專利名稱：AC-AP架構(gòu)無線Mesh網(wǎng)組播通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域，具體地說是一種實(shí)現(xiàn)802. IlWLAN無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中組播通信的方法，用于在AC-AP架構(gòu)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)AC-AP以及AP-AP 之間的組播，并可提高多源組播的平均吞吐量。
背景技術(shù)：
首先對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的縮寫及其定義進(jìn)行說明IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering):美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)；WLAN(Wireless Local Area Network)無線局域網(wǎng)；IEEE 802. lis =WLAN Mesh 協(xié)議草案；AP(Access Point)無線接入點(diǎn)，為無線終端提供無線網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)；WAP 無線接入點(diǎn)STA (Station)移動(dòng)終端，WLAN中的終端用戶，通過AP接入WLAN，訪問網(wǎng)絡(luò)；WMN(ffireless Mesh Network)無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)；MP (Mesh Point) :Mesh 節(jié)點(diǎn)；MAP (Mesh Access Point) :Mesh 接入點(diǎn)；MPP(Mesh Point Portal) =Mesh 網(wǎng)關(guān)；AC (Access Point):接入控制器；無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種新型的無線接入網(wǎng)，可以為覆蓋域內(nèi)的無線終端提供普適的hternet接入服務(wù)，如

圖1所示。隨著WLAN終端和應(yīng)用的日益普及，WAP的部署日益密集，覆蓋區(qū)域已經(jīng)從熱點(diǎn)分布向大面積的熱區(qū)分布發(fā)展。這種部署方式的改變，也使得AP 的形態(tài)及組網(wǎng)模式發(fā)生了重大改變，由傳統(tǒng)的“胖” AP+有線交換機(jī)的分布式組網(wǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆荨?AP+無線AC集中控制架構(gòu)。“瘦” AP+無線AC的集中控制架構(gòu)對(duì)設(shè)備的功能進(jìn)行了重新劃分，其中無線AC負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的接入控制、轉(zhuǎn)發(fā)和統(tǒng)計(jì)、AP的配置監(jiān)控、漫游管理、AP的網(wǎng)管代理、安全控制； 瘦AP負(fù)責(zé)802. 11報(bào)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(tǒng)計(jì)等簡單功能。同時(shí)加入了許多重要新功能，如AP集中管理、AP間功率自適應(yīng)、無線安全管理、射頻(RF)監(jiān)測及管理、無縫漫游及QoS保證等。集中控制型架構(gòu)包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)和本地轉(zhuǎn)發(fā)二種方式；集中轉(zhuǎn)發(fā)指業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由AC集中轉(zhuǎn)發(fā)，則輕量級(jí)AP與AC之間采用隧道技術(shù)傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和管理控制數(shù)據(jù)；本地轉(zhuǎn)發(fā)指業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由輕量級(jí)AP轉(zhuǎn)發(fā)，只有管理控制數(shù)據(jù)流集中到AC。目前的設(shè)備主要采用集中轉(zhuǎn)發(fā)方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的設(shè)計(jì)出一種基于AC-AP架構(gòu)的瘦AP環(huán)境中無線Mesh網(wǎng)的高效組播通信方法。本發(fā)明在充分利用AC-AP架構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，使Mesh網(wǎng)絡(luò)支持AC-AP以及 AP-AP兩種模式的組播，同時(shí)解決多源組播導(dǎo)致的組播吞吐量劇烈下降問題，達(dá)到提高組播平均吞吐量的目的。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種AC-AP架構(gòu)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信框架，通過引入節(jié)點(diǎn)ID和組播GID機(jī)制， 實(shí)現(xiàn)組播通信框架的普適性；提出一種分布式標(biāo)識(shí)分配算法(DIAA,DistributedID-Assignment Algorithm), 為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)合理分配ID;根據(jù)AC-AP架構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種以AC為中心的集中式協(xié)調(diào)機(jī)制，對(duì)組播模式進(jìn)行歸類，實(shí)現(xiàn)AC-AP組播和AP-AP組播兩種方式，同時(shí)不會(huì)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大的改動(dòng)；提出一種基于最小傳輸時(shí)間生成樹的負(fù)載均衡算法(MT3-LBA)，通過以鄰節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)間為路由判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多源組播吞吐量整體性能的改進(jìn)，使無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)容納更多不同組的組播。具體包括如下內(nèi)容一種基于瘦AP環(huán)境的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信方法，步驟包括(1)新AP加入網(wǎng)絡(luò)，先為每個(gè)AP分配全局唯一的固定的標(biāo)識(shí)ID;(2)由AC為全部組播組分配組播組標(biāo)識(shí)GID，GID從1開始依次累加；一個(gè)組播組有全局唯一固定的GID ；組播源節(jié)點(diǎn)以GID為目的地址發(fā)送組播數(shù)據(jù)，其自身無需加入組播組，因此，一個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以同時(shí)作為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)，也可以同時(shí)位于多個(gè)不同的組播組中；(3)源地址為AC的標(biāo)識(shí)ID的組播為AC-AP模式的組播，源地址為AP的標(biāo)識(shí)ID的組播為AP-AP模式的組播；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)源地址判斷將數(shù)據(jù)直接投遞還是轉(zhuǎn)發(fā)給AC ；如果源地址不是AC的標(biāo)識(shí)ID，則先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至AC，由AC代理完成組播，在該過程中，源節(jié)點(diǎn)至AC之間的傳輸方式使用單播進(jìn)行；當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至AC時(shí)或者數(shù)據(jù)起始于AC時(shí)，AC將數(shù)據(jù)依照組播生成樹路徑進(jìn)行路由傳輸；(4)組播生成樹的構(gòu)建采用基于最小傳輸時(shí)間樹的負(fù)載均衡算法，步驟包括首先，源節(jié)點(diǎn)使用廣度優(yōu)先搜索對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分層；然后，在廣度優(yōu)先遍歷算法BFS中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)廣播Probe探測的鄰節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間 Tn計(jì)算自身到各節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間；接下來，從組播組中層數(shù)最高的節(jié)點(diǎn)開始，選一個(gè)位于上一層的父節(jié)點(diǎn)，使該節(jié)點(diǎn)到選擇的父節(jié)點(diǎn)間的Tn最??；最后，返回上一步，直到一棵以源節(jié)點(diǎn)為根的生成樹建立。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中GID增多時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)中存在越來越多的組播組，此時(shí)負(fù)載重的無線鏈路的Tn會(huì)變大，MT3-LBA繼續(xù)構(gòu)建新的組播生成樹時(shí)，就會(huì)選擇更合適的無線鏈路，從而優(yōu)化了平均組播吞吐量。所述步驟1)中，為每個(gè)AP分配全局唯一的固定的標(biāo)識(shí)ID采用分布式標(biāo)識(shí)分配算法DIAA，該算法的步驟包括首先，待加入網(wǎng)絡(luò)的新節(jié)點(diǎn)AP通過廣播Probe與鄰節(jié)點(diǎn)通信；
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然后，如果鄰居節(jié)點(diǎn)有可供分配的標(biāo)識(shí)ID，則將1/2數(shù)量的標(biāo)識(shí)ID全部分配給該節(jié)點(diǎn)AP，同時(shí)向AP報(bào)告AC的標(biāo)識(shí)ID ；如果有多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)提供標(biāo)識(shí)ID，AP取單跳時(shí)間最少的鄰節(jié)點(diǎn)所提供的標(biāo)識(shí)ID， 并把該標(biāo)識(shí)ID中的第一個(gè)ID作為自己的標(biāo)識(shí)ID，其余保留作分配用；最后，AP向AC報(bào)告自己的ID，待AC確認(rèn)后，AP加入網(wǎng)絡(luò)成功。
組播通信在AC-AP之間或AP-AP之間進(jìn)行，組播通信的步驟包括首先，所有組播目的節(jié)點(diǎn)加入同一個(gè)組播組，該組播組GID由AC進(jìn)行維護(hù)；AC同時(shí)維護(hù)一個(gè)以自己為根的SPT組播樹，連通各組播目的節(jié)點(diǎn)；然后，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(fā)送組播數(shù)據(jù)，則直接由AC直接通源樹型組播樹即SPT組播樹向組播組內(nèi)各目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；PT過如果是AP向某組播組所有AP發(fā)送組播數(shù)據(jù)，則該AP將數(shù)據(jù)發(fā)送到維護(hù)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(nèi)各目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；上述過程中，AP向AC發(fā)送數(shù)據(jù)使用單播。當(dāng)某個(gè)組播組不含任何AP時(shí)，AC回收該組播組GID，方法是通過AC向該組播組成 -個(gè)回收控制信息，所有組播組成員收到回收控制信息后，將自己保存的該GID清
員組播-空。所述基于最小傳輸時(shí)間樹的負(fù)載均衡算法(MT3-LBA，Minimum TransmissionTime
Tree-based Load-Balancing Algorithm),如下表所不
權(quán)利要求
1.一種基于瘦AP環(huán)境的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信方法，其特征在于步驟包括(1)新AP加入網(wǎng)絡(luò)，先為每個(gè)AP分配全局唯一的固定的標(biāo)識(shí)ID；(2)由AC為全部組播組分配組播組標(biāo)識(shí)GID，GID從1開始依次累加；一個(gè)組播組有全局唯一固定的GID ；組播源節(jié)點(diǎn)以GID為目的地址發(fā)送組播數(shù)據(jù)，其自身無需加入組播組，因此，一個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以同時(shí)作為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)，也可以同時(shí)位于多個(gè)不同的組播組中；(3)源地址為AC的標(biāo)識(shí)ID的組播為AC-AP模式的組播，源地址為AP的標(biāo)識(shí)ID的組播為AP-AP模式的組播；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)源地址判斷將數(shù)據(jù)直接投遞還是轉(zhuǎn)發(fā)給AC ；如果源地址不是AC的標(biāo)識(shí)ID，則先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至AC，由AC代理完成組播，在該過程中，源節(jié)點(diǎn)至AC之間的傳輸方式使用單播進(jìn)行；當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至AC時(shí)或者數(shù)據(jù)起始于AC時(shí)，AC將數(shù)據(jù)依照組播生成樹路徑進(jìn)行路由傳輸；(4)組播生成樹的構(gòu)建采用基于最小傳輸時(shí)間樹的負(fù)載均衡算法，步驟包括 首先，源節(jié)點(diǎn)使用廣度優(yōu)先搜索對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分層；然后，在廣度優(yōu)先遍歷算法BFS中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)廣播探測的鄰節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間Tn計(jì)算自身到各節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間；接下來，從組播組中層數(shù)最高的節(jié)點(diǎn)開始，選一個(gè)位于上一層的父節(jié)點(diǎn)，使該節(jié)點(diǎn)到選擇的父節(jié)點(diǎn)間的Tn最??；最后，返回上一步，直到一棵以源節(jié)點(diǎn)為根的生成樹建立。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瘦AP環(huán)境的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信方法，其特征在于 所述步驟1)中，為每個(gè)AP分配全局唯一的固定的標(biāo)識(shí)ID采用分布式標(biāo)識(shí)分配算法DIAA， 該算法的步驟包括首先，待加入網(wǎng)絡(luò)的新節(jié)點(diǎn)AP通過廣播與鄰節(jié)點(diǎn)通信； 然后，如果鄰居節(jié)點(diǎn)有可供分配的標(biāo)識(shí)ID，則將1/2數(shù)量的標(biāo)識(shí)ID全部分配給該節(jié)點(diǎn) AP，同時(shí)向AP報(bào)告AC的標(biāo)識(shí)ID ；如果有多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)提供標(biāo)識(shí)ID，AP取單跳時(shí)間最少的鄰節(jié)點(diǎn)所提供的標(biāo)識(shí)ID，并把該標(biāo)識(shí)ID中的第一個(gè)ID作為自己的標(biāo)識(shí)ID，其余保留作分配用； 最后，AP向AC報(bào)告自己的ID，待AC確認(rèn)后，AP加入網(wǎng)絡(luò)成功。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瘦AP環(huán)境的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信方法，其特征在于 組播通信在AC-AP之間或AP-AP之間進(jìn)行，組播通信的步驟包括首先，所有組播目的節(jié)點(diǎn)加入同一個(gè)組播組，該組播組GID由AC進(jìn)行維護(hù)；AC同時(shí)維護(hù)一個(gè)以自己為根的SPT組播樹，連通各組播目的節(jié)點(diǎn)； 然后，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(fā)送組播數(shù)據(jù)，則直接由AC直接通源樹型組播樹即SPT組播樹向組播組內(nèi)各目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；PT過如果是AP向某組播組所有AP發(fā)送組播數(shù)據(jù)，則該AP將數(shù)據(jù)發(fā)送到維護(hù)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(nèi)各目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)； 上述過程中，AP向AC發(fā)送數(shù)據(jù)使用單播。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于瘦AP環(huán)境的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)組播通信方法，其特征在于當(dāng)某個(gè)組播組不含任何AP時(shí)，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(gè)回收控制信息，所有組播組成員收到回收控制信息后，將自己保存的該GID清空。
全文摘要
一種AC-AP架構(gòu)無線Mesh網(wǎng)組播通信方法，在AC-AP架構(gòu)無線Mesh網(wǎng)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，使通信雙方由單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)通信擴(kuò)展到多源單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)同時(shí)通信，有效改善網(wǎng)絡(luò)通信的性能，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?。本方法包括每個(gè)加入網(wǎng)絡(luò)的AP按照分布式標(biāo)識(shí)分配算法預(yù)先分配一個(gè)全局唯一的固定ID；組播組由AC進(jìn)行維護(hù)，組播基于GID進(jìn)行尋址，而非依據(jù)傳統(tǒng)的組播IP地址；AC-AP以及AP-AP之間的組播均通過AC協(xié)調(diào)完成；為提高組播吞吐量，組播生成樹的構(gòu)建基于最小傳輸時(shí)間樹。本發(fā)明簡單方便、支持AC-AP及AP-AP兩種模式的組播，無需大規(guī)模改動(dòng)原有網(wǎng)絡(luò)、易于部署實(shí)現(xiàn)，并且能夠有效提高無線Mesh系統(tǒng)的平均組播傳輸率。
文檔編號(hào)H04W28/08GK102158812SQ20111013810
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者吳文甲, 楊明, 王維, 羅軍舟 申請(qǐng)人:東南大學(xué)