CN102246586A - 无线网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在无线回传环境中进行通信的系统，所述系统具有部分地与因特网连接的无线网状网络，所述系统包括通信拓扑结构。所述通信拓扑结构包括通信单元，每个通信单元具有使用802.16j无线技术彼此进行通信的中继站和移动节点，其中所述单元被布置在通信拓扑结构的网格结构层中。

Description

无线网络系统
技术领域
本发明涉及一种用于在无线回传环境中进行通信的系统，所述系统具有部分地与因特网连接的无线网状网络。
背景技术
无线网状网络中的因特网连接在覆盖有限的通信范围方面是令人满意的。因特网涉及无线网状网络的寻址方案。
当无线网状网络没有与因特网连接时，寻址方案可以是平面寻址，从而所有的节点不必具有相同的逻辑因特网协议(IP)子网。当无线网状网络与因特网连接时，如果要避免使用网络地址转换(NAT)，则要求节点具有拓扑正确且全球可路由的IP地址。
为了在混合式无线网状网络中提供组播路由，地址管理显得更加重要。这是因为，在固定的IP网络中使用的标准组播路由协议，有赖于IP地址是拓扑正确的假设。例如，组播接入路由器通常在每个到来的数据包上执行称为逆向路径转发检验的进程。
该进程将到达接口的任何数据包丢弃，路由器不会使用所述接口以到达数据包的源。由此，地址自动配置是对于全集成且无缝的组播互通的重要因素，所述组播互通用于与因特网连接的无线网状网络。
用于传统因特网连接中的地址自动配置的经典机制，由于无线网状网络的多跳特性而不能用于无线网状网络。用于地址自动配置的机制应当允许无线网状节点发现通向网关的路由。因此，地址自动配置系统和网关发现系统必须与无线网状网络中使用的路由协议互操作。
本发明的目的是，提供用于在无线网状网络中进行通信的系统和方法，以增加网络吞吐量和通信的宽覆盖，从而缓解上述局限。
发明内容
本发明提供一种用于在无线回传环境中进行通信的系统，所述系统具有部分地与因特网连接的无线网状网络，所述系统包括通信拓扑结构。所述通信拓扑结构包括通信单元，每个通信单元具有使用802.16j无线技术彼此进行通信的中继站和移动节点，其中所述单元被布置在通信拓扑结构的网格结构层中。
用于在无线回传环境中进行通信的、具有部分地与因特网连接的无线网状网络的系统使用WiMAX(微波存取全球互通)网关(GW)/基站(BS)、中继站(RS)、以及网状节点和IP节点的组合。
用于在无线回传环境中进行通信的、具有部分地与因特网连接的无线网状网络的系统使用地址自动配置系统和网关发现系统，并且必须与无线网状网络中使用的组播路由协议互操作。
本发明的单元是为系统设置的具有统一的平方千米的WiMAX无线邻近区域。所述单元被布置为形成用于无线通信的网络的网格结构层。单元包括中继站，所述中继站支持该单元中的无线网状节点并且交换其他单元之间的路由信息。这样可以增加网络吞吐量和网络的每个网格结构层的节点数。
附图说明
参照附图，本发明将通过示例进行描述，其中：
图1是示出了集成式组播方案的示意图；
图2是示出了通信系统的示意图，该系统具有图1的集成式组播方案；
图3是示出了网状域中的源的示意图；
图4是示出了网状域中的接收器的示意图；以及
图5是用于图2的通信系统的流程图。
具体实施方式
优选地，本发明提供一种用于在无线回传环境中进行通信的系统，以具有通信拓扑结构，所述系统具有部分地与因特网连接的无线网状网络，所述通信拓扑结构具有位于每个角的带有多跳(multi-hop)性能的WiMAX网关/基站。所述拓扑结构具有多个通信单元，每个通信单元具有使用WiMAX无线技术彼此进行通信的中继站和移动节点，其中所述通信单元被布置为在网格结构层中彼此连接。
用于在无线回传环境中进行通信的、具有部分地与因特网连接的无线网状网络的系统包括对于地址自动配置系统和网关发现系统的使用，并且必须与无线网状网络中使用的组播路由协议互操作。
本发明的单元定义了为系统设置的具有统一的平方千米的WiMAX无线邻近区域。所述单元被布置为形成用于无线通信的网络的网格结构层。单元包括中继站，所述中继站支持该单元中的无线网状节点并且交换其他单元之间的路由信息。这样可以增加网络吞吐量和网络的每个网格结构层的节点数。
优选地，用于在无线网状网络(与因特网连接)中进行通信的系统和方法使用802.16e和802.16j无线技术。拓扑结构可以使用具有与802.16e无线技术相同性能的任意的未来无线技术，以及带有802.16j无线技术的多跳性能的任意的未来无线技术。
为系统设置N×M平方千米的网格结构层或拓扑结构，其中N和M可以是任意整数并且N可以与M相等。带有多跳性能的WiMAX基站具有WiMAX无线电频段，位于作为网络主干的拓扑结构的每个角。
基站(BS)通过网关(GW)与因特网连接。设置包括一组N×M单元的社区网络，每个单元占据统一的平方千米的面积，其中N和M是整数并且可以相等。
每个单元包括一个位于单元中心的中继站(RS)，所述中继站具有802.16j技术和WiMAX无线电频段。相邻的单元是网状连接的。中继站将在同一单元内的移动基站(MS)和网关(GW)/基站(BS)(即因特网)之间转发信号，并且与其他单元交换信息和控制信号。假定单元中的内部业务量为70％，而单元和因特网之间的外部业务量为30％。图1在一定程度上示出了集成式组播方案，其中地址自动配置是集成的关键因素。
图2示出了通信系统的架构。如图2所示，网格结构层包括16个单元(4×4)。本发明的系统是带有前缀连续性(prefix continuity)的混合式无线网状网络的类型。
因此，该系统将会一方面从因特网服务提供(例如超文本传输协议(HTTP)、IPTV、因特网语音协议(VoIP))中受益，而另一方面从组播服务提供(例如视频流、短消息服务(SMS)、视频会议等)中受益。
图3示出了方案中节点的交互，此时，源处于网状域中，而接收器处于因特网邻近区域中。网关是支持组播的标准路由器，运行与协议无关的组播稀疏模式(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)(PIM-SM)。无线网状节点是无线路由器，而IP节点是标准因特网主机。IP节点中的一个位于有线网络中，而另一个与无线网状网络连接。
与网关的互操作由无线网状节点执行，所述无线网状节点具有与接入路由器(即组播因特网网关)直接的连接。
组播监听者发现查询(Multicast Listener Discovery(MLD)Query)消息或因特网组管理协议查询(Internet Group Management Protocol(IGMP)Query)消息的接收可以由这些节点使用，以探明它们必须起到组播因特网网关的作用。如果是这样，它们必须向接入路由器发送IGMP报告或MLD报告，以告知哪些组播组具有网状网络中相关的接收器。组播因特网网关了解该信息，这是因为网状网络中的接收器将向它们选择的无线网状节点发送IGMP报告或MLD报告，基于前缀连续性，无线网状节点进而产生通向网关的组播路径(遵循其通向网关的最佳路径)。当然，这些路径由先前解释的周期性网关通告(periodic gatewayadvertisement)提前产生，并且所有的无线网状节点了解它们在前缀连续性树中的双亲。
组播因特网网关还负责通过无线网状网络中的主动发送器将所有的组播组连接，并且转发通向网关的所有的组播业务量，从而其可以发现源，并且执行IP组播路由的特定功能。
图4示出了方案中协议的交互，此时，接收器处于网状域中，而源处于因特网邻近区域中。相似的组播消息和成员消息用于因特网节点和网状节点与网关的交互。
如图5所示，网状节点通过其接口ID、MAC地址或端口号(这些都是局部ID)而被识别。为使网状节点具有全局地址，本发明提出，使用因特网协议的自动配置和邻居发现而获取网络前缀，并将网络前缀添加到网状接口ID以形成全局性的IPv6地址。图5示出了从局部标识/接口ID/MAC地址/及其他(除了使用的公式以外)而获取全局地址的进程和所有参考说明。
无线网状节点使用组播监听者发现协议(MLD)消息(对于IPv6)或因特网组管理协议(IGMP)消息(对于IPv4)与IP节点和组播路由器进行交互。基于获取的成员信息，无线网状节点使用组播路由消息。
网关与最近的单元的中继站离开一跳(one hop)的距离。支持因特网与无线网状网络的连接的主要要求包括为移动节点分配的地址，所述地址需要拓扑正确，而使用前缀连续性进一步包括使用最长离开时间(Time-To-Leave)的组成员消息。
无线网状网络必须确保组播路由器加入组播组，用于网关和网状网络中的源之间有效的组播路径，如图3所示。多个子网和无线网状网络之间使用不同前缀的通信，经由有线网络中使用的网关和组播路由协议而执行。

Claims (13)

1.一种用于在无线回传环境中进行通信的系统，所述系统具有部分地与因特网连接的无线网状网络，所述系统包括：
通信拓扑结构，所述通信拓扑结构具有位于每个角的带有多跳性能的WiMAX网关/基站；以及
通信单元，每个通信单元具有使用WiMAX无线技术彼此进行通信的中继站和移动节点，其中所述通信单元被布置为在网格结构层中彼此连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述网格结构层包括N×M平方千米的通信拓扑结构，其中N和M是整数并且能够相等。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述基站位于作为网络主干的拓扑结构的每个角，所述基站具有WiMAX无线电频段。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述拓扑结构使用802.16e无线技术或者具有相同性能的任意的未来无线技术，以及802.16j无线技术或者带有多跳性能的任意的未来无线技术。
5.根据权利要求1所述的系统，其中每个通信单元占据统一的平方千米的面积，所述每个通信单元具有一个位于单元中心的中继站，所述中继站具有802.16j无线技术。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述基站通过网关与因特网连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信是带有前缀连续性的混合式无线网状网络。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信拓扑结构使用地址自动配置系统和网关发现系统，并且必须与组播路由协议互操作，用于为所述通信拓扑结构的网格结构层中的无线节点拓扑分配地址；并且通过相同的网关为所有无线路由系统使用前缀连续性。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述地址自动配置系统依靠网关所通告的网络前缀而工作。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述地址自动配置系统包括无线网状节点，所述无线网状节点从接口标识符和网关所通告的网络前缀产生IPv6地址。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述网关发现系统向所有无线节点发送通告。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述无线网状节点使用组播监听者发现(MLD)消息或因特网组管理协议(IGMP)消息而与IP节点和组播路由器进行交互。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述无线网状节点基于成员消息而使用组播路由消息。
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