，移动MP在活跃链接上进行数据收发，而在休眠链接上仅维持MESH链接的连接状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：当所述移动MP接收到的固定MP的信道质量小于预设的链路维持信道质量或者大于预设的链路饱和信道质量，不建立与该固定MP之间的MESH链接或拆除与该固定MP之间已建立的MESH链接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动MP在拆除MESH链接时，判断拆除的MESH链接是否为活跃链接，如果是，则在所述移动MP当前的各MESH链接中选择一个作为活跃链接。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述活跃链接的选择为：选择信道质量最高的MESH链接作为活跃链接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述移动MP接收到的休眠链接的信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则预设的切换条件被满足；或者，当活跃链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且所述移动MP接收到的休眠链接的信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则预设的切换条件被满足；

在切换条件被满足时，将信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值的休眠链接中的一个作为满足切换条件的休眠链接。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于，当一条MESH链接被选择为活跃链接或被切换成活跃链接时，所述移动MP立即在活跃链接上发送源MAC地址为该移动MP的MAC地址的组播报文或广播报文。

7.一种移动网状MESH网络接入点MP，其特征在于，该移动MP包括：链接处理单元、链接选择单元、条件判断单元和报文处理单元；

所述链接处理单元，用于在所述移动MP接收到的固定MP的信道质量大于或等于链路维持信道质量且小于或等于预设的链路饱和信道质量时，建立与该固定MP之间的MESH链接；

所述链接选择单元，用于从该移动MP与各固定MP建立的MESH链接中选择一个作为活跃链接，其余MESH链接作为休眠链接；接收到所述条件判断单元发送的切换通知后，将活跃链接切换成休眠链接，并将满足切换条件的休眠链接切换成活跃链接；

所述条件判断单元，用于判断预设的切换条件是否被满足，如果是，向所述链接选择单元发送携带满足切换条件的休眠链接信息的切换通知；

所述报文处理单元，用于在所述活跃链接上进行数据收发，而在休眠链接上仅维持MESH链接的连接状态。

8.根据权利要求7所述的移动MP，其特征在于，所述链接处理单元，还用于在该移动MP接收到的固定MP的信道质量小于链路维持信道质量或者大于预设的链路饱和信道质量时，不建立与该固定MP之间的MESH链接或拆除与该固定MP之间已建立的MESH链接。

9.根据权利要求8所述的移动MP，其特征在于，该移动MP还包括：拆除判断单元，用于在所述链接处理单元拆除MESH链接时，判断拆除的MESH链接是否为活跃链接，如果是，则触发所述链接选择单元在该移动MP当前的各MESH链接中选择一个作为活跃链接。

10.根据权利要求7所述的移动MP，其特征在于，所述条件判断单元在该移动MP接收到的休眠链接的信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则确定预设的切换条件被满足；或者，在活跃链接的持续时间大于或等于预设的链路保持时间，且该移动MP接收到的休眠链接的信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值，则确定预设的切换条件被满足；在切换条件被满足时，将信道质量与活跃链接的信道质量的差值大于或等于预设的切换区域值的休眠链接中的一个作为满足切换条件的休眠链接。

11.根据权利要求7至10任一权项所述的移动MP，其特征在于，所述报文处理单元，还用于在所述链接选择单元将一条MESH链接选择为活跃链接或切换成活跃链接时，立即在活跃链接上发送源MAC地址为该移动MP的MAC地址的组播报文或广播报文。

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