專利名稱：嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的路由器，具體地說，涉及的是一種嵌入 式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器。
技術(shù)背景無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器是作為無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元而存在的。任意 兩個相互可以進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器之間，都有一條潛在的數(shù)據(jù) 鏈路。根據(jù)接入Internet節(jié)點(diǎn)的位置和整個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的實時網(wǎng)絡(luò)狀況，無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會選擇將最優(yōu)的一條潛在鏈路作為自己的出口鏈路，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顩r或 者相關(guān)性能參數(shù)發(fā)生改變的時候，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器也要能夠根據(jù)相關(guān)的鏈 路信息，重新選擇可用的鏈路，以達(dá)到自組織和自恢復(fù)的目的。如上所述，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器系統(tǒng)的設(shè)計是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用中 最為核心和關(guān)鍵的部分，網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)計的好壞直接影響到無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng) 絡(luò)工作狀態(tài)和效率，而如果能設(shè)計出優(yōu)秀的無線mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，就可以大大 地提升無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器的關(guān)鍵技術(shù)包括ap的 接入、加密和身份驗證、橋接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)、數(shù)據(jù)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)、無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量表的生成、無線鏈路的路由選擇以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)自組織與自適應(yīng)，要 同時給以上的問題一個完整的解決方案是非常困難的。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索和發(fā)現(xiàn)，John Bicket等在Mobicom 2005 (The Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, 移動計算 與網(wǎng)絡(luò)年度國際會議)發(fā)表的《Architecture and Evaluation of an Unplanned 802. lib Mesh Network》，該文章中提出了一套關(guān)于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器的解決 方案，該無線mesh網(wǎng)絡(luò)路由器基于802. lib協(xié)議，使用臺式及系統(tǒng)和外置的高 功率全向天線。其不足在于，由于技術(shù)的限制，速度和效率受到了較大的制約， 也沒有在小型化和嵌入式化上進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘。而業(yè)界非常知名的Microsoft 公司的MCL系統(tǒng)，在臺式機(jī)操作系統(tǒng)上實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)的自組織，其不足在于，沒有完全實現(xiàn)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)用戶接入和自組織自適應(yīng)這兩個方面的整合， 只是構(gòu)建一個簡單的類ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)而非一個實用化的用戶可自由接入的 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。檢索中還發(fā)現(xiàn)，Andres Arjona等在AICT' 07(The Third Advanced International Conference on Telecommunications, 第三屆高級無 線電通訊國際會議)發(fā)表的《The Google Muni Wifi Network--Can it Compete with Cellular Voice 》，該文章中描述了 tropos公司在Mountain View為 google架設(shè)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，作為實際商用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的代表，其方 案為在速度上，限制了實際上下行速率在1Mbps上，而且布點(diǎn)也盡可能地釆用 了一跳的方式，以獲得足夠的接入穩(wěn)定性。其不足在于使用的比較定向的鏈路 設(shè)計，自組織和自適應(yīng)能力不高，架設(shè)的技術(shù)和位置要求過高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路 由器，使其能夠基于現(xiàn)有802. llg標(biāo)準(zhǔn)，具備自組織和自恢復(fù)性能，能夠自主完 成Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。本發(fā)明一方面將系統(tǒng)的小型化，嵌入式化作為主要目標(biāo)，突 出實用性；另一方面實現(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的分布式體系結(jié)構(gòu)和自組織，突出應(yīng)用上的 穩(wěn)定性；第三在技術(shù)上采用最新的802. llg標(biāo)準(zhǔn)，突出先進(jìn)性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括硬件平臺、系統(tǒng)軟件平臺、 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊。
所述的硬件平臺采用嵌入式設(shè)計，由核心處理模塊、有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和無
線通信模塊組成。核心處理模塊是整個系統(tǒng)的信息處理中心。有線通信模塊負(fù)責(zé)
系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的信息交流，并將信息傳遞給核心處理模塊。無線通信模塊負(fù)責(zé)
與無線網(wǎng)絡(luò)的信息交流，將其所獲得的信息傳遞給核心處理模塊，并將從核心處
理模塊處獲得的信息傳送到無線網(wǎng)絡(luò)空間。核心處理模塊除了完成信息處理外， 還需要對其余模塊做出調(diào)整和控制。
所述的系統(tǒng)軟件平臺直接工作在硬件平臺上，在硬件平臺提供的空間上，獲 取所有硬件系統(tǒng)信息和接口提供給其他軟件工作模塊完成路由器功能。
所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)自組織的功能。
所述的用戶接入應(yīng)用模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供用戶接入和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 功能。所述的管理控制功能模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供管理員對系統(tǒng)軟件和 其他功能模塊的管理和控制功能。所述的核心處理模塊，包括核心電源模塊、中央處理模塊、外部晶體、閃存 模塊、同步動態(tài)存儲模塊、復(fù)位模塊。核心電源模塊與中央處理模塊、外部晶體、 復(fù)位模塊、閃存模塊、同步動態(tài)存儲模塊直接相連，給整個核心處理模塊供電。 以中央處理模塊為中心，外部晶體與復(fù)位模塊直接與中央處理模塊連接。外部晶 體提供片外振源，復(fù)位模塊提供必要可靠的上電復(fù)位。閃存模塊以及同步動態(tài)存 儲模塊通過總線與中央處理模塊連接，同時閃存模塊與同步動態(tài)存儲模塊也是通 過位總線連接。閃存模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的存儲，而同步動態(tài)存儲模塊提供程序 運(yùn)行的空間，保證程序的運(yùn)行。所述的有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括有線網(wǎng)絡(luò)電源模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、串口模塊，有 線網(wǎng)絡(luò)電源模塊直接與網(wǎng)絡(luò)模塊、串口模塊連接，為整個有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊供電。 其中網(wǎng)絡(luò)模塊、串口模塊直接與核心處理模塊連接。網(wǎng)絡(luò)模塊提供IOM、 100M 或1000M網(wǎng)絡(luò)接口 ，串口模塊實現(xiàn)串口電平轉(zhuǎn)換功能。所述的無線通信模塊包括無線網(wǎng)絡(luò)電源模塊、無線minipci (微型pci， Peripheral Component Interconnection,外設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn))接口模塊、無線 網(wǎng)卡模塊。無線minipci接口模塊提供無線網(wǎng)卡模塊與核心處理模塊的接口，完 成信息的傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)。無線網(wǎng)絡(luò)電源模塊直接與無線rainipci接口模塊和無線網(wǎng) 卡模塊相連接，為整個模塊供電。無線網(wǎng)卡模塊通過無線minipci接口模塊與核 心處理模塊相連接。無線網(wǎng)卡模塊提供符合802. 11協(xié)議的相關(guān)多模無線網(wǎng)卡功 能。所述的系統(tǒng)軟件平臺采用嵌入式Linux,以滿足本發(fā)明設(shè)備硬件部件資源少 的限制。同時該平臺能直接提供多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和工具的支持，而不必外掛其他軟 件，從基礎(chǔ)上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與硬件平臺之間的連接基于嵌入式開發(fā)的驅(qū) 動程序和系統(tǒng)程序。之后，通過系統(tǒng)軟件平臺的上層應(yīng)用接口與無線Mesh網(wǎng)絡(luò) 自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊、管理控制功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送與轉(zhuǎn)發(fā)。所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊，包括無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊、骨 干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸模塊、網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊、自組織和自適應(yīng)模塊四個部 分。這四個模塊協(xié)同工作，完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織和自適應(yīng)的功能，在硬件平臺和系統(tǒng)軟件平臺的基礎(chǔ)上完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。
所述的無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊從系統(tǒng)啟動的一開始就處在工作狀態(tài) 中，通過對發(fā)送和接收特定的探針包，與相鄰的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器完成對鏈 路質(zhì)量信息的統(tǒng)計和交換。大概的方法是:通過在周期內(nèi)發(fā)送固定數(shù)量的探針包， 通過接收包和發(fā)送包的比例，推斷出探針包丟失的程度，以此為基礎(chǔ)計算權(quán)值， 來對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的狀況完成探知。當(dāng)系統(tǒng)獲得完整的無線網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)后，將 通過計算獲得不同路由的綜合權(quán)值，以此來進(jìn)行路由判斷。
所述的骨干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸模塊基于無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊中所獲 得的鏈路質(zhì)量參數(shù)和路由判斷結(jié)果，將從本地用戶，或是其他無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路 由器上轉(zhuǎn)發(fā)過來的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)到出口。如果本地不直接連接Internet, 那么將判斷出最優(yōu)的路由來完成多條的數(shù)據(jù)傳輸。
所述的網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊通過對路由器本身有線和無線鏈路的探測， 確定本地是否直接連接到Internet,如果連接到的話，那么本地將作為一個 Internet網(wǎng)關(guān)向整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行身份廣播，以確保其他節(jié)點(diǎn)會將需要轉(zhuǎn)發(fā)到 Internet的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到本地路由器上。
所述的自組織和自適應(yīng)模塊在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)或是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生突然改變的情況 下，由于探針包的丟失率會隨之發(fā)生變化，相應(yīng)計算出的權(quán)值也會發(fā)生變化，也 就實現(xiàn)了對無線網(wǎng)絡(luò)鏈路的質(zhì)量的實時追蹤和更新。在此基礎(chǔ)上，自組織和自適 應(yīng)模塊會對周圍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行重新計算和收斂，以此來繼續(xù)維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定和可用。
所述的用戶接入應(yīng)用模塊，工作在系統(tǒng)軟件平臺上，與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組 織模塊是互不相干的并行關(guān)系，兩者可以通過系統(tǒng)軟件平臺完成數(shù)據(jù)傳遞與交 換。這個模塊必須符合802. ll協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，保證一般用戶的正常接入，給予用戶 足夠的加密和安全保護(hù)，用戶能夠在接入后自由的訪問Internet上的資源，并 能夠在移動中正常使用網(wǎng)絡(luò)。這個模塊包括如下功能軟件Ap功能軟件、WEP/WPA 加密軟件、NAT功能軟件、IP ROMi功能軟件。
本發(fā)明還可以包括附加管理和控制功能模塊，這個模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺 上，與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊以及用戶接入應(yīng)用模塊是互不相干的并行關(guān)系。 這個模塊提供用戶使用的相關(guān)管理工具，使用戶能夠簡單方便地配置網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)。在路由器的相關(guān)產(chǎn)品中，管理工具會以命令行接入和web管理兩種形式存 在?？刂茀?shù)和信息將通過系統(tǒng)軟件平臺傳遞給無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊以及 用戶接入應(yīng)用模塊，以確保對于系統(tǒng)的管理和修正實時的體現(xiàn)在用戶使用中。本發(fā)明能夠滿足普通用戶對路由器使用的需要，也能夠滿足無線Mesh網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的其他相關(guān)性能要求。由于軟硬件體系設(shè)計上的優(yōu)勢，使得本發(fā)明能夠應(yīng)對 多方面的應(yīng)用需求。本發(fā)明是一個基于實用性無線Mesh網(wǎng)絡(luò)需求的，又能夠最 大限度發(fā)揮軟硬件性能的綜合體。相比于以前的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，我們基于 嵌入式開發(fā)設(shè)計，體積更小，功耗更低，使用更方便；我們使用了一套更好的路 由算法，在穩(wěn)定性和自組織性能上取得了良好的平衡，使得用戶能夠更簡單快速 高效地使用我們的產(chǎn)品；我們基于更先進(jìn)的無線協(xié)議，提供了更快更穩(wěn)定的接入 速度。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊結(jié)構(gòu)框圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實施例。本發(fā)明對于幾乎所有的環(huán)境都能具備良好的自適應(yīng)與自組織，這是本發(fā)明所 實現(xiàn)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本要求。當(dāng)需要在一個具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部署本 發(fā)明的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器時，假設(shè)由于環(huán)境和其他相關(guān)因素的限制，所需要 的覆蓋范圍內(nèi)使用的無線路由器有一部分無法直接與有線網(wǎng)絡(luò)相連接，此時就需 要開啟無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器的Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織功能。圖1給出了整個無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器的系統(tǒng)框架圖。其中硬件平臺是整個 路由器系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件平臺工作在硬件平臺基礎(chǔ)上通過該軟件平臺，來支 撐上層的用于完成實際無線路由器功能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入 應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊。所述的硬件平臺采用嵌入式設(shè)計，平臺以中央處理模塊為中心，外部晶體提 供片外振源，閃存模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的存儲，而同步動態(tài)存儲模塊提供程序運(yùn)行的空間，保證程序的運(yùn)行，其中閃存模塊以及同步動態(tài)存儲模塊通過總線連接。 核心電源模塊給整個中央處理模塊提供電源。復(fù)位模塊直接與中央處理模塊連 接，提供必要可靠的上電復(fù)位。硬件平臺還包括有線和無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用于 提供有線和無線網(wǎng)絡(luò)的通信功能。
所述的中央處理模塊，要求具有實點(diǎn)運(yùn)算處理功能，32位數(shù)據(jù)和地址接口， 高于200Mhz的運(yùn)行頻率。在本發(fā)明中實行協(xié)調(diào)處理程序的功能。
所述的閃存模塊，要求具有存儲數(shù)據(jù)的功能，大小不能小于8Mbyte，本發(fā) 明中用于實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的儲存單元。
所述的同步動態(tài)存儲模塊，要求具有動態(tài)存儲數(shù)據(jù)的功能，其技術(shù)參數(shù)為 32Mbyte，在本發(fā)明中作為程序的運(yùn)行單元，實現(xiàn)程序運(yùn)行，存儲臨時數(shù)據(jù)的功 能。
所述的復(fù)位模塊，要求具有上電自動復(fù)位功能。在本發(fā)明中實現(xiàn)為中央處理 模塊提供穩(wěn)定可靠的上電復(fù)位功能。
所述的系統(tǒng)軟件平臺采用嵌入式Linux,包括驅(qū)動層、文件系統(tǒng)、協(xié)議層和 應(yīng)用層。驅(qū)動層包括網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、串口驅(qū)動。協(xié)議層包括PPP(點(diǎn)對點(diǎn))協(xié)議、TCP/IP 協(xié)議。文件系統(tǒng)包括Ramdisk (內(nèi)存磁盤文件系統(tǒng))、JFFS2 (閃存文件系統(tǒng))。 應(yīng)用層包括ssh (安全遠(yuǎn)程控制協(xié)議)Telnet (遠(yuǎn)程登錄)，網(wǎng)頁服務(wù)器，Socket 通信，串口通信等相關(guān)軟件。
所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊 用于完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器所要求的功能。 一方面，對于用戶來說，無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由器應(yīng)當(dāng)如同普通無線網(wǎng)絡(luò)路由器一樣提供必要的用戶接入能力，以及加 密和驗證機(jī)制以保證用戶的數(shù)據(jù)安全。因此，系統(tǒng)需要所述的用戶接入應(yīng)用模塊。 這個模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊是互不相干的并 行關(guān)系，兩者可以通過系統(tǒng)軟件平臺完成數(shù)據(jù)傳遞與交換。這個模塊必須符合 802. ll協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，保證一般用戶的正常接入，給予用戶足夠的加密和安全保護(hù)， 用戶能夠在接入后自由的訪問Internet上的資源，并能夠在移動中正常使用網(wǎng) 絡(luò)。這個模塊包括如下功能軟件Ap功能軟件、WEP/WPA加密軟件、NAT功能軟 件、IP R0AM功能軟件。
另一方面，對于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器所組成的區(qū)域無線骨干網(wǎng)來說，多個路由器構(gòu)成了一個完整的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。這個網(wǎng)狀網(wǎng)在組成的一開始，無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)路由器相互之間并不知曉鏈路質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)狀況，也就無法通過相關(guān)的策略完 成路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)的工作。而無線網(wǎng)狀網(wǎng)要求用戶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線Mesh網(wǎng)絡(luò) 路由器后，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器根據(jù)相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量信息，選擇最優(yōu) 的路由，來保障用戶的數(shù)據(jù)溝通。因此需要由特定的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊 來完成相關(guān)的任務(wù)。如圖2所示，所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊包括無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判 斷模塊、骨干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸模塊、網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊、自組織和自適應(yīng) 模塊四個部分。這四個模塊協(xié)同工作，完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織和自適應(yīng)的功 能，在硬件平臺和系統(tǒng)軟件平臺的基礎(chǔ)上完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。所述的無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊從系統(tǒng)啟動的一開始就處在工作狀態(tài) 中，通過對發(fā)送和接收特定的探針包，與相鄰的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器完成對鏈 路質(zhì)量信息的統(tǒng)計和交換。大概的方法是通過在周期內(nèi)發(fā)送固定數(shù)量的探針包， 通過接收包和發(fā)送包的比例，推斷出探針包丟失的程度，以此為基礎(chǔ)計算權(quán)值， 來對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的狀況完成探知。當(dāng)系統(tǒng)獲得完整的無線網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)后，將 通過計算獲得不同路由的綜合權(quán)值，以此來進(jìn)行路由判斷。所述的骨干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸模塊基于無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊中所獲 得的鏈路質(zhì)量參數(shù)和路由判斷結(jié)果，將從本地用戶，或是其他無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路 由器上轉(zhuǎn)發(fā)過來的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)到出口。如果本地不直接連接Internet, 那么將判斷出最優(yōu)的路由來完成多條的數(shù)據(jù)傳輸。所述的網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊通過對路由器本身有線和無線鏈路的探測， 確定本地是否直接連接到Internet,如果連接存在的話，那么本地將作為一個 Internet網(wǎng)關(guān)向整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行身份廣播，以確保其他節(jié)點(diǎn)會將需要轉(zhuǎn)發(fā)到 Internet的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到本地路由器上。所述的自組織和自適應(yīng)模塊在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)或是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生突然改變的情況 下，由于探針包的丟失率會隨之發(fā)生變化，相應(yīng)計算出的權(quán)值也會發(fā)生變化，也 就實現(xiàn)了對無線網(wǎng)絡(luò)鏈路的質(zhì)量的實時追蹤和更新。在此基礎(chǔ)上，自組織和自適 應(yīng)模塊會對周圍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行重新計算和收斂，以此來繼續(xù)維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定和可用。11第三，所述的附加管理和控制功能模塊，是在網(wǎng)絡(luò)開始正常工作之后，由于 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性和復(fù)雜性，除了要完成自動設(shè)置的過程外，還要為相關(guān)的網(wǎng)絡(luò) 管理者或是用戶提供簡單易用的管理和控制工具。因此本實施例所設(shè)計和開發(fā)的 命令行管理模式和web管理頁面將幫助用戶更好地控制和修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得網(wǎng) 絡(luò)能夠更快更好地運(yùn)行。在特定區(qū)域內(nèi)，若干個路由器啟動后，首先分別由各路由器的硬件平臺完成 啟動檢測，并將系統(tǒng)軟件模塊導(dǎo)入到相關(guān)的內(nèi)存空間。啟動系統(tǒng)軟件模塊的工作 流程后，系統(tǒng)軟件獲得整個路由器系統(tǒng)的管理權(quán)，系統(tǒng)軟件模塊將啟動無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊開始工作后，將使用其內(nèi)部的無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊、骨干網(wǎng)多跳 數(shù)據(jù)傳輸模塊、網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊、自組織和自適應(yīng)模塊對完成無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的自組織和自適應(yīng)。用戶接入應(yīng)用模塊將檢測用戶的存在，并為用戶完成接 入和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用工作。管理控制功能模塊隨時在后臺等待控制信息，保證系統(tǒng)的快 速高效運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于，包括硬件平臺、系統(tǒng)軟件平臺、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊，其中所述的硬件平臺由核心處理模塊、有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和無線通信模塊組成，核心處理模塊是整個系統(tǒng)的信息處理中心，除了完成信息處理外，還對其余模塊進(jìn)行調(diào)整和控制；有線通信模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的信息交流，并將信息傳遞給核心處理模塊；無線通信模塊負(fù)責(zé)與無線網(wǎng)絡(luò)的信息交流，將其所獲得的信息傳遞給核心處理模塊，并將從核心處理模塊處獲得的信息傳送到無線網(wǎng)絡(luò)空間；所述的系統(tǒng)軟件平臺直接工作在硬件平臺上，在硬件平臺提供的空間上，獲取所有硬件系統(tǒng)信息和接口提供給軟件工作模塊完成路由器功能；所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織的功能；所述的用戶接入應(yīng)用模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供用戶接入和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能；所述的管理控制功能模塊工作在系統(tǒng)軟件平臺上，提供管理員對系統(tǒng)軟件和其他功能模塊的管理和控制功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 核心處理模塊，包括核心電源模塊、中央處理模塊、外部晶體、閃存模塊、同步 動態(tài)存儲模塊、復(fù)位模塊，核心電源模塊與中央處理模塊、外部晶體、復(fù)位模塊、 閃存模塊、同步動態(tài)存儲模塊直接相連，給整個核心處理模塊供電，以中央處理 模塊為中心，外部晶體與復(fù)位模塊直接與中央處理模塊連接，外部晶體提供片外 振源，復(fù)位模塊提供必要可靠的上電復(fù)位，閃存模塊以及同步動態(tài)存儲模塊通過 總線與中央處理模塊連接，同時閃存模塊與同步動態(tài)存儲模塊也是通過位總線連接，閃存模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的存儲，而同步動態(tài)存儲模塊提供程序運(yùn)行的空間， 保證程序的運(yùn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括有線網(wǎng)絡(luò)電源模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、串口模塊，有線網(wǎng)絡(luò)電源模塊直接與網(wǎng)絡(luò)模塊、串口模塊連接，為整個有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊供電，其中網(wǎng)絡(luò) 模塊、串口模塊直接與核心處理模塊連接，網(wǎng)絡(luò)模塊提供IOM、 100M或1000M 網(wǎng)絡(luò)接口，串口模塊實現(xiàn)串口電平轉(zhuǎn)換功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 無線通信模塊包括無線網(wǎng)絡(luò)電源模塊、無線minipci接口模塊、無線網(wǎng)卡模塊， 無線minipci接口模塊提供無線網(wǎng)卡模塊與核心處理模塊的接口，完成信息的傳 遞和轉(zhuǎn)發(fā)；無線網(wǎng)絡(luò)電源模塊直接與無線minipci接口模塊和無線網(wǎng)卡模塊相連 接，為整個模塊供電；無線網(wǎng)卡模塊通過無線minipci接口模塊與核心處理模塊 相連接，無線網(wǎng)卡模塊提供符合802. 11協(xié)議的相關(guān)多模無線網(wǎng)卡功能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 系統(tǒng)軟件平臺采用嵌入式Lirmx，該平臺能直接提供多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和工具的支 持，與硬件平臺之間的連接基于嵌入式開發(fā)的驅(qū)動程序和系統(tǒng)程序，之后，通過 系統(tǒng)軟件平臺的上層應(yīng)用接口與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊、 管理控制功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送與轉(zhuǎn)發(fā)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊包括無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊、骨干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù) 傳輸模塊、網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊、自組織和自適應(yīng)模塊四個部分，這四個模 塊協(xié)同工作，完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織和自適應(yīng)的功能，在硬件平臺和系統(tǒng)軟 件平臺的基礎(chǔ)上完成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，其中所述的無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊從系統(tǒng)啟動的一開始就處在工作狀態(tài) 中，通過對發(fā)送和接收特定的探針包，與相鄰的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器完成對鏈 路質(zhì)量信息的統(tǒng)計和交換；所述的骨干網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸模塊基于無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊中所獲 得的鏈路質(zhì)量參數(shù)和路由判斷結(jié)果，將從本地用戶，或是其他無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路 由器上轉(zhuǎn)發(fā)過來的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)到出口，如果本地不直接連接Internet, 那么將判斷出最優(yōu)的路由來完成多條的數(shù)據(jù)傳輸；所述的網(wǎng)關(guān)自動選擇和恢復(fù)模塊通過對路由器本身有線和無線鏈路的探測， 確定本地是否直接連接到Internet,如果連接到的話，那么本地將作為一個 Internet網(wǎng)關(guān)向整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行身份廣播，以確保其他節(jié)點(diǎn)會將需要轉(zhuǎn)發(fā)到Internet的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到本地路由器上；所述的自組織和自適應(yīng)模塊在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)或是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生突然改變的情況 下，由于探針包的丟失率會隨之發(fā)生變化，相應(yīng)計算出的權(quán)值也會發(fā)生變化，也 就實現(xiàn)了對無線網(wǎng)絡(luò)鏈路的質(zhì)量的實時追蹤和更新，在此基礎(chǔ)上，自組織和自適 應(yīng)模塊會對周圍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行重新計算和收斂，以此來繼續(xù)維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定和可用。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 無線鏈路質(zhì)量監(jiān)測和判斷模塊通過在周期內(nèi)發(fā)送固定數(shù)量的探針包，根據(jù)接收包 和發(fā)送包的比例，推斷出探針包丟失的程度，以此為基礎(chǔ)計算權(quán)值，來對網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境的狀況完成探知，當(dāng)系統(tǒng)獲得完整的無線網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)后，將通過計算獲 得路由的綜合權(quán)值，以此來進(jìn)行路由判斷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 用戶接入應(yīng)用模塊，與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊和附加管理和控制功能模塊是 互不相干的并行關(guān)系，兩者可以通過系統(tǒng)軟件平臺完成數(shù)據(jù)傳遞與交換，這個模 塊必須符合802. ll協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，保證一般用戶的正常接入，給予用戶足夠的加密 和安全保護(hù)，用戶能夠在接入后自由的訪問Internet上的資源，并能夠在移動 中正常使用網(wǎng)絡(luò)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述的 用戶接入應(yīng)用模塊包括如下功能軟件Ap功能軟件，WEP/WPA加密軟件，NAT功 能軟件，IP ROAM功能軟件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征是，所述 的系統(tǒng)軟件平臺上還有附加管理和控制功能模塊，該模塊與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組 織模塊以及用戶接入應(yīng)用模塊是互不相干的并行關(guān)系，這個模塊提供用戶使用的 管理工具，使用戶能夠簡單方便地配置網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)，在路由器的產(chǎn)品中，管 理工具會以命令行接入和web管理兩種形式存在，控制參數(shù)和信息將通過系統(tǒng)軟 件平臺傳遞給無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊以及用戶接入應(yīng)用模塊，以確保對于系 統(tǒng)的管理和修正實時的體現(xiàn)在用戶使用中。
全文摘要
一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的嵌入式無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由器，包括硬件平臺、系統(tǒng)軟件平臺、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊、用戶接入應(yīng)用模塊和管理控制功能模塊，其中硬件平臺采用嵌入式設(shè)計，由核心處理模塊、有線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和無線通信模塊組成；系統(tǒng)軟件平臺直接工作在硬件平臺上，獲取所有硬件系統(tǒng)信息和接口提供給軟件工作模塊完成路由器功能；無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織模塊提供無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自組織的功能；用戶接入應(yīng)用模塊提供用戶接入和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能；管理控制功能模塊提供管理員對系統(tǒng)軟件和其他功能模塊的管理和控制功能。本發(fā)明能夠基于現(xiàn)有802.11g標(biāo)準(zhǔn)，具備自組織和自恢復(fù)性能，能夠自主完成Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。
文檔編號H04L12/28GK101296145SQ20081003918
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者天 吳, 越 吳, 孫東來, 平 易, 李建華 申請人:上海交通大學(xué)