多出口異構無線網絡及路由方法

2023-06-02 13:03:21 4

多出口異構無線網絡及路由方法
【專利摘要】本發明公開了一種多出口異構無線網絡及路由方法，主要解決現有技術的構建網絡困難、數據交換受限及費用高的問題。該網絡包括無線蜂窩網和無線自組網兩部分，網絡中包括至少一個網關節點和一個普通節點，且普通節點與網關節點可以相互轉化，普通節點只具備內網通信埠，終端節點通過內網通信埠，能在不藉助第三方基礎設施的條件下完成通信，普通節點的內網通信埠直接或者通過其他其節點的內網通信埠的轉發與至少一個網關節點的內網通信埠通信，網關節點同時具備內網通信埠和外網通信埠，內網通信埠與外網通信埠可直接通信。本發明可靈活構建網絡、上網快且無需額外費用，能滿足用戶隨時隨地快速上網、交換大量數據的需求。
【專利說明】多出口異構無線網絡及路由方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信【技術領域】，尤其涉及一種多出口異構無線網絡及路由方法，可滿 足多個用戶交換大量數據及用戶隨時隨地高速上網。

【背景技術】
[0002] 隨著智能終端的大量普及，隨時隨地快速訪問網絡以及分享、交換大量數據成為 用戶的迫切需求。
[0003] 目前，能夠支持用戶訪問網絡和交換數據的網絡架構主要有：蜂窩網絡、無線局域 網WLAN以及無線網狀網Mesh。
[0004] 蜂窩網絡覆蓋範圍較為廣泛，而且最新的高速率蜂窩網絡，例如第四代移動通信 技術4G，已經實現了商用，但是相當一部分用戶還停留在低速率的蜂窩通信制式上，例如 2. 5G和3G等。此外，蜂窩流量的費用比較昂貴，所以蜂窩網絡只適合支持用戶訪問網絡，並 不能夠有效支持用戶分享大量數據，所以蜂窩網絡並不能夠完全滿足用戶的上述需求。
[0005] WLAN和無線Mesh網絡的結合一般來說能滿足用戶的上述需求。各個WLAN的中心 節點構成無線Mesh網絡，使得多個WLAN互相協作，覆蓋一定的區域，滿足該區域內用戶的 上述需求，例如上海的無線城市計劃。但是這種網絡也是有其缺陷的：首先，WLAN的中心節 點需要提前規劃布設，形成Mesh骨幹網絡，因此整個網絡的覆蓋區域是一定的，不能方便 移動；其次，這種網絡的覆蓋範圍也是非常有限的，目前來看，主要覆蓋一些特殊區域，例如 學校的某些建築、一些大型商場等，戶外則少有覆蓋。在空曠戶外部署和維護WLAN的成本 較高，而且由於人流量較低，經濟效益很低。因此，在可以預見的時期內，這些區域依然不會 有覆蓋。最後，對於一個指定區域，如果要實現無縫覆蓋，需要部署很多WLAN中心節點。但 是一般來說，一個區域裡面，一部分WLAN節點很少被用到，這便增加了部署和維護的成本， 並造成資源的浪費。
[0006] 對於只存在蜂窩網絡的環境下，可能會出現一些用戶無法訪問外部網絡的情況， 例如，由於欠費等原因被運營商限制訪問外部網絡；另外，即使有高速網絡被共享時，低速 蜂窩制式的用戶也只能低速訪問外部網絡，例如，當4G用戶願意共享網絡時，2. 5G用戶卻 無法享受到高速上網。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提出一種多出口異構無線網絡及路 由方法，以滿足用戶隨時隨地構建網絡、快速上網以及分享、交換大量數據的需求。
[0008] 本發明的技術方案是這樣實現的：
[0009] -、本發明的多出口異構無線網絡，包括無線自組網Ad hoc網和無線蜂窩網，網絡 中的終端節點通過埠相互通信或者訪問外部網絡，其特徵在於，終端節點至少包含兩個， 且至少有一個節點是網關節點，其餘節點是普通節點，任意兩個終端節點相互通信，且任意 終端節點與外網通信；
[0010] 所述終端節點，是指具備一種通信埠或者同時具備兩種通信埠，並且具有路 由選擇及數據傳輸功能的終端設備；
[0011] 所述網關節點，是指同時具備兩種通信埠的終端節點；
[0012] 所述普通節點，是指網絡中具有一種通信埠的終端節點。
[0013] 所述的一種通信埠，是指終端節點只具備內網通信埠，該內網通信埠是指 在不藉助第三方基礎設施條件下，兩個終端節點能完成通信的一個或者多個埠。
[0014] 所述的兩種通信埠，是指終端節點同時具備內網通信埠和外網通信埠，該 內網通信埠和外網通信埠均包括一個或者多個埠，這兩種通信埠同時工作，且任 意一個內網通信埠與任意一個外網通信埠相互通信。
[0015] 上述多出口異構無線網絡，其特徵在於，網絡中網關節點與普通節點能相互轉化， 即在外網通信埠被禁用時，將網關節點轉化為普通節點，在具備外網通信埠時，將普通 節點轉化為網關節點。
[0016] 上述多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述的兩個終端節點能完成通信的一個 或者多個埠，包括IEEE802. 11 b通信埠、IEEE802. 11 g通信埠、IEEE802. 11 η通信 埠、ΙΕΕΕ820. 11 ac通信埠、藍牙通信埠和近場通信NFC通信埠，其中b、g、η分別 代表ΙΕΕΕ802. 11不同版本的標準。
[0017] 上述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述外網通信埠，是指終端節點通過 基站與外網通信的埠，包括通用分組無線服務GPRS通信埠、碼分多址CDMA通信埠、 通用移動通信技術的長期演進LTE通信埠。
[0018] 上述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述任意兩個終端節點相互通信，是指 網絡中任意兩個終端節點通過內網通信埠進行通信，包括兩個終端節點直接通過內網通 信埠進行通信，或者通過一個節點或多個節點的內網通信埠的轉發完成通信；
[0019] 上述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述任意終端節點與外網通信，是指網 絡中任意終端節點通過網關節點的外網通信埠與外部網絡進行通信。
[0020] 二.本發明多出口異構無線網絡的路由方法，包括如下步驟：
[0021] (1)終端節點通過內網通信埠監聽鄰居節點廣播的路由信息，解析鄰居節點的 路由信息，更新本節點的路由表；
[0022] (2)終端節點每隔一段時間進行檢查，刪除過期的路由信息，並通過內網通信埠 廣播該節點的路由信息；
[0023] (3)終端節點在發送內網數據時，直接查詢路由表，找到到達目的節點的下一跳地 址，將數據發送至下一跳地址；終端節點在發送外網數據時，查詢路由表，計算本節點的內 網通信埠到達各網關節點外網通信埠的代價，選擇代價最小的網關節點作為出口，再 通過內網通信埠將外網數據發送至網關節點；
[0024] (4)終端節點在接收數據時，檢查數據包中的目的地址，如果目的地址是節點本 身，該節點自行處理數據，否則查詢路由表，找到到達目的地址的下一跳地址，將數據發送 至下一跳地址；
[0025] (5)終端節點在接收到發送給自己的數據後，根據數據的類型進行處理：如果是 多出口異構無線網絡內部的數據，則由該終端節點自己對其數據進行存儲；如果是與外網 通信的數據，則由該終端節點將其數據轉發到自己的外網通信埠，由外網通信埠向外 網發送；
[0026] (6)網關節點在接收到由外網通信埠返回的外網數據後，檢查目的地址，如果目 的地址與自己的地址相同，則對其數據進行存儲；否則將該數據通過自身的內網通信埠 發送到目的地址；
[0027] (7)終端節點在主動離開多出口異構無線網絡前，向自己的鄰居節點廣播離開信 息，鄰居節點在接收到離開信息後，查看自己的路由表，如果路由表中有離開節點的路由信 息，則刪除離開節點的路由信息，並廣播離開節點的離開信息；如果鄰居節點的路由表中沒 有離開節點的路由信息，則不作處理。
[0028] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0029] 1、本發明的終端節點具備內網通信埠或同時具備內網通信埠和外網通信端 口，內網通信埠不需要依賴第三方基礎設施，外網通信埠只需要依賴基站，所以可以隨 時隨地靈活構建網絡。
[0030] 2、本發明的任意兩個終端節點可以相互通信，且任意兩個終端節點通過內網通信 埠交換數據時，不需要依賴第三方基礎設施，所以終端節點在交換數據時不會產生額外 費用，且通過內網通信埠終端節點可以快速完成數據的交換。
[0031] 3、本發明的任意終端節點能夠與外網通信，普通節點可以通過網關節點的外網通 信埠實現與外網通信，而其它網絡中，不具備外網通信埠的終端節點無法與外網通信。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明的多出口異構無線網絡結構示意圖；
[0033] 圖2為本發明網絡結構中的普通節點結構示意圖；
[0034] 圖3為本發明網絡結構中的網關節點結構示意圖；
[0035] 圖4為本發明路由方法的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0036] 參照圖1，本發明的網絡結構分為兩部分：無線蜂窩網和無線自組網Ad hoc網。無 線蜂窩網由現有的蜂窩基站組成。無線自組網Ad hoc網由多個終端節點組成。該網絡中 包含兩種類型的終端節點：普通節點和網關節點。本實例網絡包括3個網關節點、2個普通 節點，另外還包括3個蜂窩基站，3個網關節點能夠與蜂窩基站進行通信。
[0037] 如圖2所示，普通節點具備內網通信埠，包括一個或者多個內網通信埠。通過 內網通信埠，終端節點能夠在不藉助第三方基礎設施的條件下，完成通信。內網通信埠 包括但不限於IEEE802. 11 b通信埠、IEEE802. 11 g通信埠、IEEE802. 11 η通信埠、 ΙΕΕΕ820. 11 ac通信埠、藍牙通信埠和近場通信NFC通信埠，其中b、g、η分別代表 ΙΕΕΕ802. 11不同版本的標準。普通節點還包括路由控制單元和數據存儲處理單元。路由控 制單元由路由表、轉發控制單元、路由維護單元組成。路由控制單元完成路由信息的發送和 維護，數據存儲處理單元在接收到數據後，對數據進行存儲處理。
[0038] 如圖3所示，網關節點同時具備內網通信埠和外網通信埠兩種埠，包括一 個或者多個內網通信埠和一個或者多個外網通信埠，兩種通信埠可以同時工作，且 任意一個內網通信埠和任意一個外網通信埠能夠相互通信，外網通信埠通過蜂窩基 站與外部網絡進行通信。外網通信埠包括但不限於：通用分組無線服務GPRS通信埠、 碼分多址CDMA通信埠、通用移動通信技術的長期演進LTE通信埠。網關節點還包括路 由控制單元和數據存儲/處理單元。路由控制單元由路由表、轉發控制單元、路由維護單元 組成。路由控制單元完成路由信息的發送和維護，數據存儲處理單元在接收到數據後，對數 據進行存儲處理。
[0039] 網絡中網關節點與普通節點能進行相互轉化，即在外網通信埠被禁用時，將網 關節點轉化為普通節點，在具備外網通信埠時，將普通節點轉化為網關節點。
[0040] 網絡中兩個終端節點可以直接通過內網通信埠進行通信，或者通過一個節點或 多個節點的內網通信埠的轉發完成通信。網絡中任意終端節點可以通過網關節點的外網 通信埠與外部網絡進行通信。
[0041] 在本實例中，終端節點的內網通信埠選擇IEEE802. 11通信埠，外網通信埠 選取碼分多址CDMA通信埠。普通節點具備IEEE802. 11通信埠，網關節點同時具備 IEEE802. 11通信埠和碼分多址CDMA通信埠。當碼分多址CDMA通信埠被禁用後，網 關節點轉化為普通節點，當具備碼分多址CDMA通信埠後，普通節點轉化為網關節點。
[0042] 參照圖4,本發明的多出口異構無線網絡路由方法，其實現步驟如下：
[0043] 步驟1 :構建路由表
[0044] la)每個終端節點向自己的鄰居節點廣播自己的路由信息，該路由信息包括：目 的地址、下一跳地址、網關節點標識、外網通信埠速率、外網通信埠費用、跳數、目的節 點業務負載和路由條目序列號；
[0045] lb)終端節點通過內網通信埠監聽自己鄰居節點廣播的路由信息，解析收到的 路由信息，將路由信息添加到本節點的路由表中，完成路由表構建。
[0046] 步驟2:更新路由表
[0047] 終端節點解析收到的路由信息，選擇路由信息中路由條目序列號比本節點路由表 中的路由條目序列號大，且跳數比本節點路由表中的跳數小的路由信息，更新本節點的路 由表；同時終端節點檢查本節點的路由信息，刪除過期的路由信息，並通過內網通信埠廣 播本節點的路由信息。
[0048] 步驟3:收發內網數據
[0049] 3a)終端節點在發送內網數據時，直接查詢更新後的路由表，找到到達目的節點的 下一跳地址，通過內網通信埠將數據發送至下一跳地址；
[0050] 3b)終端節點在接收內網數據時，檢查數據包中的目的地址，如果目的地址與本節 點的地址相同，則該節點自行將其數據存儲處理，如果目的地址與本節點的地址不相同，則 查詢路由表，找到到達目的地址的下一跳地址，通過內網通信埠將數據發送至下一跳地 址。
[0051] 步驟4:收發外網數據
[0052] 4a)終端節點在發送外網數據時，查詢路由表，計算本節點的內網通信埠到達各 網關節點外網通信埠的代價：
[0053] Y = WiXi+w^+WA+w^,
[0054] 其中Y表示代價，Wl為給定的外網通信埠速率的權值，w2為給定外網通信埠 費用的權值，w 3為給定跳數的權值，w4為給定目的節點業務負載的權值，且滿足Wl+W2+W 3+W4 =1，在本發明中，w2、w3、w4均取0. 25作為權值；Xl為本節點路由表中對外網通信埠 速率歸一化後的數值，x2為本節點路由表中對外網通信埠費用歸一化後的數值，x3為本 節點路由表中對跳數歸一化後的數值，x 4為本節點路由表中對目的節點業務負載歸一化後 的數值。
[0055] 所述代價的計算還可以通過下面公式計算：+ ， V - χ ''? γ ?： r ?3 ?'4 . A - .Λ· ? ·Λ.'> .Λ- ^ ·Λ.4 ，
[0056] 4b)終端節點選擇代價最小的網關節點作為目的地址，通過內網通信埠將外網 數據發送至網關節點，由網關節點的外網通信埠將數據發送到外網；
[0057] 4c)終端節點在接收外網數據時，檢查數據包中的目的地址，如果目的地址與自己 的地址相同，則由本節點對其數據進行存儲處理；如果目的地址與自己的地址不相同，則通 過本節點的內網通信埠，以發送內網數據的方式將其數據發送到目的地址。
[0058] 步驟5 :終端節點離開網絡
[0059] 5a)終端節點在主動離開多出口異構無線網絡前，向自己的鄰居節點廣播離開信 息，鄰居節點在接收到離開信息後，查看自己的路由表，如果路由表中有離開節點的路由 信息，則刪除離開節點的路由信息，並廣播離開節點的離開信息；如果鄰居節點的路由表中 沒有離開節點的路由信息，則不作處理。
[0060] 5b)終端節點被動離開網絡，經過一段時間後，包含該節點的路由信息視為過期， 其它節點則從自己的路由表中將包含該節點的路由信息刪除。
[0061] 由上述步驟可以看出，該路由是整個多出口異構無線網絡通信的基礎。其中步驟 1、步驟2負責路由表的構建和維護，步驟3、步驟4負責數據的收發和解析，用於支持上層通 信。步驟5是節點主動離開網絡時所需的操作，如果節點被動離開網絡，在經過一定的時間 後，該節點的路由信息也會被其他節點刪除。
[0062] 綜上所述，本發明實施例可以充分利用設備的兩種通信埠，構建多出口異構無 線網絡。該網絡既能夠滿足用戶隨時隨地快速訪問網絡的需求，又能夠在不需要額外費用 的情況下滿足用戶分享交換大量數據的需求，並且該網絡不需要藉助除基站之外的其他固 定基礎設施，可以隨時移動、組建和擴展。
[0063] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或者替 換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範 圍為準。
【權利要求】
1. 一種多出口異構無線網絡，包括無線自組網Ad hoc網和無線蜂窩網，網絡中的終端 節點通過埠相互通信或者訪問外部網絡，其特徵在於，終端節點至少包含兩個，且至少有 一個節點是網關節點，其餘節點是普通節點，任意兩個終端節點相互通信，且任意終端節點 與外網通信； 所述終端節點，是指具備一種通信埠或者同時具備兩種通信埠，並且具有路由選 擇及數據傳輸功能的終端設備； 所述網關節點，是指同時具備兩種通信埠的終端節點； 所述普通節點，是指網絡中具有一種通信埠的終端節點； 所述的兩種通信埠，是指終端節點同時具備內網通信埠和外網通信埠，該內網 通信埠和外網通信埠均包括一個或者多個埠，這兩種通信埠同時工作，且任意一 個內網通信埠與任意一個外網通信埠相互通信； 所述的一種通信埠，是指終端節點只具備內網通信埠，該內網通信埠是指在不 藉助第三方基礎設施條件下，兩個終端節點能完成通信的一個或者多個埠。
2. 根據權利要求1所述多出口異構無線網絡，其特徵在於，網絡中網關節點與普通節 點能相互轉化，即在外網通信埠被禁用時，將網關節點轉化為普通節點，在具備外網通信 埠時，將普通節點轉化為網關節點。
3. 根據權利要求1所述多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述的兩個終端節點能 完成通信的一個或者多個埠，包括IEEE802.il b通信埠、IEEE802.il g通信埠、 IEEE802. 11 η通信埠、IEEE820. 11 ac通信埠、藍牙通信埠和近場通信NFC通信端 口，其中b、g、n分別代表IEEE802. 11不同版本的標準。
4. 根據權利要求1所述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述外網通信埠，是 指終端節點通過基站與外網通信的埠，包括通用分組無線服務GPRS通信埠、碼分多址 CDMA通信埠、通用移動通信技術的長期演進LTE通信埠。
5. 根據權利要求1所述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述任意兩個終端節點 相互通信，是指網絡中任意兩個終端節點通過內網通信埠進行通信，包括兩個終端節點 直接通過內網通信埠進行通信，或者通過一個節點或多個節點的內網通信埠的轉發完 成通信。
6. 根據權利要求1所述的多出口異構無線網絡，其特徵在於，所述任意終端節點與外 網通信，是指網絡中任意終端節點通過網關節點的外網通信埠與外部網絡進行通信。
7. -種多出口異構無線網絡路由方法，其特徵在於，包括如下步驟： (1) 終端節點通過內網通信埠監聽鄰居節點廣播的路由信息，解析鄰居節點的路由 信息，更新本節點的路由表； (2) 終端節點每隔一段時間進行檢查，刪除過期的路由信息，並通過內網通信埠廣播 該節點的路由信息； (3) 終端節點在發送內網數據時，直接查詢路由表，找到到達目的節點的下一跳地址， 將數據發送至下一跳地址；終端節點在發送外網數據時，查詢路由表，計算本節點的內網通 信埠到達各網關節點外網通信埠的代價，選擇代價最小的網關節點作為出口，再通過 內網通信埠將外網數據發送至網關節點； (4) 終端節點在接收數據時，檢查數據包中的目的地址，如果目的地址是節點本身，該 節點自行處理數據，否則查詢路由表，找到到達目的地址的下一跳地址，將數據發送至下一 跳地址； (5) 終端節點在接收到發送給自己的數據後，根據數據的類型進行處理：如果是多出 口異構無線網絡內部的數據，則由該終端節點自己對其數據進行存儲；如果是與外網通信 的數據，則由該終端節點將其數據轉發到自己的外網通信埠，由外網通信埠向外網發 送； (6) 網關節點在接收到由外網通信埠返回的外網數據後，檢查目的地址，如果目的地 址與自己的地址相同，則對其數據進行存儲；否則將該數據通過自身的內網通信埠發送 到目的地址； (7) 終端節點在主動離開多出口異構無線網絡前，向自己的鄰居節點廣播離開信息，鄰 居節點在接收到離開信息後，查看自己的路由表，如果路由表中有離開節點的路由信息，則 刪除離開節點的路由信息，並廣播離開節點的離開信息；如果鄰居節點的路由表中沒有離 開節點的路由信息，則不作處理。
8. 根據權利要求7所述的路由方法，其中所述步驟（1)中廣播的路由信息，是指終端 節點的路由條目，該路由條目包括：目的地址、下一跳地址、網關節點標識、外網通信埠速 率、外網通信埠費用、跳數、目的節點業務負載和路由條目序列號。
9. 根據權利要求7所述的路由方法，其中步驟（3)所述的計算本節點的內網通信埠 到達各網關節點外網通信埠的代價，通過如下公式計算： Y = W1X1+W2X2+W3X3 +W4X4 其中γ表示代價，Wi為給定的外網通信埠速率的權值，W2為給定外網通信埠費用 的權值，W3為給定跳數的權值，w4為給定目的節點業務負載的權值，且滿足Wi+WfwfWj = 1 ; Xl為本節點路由表中對外網通信埠速率歸一化後的數值，x2為本節點路由表中對外網通 信埠費用歸一化後的數值，χ 3為本節點路由表中對跳數歸一化後的數值，χ4為本節點路 由表中對目的節點業務負載歸一化後的數值。
【文檔編號】H04W40/02GK104219727SQ201410482117
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】張琰, 盧旭玉, 夏勝飛, 盛敏, 李建東, 馬驍, 王璽鈞, 李紅豔, 韓維佳 申請人:西安電子科技大學