无线网状网系统、节点、数据传输方法和报文发送方法与流程

本发明涉及网络技术的领域，更具体地，涉及无线网状网系统、节点、数据传输方法和报文发送方法。

背景技术：

HWMP(Hybrid Wireless Mesh Protocol)协议是IEEE 802.11s草案中默认使用的路由协议，它是将反应式(On-demand mode)路由协议和基于树状拓扑的先验式(Proactive mode)路由协议相结合的综合性路由协议。

HWMP协议工作在MAC层，通过MAC地址进行路径寻址和数据转发，其充分考虑了无线网状网(Mesh网)的基本特点，即大部分Mesh节点位置相对固定，骨干部分的Mesh节点很少变化并且可以灵活地加入和移除一些Mesh节点等。

当一个Mesh网络刚开始构建时，可以通过配置一个Mesh节点(一般为连接有线域的节点)为网关节点(Mesh Portal Point,MPP)，由它作为根节点实现树状结构的路由网络。其他Mesh节点(Mesh Point，MP)先验式地维护到达根节点的路径，而根节点维护每个Mesh节点的路径，由此Mesh网络建立和维护起一个先验式的双向的距离矢量路径树。在MP节点有数据要发送时,它会根据路径树先向网关节点发送数据，如果该数据是向外网发送的数据，则MPP网关就会直接通过外网链路将数据包发送出去，如果该数据是向本Mesh网内其他MP节点发送的数据，则网关会将该数据转发至相应的MP节点，当该目的MP节点收到来自内网的源MP节点数据后，它会向源MP节点启动按需路径发现机制,并发送相应的路由请求包，而源节点会根据收到的该路由包添加直接通过Mesh网内的其他MP节点多跳地连接目的MP节点的路径。如果新的路由路径效率更高,则当接下来的数据需要发送时，就会通过这条内部的新路径进行传输。

当Mesh网中的所有Mesh节点都在固定位置部署时，往往各Mesh节点间的转发路径是固定的。目前通常采用在Mesh节点中配置静态路由，即配置后该路由条目一直存在在路由表中，在数据转发时发现该路由已存在，则不进行路由探测，直接转发数据包。

静态部署的方式，对于小规模的网络可行，但当网络规模较大时，初始配置、Mesh节点调整位置，或者更换时都非常繁琐。一方面是需要配置的节点数比较多，另一方面每个Mesh节点需要配置的路由条目多。但是，如果不进行静态部署，整个网络中会在路由探测报文上浪费很多带宽。对于已经选定的无线技术，空口能够同时转发的数据量是固定的，一部分带宽用于转发路由探测报文了，必然会减少转发数据报文可用的带宽。

鉴于此，有必要提供一种更为高效和便利的无线网状网系统、节点和数据传输方法。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的旨在提供一种更为灵活便利的无线网状网系统、节点、数据传输方法和报文发送方法。

根据本发明的另一个方面，提供一种无线网状网系统，包括：至少三个节点，源节点、中间节点以及目标节点，其中，所述源节点通过无线网状网系统以广播的形式向所述目标节点发送报文；所述中间节点为无线网状网中的一个节点，其接收到经由所述源节点发出的报文后，对其进行更新并且转发更新后的报文；所述目标节点在接收到所传递的报文之后，选取最佳路径，形成回传报文并经由所述最佳路径向所述源节点发送所述回传报文；其中，所述无线网状网系统中每个节点具备至少一个位置项，适于标记该节点的位置状态为固定还是移动；经由所述源节点发送的报文、经由所述中间节点转发的更新后的报文以及经由目标节点发送的回传报文中至少包含一个位置标记字段，用于标识发出该报文的节点的位置是否为固定；所述中间节点进一步包括：在转发所述探测报文之前，判断报文位置标记字段的值，并根据判断结果确定是否采用超时机制。

根据本发明的另一个方面，提供一种无线网状网系统数据传输方法，包括:经由源节点发送报文，所述报文中至少包含一个位置标记位，根据所述源节点的位置项对所述报文中的位置标记字段进行设置；经由中间节点传输所述报文，根据所述中间节点的位置项以及接收到所述报文时其位置标记字段的当前值，更新报文中的位置标记字段，并转发更新后的报文；目标节点接收到报文之后，选择最佳路径，形成回传报文，并且将所述回传报文沿所述最佳路径回传至所述源节点。

根据本发明的另一个方面，提供一种无线网状网的中间节点，具备至少一个位置项，适于标记该节点的位置状态为固定还是移动；其中，当所述中间节点接收到所述报文后，包括：检测所述中间节点是否为该报文的目标节点；当所述中间节点并非该报文的目标节点时，根据所述中间节点的位置项计算报文中的位置标记字段，对所述报文进行更新；判断是否需要采用超时机制；根据所述判断阶段转发所述更新后的报文。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线网状网系统中的报文发送方法，包括：判断当前节点是否为源节点，或者中间节点，或者目标节点，根据所述判断结果形成待发送的报文并发送所述报文；其中，当所述当前节点为源节点时，根据该源节点的位置项对所述报文中的位置标记字段进行设置，并以广播形式发送该报文；当所述当前节点为中间节点时，获取报文的当前位置标记字段，判断是否采取超时机制，并根据所述当前中间节点的位置项以及报文的当前位置标记字段计算更新的位置标记字段，对报文进行更新后发送所述更新的报文；当所述当前节点为目标节点时，选择最佳路径，并根据所述当前目标节点的位置项设置报文中的位置标记字段，经由所述最佳路径发送所述报文。在本发明的各个实施例中，通过在各个节点增加一个配置项，并且在传输过程中，传递该配置项，简化了复杂的网络配置，降低了频繁的交互，节省了资源。

从下文结合附图所做出的详细描述中，本发明的这些和其他优点和特征，连同其操作的组织和方式将变得明显，其中在整个下文描述的若干附图中，类似的元件将具有类似的编号。

附图说明

图1是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统的框架示意图；

图2是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统数据传输方法的流程示意图；

图3是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统源节点的数据示意图；

图4是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统数据传输方法步骤S2的流程示意图；

图5是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统数据传输方法步骤S3的流程示意图；

图6是本发明某些实施方式中一种无线网状网系统中的报文发送方法的流程示意图。

具体实施方式

下文将参考附图更完整地描述本公开内容，其中在附图中显示了本公开内容的实施方式。但是这些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地，提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现预定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

参考图1，在本发明的一种实施方式中，提供了一种无线网状网系统，包括至少三个节点，源节点A、中间节点B以及目标节点C。其中，源节点A为起始节点，其通过该无线网状网系统以广播的形式向目标节点C发送探测报文PREQ；节点C作为目标节点，在接收到所传递的报文之后，选取最佳路径，经由所述最佳路径向源节点A回传报文PREP；中间节点B为传输网络中的一个节点，其接收到经由源节点A发出的报文后，对其进行更新并且转发更新后的报文PREQ1。

其中，所述无线网状网系统中每个节点至少具备一个位置项，适于标记该节点的位置状态为固定还是移动，例如该位置项可标记为L，其中，L为1表示该节点位置为固定，L为0表示该节点位置为移动。

其中，经由源节点A发送的探测报文PREQ、经由节点B转发的更新后的报文PREQ以及经由节点C返回的报文PREP中至少包含一个位置标记字段，用于标识发出该报文的节点的位置是否为固定。例如，该位置标记字段可记作P，其中，P为1表示该节点的位置为固定，P为0则表示该节点的位置为不固定。

参考图2，在本发明的一种实施方式中，提供了一种无线网格网数据传输方法，包括：

步骤S1，经由源节点发送探测报文，所述探测报文中至少包含一个位置标记位，根据所述源节点的位置项对所述报文中的位置标记字段进行设置；

步骤S2，经由中间节点传输所述报文，根据所述中间节点的位置项以及接收到所述报文时其位置标记字段的当前值，更新报文中的位置标记字段，并转发更新后的报文；

步骤S3，目标节点接收到报文之后，选择最佳路径，形成回传报文，并且将所述回传报文沿所述最佳路径回传至所述源节点。

具体来说，参考图3，当源节点A通过该网络系统发送报文PREQ时，根据源节点A的位置项对报文PREQ中的位置标记字段进行设置，例如，当位置项L_A为1时，位置标记字段P为1；当位置项L_A为0时，位置标记字段P为0；或者，使得位置标记字段P等于位置项L_A。

参考图4，当节点B接收到该报文时，进一步包括：步骤S20，检测节点B是否为该报文的目标节点，例如提取所述报文的目标节点字段的内容，将其与节点B的节点标识进行比较，符合则节点B为该报文的目标节点，否则节点B不是目标节点。

当判断出节点B并非该报文的目标节点时，执行步骤S22，对报文进行更新后转发所述更新后的报文。具体来说，步骤S22进一步包括：根据节点B的位置项L_B计算报文中的位置标记字段P_new，对报文进行更新。具体来说，当节点B接收到报文PREQ时，该报文的位置标记字段P_curr＝L，节点B进一步根据当前节点的位置项L_B，以及该报文的位置标记字段P_curr的当前值，计算转发该报文时对应的位置标记字段的值P_new。在具体实施例中，可采用与操作，例如，计算P_curr&L_B的结果来获得位置标记字段的值P_new。其中，当P_curr和L_B都都等于1时，P_new才等于1，否则P_new为0。

在转发的更新后的报文PREQ1之前，进一步可包括步骤21：判断是否采用超时机制。具体来说，步骤S21可包括：判断所述报文位置标记字段的值P_curr为1或者为0。其中，当P_curr为1，表示从PREQ的初始发送者，即源节点A，经过若干个中间节点转发到当前节点，即节点B，所经过路径上的所有节点的位置都是固定的，反之，当P_curr为0时，则表示路径中至少有一个节点的位置是移动的。为了尽可能地避免采用包含非固定节点的路径，因此，当判断出P_curr为0时，采用超时机制，例如在转发之前等待设定时间T1，其中，T1可为3-5秒，或4-6秒，或7-15秒；当判断出P_curr为1时，直接转发，不采用超时机制或者将设定时间T1设置为无穷大。

参考图5，对于目标节点C，当判断出节点C为目标节点时，进一步包括步骤S3：从多条路径中选择最佳路径，以及形成回传报文PREP，并且将所述回传报文PREP沿所述最佳路径回传至所述源节点A。

其中，步骤S3可进一步包括：步骤S30，获取不同路径的传输时间参数。

具体来说，可获取每个设定路径中8192bits的数据frame在空口的传输时间参数metric。每个PREQ在被中间节点转发时，中间节点都会更新PERQ消息中的传输时间参数metric，加上从上一跳节点到当前节点链路的传输时间参数metric，然后再转发给下一个节点。目标节点会收到经由不同节点、不同路径传播而来的PREQ消息，当PREQ里有相同的或者更新的序号且metric更小的时候，目的节点就会选择这条路径作为更优路径并更新路由表项。

传输时间参数metric可采用以下公式进行计算：

其中，Ca为当前链路的metric；O代表头开销，包含前导码preamble，PLCP头等一起消耗的时长；Bt为固定值8192；r为传输速率，e_f代表当前链路的误码率。最终的传输时间参数metric是按照0.01传输单位的整数倍来衡量。传输时间参数metric越小，代表当前mesh链路占用空口的时间短，效率更高，是一条更优的路径。

接着，步骤S3可进一步包括：步骤S32，比较所述传输时间参数，选择传输时间参数最小的一条路径作为最佳路径。

当确认了最佳回传路径之后，步骤S3进一步包括：步骤S34，向源节点A发送回传报文PREP。其中，进一步包括：形成回传报文PREP。具体来说，可采用目标节点C的位置项L_C设置报文PREP中的位置标记字段P_C，使得P_C＝L_C。

参考图6，本发明的某些实施方式提供了一种无线网状网系统中的报文发送方法，包括：

步骤S100，判断当前节点是否为源节点，或者中间节点，或者目标节点，根据所述判断结果形成待发送的报文并发送所述报文；

当所述当前节点为源节点时，执行步骤S200；当所述当前节点为中间节点时，执行步骤S300，当所述中间节点为目标节点时，执行步骤S400；

步骤S200，当所述当前节点为源节点时，根据该源节点的位置项对所述报文中的位置标记字段进行设置，并以广播形式发送该报文；

步骤S300，当所述当前节点为中间节点时，获取报文的当前位置标记字段，判断是否采取超时机制，并根据所述当前中间节点的位置项以及报文的当前位置标记字段计算更新的位置标记字段，对报文进行更新后发送所述更新的报文；

步骤S400，当所述当前节点为目标节点时，选择最佳路径，并根据所述当前目标节点的位置项设置报文中的位置标记字段，经由所述最佳路径发送所述报文。

其中，步骤S300进一步包括：判断所述报文位置标记字段的值P_curr为1或者为0。其中，当P_curr为1，直接转发，不采用超时机制或者将设定时间T1设置为无穷大，反之，当P_curr为0时，采用超时机制，例如在转发之前等待设定时间T1，其中，T1可为3-5秒，或4-6秒，或7-15秒，从而尽可能地避免采用包含非固定节点的路径。

其中，步骤S300进一步包括：将所述当前中间节点的位置项L_B以及报文的当前位置标记字段P_curr进行与操作，来计算更新的位置标记字段P_new。具体来说，当P_curr和L_B都都等于1时，P_new才等于1，否则P_new为0。

其中，步骤S400进一步包括：获取不同路径的传输时间参数，比较所述传输时间参数，选择传输时间最小的一条路径作为最佳路径。其中，所述传输时间参数可为描述每个设定路径中8192bits的数据frame在空口的传输时间，可采用以下公式进行计算：

其中，Ca为当前链路的metric；O代表头开销，包含前导码preamble，PLCP头等一起消耗的时长；Bt为固定值8192；r为传输速率，e_f代表当前链路的误码率。最终的传输时间参数metric是按照0.01传输单位的整数倍来衡量。传输时间参数metric越小，代表当前mesh链路占用空口的时间短，效率更高，是一条更优的路径。

相较于现有技术，本发明的各个实施例通过在节点增加一个配置项，并且在传输过程中，传递该配置项，简化了复杂的网络配置，降低了频繁的交互，节省了资源。

已经出于示出和描述的目的给出了本发明的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的发明。本领域技术人员在阅读了本公开内容后，还可以想到很多修改和变体。上文描述的各种实施方式可以单独使用或者在各种组合中使用，除非上下文明确指出。本领域技术人员应当理解，本发明实施方式中的方法和装置可以以软件、硬件、固件或其组合实现。在不脱离本发明精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本发明保护范围内。