专利名称：AC-AP架构无线Mesh网组播通信方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术及网络管理领域，具体地说是一种实现802. IlWLAN无线Mesh网络中组播通信的方法，用于在AC-AP架构无线Mesh网络中实现AC-AP以及AP-AP 之间的组播，并可提高多源组播的平均吞吐量。
背景技术：
首先对现有技术中的缩写及其定义进行说明IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering):美国电气与电子工程师协会；WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网；IEEE 802. lis =WLAN Mesh 协议草案；AP(Access Point)无线接入点，为无线终端提供无线网络的接入服务；WAP 无线接入点STA (Station)移动终端，WLAN中的终端用户，通过AP接入WLAN，访问网络；WMN(ffireless Mesh Network)无线 Mesh 网络；MP (Mesh Point) :Mesh 节点；MAP (Mesh Access Point) :Mesh 接入点；MPP(Mesh Point Portal) =Mesh 网关；AC (Access Point):接入控制器；无线Mesh网络是一种新型的无线接入网，可以为覆盖域内的无线终端提供普适的hternet接入服务，如
图1所示。随着WLAN终端和应用的日益普及，WAP的部署日益密集，覆盖区域已经从热点分布向大面积的热区分布发展。这种部署方式的改变，也使得AP 的形态及组网模式发生了重大改变，由传统的“胖” AP+有线交换机的分布式组网模式转变为“瘦” AP+无线AC集中控制架构。“瘦” AP+无线AC的集中控制架构对设备的功能进行了重新划分，其中无线AC负责无线网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网管代理、安全控制； 瘦AP负责802. 11报文的加解密、802. 11的PHY功能、接受无线控制器的管理、RF接口的统计等简单功能。同时加入了许多重要新功能，如AP集中管理、AP间功率自适应、无线安全管理、射频(RF)监测及管理、无缝漫游及QoS保证等。集中控制型架构包括业务数据集中转发和本地转发二种方式；集中转发指业务数据由AC集中转发，则轻量级AP与AC之间采用隧道技术传送业务数据和管理控制数据；本地转发指业务数据由轻量级AP转发，只有管理控制数据流集中到AC。目前的设备主要采用集中转发方式。
发明内容
本发明的目的设计出一种基于AC-AP架构的瘦AP环境中无线Mesh网的高效组播通信方法。本发明在充分利用AC-AP架构优势的基础上，使Mesh网络支持AC-AP以及 AP-AP两种模式的组播，同时解决多源组播导致的组播吞吐量剧烈下降问题，达到提高组播平均吞吐量的目的。本发明的具体技术方案如下一种AC-AP架构无线Mesh网络组播通信框架，通过引入节点ID和组播GID机制， 实现组播通信框架的普适性；提出一种分布式标识分配算法(DIAA,DistributedID-Assignment Algorithm), 为网络节点合理分配ID;根据AC-AP架构自身的结构特点，提出一种以AC为中心的集中式协调机制，对组播模式进行归类，实现AC-AP组播和AP-AP组播两种方式，同时不会对原有网络进行大的改动；提出一种基于最小传输时间生成树的负载均衡算法(MT3-LBA)，通过以邻节点间传输时间为路由判据，实现对多源组播吞吐量整体性能的改进，使无线Mesh网络可以同时容纳更多不同组的组播。具体包括如下内容一种基于瘦AP环境的无线Mesh网络组播通信方法，步骤包括(1)新AP加入网络，先为每个AP分配全局唯一的固定的标识ID;(2)由AC为全部组播组分配组播组标识GID，GID从1开始依次累加；一个组播组有全局唯一固定的GID ；组播源节点以GID为目的地址发送组播数据，其自身无需加入组播组，因此，一个节点既可以同时作为源节点与目的节点，也可以同时位于多个不同的组播组中；(3)源地址为AC的标识ID的组播为AC-AP模式的组播，源地址为AP的标识ID的组播为AP-AP模式的组播；中间节点根据源地址判断将数据直接投递还是转发给AC ；如果源地址不是AC的标识ID，则先将数据转发至AC，由AC代理完成组播，在该过程中，源节点至AC之间的传输方式使用单播进行；当数据转发至AC时或者数据起始于AC时，AC将数据依照组播生成树路径进行路由传输；(4)组播生成树的构建采用基于最小传输时间树的负载均衡算法，步骤包括首先，源节点使用广度优先搜索对各节点进行分层；然后，在广度优先遍历算法BFS中，源节点根据广播Probe探测的邻节点传输时间 Tn计算自身到各节点的传输时间；接下来，从组播组中层数最高的节点开始，选一个位于上一层的父节点，使该节点到选择的父节点间的Tn最小；最后，返回上一步，直到一棵以源节点为根的生成树建立。当网络中GID增多时，即网络中存在越来越多的组播组，此时负载重的无线链路的Tn会变大，MT3-LBA继续构建新的组播生成树时，就会选择更合适的无线链路，从而优化了平均组播吞吐量。所述步骤1)中，为每个AP分配全局唯一的固定的标识ID采用分布式标识分配算法DIAA，该算法的步骤包括首先，待加入网络的新节点AP通过广播Probe与邻节点通信；
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然后，如果邻居节点有可供分配的标识ID，则将1/2数量的标识ID全部分配给该节点AP，同时向AP报告AC的标识ID ；如果有多个邻居节点提供标识ID，AP取单跳时间最少的邻节点所提供的标识ID， 并把该标识ID中的第一个ID作为自己的标识ID，其余保留作分配用；最后，AP向AC报告自己的ID，待AC确认后，AP加入网络成功。
组播通信在AC-AP之间或AP-AP之间进行，组播通信的步骤包括首先，所有组播目的节点加入同一个组播组，该组播组GID由AC进行维护；AC同时维护一个以自己为根的SPT组播树，连通各组播目的节点；然后，判断组播通信模式如果是AC-AP之间的组播，即AC向所有组播组AP发送组播数据，则直接由AC直接通源树型组播树即SPT组播树向组播组内各目的节点发送数据；PT过如果是AP向某组播组所有AP发送组播数据，则该AP将数据发送到维护该组播组 GID的AC，由AC代理组播，由AC直接通过SPT组播树向组播组内各目的节点发送数据；上述过程中，AP向AC发送数据使用单播。当某个组播组不含任何AP时，AC回收该组播组GID，方法是通过AC向该组播组成 -个回收控制信息，所有组播组成员收到回收控制信息后，将自己保存的该GID清
员组播-空。所述基于最小传输时间树的负载均衡算法(MT3-LBA，Minimum TransmissionTime
Tree-based Load-Balancing Algorithm),如下表所不
权利要求
1.一种基于瘦AP环境的无线Mesh网络组播通信方法，其特征在于步骤包括(1)新AP加入网络，先为每个AP分配全局唯一的固定的标识ID；(2)由AC为全部组播组分配组播组标识GID，GID从1开始依次累加；一个组播组有全局唯一固定的GID ；组播源节点以GID为目的地址发送组播数据，其自身无需加入组播组，因此，一个节点既可以同时作为源节点与目的节点，也可以同时位于多个不同的组播组中；(3)源地址为AC的标识ID的组播为AC-AP模式的组播，源地址为AP的标识ID的组播为AP-AP模式的组播；中间节点根据源地址判断将数据直接投递还是转发给AC ；如果源地址不是AC的标识ID，则先将数据转发至AC，由AC代理完成组播，在该过程中，源节点至AC之间的传输方式使用单播进行；当数据转发至AC时或者数据起始于AC时，AC将数据依照组播生成树路径进行路由传输；(4)组播生成树的构建采用基于最小传输时间树的负载均衡算法，步骤包括 首先，源节点使用广度优先搜索对各节点进行分层；然后，在广度优先遍历算法BFS中，源节点根据广播探测的邻节点传输时间Tn计算自身到各节点的传输时间；接下来，从组播组中层数最高的节点开始，选一个位于上一层的父节点，使该节点到选择的父节点间的Tn最小；最后，返回上一步，直到一棵以源节点为根的生成树建立。
2.根据权利要求1所述的基于瘦AP环境的无线Mesh网络组播通信方法，其特征在于 所述步骤1)中，为每个AP分配全局唯一的固定的标识ID采用分布式标识分配算法DIAA， 该算法的步骤包括首先，待加入网络的新节点AP通过广播与邻节点通信； 然后，如果邻居节点有可供分配的标识ID，则将1/2数量的标识ID全部分配给该节点 AP，同时向AP报告AC的标识ID ；如果有多个邻居节点提供标识ID，AP取单跳时间最少的邻节点所提供的标识ID，并把该标识ID中的第一个ID作为自己的标识ID，其余保留作分配用； 最后，AP向AC报告自己的ID，待AC确认后，AP加入网络成功。
3.根据权利要求1所述的基于瘦AP环境的无线Mesh网络组播通信方法，其特征在于 组播通信在AC-AP之间或AP-AP之间进行，组播通信的步骤包括首先，所有组播目的节点加入同一个组播组，该组播组GID由AC进行维护；AC同时维护一个以自己为根的SPT组播树，连通各组播目的节点； 然后，判断组播通信模式如果是AC-AP之间的组播，即AC向所有组播组AP发送组播数据，则直接由AC直接通源树型组播树即SPT组播树向组播组内各目的节点发送数据；PT过如果是AP向某组播组所有AP发送组播数据，则该AP将数据发送到维护该组播组GID 的AC,由AC代理组播，由AC直接通过SPT组播树向组播组内各目的节点发送数据； 上述过程中，AP向AC发送数据使用单播。
4.根据权利要求1所述的基于瘦AP环境的无线Mesh网络组播通信方法，其特征在于当某个组播组不含任何AP时，AC回收该组播组GID，方法是通过AC向该组播组成员组播一个回收控制信息，所有组播组成员收到回收控制信息后，将自己保存的该GID清空。
全文摘要
一种AC-AP架构无线Mesh网组播通信方法，在AC-AP架构无线Mesh网自身特点的基础上，使通信双方由单点对单点通信扩展到多源单点对多点同时通信，有效改善网络通信的性能，提高了网络传输的效率。本方法包括每个加入网络的AP按照分布式标识分配算法预先分配一个全局唯一的固定ID；组播组由AC进行维护，组播基于GID进行寻址，而非依据传统的组播IP地址；AC-AP以及AP-AP之间的组播均通过AC协调完成；为提高组播吞吐量，组播生成树的构建基于最小传输时间树。本发明简单方便、支持AC-AP及AP-AP两种模式的组播，无需大规模改动原有网络、易于部署实现，并且能够有效提高无线Mesh系统的平均组播传输率。
文档编号H04W28/08GK102158812SQ20111013810
公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者吴文甲, 杨明, 王维, 罗军舟 申请人:东南大学