一种无线mesh网络广域组网方法
阅读说明：本技术 一种无线mesh网络广域组网方法 (Wireless mesh network wide area networking method ) 是由 严纬华 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种无线mesh网络广域组网方法,该方法在无线mesh网络中选择一个终端节点作为跨网路由节点,跨网路由节点连接专用交换机,专用交换机连接无线上网卡模块,通过无线上网卡模块连接广域网络,获得无线上网时无线上网卡模块在广域网中的IP地址；所述无线mesh网络中各本地节点拥有域内路由表及所有链接,各节点采用动态路由,且路由链接状态向域内所有其它节点广播；当两个无线mesh网络进行交互时,根据无线上网卡模块的IP地址建立广域网连接关系,实现数据转发。本发明采用这种组网方式,用以实现二个任意点的不同区域的mesh设备间的数据的互联互通,可以大大拓展mesh的应用。(The invention provides a wireless mesh network wide area networking method, which selects a terminal node in a wireless mesh network as a cross-network routing node, wherein the cross-network routing node is connected with a special switch, the special switch is connected with a wireless internet card module, the wide area network is connected through the wireless internet card module, and an IP address of the wireless internet card module in the wide area network is obtained when the wireless internet is accessed; each local node in the wireless mesh network has a routing table and all links in the domain, each node adopts dynamic routing, and the routing link state is broadcasted to all other nodes in the domain; when the two wireless mesh networks are interacted, a wide area network connection relation is established according to the IP address of the wireless network card module, and data forwarding is realized. The invention adopts the networking mode to realize the interconnection and intercommunication of data between mesh devices in different areas of two arbitrary points, and can greatly expand the application of mesh.)
技术领域
本发明涉及无线mesh网络领域，尤其是一种无线mesh网络广域组网方法。
背景技术
无线mesh网络，即无线网状网络(wireless mesh network)，也称为“多跳网络”，如Mesh网络，ZigBee，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，核心是移动跳接式路由技术，是基于IP协议的通信技术，能在无线设备之间实现数据传输。是一种无线局域网通信技术。广域组网，即通过广域网络，譬如有线INTERNET网络，或无线3G/4G网络，或二种兼而有之，实现网络间的设备间互联互通。
对于mesh跨网通信，譬如二个mesh网络，相隔有一定距离，需要通过其他的通信网络，譬如有线网络、或无线3G/4G网络，实现这二个mesh终端设备间的通信。通常需要借助路由器(router)，设置诸如地址穿透策略，才能实现二个mesh终端设备间数据通信。这种方式，需要的设备繁杂，布设难度较大，且地址穿透策略较为复杂，成本较高。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种无线mesh网络广域组网方法。
技术方案：本发明提出的技术方案为：
一种无线mesh网络广域组网方法，包括步骤：
(1)在无线mesh网络中选择一个终端节点作为跨网路由节点，跨网路由节点连接专用交换机，专用交换机连接无线上网卡模块，通过无线上网卡模块连接广域网络，获得无线上网时无线上网卡模块在广域网中的IP地址；
(2)所述无线mesh网络中各本地节点拥有域内路由表及所有链接，各节点采用动态路由，且路由链接状态向域内所有其它节点广播；任意两个无线mesh网络A和B的通信步骤为：
当无线mesh网络A中的终端节点接收到目的地地址属于无线mesh网络B的数据时，根据域内路由表选择相应链路将数据转发至本地网络的跨网路由节点；无线mesh网络A的跨网路由节点将数据转发所连接的专用交换机，专用交换机通过无线上网卡模块从广域网中获得IP地址，并将IP地址作为源地址，将无线mesh网络B的无线上网卡模块的IP地址作为目的地址，将数据点对点转发给无线mesh网络B中的无线上网卡模块；
无线mesh网络B的专用交换机根据数据包的实际目的地址，从无线mesh网络B的域内路由表中选择相应链路进行转发。
进一步的，所述链接开销的计算公式为：
L＝kt×T+kcC
式中，L表示链接开销，kt为延时权重系数，kc为流量权重系数；T为延时函数，T＝T1/Tave，T1为当前延时，Tave为T1前时间段K内的平均延时；C为流量函数，C＝(C1+Cave)/2/Cc，C1为当前时刻的流量，Cave为T1前时间段K内的平均流量，Cc为网络标称带宽，为一个常数。
进一步的，所述无线上网卡模块包括应用处理器和无线模块，其中应用处理器采用单片嵌入式路由器，单片嵌入式路由器上集成多个10/100BASE-TX端口、LAN/WAN交换机端口、USB接口；无线模块与单片嵌入式路由器的USB接口连接，用于实现无线PPP拨号，无线模块支持2G、3G、4G无线网络。
进一步的，所述专用交换机***电路由FLASH和DDR组成，专用交换机具有多个10/100BASE-TX端口，各10/100BASE-TX端口分为外网端口和内网端口，其中内网端口连接用户设备，外网端口连接跨网路由节点和无线上网卡模块。
进一步的，所述专用交换机型号为marvell的Link Street系列88E6065/60XX型号的高性能交换机，或RealTek的RTL8309SOC交换控制器。
进一步的，所述专用交换机支持至少三个VLAN协议，支持基于物理端口的VLAN设置策略，支持基于IP的VLAN设置策略，支持基于IP子网的VLAN设置策略，支持基于IP组播的VLAN设置。
进一步的，所述专用交换机用于统计所在mesh子网所有终端的在线连接状态、合法终端信息、在线连接信息；以及统计终端的即时路由路径、即时业务载荷、即时业务能力，并根据统计结果进行路由优化；将优化后的路由信息下发给各终端的路由状态表。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明将应用处理器和无线模块集成为一块主机单板，实现高性能、高可靠、小型化一体机设计；
采用一个交换机和一个无线上网卡模块实现无线mesh网络接入广域网，进而实现多个无线mesh网络的跨网通信，这种组网方式，用以实现二个任意点的不同区域的mesh设备间的数据的互联互通，可以大大拓展mesh的应用。
附图说明
图1为本发明的网络拓扑图；
图2为无线上网卡组成框图；
图3为专用交换机的架构图；
图4为组网实施例中的网内传输流程图；
图5为组网实施例中的网间传输流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
对于同一个3G(或4G)无线网络内，二个无线终端设备之间的通信，因其IP地址为唯一性，故通过IP地址寻址，即可实现这二个终端设备间数据(IP数据包)通信。
同样，对于同一个mesh网络内，二个mesh终端设备之间的通信，因IP地址(或类IP地址)为唯一性，故通过寻址，即可实现这二个终端设备间数据(IP数据包)通信。
基于上述原理，本发明提出一种无线mesh网络广域组网方法，包括步骤：
(1)在无线mesh网络中选择一个终端节点作为跨网路由节点，跨网路由节点连接专用交换机，专用交换机连接无线上网卡模块，通过无线上网卡模块连接广域网络，获得无线上网时无线上网卡模块在广域网中的IP地址；
(2)所述无线mesh网络中各本地节点拥有域内路由表及所有链接，各节点采用动态路由，且路由链接状态向域内所有其它节点广播；任意两个无线mesh网络A和B的通信步骤为：
当无线mesh网络A中的终端节点接收到目的地地址属于无线mesh网络B的数据时，根据域内路由表选择相应链路将数据转发至本地网络的跨网路由节点；无线mesh网络A的跨网路由节点将数据转发所连接的专用交换机，专用交换机通过无线上网卡模块从广域网中获得IP地址，并将IP地址作为源地址，将无线mesh网络B的无线上网卡模块的IP地址作为目的地址，将数据点对点转发给无线mesh网络B中的无线上网卡模块；
无线mesh网络B的专用交换机根据数据包的实际目的地址，从无线mesh网络B的域内路由表中选择相应链路进行转发。
在进行数据转发时，各路由节点根据域内路由表及其他节点的路由链接状态信息计算链接开销，选择链接开销最小的路径进行数据转发。所述链接开销的计算公式为：
L＝kt×T+kcC
式中，L表示链接开销，kt为延时权重系数，kc为流量权重系数；T为延时函数，T＝T1/Tave，T1为当前延时，Tave为T1前时间段K内的平均延时；C为流量函数，C＝(C1+Cave)/2/Cc，C1为当前时刻的流量，Cave为T1前时间段K内的平均流量，Cc为网络标称带宽，为一个常数。
上述方案中的组网架构如图1所示。
图1中包括无线上网卡模块和专用交换机，其中，无线上网卡模块的架构如图2所示，该无线上网卡主要包含两个部分，AP(应用处理器)及无线模块，其中AP设计采用单片嵌入式路由器(如MT7620)技术方案设计，集成多个10/100BASE-TX端口，集成LAN/WAN交换机，支持USB用户口，并通过USB口，实现无线PPP拨号；而无线模块采用支持2G、3G、4G的无线网络，支持SIM/USIM卡，并提供USB接口的无线模块(如SIM7100CE、SIM7600CE)方案设计。
专用交换机的架构如图3所示，该交换机采用专用高速处理器技术方案，***由FLASH,DDR组成，提供至少三个10/100BASE-TX端口，集成LAN/WAN交换机；其中二个外网端口，如P1、P2，即连接无线链路侧的，可分别连接mesh终端和无线上网卡；还有至少一个内网端口，如P3、P4为二个内网端口，即连接用户侧的，可分别连接本地所需用户数字终端设备，如PC、视频采集卡等；高性能交换机可选型号如，marvell系的Link Street系列的88E6065/60XX高性能交换机，或RealTek的RTL8309SOC交换控制器。
专用高性能交换机需支持三层协议，需支持VLAN不少于三个；支持基于物理端口的VLAN设置策略；支持基于IP的VLAN设置策略，支持基于IP子网的VLAN设置策略；支持基于IP组播的VLAN设置；
a)如VLAN1:P1、[email protected] address-based或Port-based；
b)如VLAN2:P3/P4、[email protected] address-based或Port-based；
c)如VLAN3:P3/P4、[email protected] address-based或Port-based；
专用高性能交换机要实现的主要功能包括：各mesh子网所有用户在线连接状态统计，合法用户统计，在线连接统计；用户即时路由路径统计，并进行路由优化；用户即时业务载荷统计，并进行路由优化；用户即时业务能力统计，并进行路由优化；并下发给各用户路由状态表。
下面结合图1所示的组网实施例，详细说明网内数据传输流程和网间数据传输流程，分别如图4和图5所示。
网内传输流程为：当一个终端节点接收到数据包时，分析书数据目的地址，当判断不属于本地时，则依据本网路由表转发给下一个终端；若判断出属于本地，则将数据转发给本地网口。
网间传输流程为：
假设两个mesh网络分别为网络A和网络B；
当网络A中的终端节点接收到数据包时，分析出不属于本地，也不属于网络A，则默认发给A的路由器节点，路由器节点根据动态路由表将数据发送给下一终端；下一终端再次执行分析转发的步骤，直至数据包到达A的跨网路由节点a；跨网路由节点a将数据包转发给专用交换器；专用交换器通过上网卡的嵌入式路由器分析数据包，分析出数据包不属于本地也不属于网络A，而属于网络B，则将数据进行重新封装，封装时将通过无线上网得到的IP地址作为源地址，将网络B的上网卡IP地址作为目的地址，最后通过上网卡的无线模块将数据点对点传输给网络B的无线上网卡模块。
网络B的无线上网卡模块接收数据包，其嵌入式路由器分析数据包中的源地址数据，则将数据转发给网络B的跨网路由节点b；跨网路由节点b将数据发送给相应终端节点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。