CN109361558B

CN109361558B - 基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法

Info

Publication number: CN109361558B
Application number: CN201811558229.1A
Authority: CN
Inventors: 张杨; 强刚; 刘格晓; 兰小明; 刘瑜
Original assignee: Shanghai Zhigewang Communication Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Zhigewang Communication Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: CN109361558A

Abstract

基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，通过使用栅格网络设备作为用户的代理节点，支持无线自组网的分布式规范管理，实现与第三方设备的通信，响应第三方设备的查询和配置请求；主动上报网元的状态变化信息；作为用户的代理节点，栅格网络设备与用户可通过桥接模式和路由模式这两种网络结构相连接，同时实现注册、查询、配置、通知功能；栅格网络设备作为用户的代理节点与用户可通过桥接模式和路由模式这两种网络结构相连接。实现注册、查询、配置、通知等功能。方便第三方设备对自组织网络通信设备管理及维护操作，方便用户对网元的监控。提升通信***的资源利用率，拓展空间利用，提高无线通信***的整体性能。

Description

基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法

技术领域

本发明涉及IPC分类H04L数字信息的传输或H04W无线通信网络技术，属于通信技术领域，尤其是基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法。

背景技术

随着人们对无线应用需求的爆发式增长，虽然，网络规模在不断扩大，网络应用也在快速变化发展，但是，由于存在环境的复杂性制约，而且前期的设备更新不便，以及收到应用端的多样化等因素影响，导致无线应用无法简便顺利地完成接入。

与本发明相关的已公开的文献较少。例如：

由广州鲁邦通物联网科技有限公司提出的中国专利申请201610475472.1公开了一种多个分布式路由器的虚拟专用网络的管理方法，所述的方法具体为：S1：业务处理模块收集VPN节点数据，所述的节点数据为分布式路由器与VPN核心处理模块建立连接的VPN节点的数据；S2：业务处理模块将VPN节点数据存储到数据库中；S3：VPN节点数据通过HTTP服务模块进行可视化显示；S4：业务处理模块根据客户端的请求对VPN节点数据修改。本发明的目的在于提供一种多个分布式路由器的虚拟专用网络的管理方法，该方法能够对VPN虚拟网络进行直观的显示和组网，并且利用用户对其进行专业维护，同时本发明还公开了该方法所对应的***。

由北京交通大学提出的中国专利申请201511027910.X公开一种应用于TDMA网络的分布式自组网的干扰管理方法，包括：第一节点计算通信所需的数据时隙数量并向相邻的第二节点发送请求消息；若第二节点和第一节点存在共同的可用时隙，则第二节点向其一跳邻居节点广播授权成功消息；若第一节点收到授权成功消息则向其一跳邻居节点广播确认消息，授权成功消息和确认消息中均携带授权时隙的编号；第二节点的一跳邻居节点和第一节点的一跳邻居节点分别逐跳向外广播两跳授权成功消息和确认消息，除第一节点和第二节点以外的第一节点的三跳内节点和第二节点的三跳内节点均将自身的可用时隙表中与授权时隙相应的时隙置为不可用。本发明可实现分布式场景下信道资源的低干扰复用。

相关现有技术与前述应用需求之间存在问题归纳如下：

1)由于同时存在WiFi、蓝牙技术、有线等不同类型的设备应用，接入类型的多样化增加了组网和应用难度。

2)PC、iPad、Mobile_phone等等第三方设备接口标准由于厂家和硬件等不同而存在差异。

3)由于应用以及管理维护方法不统一，无法适应联合的接入控制和资源调度。

发明内容

本发明的目的是提供基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，方便第三方设备对自组织网络通信设备管理及维护操作。方便用户对网元的监控。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：通过使用栅格网络设备作为用户的代理节点，支持无线自组网的分布式规范管理，实现与第三方设备的通信，响应第三方设备的查询和配置请求；主动上报网元的状态变化信息；作为用户的代理节点，栅格网络设备与用户可通过桥接模式和路由模式这两种网络结构相连接，同时实现注册、查询、配置、通知功能；其中，***默认连接方式为：客户端设备通过WIFI、以太网或蓝牙PAN模式接入栅格网络设备；客户端接入支持交换机连接多台PC、网络电话或网络摄像头设备；管理者可运行于Windows/Linux PC机、Android/IOS智能移动设备；与用户设备通过有线、WIFI或蓝牙PAN模式接入直接相连的栅格网络设备是用户的代理节点，用户设备包括但不限于个人计算机PC、网络电话、摄像头，栅格网络设备包括自组网设备和交换机。

尤其是，栅格网络设备与用户设备可通过两种网络结构相连接：

a)桥接模式：用户设备与栅格网络设备处于同一IP网段内，采用扁平化结构；栅格网络设备承担交换功能，对用户设备报文进行二层交换；

b)路由模式：用户设备与栅格网络设备处于不同IP网段内，采用两级结构；栅格网络设备为用户设备网络的网关路由设备，对用户报文进行IP路由。

尤其是，管理者通过用户设备同时向通过ETH连接在因特网上的节点1、节点2、节点3、……节点n逐一发送register，假如管理者先收到节点m的register Ack，则其它节点丢弃，随后更新、查询，配置只发给节点m，其中，3≤n，1≤m≤n。具体包括：

管理者主动通过Register REQ和Register Ack向栅格网络注册管理身份获取管理者ID，并周期性维护管理者身份，缺省周期5秒。注册更新响应超时，应重新发起注册申请。一个管理者同一时刻只能在一个代理节点注册自己的身份。由于管理者发送注册报文是广播消息。有可能多个代理节点收到，代理节点收到后则发注册响应。管理者收到第一个正确的注册响应后，记录管理者ID和代理节点的MAC地址。之后的注册响应则丢弃。后续的更新、查询、配置命令通过IP单播地址向代理节点发送。

管理者主动发起查询命令Query REQ或Config REQ，代理节点响应指定信息QueryACK或Config ACK，或者答复Notice。一个代理节点在分布式无线自组网络中被看作一个node，每个node可包含0～n个nbr元素即网络节点的邻居关系。通过网络拓扑的查询，不仅可以得到该节点所在网络其他可通讯的邻居信息，还提供主控节点的身份状态以及某节点到参考节点的链路状态强度等级信息对应设备链路状态强度指示灯，值范围为1～5，表示信号从弱到强。并且在网络中的网络节点数量过多时，栅格网络设备会自动将网络拓扑信息进行分包并应答，请注意该信息的叠加及更新处理。

管理者和代理节点可通过查询到的IP地址与掩码计算对应广播地址，管理者通过广播地址和代理节点单帧地址向代理节点发送命令请求，代理节点通过管理者单帧地址响应及通知。

尤其是，栅格网络设备设置网络标识号，支持包括注册管理者的用户的在线和离线两种状态查询。

尤其是，栅格网络支持快速查询该节点的链路质量及主控身份信息；获得的信息包括：1个node元素和0-1个traceping元素构成，node元素表示指定的查询节点，traceping元素表示该节点到主控节点的路由信息；traceping元素属性内部包含多个entry元素，每条元素代表一条路由信息，具体信息包括跳转次数，邻居节点到达该节点的COST值的有效性信息，这些信息包括sid、mid、sidl、midl、txpwr、nf、channel、loss、ncts、nnbr、cn、cnd、dr以及reserved，这些信息为48位十六进制整形类型或整型类型，分别为本地节点MAC地址、结束节点MAC地址、本地节点PIPE地址、结束节点PIPE地址、发射功率、预留、跳转次数、预留、预留、预留、到达邻居COST值、邻居到达目的节点COST值、预留以及扩散次数门限信息，其中限制条件包括：若当前网络中不存在主控节点或查询节点为主控节点时，应答报文中不包含traceping元素。

尤其是，通过查询Link信息得到节点的Link信息，它是由0～n个link元素构成，每一个link元素代表该节点到某个友邻节点的一条链路信息，不同属性的link元素包括48位十六进制整形的nbr_id、local_pipe、peer_pipe，还包括整形的cost、loss、loss_to、beacon_recv、noise_floor和rx_power，以及字符串的wirelink，它们分别为友邻节点MAC地址、本地Pipe MAC地址、对端Pipe MAC地址、节点邻居链路质量信息、友邻到本节点的衰减、本节点到友邻的衰减、接收的Beacon帧、噪音干扰、接收强度和是否有线连接信息，其中wirelink通过no或yes属性说明无线Pipe连接或有线Pipe连接，以表示栅格网络设备间的连接方式。

尤其是，提供接入设备之间P2P的连接方式；当对网络中的两个设备进行配对时，需优先查询这两部设备是否存在配对信息，若存在配对信息且与当前需求状态不符合时，先将涉及到的其他设备的配对属性设置，正确配置后对这两部设备进行对应的配对。

本发明的优点和效果：栅格网络设备作为用户的代理节点与用户可通过桥接模式和路由模式这两种网络结构相连接。同时可以实现注册、查询、配置、通知等功能。方便第三方设备对自组织网络通信设备管理及维护操作，也方便用户对网元的监控。有效提升现有通信***的资源利用率，促进拓展可利用资源空间，提高无线通信***的整体性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中栅格网络设备作为用户的代理节点的网络连接结构示意图。

图2为本发明实施例1中栅格网络与用户可通过桥接模式和路由模式两种网络结构相连接结构示意图。

图3为本发明实施例1中管理者和代理节点之间注册更新响应管理维护过程示意图。

图4为本发明实施例1中管理者和代理节点之间注册更新响应超时重新发起注册申请示意图。

图5为本发明实施例1中管理者和代理节点之间管理者主动发起查询命令代理节点响应示意图。

图6为本发明实施例1中无线自组网络的分布式规范管理方法采用UDP协议示意图。

图7为本发明实施例1中管理者和代理节点之间通过查询到的IP地址与掩码计算对应广播地址示意图。

图8为本发明实施例1中快速查询网络中的某个节点的链路质量及主控身份信息traceping元素内部多个entry元素路由属性、类型和说明信息图表。

图9为本发明实施例1中供接入方式管理维护的节点的Link元素属性、类型和说明信息查询图表。

图10为图9中wirelink信息对栅格网络设备间的连接方式属性说明图表。

具体实施方式

本发明原理在于，通过使用栅格网络设备作为用户的代理节点，支持无线自组网的分布式规范管理，实现与第三方设备的通信，响应第三方设备的查询和配置请求；主动上报网元的状态变化信息。

本发明中，作为用户的代理节点，栅格网络设备与用户可通过桥接模式和路由模式这两种网络结构相连接，同时实现注册、查询、配置、通知功能；其中，***默认连接方式为：客户端设备通过WIFI、以太网或蓝牙PAN模式接入栅格网络设备；客户端接入支持交换机连接多台PC、网络电话或网络摄像头设备；管理者可运行于Windows/Linux PC机、Android/IOS智能移动设备。

本发明适用于无线自组织网络通信设备中。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如附图1所示，与用户设备通过有线、WIFI或蓝牙PAN模式接入直接相连的栅格网络设备是用户的代理节点，用户设备包括但不限于个人计算机PC、网络电话、摄像头，栅格网络设备包括自组网设备和交换机。

如附图2所示：栅格网络设备与用户设备可通过两种网络结构相连接：

a)桥接模式：用户设备与栅格网络设备处于同一IP网段内，采用扁平化结构；栅格网络设备承担交换功能，对用户设备报文进行二层交换。

如附图3所示，管理者通过用户设备同时向通过ETH连接在因特网上的节点1、节点2、节点3逐一发送register，假如管理者先收到节点2的register Ack，则节点1、节点3丢弃，随后更新、查询，配置只发给节点2。

管理者和代理节点的自组网管理通信实施如下：

1)如附图4所示，管理者主动通过Register REQ和Register Ack向栅格网络注册管理身份获取管理者ID，并周期性维护管理者身份，缺省周期5秒。注册更新响应超时，应重新发起注册申请。一个管理者同一时刻只能在一个代理节点注册自己的身份。由于管理者发送注册报文是广播消息。有可能多个代理节点收到，代理节点收到后则发注册响应。管理者收到第一个正确的注册响应后，记录管理者ID和代理节点的MAC地址。之后的注册响应则丢弃。后续的更新、查询、配置命令通过IP单播地址向代理节点发送。

2)如附图5所示，管理者主动发起查询命令Query REQ或Config REQ，代理节点响应指定信息Query ACK或Config ACK，或者答复Notice。一个代理节点在分布式无线自组网络中被看作一个node，每个node可包含0～n个nbr元素即网络节点的邻居关系。通过网络拓扑的查询，不仅可以得到该节点所在网络其他可通讯的邻居信息，还提供主控节点的身份状态以及某节点到参考节点的链路状态强度等级信息对应设备链路状态强度指示灯，值范围为1～5，表示信号从弱到强。并且在网络中的网络节点数量过多时，栅格网络设备会自动将网络拓扑信息进行分包并应答，请注意该信息的叠加及更新处理。

3)如附图7所示，管理者和代理节点可通过查询到的IP地址与掩码计算对应广播地址，管理者通过广播地址和代理节点单帧地址向代理节点发送命令请求，代理节点通过管理者单帧地址响应及通知。

4)方便设置网络标识号，有助于区分不同的网络应用。降低组网规模，简化管理与维护。

5)栅格网络支持包括注册管理者的用户的在线和离线两种状态查询。

6)针对网络中的某个节点，快速查询该节点的链路质量及主控身份信息。获得的信息包括：1个node元素和0-1个traceping元素构成，node元素表示指定的查询节点，traceping元素表示该节点到主控节点的路由信息。traceping元素属性内部包含多个entry元素，每条元素代表一条路由信息，具体信息包括跳转次数，邻居节点到达该节点的COST值等，有效性信息。这些信息包括sid、mid、sidl、midl、txpwr、nf、channel、loss、ncts、nnbr、cn、cnd、dr以及reserved，这些信息为48位十六进制整形类型或整型类型，分别为本地节点MAC地址、结束节点MAC地址、本地节点PIPE地址、结束节点PIPE地址、发射功率、预留、跳转次数、预留、预留、预留、到达邻居COST值、邻居到达目的节点COST值、预留以及扩散次数门限信息，具体如附图8所示。其中限制条件包括：若当前网络中不存在主控节点或查询节点为主控节点时，应答报文中不包含traceping元素。

7)节点网卡信息不仅提供设备名称、MAC地址、协议标准，更重要的是提供了信道号和发射功率，这种支持可有效提升现有通信***的资源利用率，促进拓展可利用资源空间，提高无线通信***的整体性能。

8)栅格网络支持对网络中的两个节点发送路由信息查询操作。

9)栅格网络支持对网络中某个节点进行设备别名的查询操作，方便简化了网络管理和维护。

10)提供接入方式的管理维护。通过查询Link信息得到该节点的Link信息，它是由0～n个link元素构成，每一个link元素代表该节点到某个友邻节点的一条链路信息如附图9所示，不同属性的link元素包括48位十六进制整形的nbr_id、local_pipe、peer_pipe，还包括整形的cost、loss、loss_to、beacon_recv、noise_floor和rx_power，以及字符串的wirelink，它们分别为友邻节点MAC地址、本地Pipe MAC地址、对端Pipe MAC地址、节点邻居链路质量信息、友邻到本节点的衰减、本节点到友邻的衰减、接收的Beacon帧、噪音干扰、接收强度和是否有线连接信息。如附图10所示，其中wirelink通过no或yes属性说明无线Pipe连接或有线Pipe连接，以表示栅格网络设备间的连接方式。

11)提供接入设备之间P2P的连接方式。当对网络中的两个设备进行配对时，需优先查询这两部设备是否存在配对信息，若存在配对信息且与当前需求状态不符合时，先将涉及到的其他设备的配对属性设置，正确配置后对这两部设备进行对应的配对。

12)提供设备节点重启功能。

13)如附图4所示，栅格网络设备会主动将节点状态变化信息、管理者状态变化信息、告警信息上报给网络中的管理者。信息类型分为：信息、告警、错误等。

14)栅格网络中的管理者出现状态的转变时，会主动向当前在线的其他管理者报告该管理者的上线、离线状态变化。

本发明实施例中，协议格式包括：

无线自组网络的分布式规范管理方法采用UDP协议，端口号为6596。如附图6所示，UDP是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是开放式***互联OSI(Open System Interconnection)参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。UDP数据段为管理协议帧，分为协议头部和协议数据，其中协议数据采用区分大小写XML格式。

长报文由IP层分包重组，对管理层透明，管理协议帧各部分说明如下：

名称	标识	长度(字节)	说明
				起始标识		2	0x7E7E
长度	Length	2	协议数据(Mgr Data)的总字节数
				保留位	Reserve	4
协议数据	Mgr Data	Length	管理协议内容(XML格式)

因以太网报文已包含CRC校验，所以管理接口协议报文中不再包含CRC校验。

管理者可以通过IP广播地址或代理节点的IP单播地址向代理节点发送管理信息。代理节点使用管理者的IP单播地址进行命令响应及发送告警信息。

根据用户所采用的子网模式或桥接模式网络结构不同，管理者与代理节点通信可使用的广播IP地址可能为如下形式：

a)协议数据格式；管理协议数据采取XML格式标准，由XML声明及一个actor元素构成。actor元素包含一个或多个action元素。

b)XML声明；位于协议数据首部，属于xml报文必不可少的部分。

c)actor元素；栅格管理协议发送者，可包含1～0个action元素，定义管理命令。

具体属性说明及代理节点的actor信息如下：

属性	说明	栅格设备actor元素定义
			name	名称	mesh_box
type	管理者类型	0
			id	管理者ID	栅格设备MAC地址
protocol	协议版本	1.0

未完成注册的管理者，管理者ID为空。

a)action元素；管理命令操作及参数由0～n个子元素定义。具体属性如下：

各种管理命令的action元素属性定义如下：

信息	class	type	tag
				注册	register	req/ack	apply/update
查询	query	req/ack	信息标签
				配置	config	req/ack	信息标签
通知	notify	Info/warn/error	信息标签

Claims

1.基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法,其特征在于，通过使用栅格网络设备作为用户的代理节点，支持无线自组网的分布式规范管理，实现与第三方设备的通信，响应第三方设备的查询和配置请求；主动上报网元的状态变化信息；作为用户的代理节点，栅格网络设备与用户相连接，同时实现注册、查询、配置、通知功能；其中，***默认连接方式为：客户端设备通过WIFI、以太网或蓝牙PAN模式接入栅格网络设备；客户端接入支持交换机连接多台PC、网络电话或网络摄像头设备；管理者可运行于Windows/LinuxPC机、Android/IOS智能移动设备；与用户设备通过有线、WIFI或蓝牙PAN模式接入直接相连的栅格网络设备是用户的代理节点，用户设备包括个人计算机PC、网络电话、摄像头，栅格网络设备包括自组网设备和交换机；

栅格网络设备与用户设备可通过两种网络结构相连接：

2.如权利要求1所述的基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，其特征在于，管理者通过用户设备同时向通过ETH连接在因特网上的节点1、节点2、节点3、……节点n逐一发送register，假如管理者先收到节点m的register Ack，则其它节点丢弃，随后更新、查询，配置只发给节点m，其中，3≤n，1≤m≤n，具体包括：

管理者主动通过Register REQ和Register Ack向栅格网络注册管理身份获取管理者ID，并周期性维护管理者身份，缺省周期5秒；注册更新响应超时，应重新发起注册申请；一个管理者同一时刻只能在一个代理节点注册自己的身份；由于管理者发送注册报文是广播消息；有可能多个代理节点收到，代理节点收到后则发注册响应；管理者收到第一个正确的注册响应后，记录管理者ID和代理节点的MAC地址；之后的注册响应则丢弃；后续的更新、查询、配置命令通过IP单播地址向代理节点发送；

管理者主动发起查询命令Query REQ或Config REQ，代理节点响应指定信息Query ACK或Config ACK，或者答复Notice；一个代理节点在分布式无线自组网络中被看作一个node，每个node可包含0～n个nbr元素即网络节点的邻居关系；通过网络拓扑的查询，不仅可以得到该节点所在网络其他可通讯的邻居信息，还提供主控节点的身份状态以及某节点到参考节点的链路状态强度等级信息对应设备链路状态强度指示灯，值范围为1～5，表示信号从弱到强；并且在网络中的网络节点数量过多时，栅格网络设备会自动将网络拓扑信息进行分包并应答；

3.如权利要求1所述的基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，其特征在于，栅格网络设备设置网络标识号，支持包括注册管理者的用户的在线和离线两种状态查询。

4.如权利要求1所述的基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，其特征在于，栅格网络支持快速查询该节点的链路质量及主控身份信息；获得的信息包括：1个node元素和0-1个traceping元素构成，node元素表示指定的查询节点，traceping元素表示该节点到主控节点的路由信息；traceping元素属性内部包含多个entry元素，每条元素代表一条路由信息，具体信息包括跳转次数，邻居节点到达该节点的COST值的有效性信息，这些信息包括sid、mid、sidl、midl、txpwr、nf、channel、loss、ncts、nnbr、cn、cnd、dr以及reserved，这些信息为48位十六进制整形类型或整型类型，分别为本地节点MAC地址、结束节点MAC地址、本地节点PIPE地址、结束节点PIPE地址、发射功率、预留、跳转次数、预留、预留、预留、到达邻居COST值、邻居到达目的节点COST值、预留以及扩散次数门限信息，其中限制条件包括：若当前网络中不存在主控节点或查询节点为主控节点时，应答报文中不包含traceping元素。

5.如权利要求1所述的基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，其特征在于，通过查询Link信息得到节点的Link信息，它是由0～n个link元素构成，每一个link元素代表该节点到某个友邻节点的一条链路信息，不同属性的link元素包括48位十六进制整形的nbr_id、local_pipe、peer_pipe，还包括整形的cost、loss、loss_to、beacon_recv、noise_floor和rx_power，以及字符串的wirelink，它们分别为友邻节点MAC地址、本地Pipe MAC地址、对端Pipe MAC地址、节点邻居链路质量信息、友邻到本节点的衰减、本节点到友邻的衰减、接收的Beacon帧、噪音干扰、接收强度和是否有线连接信息，其中wirelink通过no或yes属性说明无线Pipe连接或有线Pipe连接，以表示栅格网络设备间的连接方式。

6.如权利要求1所述的基于栅格网络设备代理节点的分布式无线自组网管理方法，其特征在于，提供接入设备之间P2P的连接方式；当对网络中的两个设备进行配对时，需优先查询这两部设备是否存在配对信息，若存在配对信息且与当前需求状态不符合时，先将涉及到的其他设备的配对属性设置，正确配置后对这两部设备进行对应的配对。