一种基于IEEE802.11s的多网关无线Mesh网实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于IEEE802.1ls的多网关无线Mesh网实现方法，属于无线Mesh网通信技术。
【背景技术】
[0002]无线Mesh网(WMN)在世界范围内的应用越来越广泛，而标准化是大规模应用的重要条件。目前WMN的标准化，主要集中在802.lls、802.15、802.16等草案中。其中基于IEEE802.1Is协议的WMN架构中BSS不需要直接连到有线网络，可以通过多跳连接到网关节点从而接入到有线网。
[0003]大部分WMN只有一个网关节点，而网关节点作为连接WMN与外部网络的关键节点，网络中大量向外网传输的业务都在此汇聚，因此网关节点很容易成为WMN与外界网络通信的瓶颈节点，即使存在多个网关，由于节点分布和流量分布的随机性，通过各个网关向外网传输的流量也会有很大差异，由此造成信道资源浪费。所以多网关和网关负载均衡的实现能极大的提高WMN的网络性能。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于IEEE802.1ls的多网关无线Mesh网实现方法，基于IEEE802.1ls实现多网关无线Mesh网和网关负载均衡从而提尚网络性能。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种基于IEEE802.1ls的多网关无线Mesh网实现方法，基于ffiEE802.1ls协议，通过破坏STP (生成树协议)和解决破坏STP带来的广播风暴问题实现多网关无线Mesh网；无线Mesh网中包括多个网关节点和若干个普通节点，各节点之间以无线方式相互连接，网关节点以有线方式与外部网络连接，多个网关节点连接在一台交换机下；无线Mesh网中的终端向外部网络发送数据时综合考虑该终端到各网关节点的Metric (路径空时链路度量)和添加在RANN(根宣告消息)帧中的网关负载指数来选择合适的网关节点以实现网关负载均衡。
[0007]上述方法具体包括如下步骤:
[0008](I)破坏STP实现多网关无线Mesh网络
[0009]在现有的无线Mesh网中，多个网关节点连接在同一交换机下，交换机的STP通过向网关节点发送用来确定网络的拓扑结构的BPDU(网桥协议数据单元)帧的方式检测网关节点和交换机组成的网络是否出现网络环路，若出现网络环路，便会堵塞非指定端口，非指定端口的判断依据是网关节点的配置信息是否更新过，即:若网关节点更新过配置信息，则判断该网关节点为非指定端口，出现网络环路时需要堵塞该网关节点；若网关节点没有更新过配置信息，则判断该网关节点为指定端口，出现网络环路时不需要堵塞该网关节点；交换机的这种避免网络环路的方式往往会导致无线Mesh网中仅存在一个网关节点，为了避免这种情况的发生，本发明对交换机的STP向网关节点发送BPDU帧进行选择性丢弃，即:非指定端口将来自STP的BPDU帧全部丢弃，避免接收到新的BPDU帧而导致的更新配置信息；
[0010](2)解决广播风暴
[0011]选择性丢弃BPDU帧解决了交换机阻塞网关端口问题，但破坏了 STP，使网络中出现网络环路，无线Mesh网中的广播帧会在网络环路中不断循环最终产生广播风暴，本发明通过在广播帧中添加标识位和丢弃的策略解决广播风暴，即:网关节点对来自外部网络的广播帧添加标识位，该广播帧携带标识位在无线Mesh网中传播，当该广播帧到达其他网关节点并向外部网络传播时，丢弃该广播帧；
[0012](3)网关节点选择策略
[0013]无线Mesh网的终端向外部网络发送数据时，首先通过分析业务特点确定业务的QoS需求，然后针对该QoS需求，结合IEEE802.1ls的Metric与延迟的关系确定该业务的Metric阈值，在Metric阈值范围内(即满足QoS需求的情况下)选择负载指数最小的网关节点进行数据传输，以实现网关负载均衡；所述负载指数是网关节点连续两次发送网关通告的时间间隔内有线网卡向外部网络发送的字节数，负载指数添加在RANN帧中进行广播。
[0014]有益效果:本发明提供的基于IEEE802.1ls的多网关无线Mesh网实现方法，具有如下优势:1、提升网络容量:多网关负载均衡的实现，网络中节点与外部网络交换数据时能够选择负载更小的网关从而提升整个网络的容量；2、简单:整个网络只需要对802.1ls协议栈进行简单修改而不要添加特别的硬件；3、平台移植性好:本发明在Linux系统下进行开发，可以在PC、嵌入式等平台自由移植；4、可扩展性强:本发明的多网关无线Mesh网络可以结合IEEE802.11、IEEE802.16、3G移动通信等多种无线接入技术，组成一个异构的多跳无线网状网络，大幅扩展无线系统的覆盖范围。
【附图说明】
[0015]图1为本发明中多网关无线Mesh网示例图；
[0016]图2为在RANN帧中添加网关负载指数示意图；
[0017]图3为生成树协议与广播风暴问题解决方法示意图；
[0018]图4为为解决广播风暴问题在广播帧中添加标识位示意图；
[0019]图5为网关节点选择算法流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0021]如图1所示为一种基于IEEE802.1ls的多网关无线Mesh网，包括多个网关节点MPP和若干个普通节点(MP，MAP)，各节点之间以无线方式相互连接，网关节点以有线方式与外部网络连接，多个网关节点连接在一台交换机下。
[0022]如图1所示，网关节点MPP主要实现负载指数的获取与传播:
[0023]①负载指数的获取:无线Mesh网与外部网络通过网关节点的有线网卡以有线方式相连，大量的数据流在网关节点处汇聚然后发往控制中心；本案对网关节点连续两次发送网关通告的时间间隔内有线网卡向外部网络发送的字节数进行统计，将统计结果作为负载指数。
[0024]②负载指数的传播:网关节点为了向全网周期性地广播自己的存在以及负载情况，需要周期性地向全网发送网关通告，本案中选择RANN帧携带负载指数进行网关通告。如图2所示，RANN帧主要包括MAC首部和HffMP路径选择帧两部分，本案对HffMP路径选择帧中的RANN帧体进行修改，现有的RANN帧体并没有负载指数数字段，为了实现广播负载指数的功能，本案在RANN帧体中添加了 Load字段，通过Load字段反映网关节点的负载情况。
[0025]如图1所示，普通节点(ΜΡ,ΜΑΡ)的功能包括对RANN帧的接收处理、多网关路由信息的存储、添加多网关后对路由表中路由信息的增/删/查/改:
[0026]①对RANN帧的接收处理:在多网关无线Mesh网中，多个网关节点周期性地广播RANN帧，普通节点收到RANN帧后，首先查看自己当前的路由表，检查是否已经建立了到该网关节点的路径:如果已经建立了到该网关节点的路径，则检查序列号是否更新，如果序列号更新或者序列号一样但Metric更好，则更新自己到网关节点的Metric，否则直接将该包丢弃；如果没有建立到该网关节点的路径信息，则发起到该网关节点的路由查找，网关节点收到来自该普通节点的PREQ帧后，检查其中的PREP位是否被置1，如果被置1，则向该普通节点发送PREP，这样该普通节点到网关节点的路径就建立好了。
[0027]②多网关路由信息的存储:在现有技术中，节点的路由表包含目的地址、下一跳地址、序列号、到目的节点的Metric、跳数等字段，但这些字段并不足以保存多个到网关节点的路由信息；为了存储多网关信息，本案还在路由表中添加了到网关节点的MAC地址、到网关节点的度量值和网关节点当前的负载信息，以及当前节点是否为网关节点的标识字段；IEEE802.1ls默认路由协议HffMP协议路由表中每一条路由表项仅仅有一个根节点，为了实现多个网关，需