有线网状网络和用于在有线网状网络上路由分组的方法

发明领域

本发明涉及路由分组的领域，并且尤其涉及在有线网状网络上路由分组的 领域。

发明背景

网状网络在各节点之间路由数据、语音和指令，并允许通过从一个节点“跳 变”到另一节点来围绕被阻挡的路径进行持续连接和重新配置，直到建立了成 功的连接。即使某节点崩溃了或者连接是坏的，该网状网络仍操作，而不管该 网络是无线的、有线的还是软件交互的。

网状网络被实现在局域网或中枢上。它通常是分散式的并以自组织方式操 作，其中这些节点用作中继器并且一个接一个节点地传送数据，并且其中各近 邻在一个节点被丢弃时寻找另一路由。

自组织网状网络(例如移动自组织网络(MANET))通常在无线应用中 被使用，因为它们已知是动态自组织、自配置、自愈、可高度缩放的、具有低 部署成本、由于动态路由重计算而是稳健的、并且可容易维护。

然而，自组织无线网络的缺点在于由于频繁的拓扑改变或对共享无线信道 的连接，路由故障会有规律地发生。这可导致被缓冲在沿着该路由的中间节点 处的分组被丢失。

另一缺点是维持自组织无线网络和保持其运行所需的较高的带宽。这导致 较少的带宽可用于数据通信，这对小带宽连接而言可能是个问题。

又一缺点在于长距离的无线通信是昂贵且容易发生错误的。改变环境条件 或恶意意图可容易使通信中断。

因此，在其中可靠数据递送很关键并且应当在所有情况下都被绝对保证的 应用中，有线网络是最优的。

考虑现有技术的状态的缺点，本发明的目的是提供一种有线网状网络，该 有线网状网络提供了自组织无线网状网络的优点。

本发明通过以下来解决以上目的：提供有线网状网络以及用于在有线网状 网络中路由分组的方法，其中各相邻节点通过设置从被配置节点到相邻节点的 点对点连接来检测，其中随后Ipv4地址被分配给检测到的每一节点，并且其中 分组经由链路状态路由协议在这些节点之间被路由。

发明内容

本发明涉及一种用于在有线网状网络中路由分组的方法，该方法包括：

a.通过设置从经配置节点到相邻节点的点对点连接来在有线网状网络中 检测相邻节点，

b.向检测到的每一节点分配IPv4地址，以及

c.经由链路状态路由协议在这些节点之间路由分组。

此外，本发明涉及有线网状网络，包括：

a.多个节点，

b.用于检测相邻节点的近邻检测单元，该近邻检测单元适于设置从被配置 节点到相邻节点的点对点连接，

c.向检测到的每一节点分配IPv4地址的网络管理系统，以及

d.用于使用链路状态路由协议在这些节点之间路由分组的路由单元。

发明详述

在根据本发明的第一实施例中，提供了一种用于在有线网状网络中路由分 组的方法，该方法包括：

a.通过设置从被配置节点到相邻节点的点对点连接来检测有线网状网络 中的相邻节点，

b.向检测到的每一节点分配IPv4地址，以及

c.经由链路状态路由协议在这些节点之间路由分组。

通过在被配置节点和相邻节点之间设置点对点连接，被配置节点调查该相 邻节点是否作出了响应。如果它作出了响应，则Ipv4地址被分配并且路由可开 始使用链路状态路由协议。

使用有线网状网络、经由点对点连接的近邻检测以及经由链路状态路由协 议在IPv4上进行路由的组合导致多个优点：一般优点在于该方法允许高等级的 自组织、自配置和自愈，同时避免对共享链路的连接或电磁干扰。这可导致减 少数量的路由失败和增加的网络稳健性。

其附加优点在于需要更少的网络管理员干预，并在于可使这样的网络管理 员或多或少保持免遭底层技术复杂性的影响。这减少了训练需求和错误风险。

另一附加优点在于平均修复时间(MTTR)和平均故障间隔时间(MTBF) 可被改善。

另一优点在于由于使用了链路状态路由协议，每一节点处理关于整个网络 拓扑的信息，并包含所有配置数据，从而使得应用这样的方法的有线网状网络 一旦被配置就保持可操作，而无需存在网络管理系统(NMS)。

另一优点在于由于近邻检测或拓扑检测渐进地(即，一个接一个节点地) 发生，可缩放性得到了改善，从而使得该方法适于具有高节点数的有线网格网 络。

在根据本发明的一实施例中，检测相邻节点包括向各相邻节点发送链路本 地范围多播分组，并检测来自具有链路本地范围地址的各节点的响应。使用多 播分组，该消息被发送至所有相邻节点的接口，例如每60秒向每一相邻节点 发送查验(ping)。优选地，要检测的节点具有默认的链路本地范围IPv6地址 或所生成的链路本地范围IPv4地址。

替换地，提供了一种用于在网状有线网络中路由分组的方法，其中每一节 点包括数据通信网络(DCN)配置应用，并且其中检测相邻节点包括使用每一 节点的链路本地范围地址来设置与相邻节点的DCN配置应用的连接。DCN配 置应用向所有相邻接口发送查验消息并等待响应。在接收到来自相邻节点的响 应后，DCN配置应用检查它是否是有效近邻。

在检测到近邻节点后，NMS可向检测到的节点分配IPv4地址，并可发生 通过链路状态路由协议的路由。

在优选实施例中，在设置了点对点连接并发起在链路本地IPv6链路上的 通信后，DCN配置应用可以在各链路本地范围IPv6地址上设置到近邻的DCN 配置应用的连接，以确认后者是否是有效近邻。如果是有效近邻，则该NMS 可向检测到的节点分配IPv4地址，并可发生通过链路状态路由协议的路由。

此外，在根据本发明的另一实施例中，提供包括以下的有线网状网络：

a.多个节点，

b.用于检测相邻节点的近邻检测单元，该近邻检测单元适于设置从被配置 节点到相邻节点的点对点连接，

c.向检测到的每一节点分配IPv4地址的网络管理系统，以及

d.用于使用链路状态路由协议在这些节点之间路由分组的路由单元。

这样的有线网状网络具有与以上所述的方法相关的相同优点。

邻近检测单元的至少部分在每一节点中都存在，使得每一节点在被配置后 都可经由点对点连接开始连接相邻节点。

在本发明的实施例中，每一节点具有链路本地范围地址。优选地，这在组 装网络之前已经被配置。优选地，链路本地范围地址是默认的链路本地范围 IPv6地址。所生成的IPv4链路本地范围地址也可以是可能的。

此外，近邻检测单元可附加地包括DCN配置应用，该DCN配置应用适于 设置与相邻节点的DCN配置应用的连接。

在根据本发明的方法或有线网状网络的实施例中，多个IPv4地址可被分 配给一个节点。在这样的情况下，每一节点可具有其唯一的链路本地范围地址， 优选地为默认的IPv6链路本地范围地址，而这些节点的多个接口各自具有其自 己的IPv4地址。

在根据本发明的方法或有线网状网络中，链路状态路由协议可包括例如开 放式最短路径优先(OSPF)协议、中间系统到中间系统(IS-IS)协议、或先 应式多跳网状协议(诸如例如，优化链路状态路由(OLSR)、较佳的移动自 组织网络方案(B.A.T.M.A.N.)和BABEL)。

先应式多跳网状协议可以是优选的。作为先应式协议，到网络中的所有目 的地的路由在使用之前被已知并被维护。使得可在标准路由表中获得这些路由 对于一些系统和网络应用而言是有用的，因为不存在与找到新路由相关联的路 由发现延迟。

在根据本发明的方法或有线网状网络的特定实施例中，链路状态路由协议 可以是OLSR。其优点在于它减少了控制分组的大小，它最小化了这样的控制 流量的泛化，并且它被设计为以全分布式方式工作，即，不取决于中间点。此 外，它是不需要其他协议来使得该网络在网状网络中是可缩放且冗余的轻型协 议。

每一节点可包括可被任何类型的应用(例如，数据、LAN、语音或视频) 直接连接的多个接口卡。这些接口卡将不同的模拟或数字应用接口转换成数字 格式并将其传递到该节点的公共控制卡。公共控制卡随后将应用数据插入中枢 上的经配置连接。在目的地节点处，从中枢获取数据并将其转换回合适的数字 和模拟格式。

有线网状网络可使用任何种类的可应用有线基础结构(优选为光纤基础结 构)来组装。

根据本发明的用于路由分组的方法或有线网状网络可能非常适用于具有 混合的模拟和数字应用的私有通信中枢，如在例如地铁、轻轨、铁路石油和天 然气、采矿、ITS(智能公路、隧道和桥梁)、港口、机场、公共事业公司、 公共安全和工业园区中使用。

以下给出了本发明的实施例的更详细描述：

在安装根据本发明的有线网状网络时，或在扩大该有线网状网络时，NMS 必须能够检测并识别新的(未经配置的)节点，并使网络计划中的设置与该节 点相关。

NMS使用例如简单网络管理协议(SNMP)来配置这些节点。新节点不具 有IP地址，因此它们不可从NMS访问。因此，配置必须经由近邻节点来完成。

默认地，NMS可以经由每一经配置节点的用于NMS访问的前端口来访问 该网络。通过连接到NMS的节点，有可能出于安全原因而关闭所有其他节点 的用于NMS访问的前端口。通过这种方式，可仅经由一个特定节点来访问该 网络以配置该网络。

一旦配置了网络后，就不再需要NMS。只要近邻的ID保持不变，每一节 点就都保持其配置。

两个节点之间的点对点连接被设置为包括承载一个以太网隧道的单标签 交换路径(LSP)。该点对点隧道被保留用于使用IPv6链路本地IP地址的拓 扑检测和节点配置。

在所有这些节点之间，设置了WAN多协议标签交换-传输分布(MPLS-TP) 连接以用于在标签交换路径(LSP)上路由。在每一个WAN接口上，LSP被 设置为使得能够通过MPLS网络一个接一个端点地对分组进行标签切换。

每一节点必须具有唯一id(该id可被设置在硬件中)，并具有若干目的：

容易标识NMS上的(新)节点。

近邻ID可用于验证与那个近邻节点的广域网(WAN)接口的连接的有效 性，并确保该网络计划实际上匹配该网络拓扑。

定义IP号码和ID之间的关系。

发起近邻检测的正常规程是通过点对点连接来发送范围化链路本地多播 分组(查验6-I eth0 ff02::1)。在近邻节点上的应用作出响应时，该节点实际 上具有链路本地IPv6地址。该IPv6链路本地IP地址仅指代特定物理链路，并 且仅用于特定物理网络分段上的通信。

随后，为了确保检测到的近邻是有效近邻，将在该IPv6地址上设置从经 配置节点上的DCN配置应用到近邻节点上的DCN配置应用的连接。如果该连 接可被设置，则该近邻将被看作有效的近邻节点。

此外，DCN配置应用将连续地轮询各近邻(间隔为60秒)。当各检测到 的近邻中存在改变时，DCN配置应用将向NMS发送SNMP更新，其将发送 SNMP俘获。

如之前所述，当节点第一次启动时，其广域网(WAN)接口不具有IPv4 地址。它仅具有IPv6链路本地范围地址。一旦该节点被接受为有效近邻节点后， DCN配置应用可配置其IPv4设置。例如，经由简单网络管理协议(SNMP)， 所需信息被发送至NMS，据此，NMS可随后向检测到的近邻的WAN接口分 配IPv4地址。

每一节点可具有一个以上的WAN接口，每一WAN接口具有唯一的IPv4 地址，例如具有ID1的节点具有2个WAN接口WAN1:10.0.0.10和 WAN2:10.0.1.20。因此，10.0.0.10和10.0.1.20指代同一节点。通过这种方式， 节点ID1被附加到这两个IPv4地址。这与具有2个(或更多个)IPv4地址相 比要容易管理得多。

为了进行路由，优选链路状态路由协议(OLSR)是优选的：设置相对容 易；与OSFP相比，它是轻型协议；它可容易地缩放；它不需要其他协议来使 得它在有线网状网络中是可缩放且冗余的(如果OSFP将被使用，则VRRP、 RSPT和VLANS也将被需要)；与其他协议相比，它更易于调试并且一般更不 复杂。此外，它用作表格驱动和先应式协议，其有规律地与该网络中的其他节 点交换拓扑信息。

当NMS设置了网络的数据面后，它就知道IPv4地址和节点ID之间的关 系。使用一个默认的IPv4地址与该节点上的各服务(FTP、下载、节点设置) 进行通信(但节点可通过所有其IPv4地址到达)。在到承载该默认IPv4地址 的接口的链路变得不可用时，OLSR将确保该默认IPv4地址可经由该节点的其 他接口之一到达。当该接口本身变得不可用时，该节点不再可经由该默认IPv4 地址到达，但将通过其他接口的IPv4地址之一到达。