CN112492644A - 一种分布式Mesh组网网络 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种分布式Mesh组网网络，包括主控设备和多个子节点；所述主控设备和多个子节点组成无线网格网络，所述主控设备与外部网络直接连接，每个子节点直接或间接经由所述主控设备与外部网络连接；所述主控设备用于监控每个子节点的接入终端的数量，根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点；所述主控设备将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制繁忙子节点将从繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。本发明实施例的技术方案，通过监控每个子节点的接入终端的数量，将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点，消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。

Description

一种分布式Mesh组网网络

技术领域

本发明实施例涉及Mesh网络技术，尤其涉及一种分布式Mesh组网网络。

背景技术

目前Mesh的网络应用非常广泛，主要是因为传统wifi路由器的覆盖范围有限，并且很多场景对wifi的覆盖范围需求越来越高。但现有Mesh组网方案只能主控设备上网，各个子节点作为网桥对主控设备作信号扩展，如图1所示，子节点和主控设备CAP之间组成wifi mesh网络，它们之间回程可以是5.8G或者2.4G wifi或者有线。在现有的mesh组网，例如，所有连接到子节点C和子节点B的无线终端业务流都会最终汇到主控设备CAP中才上Internet。当很多终端接入到Mesh网络时，所有的上网数据流都是从主控设备出去，必定会导致主控设备负担过重以及网络拥塞。

由于Mesh主要特点是无缝漫游技术，现有wifi mesh一般都是由一个主路由带多个子路由组成，子路由不能上网，只是对主路由的信号做扩展。因此所有终端的负载都经过子路由到主路由上网。当接入无线终端过多上网时，就出现主路由的负载过重而导致网络拥塞，数据反应时延过长等问题。节点故障会导致组网网络故障甚至整个组网崩溃，从而使Mesh的应用场景受很大的局限。

发明内容

本发明实施例提供一种分布式Mesh组网网络，以实现解决由于覆盖范围太广，连接节点过多导致网络拥塞的问题。

本发明实施例提供了一种分布式Mesh组网网络，包括主控设备和多个子节点；

所述主控设备和多个子节点组成无线网格网络，所述主控设备与外部网络直接连接，每个子节点直接或间接经由所述主控设备与外部网络连接；所述主控设备用于监控每个子节点的接入终端的数量，根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点；所述主控设备将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

可选的，当接入终端从第一区域的第一子节点接入时，所述第一子节点被主控设备设为接入终端的自身默认网关，所有发往外网的数据包都交由所述自身默认网关进行转发；当接入终端漫游到第二区域时，接入终端仍将外网数据包通过网络中的其它子节点发往所述自身默认网关再由所述自身默认网关转发出去。

可选的，主控设备还用于定时监测故障的子节点，将以故障的子节点作为接入节点的上网终端引导为以正常的空闲子节点作为接入节点，或将新接入的上网终端引导至正常的空闲子节点后接入网络。

可选的，所述主控设备定时监测故障的子节点，包括：

所述主控设备根据各个子节点的默认路由的接口名称以及默认路由的网关是否能ping通来判断节点是否故障。

可选的，主控设备还用于预先配置各个子节点的最大承载终端上网个数；

所述主控设备根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点，包括：主控设备计算得到实际接入的上网终端个数大于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为繁忙子节点，计算得到实际接入的上网终端个数小于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为空闲子节点。

可选的，通过web或者云端配置各个子节点的最大承载终端上网个数。

可选的，所述子节点与外部网络、所述子节点与所述主控设备通过5.8G无线技术、2.4G无线技术或者有线连接。

可选的，所述主控设备进一步将引导配置文件下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点拦截新接入终端的dhcp广播报文，所述空闲子节点回应所述新接入终端的dhcp广播报文以将新接入的终端引导至空闲子节点接入网络。

可选的，所述主控设备进一步监控每个子节点预设周期的流量负载，根据所述每个子节点的流量负载确定繁忙子节点和空闲子节点。

本发明实施例的技术方案，通过监控每个子节点的接入终端的数量，将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点，消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。

附图说明

图1是现有的Mesh组网网络的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的一种分布式Mesh组网网络的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的一种负载均衡方法的流程示意图；

图4是本发明实施例二中的一种无缝漫游方法的示意图；

图5是本发明实施例三中的一种负载均衡装置的结构示意图；

图6为本发明实施例四中的一种主控设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一子节点称为第二子节点，且类似地，可将第二子节点称为第一子节点。第一子节点和第二子节点两者都是子节点，但其不是同一子节点。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种分布式Mesh组网网络的结构示意图。参照图2，本发明实施例的分布式Mesh组网网络，具体包括主控设备和多个子节点；其中：

主控设备和多个子节点组成无线网格网络，所述主控设备与外部网络直接连接，每个子节点直接或间接经由所述主控设备与外部网络连接。

具体的，由于传统Mesh组网中，因主控设备管理数据和业务数据集中一起会出现负载过大而导致Mesh网络拥塞的问题，因此，本申请中，每个子节点都可以作为网关，接入外部移动终端实现上网功能的业务数据流无需经过主控设备，让主控设备可以专注于Mesh网络管理或者处理轻量的业务数据，有利于Mesh网络稳定性的管理，所述子节点与外部网络、所述子节点与所述主控设备可以通过5.8G无线技术、2.4G无线技术或者有线连接，支持多节点上网可以使Mesh组网的覆盖范围更广，节点更多。

下面描述本实施例中的基于上网终端个数的负载均衡调度方法。具体的，如图3所示，该方法包括：

步骤S110、监控每个子节点的接入终端的数量。

例如，主控设备连接有3个子节点：子节点A、子节点B、子节点C。主控设备分别监测子节点A、子节点B、子节点C的接入终端的数量，分别监测到子节点A有10个终端接入，子节点B有40个终端接入，子节点C有50个终端接入。可以理解的，主控设备监控每个子节点的接入终端的数量可以是定时监测或子节点自动上报，例如，定时监测可以是子节点定时5秒钟上报一次终端信息；子节点自动上报可以是子节点每接入终端就会触发该终端加入上报事件，终端离开也触发该终端离开事件，通过事件信息主控设备实时维护该节点终端数的变化，等等，本实施例对此不作限定。

步骤S120、根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点。

具体的，主控设备根据不同子节点的负载监测统计子节点的负载情况，分析出哪个节点流量空闲，哪个节点流量繁忙。作为一可选实施例，主控设备预先配置各个子节点的最大承载终端上网个数，可以通过web或者云端配置。主控设备根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点，包括：主控设备计算得到实际接入的上网终端个数大于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为繁忙子节点，计算得到实际接入的上网终端个数小于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为空闲子节点。

例如，预先配置各个子节点的最大承载终端上网个数都为25个，主控设备监测到子节点A有10个终端接入，子节点B有40个终端接入，子节点C有50个终端接入，则确定子节点B和子节点C为繁忙子节点，子节点A为空闲子节点。

作为一可选实施例，所述主控设备进一步监控每个子节点预设周期的流量负载，根据所述每个子节点的流量负载确定繁忙子节点和空闲子节点。

步骤S130、将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

具体的，当确定子节点B和子节点C为繁忙子节点，子节点A为空闲子节点时，将子节点A的链路地址信息下发至子节点B和子节点C，子节点B和子节点C会引导后面新接入的终端到负载带宽空闲的子节点A中上网。如图2所示，外部终端从子节点C接入，通过链路1进行上网，当子节点C上网终端数量逐渐增多的时候，则可以引导外部终端到子节点A或主控设备中上网，即通过链路2或链路3进行上网。

作为一可选实施例，所述主控设备进一步将引导配置文件下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点拦截新接入终端的dhcp广播报文，所述空闲子节点回应所述新接入终端的dhcp广播报文以将新接入的终端引导至空闲子节点接入网络。

作为一可选实施例，主控设备还用于定时监测故障的子节点，将以故障的子节点作为接入节点的上网终端引导为以正常的空闲子节点作为接入节点，或将新接入的上网终端引导至正常的空闲子节点后接入网络。

具体的，所述主控设备定时监测故障的子节点，包括：所述主控设备根据各个子节点的默认路由的接口名称以及默认路由的网关是否能ping通来判断节点是否故障。

本发明实施例的技术方案，基于分布式Mesh组网，实现每个子节点均可上网且对每个节点的接入终端做负载均衡，实现了对接入到Mesh网络的终端引导到任意一个子节点上网，通过负载监测、负载分析、流量引导三个方面实现各个节点的负载均衡，从而解决了单一节点负载过大，网络拥塞的问题，可以消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。另外任意一个节点故障或者不能上网时，接入到此故障节点的终端就会被导向相对空闲带宽的节点上网，极强大的网络自愈能力，保证mesh网络的稳定，终端业务不受故障节点的影响。

实施例二

在实施例一的基础上，本发明实施例的分布式Mesh组网网络，能够实现任意子节点上网同时能实现传统Mesh组网相同的无缝漫游，大大提高了Mesh组网的稳定性和灵活性。该方法包括：当接入终端从第一区域的第一子节点接入时，所述第一子节点被主控设备设为接入终端的自身默认网关，所有发往外网的数据包都交由所述自身默认网关进行转发；当接入终端漫游到第二区域时，接入终端仍将外网数据包通过网络中的其它子节点发往所述自身默认网关再由所述自身默认网关转发出去。

在本实施例中，基于上网终端个数的均衡调度策略不影响Mesh的无缝漫游功能。终端切换到新的节点后，终端的目的链路地址还是原来的引导节点地址。如图4所示，当子节点C的上网个数过载时，新接入的用户U会被子节点C引导到子节点A上网，如1的标识业务流向。当用户U从子节点C区域移动到子节点B区域的时候，用户U无线切换到子节点B，因为用户目的网关链路地址不变，还是子节点A的链路MAC地址。所以用户U接入到子节点B时，业务流依然从子节点A上网，如2的标识业务流向。所以整个业务流是没有断的，从而实现负载均衡的无缝漫游的功能。

下面详细本实施例的子节点上网且实现无缝漫游的详细策略实现。如图4所示，首先，手机首次接入Mesh网络，子节点A能正常上网，连接在子节点A上，正常DHCP流程交互，子节点A配置防火墙，拦截DHCP discover广播报文，由子节点A来处理手机的DHCP请求，手机端获取到由子节点A分配的IP和DHCP服务器网关，这样当手机请求上网时数据包直接从子节点A的路由上网。当手机移动到靠近子节点B(子节点B能正常上网)，主控设备CAP节点检测到信号变化会切换手机连接到子节点B，手机连接上子节点B成功。连接子节点B完成，此时在手机端租约时间没到的情况下，手机的IP地址和网关信息不会发生变化，当DHCP租约信息需要更新时，手机端主动发送renew来更新DHCP信息，此时子节点B会放行对应的request报文，该报文最后会得到子节点A的回应，DHCP信息正常更新。此时手机端上网的数据在网桥内部还是先发送子节点A，再从子节点A路由上网，从而实现子节点上网且无缝漫游。如果子节点A因为故障或者网络掉线，导致子节点A无法正常上网，此时子节点A会自动对经过子节点A的数据包进行转发，由其他节点(该节点可以固定为主控设备，也可以由主控设备指定)进行上网，从而实现节点故障处理。子节点上网判断，根据默认路由的接口名称以及默认路由的网关是否能ping通。

本发明实施例的技术方案，基于分布式Mesh组网，实现每个子节点均可上网且对每个节点的流量负载以及节点接入终端负载做均衡，实现任意子节点上网同时能实现传统Mesh组网相同的无缝漫游，大大提高了Mesh组网的稳定性和灵活性。让分布式Mesh组网节点带宽有更高的使用率和让分布式Mesh节点业务均衡，避免因节点拥塞或故障而导致业务高时延或中断，从而达到大范围覆盖、网络内终端互通、无缝漫游、大带宽、低延时、高可靠的效果。

实施例三

本发明实施例所提供的负载均衡装置可执行本发明任意实施例所提供的负载均衡方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，该装置可以由软件和/或硬件(集成电路)的方式实现，并一般可集成于服务器或主控设备中。图5是本发明实施例三中的一种负载均衡装置500的结构示意图。参照图5，本发明实施例的负载均衡装置500具体可以包括：

负载监测单元510，用于监控每个子节点的接入终端的数量。

负载分析单元520，用于根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点。

流量引导单元530，用于将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

本发明实施例的技术方案，通过监控每个子节点的接入终端的数量，将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点，消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。

实施例四

图6为本发明实施例四提供的一种主控设备的结构示意图，如图6所示，该主控设备包括处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640；主控设备中处理器610的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器610为例；主控设备中的处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器620作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的负载均衡方法对应的程序指令/模块(例如，负载均衡装置中的负载监测单元510、负载分析单元520和流量引导单元530)。处理器610通过运行存储在存储器620中的软件程序、指令以及模块，从而执行主控设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的负载均衡方法。

也即：

监控每个子节点的接入终端的数量；

根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点；

将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

当然，本发明实施例所提供的主控设备，其处理器不限于执行如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的负载均衡方法中的相关操作。

存储器620可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器620可进一步包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至主控设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置630可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与主控设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置640可包括显示屏等显示设备。

本发明实施例的技术方案，通过监控每个子节点的接入终端的数量，将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点，消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。

实施例五

本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种负载均衡方法，该方法包括：

监控每个子节点的接入终端的数量；

根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点；

将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的负载均衡方法中的相关操作。

本发明实施例的计算机可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或终端上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明实施例的技术方案，通过监控每个子节点的接入终端的数量，将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点，消除或避免现有网络节点负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种分布式Mesh组网网络，其特征在于，包括主控设备和多个子节点；

所述主控设备和多个子节点组成无线网格网络，所述主控设备与外部网络直接连接，每个子节点直接或间接经由所述主控设备与外部网络连接；所述主控设备用于监控每个子节点的接入终端的数量，根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点；所述主控设备将所述空闲子节点的链路地址信息下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点将从所述繁忙子节点新接入的终端引导至空闲子节点。

2.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，当接入终端从第一区域的第一子节点接入时，所述第一子节点被主控设备设为接入终端的自身默认网关，所有发往外网的数据包都交由所述自身默认网关进行转发；当接入终端漫游到第二区域时，接入终端仍将外网数据包通过网络中的其它子节点发往所述自身默认网关再由所述自身默认网关转发出去。

3.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，主控设备还用于定时监测故障的子节点，将以故障的子节点作为接入节点的上网终端引导为以正常的空闲子节点作为接入节点，或将新接入的上网终端引导至正常的空闲子节点后接入网络。

4.根据权利要求3所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，所述主控设备定时监测故障的子节点，包括：

所述主控设备根据各个子节点的默认路由的接口名称以及默认路由的网关是否能ping通来判断节点是否故障。

5.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，主控设备还用于预先配置各个子节点的最大承载终端上网个数；

所述主控设备根据所述每个子节点接入终端的数量确定繁忙子节点和空闲子节点，包括：主控设备计算得到实际接入的上网终端个数大于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为繁忙子节点，计算得到实际接入的上网终端个数小于预先配置的最大承载终端上网个数的节点，作为空闲子节点。

6.根据权利要求5所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，通过web或者云端配置各个子节点的最大承载终端上网个数。

7.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，所述子节点与外部网络、所述子节点与所述主控设备通过5.8G无线技术、2.4G无线技术或者有线连接。

8.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，所述主控设备进一步将引导配置文件下发至所述繁忙子节点，以控制所述繁忙子节点拦截新接入终端的dhcp广播报文，所述空闲子节点回应所述新接入终端的dhcp广播报文以将新接入的终端引导至空闲子节点接入网络。

9.根据权利要求1所述的分布式Mesh组网网络，其特征在于，所述主控设备进一步监控每个子节点预设周期的流量负载，根据所述每个子节点的流量负载确定繁忙子节点和空闲子节点。

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