AC-AP架構無線Mesh網組播通信方法
2023-04-30 11:57:31 1
專利名稱：AC-AP架構無線Mesh網組播通信方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術及網絡管理領域，具體地說是一種實現802. IlWLAN無線Mesh網絡中組播通信的方法，用於在AC-AP架構無線Mesh網絡中實現AC-AP以及AP-AP 之間的組播，並可提高多源組播的平均吞吐量。
背景技術：
首先對現有技術中的縮寫及其定義進行說明IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering):美國電氣與電子工程師協會；WLAN(Wireless Local Area Network)無線區域網；IEEE 802. lis =WLAN Mesh 協議草案；AP(Access Point)無線接入點，為無線終端提供無線網絡的接入服務；WAP 無線接入點STA (Station)移動終端，WLAN中的終端用戶，通過AP接入WLAN，訪問網絡；WMN(ffireless Mesh Network)無線 Mesh 網絡；MP (Mesh Point) :Mesh 節點；MAP (Mesh Access Point) :Mesh 接入點；MPP(Mesh Point Portal) =Mesh 網關；AC (Access Point):接入控制器；無線Mesh網絡是一種新型的無線接入網，可以為覆蓋域內的無線終端提供普適的hternet接入服務，如
圖1所示。隨著WLAN終端和應用的日益普及，WAP的部署日益密集，覆蓋區域已經從熱點分布向大面積的熱區分布發展。這種部署方式的改變，也使得AP 的形態及組網模式發生了重大改變，由傳統的「胖」 AP+有線交換機的分布式組網模式轉變為「瘦」 AP+無線AC集中控制架構。「瘦」 AP+無線AC的集中控制架構對設備的功能進行了重新劃分，其中無線AC負責無線網絡的接入控制、轉發和統計、AP的配置監控、漫遊管理、AP的網管代理、安全控制； 瘦AP負責802. 11報文的加解密、802. 11的PHY功能、接受無線控制器的管理、RF接口的統計等簡單功能。同時加入了許多重要新功能，如AP集中管理、AP間功率自適應、無線安全管理、射頻(RF)監測及管理、無縫漫遊及QoS保證等。集中控制型架構包括業務數據集中轉發和本地轉發二種方式；集中轉發指業務數據由AC集中轉發，則輕量級AP與AC之間採用隧道技術傳送業務數據和管理控制數據；本地轉發指業務數據由輕量級AP轉發，只有管理控制數據流集中到AC。目前的設備主要採用集中轉發方式。
發明內容
本發明的目的設計出一種基於AC-AP架構的瘦AP環境中無線Mesh網的高效組播通信方法。本發明在充分利用AC-AP架構優勢的基礎上，使Mesh網絡支持AC-AP以及 AP-AP兩種模式的組播，同時解決多源組播導致的組播吞吐量劇烈下降問題，達到提高組播平均吞吐量的目的。本發明的具體技術方案如下一種AC-AP架構無線Mesh網絡組播通信框架，通過引入節點ID和組播GID機制， 實現組播通信框架的普適性；提出一種分布式標識分配算法(DIAA,DistributedID-Assignment Algorithm), 為網絡節點合理分配ID;根據AC-AP架構自身的結構特點，提出一種以AC為中心的集中式協調機制，對組播模式進行歸類，實現AC-AP組播和AP-AP組播兩種方式，同時不會對原有網絡進行大的改動；提出一種基於最小傳輸時間生成樹的負載均衡算法(MT3-LBA)，通過以鄰節點間傳輸時間為路由判據，實現對多源組播吞吐量整體性能的改進，使無線Mesh網絡可以同時容納更多不同組的組播。具體包括如下內容一種基於瘦AP環境的無線Mesh網絡組播通信方法，步驟包括(1)新AP加入網絡，先為每個AP分配全局唯一的固定的標識ID;(2)由AC為全部組播組分配組播組標識GID，GID從1開始依次累加；一個組播組有全局唯一固定的GID ；組播源節點以GID為目的地址發送組播數據，其自身無需加入組播組，因此，一個節點既可以同時作為源節點與目的節點，也可以同時位於多個不同的組播組中；(3)源地址為AC的標識ID的組播為AC-AP模式的組播，源地址為AP的標識ID的組播為AP-AP模式的組播；中間節點根據源地址判斷將數據直接投遞還是轉發給AC ；如果源地址不是AC的標識ID，則先將數據轉發至AC，由AC代理完成組播，在該過程中，源節點至AC之間的傳輸方式使用單播進行；當數據轉發至AC時或者數據起始於AC時，AC將數據依照組播生成樹路徑進行路由傳輸；(4)組播生成樹的構建採用基於最小傳輸時間樹的負載均衡算法，步驟包括首先，源節點使用廣度優先搜索對各節點進行分層；然後，在廣度優先遍歷算法BFS中，源節點根據廣播Probe探測的鄰節點傳輸時間 Tn計算自身到各節點的傳輸時間；接下來，從組播組中層數最高的節點開始，選一個位於上一層的父節點，使該節點到選擇的父節點間的Tn最小；最後，返回上一步，直到一棵以源節點為根的生成樹建立。當網絡中GID增多時，即網絡中存在越來越多的組播組，此時負載重的無線鏈路的Tn會變大，MT3-LBA繼續構建新的組播生成樹時，就會選擇更合適的無線鏈路，從而優化了平均組播吞吐量。所述步驟1)中，為每個AP分配全局唯一的固定的標識ID採用分布式標識分配算法DIAA，該算法的步驟包括首先，待加入網絡的新節點AP通過廣播Probe與鄰節點通信；
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然後，如果鄰居節點有可供分配的標識ID，則將1/2數量的標識ID全部分配給該節點AP，同時向AP報告AC的標識ID ；如果有多個鄰居節點提供標識ID，AP取單跳時間最少的鄰節點所提供的標識ID， 並把該標識ID中的第一個ID作為自己的標識ID，其餘保留作分配用；最後，AP向AC報告自己的ID，待AC確認後，AP加入網絡成功。
組播通信在AC-AP之間或AP-AP之間進行，組播通信的步驟包括首先，所有組播目的節點加入同一個組播組，該組播組GID由AC進行維護；AC同時維護一個以自己為根的SPT組播樹，連通各組播目的節點；然後，判斷組播通信模式如果是AC-AP之間的組播，即AC向所有組播組AP發送組播數據，則直接由AC直接通源樹型組播樹即SPT組播樹向組播組內各目的節點發送數據；PT過如果是AP向某組播組所有AP發送組播數據，則該AP將數據發送到維護該組播組 GID的AC，由AC代理組播，由AC直接通過SPT組播樹向組播組內各目的節點發送數據；上述過程中，AP向AC發送數據使用單播。當某個組播組不含任何AP時，AC回收該組播組GID，方法是通過AC向該組播組成 -個回收控制信息，所有組播組成員收到回收控制信息後，將自己保存的該GID清
員組播-空。所述基於最小傳輸時間樹的負載均衡算法(MT3-LBA，Minimum TransmissionTime
Tree-based Load-Balancing Algorithm),如下表所不
權利要求
1.一種基於瘦AP環境的無線Mesh網絡組播通信方法，其特徵在於步驟包括(1)新AP加入網絡，先為每個AP分配全局唯一的固定的標識ID；(2)由AC為全部組播組分配組播組標識GID，GID從1開始依次累加；一個組播組有全局唯一固定的GID ；組播源節點以GID為目的地址發送組播數據，其自身無需加入組播組，因此，一個節點既可以同時作為源節點與目的節點，也可以同時位於多個不同的組播組中；(3)源地址為AC的標識ID的組播為AC-AP模式的組播，源地址為AP的標識ID的組播為AP-AP模式的組播；中間節點根據源地址判斷將數據直接投遞還是轉發給AC ；如果源地址不是AC的標識ID，則先將數據轉發至AC，由AC代理完成組播，在該過程中，源節點至AC之間的傳輸方式使用單播進行；當數據轉發至AC時或者數據起始於AC時，AC將數據依照組播生成樹路徑進行路由傳輸；(4)組播生成樹的構建採用基於最小傳輸時間樹的負載均衡算法，步驟包括 首先，源節點使用廣度優先搜索對各節點進行分層；然後，在廣度優先遍歷算法BFS中，源節點根據廣播探測的鄰節點傳輸時間Tn計算自身到各節點的傳輸時間；接下來，從組播組中層數最高的節點開始，選一個位於上一層的父節點，使該節點到選擇的父節點間的Tn最小；最後，返回上一步，直到一棵以源節點為根的生成樹建立。
2.根據權利要求1所述的基於瘦AP環境的無線Mesh網絡組播通信方法，其特徵在於 所述步驟1)中，為每個AP分配全局唯一的固定的標識ID採用分布式標識分配算法DIAA， 該算法的步驟包括首先，待加入網絡的新節點AP通過廣播與鄰節點通信； 然後，如果鄰居節點有可供分配的標識ID，則將1/2數量的標識ID全部分配給該節點 AP，同時向AP報告AC的標識ID ；如果有多個鄰居節點提供標識ID，AP取單跳時間最少的鄰節點所提供的標識ID，並把該標識ID中的第一個ID作為自己的標識ID，其餘保留作分配用； 最後，AP向AC報告自己的ID，待AC確認後，AP加入網絡成功。
3.根據權利要求1所述的基於瘦AP環境的無線Mesh網絡組播通信方法，其特徵在於 組播通信在AC-AP之間或AP-AP之間進行，組播通信的步驟包括首先，所有組播目的節點加入同一個組播組，該組播組GID由AC進行維護；AC同時維護一個以自己為根的SPT組播樹，連通各組播目的節點； 然後，判斷組播通信模式如果是AC-AP之間的組播，即AC向所有組播組AP發送組播數據，則直接由AC直接通源樹型組播樹即SPT組播樹向組播組內各目的節點發送數據；PT過如果是AP向某組播組所有AP發送組播數據，則該AP將數據發送到維護該組播組GID 的AC,由AC代理組播，由AC直接通過SPT組播樹向組播組內各目的節點發送數據； 上述過程中，AP向AC發送數據使用單播。
4.根據權利要求1所述的基於瘦AP環境的無線Mesh網絡組播通信方法，其特徵在於當某個組播組不含任何AP時，AC回收該組播組GID，方法是通過AC向該組播組成員組播一個回收控制信息，所有組播組成員收到回收控制信息後，將自己保存的該GID清空。
全文摘要
一種AC-AP架構無線Mesh網組播通信方法，在AC-AP架構無線Mesh網自身特點的基礎上，使通信雙方由單點對單點通信擴展到多源單點對多點同時通信，有效改善網絡通信的性能，提高了網絡傳輸的效率。本方法包括每個加入網絡的AP按照分布式標識分配算法預先分配一個全局唯一的固定ID；組播組由AC進行維護，組播基於GID進行尋址，而非依據傳統的組播IP位址；AC-AP以及AP-AP之間的組播均通過AC協調完成；為提高組播吞吐量，組播生成樹的構建基於最小傳輸時間樹。本發明簡單方便、支持AC-AP及AP-AP兩種模式的組播，無需大規模改動原有網絡、易於部署實現，並且能夠有效提高無線Mesh系統的平均組播傳輸率。
文檔編號H04W28/08GK102158812SQ20111013810
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者吳文甲, 楊明, 王維, 羅軍舟 申請人:東南大學