一种适合深度并行数据处理的无线Mesh网路由节点装置的制作方法

一种适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置
技术领域
1.本发明属于无线mesh通信网络技术领域，具体涉及一种适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置。


背景技术：

2.适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置能够实现nlos配置，与发射台有直接视距的用户先接收无线信号，然后再将接收到的信号转发给非直接视距的用户，按照这种方式，信号能够自动选择最佳路径不断从一个用户跳转到另一个用户，并最终到达无直接视距的目标用户。
3.现有的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置存在着一定的不足之处有待改善，首先，现有的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置在使用时，不具备频段自动切换，不能在不同信号节点间平滑切换，不能自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段；其次，现有的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置在使用时，相邻节点之间在信道之间进行信道传输时存在干扰，影响节点之间的发送与接收。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，解决现有的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置在使用时，不具备频段自动切换，不能在不同信号节点间平滑切换，以及相邻节点之间在信道之间进行信道传输时存在干扰，影响节点之间的发送与接收的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，包括：网络处理核心模块、spga控制模块、atim分组模块、cpl信道模块、beacon信号模块、mkd安全模块、射频调控模块和同频通道模块；
6.网络处理核心模块用于对节点之间的频段信息进行处理；网络处理核心模块包括无线网卡模块和sram闪存模块，无线网卡模块用于客户端与蜂窝网络进行连接，sram闪存模块用于对频段信息进行存储；
7.spga控制模块用于控制频段信息的输出与输入；
8.atim分组模块用于多信道无线mesh网络中多个信道的使用和管理，及控制cpl信道模块和beacon信号模块使节点之间良好连通；
9.mkd安全模块用于节点间的双向认证，及各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护；
10.射频调控模块用于自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段；
11.同频通道模块用于排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。
12.进一步地，射频调控模块包括网络监测单元、射频匹配单元和射频反冲单元，通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过
射频反冲单元与终端进行连接。
13.进一步地，同频通道模块包括信号穿透单元、信号标记单元和通道建立单元。
14.进一步地，同频通道模块具体处理步骤如下：
15.步骤一：信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透；
16.步骤二：利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复；
17.步骤三：在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。
18.进一步地，atim分组模块进行对信道频段进行分组的命令后，在接收端通信范围内，被较少结点使用的信道将被优先选取；
19.假设结点b选择了信道1，然后，结点b向结点a回复atim分组模块，分组中包含选择的信道，结点a向结点b发送atim确认这次协商，根据atim和atimres分组，结点a和结点b的邻居也就知道了结点a和结点b将使用信道1通信，并更新自己的cpl信道，便于将来根据这些信息为自己选择信道，当atim窗口结束，各结点切换到选择的信道上，在信标间隔余下的时间内进行通信；
20.atim分组模块将信道分为以下三种状态：高优先级表示在当前信标间隔，此信道已经被该结点选用，每个信标间隔内，一个结点最多只能有一个信道处于高优先级状态；中优先级表示此信道还没有被传输范围内的结点选用，低优先级表示此信道至少已经被一个邻居结点所选用，每个信标间隔的开始，pcl中的信道被复位到中优先级状态，如果发送结点和接收结点协商好某个信道，那么，这两个结点就将该信道置为高优先级状态；
21.如果一个结点侦听到atim分组，并且该分组中指定的信道处于中等优先级，就将该信道置为低优先级，与其关联的计数器设置为1，如果分组中指定的信道处于高优先级，则不改变状态；如果分组中指定的信道已经处于低优先级，则与其关联的计数器增加1，这种多信道协商方法的目的是要选择业务负载小的信道，尽可能地平衡信道负载，减小竞争和退避所浪费的带宽。
22.进一步地，mkd安全模块用于对mesh节点间双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护，密钥体系是其核心，mkd安全模块包括密钥生成单元、密钥分发单元和ma认证单元；通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证；
23.一个mp只有通过身份认证后建立起一套密钥体系才被允许在网络中发起通信，msa架构将参与安全交互的mp节点分成3种角色：mkd、ma和candidate mp，candidate mp是指希望加入mesh网络的节点，ma是具备为candidate节点提供认证服务资格的节点，建立并维护一条通往mkd的安全链路以保证经其转发的candidate mp证信息的安全，mkd与外部认证服务器as间存在一条安全物理链路，负责主密钥的生成和分发以及确认ma的资格。
24.进一步地，初始msa认证用于安全地建立mp对之间的链路，每个candidate mp至少经过一次成功的初始msa认证才可以在网络中传输数据；
25.一个完整的msa认证过程可分为以下3个阶段:plm协议交互阶段、eap认证阶段和msa4次握手阶段，plm用于协商后续阶段所需的各种安全参数，并定义了密钥选择流程和角色选择流程，允许mp通信对进行存储密钥的协商和eap认证阶段各自角色的选择，在eap认
证阶段使用eap框架实现客户身份认证，最终将mkd生成的pmk和随机数分发到对应的ma，msa4次握手阶段将通过双方共享的pmk和交换的两个随机数生成最终的会话密钥，并使用该会话密钥保护传输数据的机密性和完整性，到此完成密钥体系链路安全分支的建立。
26.上述适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置的具体处理步骤如下：
27.s1：通过无线网卡模块将节点与网络处理核心模块连接，当第一个分布式路由器接入光猫设置上网后，其他路由器通电即可与最近路由器自动组网，wifi名称与密码由主路由自动下发，其他路由器接收命令后自动更改wifi相关设置，进而将相关信息存储在sram闪存模块中；
28.s2：通过spga控制模块控制节点间频段信息的输出与输入，atim分组模块对多信道无线mesh网络中多个信道的使用进行管理，控制cpl信道模块和beacon信号模块使节点之间的良好连通；
29.s3：mkd安全模块用于节点间的双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护；
30.s4：射频调控模块自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段；
31.s5：同频通道模块排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。
32.进一步地，mkd安全模块通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证。
33.进一步地，射频调控模块通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接；
34.同频通道模块通过信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透，利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复，在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。
35.本发明的有益效果是：本发明的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，通过同频通道模块排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收，信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透，利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复，在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段，排除了相邻节点之间在信道之间进行信道传输时存在干扰，使得节点之间的发送与接收更加稳定与快速；
36.通过射频调控模块对自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段，通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接，使得无线mesh网路由节点装置能够对频段自动切换，能够自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段。
附图说明
37.图1是本发明的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置框图。
38.图2是本发明的射频调控模块的框图。
39.图3是本发明的同频通道模块的框图。
具体实施方式
40.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
41.本发明实施例的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，如图1所示，包括网络处理核心模块、spga控制模块、atim分组模块、cpl信道模块、beacon信号模块、mkd安全模块、射频调控模块和同频通道模块；
42.网络处理核心模块包括无线网卡模块和sram闪存模块，网络处理核心模块用于对节点之间的频段信息进行处理，无线网卡模块用于客户端与蜂窝网络进行连接，sram闪存模块用于对信息进行存储；
43.spga控制模块用于控制频段信息的输出与输入；
44.atim分组模块用于对多信道无线mesh网络中多个信道的使用和管理，控制cpl信号模块和beacon信号模块对节点之间的良好连通性；
45.mkd安全模块用于节点间的双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护；
46.如图2所示，射频调控模块包括网络监测单元、射频匹配单元和射频反冲单元，射频调控模块用于对自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段，通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接；
47.如图3所示，同频通道模块用于排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。同频通道模块包括信号穿透单元、信号标记单元和通道建立单元。同频通道模块具体处理步骤如下：
48.步骤一：信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透；
49.步骤二：利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复；
50.步骤三：在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。
51.atim分组模块进行对信道频段进行分组的命令后，在接收端通信范围内，被较少结点使用的信道将被优先选取；
52.假设结点b选择了信道1，然后，结点b向结点a回复atim分组模块，分组中包含选择的信道，结点a向结点b发送atim确认这次协商，根据atim和atimres分组，结点a和结点b的邻居也就知道了结点a和结点b将使用信道1通信，并更新自己的cpl信道，便于将来根据这些信息为自己选择信道，当atim窗口结束，各结点切换到选择的信道上，在信标间隔余下的时间内进行通信；
53.atim分组模块将信道分为以下三种状态：高优先级表示在当前信标间隔，此信道已经被该结点选用，每个信标间隔内，一个结点最多只能有一个信道处于高优先级状态；中优先级表示此信道还没有被传输范围内的结点选用；低优先级表示此信道至少已经被一个
邻居结点所选用。每个信标间隔的开始，pcl中的信道被复位到中优先级状态，如果发送结点和接收结点协商好某个信道，那么，这两个结点就将该信道置为高优先级状态；
54.如果一个结点侦听到atim分组，并且该分组中指定的信道处于中等优先级，就将该信道置为低优先级，与其关联的计数器设置为1，如果分组中指定的信道处于高优先级，则不改变状态；如果分组中指定的信道已经处于低优先级，则与其关联的计数器增加1，这种多信道协商方法的目的是要选择业务负载小的信道，尽可能地平衡信道负载，减小竞争和退避所浪费的带宽。
55.mkd安全模块能够对mesh节点间双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护，密钥体系是其核心，通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证，一个mp只有通过身份认证后建立起一套密钥体系才被允许在网络中发起通信，msa架构将参与安全交互的mp节点分成3种角色：mkd、ma和candidate mp，candidate mp是指希望加入mesh网络的节点，ma是具备为candidate节点提供认证服务资格的节点，它能够建立并维护一条通往mkd的安全链路以保证经其转发的candidate mp证信息的安全，mkd与外部认证服务器as间存在一条安全物理链路，主要负责主密钥的生成和分发以及确认ma的资格。初始msa认证用于安全地建立mp对之间的链路，每个candidate mp至少经过一次成功的初始msa认证才可以在网络中传输数据；
56.一个完整的msa认证过程可分为以下3个阶段:plm协议交互阶段、eap认证阶段和msa4次握手阶段，plm用于协商后续阶段所需的各种安全参数，并定义了密钥选择流程和角色选择流程，允许mp通信对进行存储密钥的协商和eap认证阶段各自角色的选择，在eap认证阶段使用eap框架实现客户身份认证，最终将mkd生成的pmk和随机数分发到对应的ma，msa4次握手阶段将通过双方共享的pmk和交换的两个随机数生成最终的会话密钥，并使用该会话密钥保护传输数据的机密性和完整性，到此完成密钥体系链路安全分支的建立。
57.上述适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置的具体处理步骤如下：
58.s1：通过无线网卡模块将节点与网络处理核心模块连接，当第一个分布式路由器接入光猫设置上网后，其他路由器通电即可与最近路由器自动组网，wifi名称与密码由主路由自动下发，其他路由器接收命令后自动更改wifi相关设置，进而将相关信息存储在sram闪存模块中。
59.s2：通过spga控制模块控制节点间频段信息的输出与输入，atim分组模块对多信道无线mesh网络中多个信道的使用进行管理，控制cpl信号模块和beacon信号模块使节点之间的良好连通。
60.s3：mkd安全模块用于节点间的双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护。mkd安全模块通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证；
61.s4：射频调控模块对自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段。射频调控模块通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接；
62.s5：同频通道模块排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。同频通道模块通过信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信
道的频段进行接触穿透，利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复，在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。
63.综上所述，本发明具备较好的深度并行数据处理的能力，同时具有宽带高速和高频谱效率的优势，可以自动根据终端上网情况来选择速度更快更稳定的频段，并且能够保证通道之间互不干扰。
64.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，包括：网络处理核心模块、spga控制模块、atim分组模块、cpl信道模块、beacon信号模块、mkd安全模块、射频调控模块和同频通道模块；网络处理核心模块用于对节点之间的频段信息进行处理；网络处理核心模块包括无线网卡模块和sram闪存模块，无线网卡模块用于客户端与蜂窝网络进行连接，sram闪存模块用于对频段信息进行存储；spga控制模块用于控制频段信息的输出与输入；atim分组模块用于多信道无线mesh网络中多个信道的使用和管理，及控制cpl信道模块和beacon信号模块使节点之间良好连通；mkd安全模块用于节点间的双向认证，及各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护；射频调控模块用于自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段；同频通道模块用于排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。2.根据权利要求1所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，射频调控模块包括网络监测单元、射频匹配单元和射频反冲单元，通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接。3.根据权利要求1所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，同频通道模块包括信号穿透单元、信号标记单元和通道建立单元。4.根据权利要求3所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，同频通道模块具体处理步骤如下：步骤一：信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透；步骤二：利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复；步骤三：在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。5.根据权利要求1所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，atim分组模块进行对信道频段进行分组的命令后，在接收端通信范围内，被较少结点使用的信道将被优先选取；假设结点b选择了信道1，然后，结点b向结点a回复atim分组模块，分组中包含选择的信道，结点a向结点b发送atim确认这次协商，根据atim和atimres分组，结点a和结点b的邻居也就知道了结点a和结点b将使用信道1通信，并更新自己的cpl信道，便于将来根据这些信息为自己选择信道，当atim窗口结束，各结点切换到选择的信道上，在信标间隔余下的时间内进行通信；atim分组模块将信道分为以下三种状态：高优先级表示在当前信标间隔，此信道已经被该结点选用，每个信标间隔内，一个结点最多只能有一个信道处于高优先级状态；中优先级表示此信道还没有被传输范围内的结点选用，低优先级表示此信道至少已经被一个邻居结点所选用，每个信标间隔的开始，pcl中的信道被复位到中优先级状态，如果发送结点和接收结点协商好某个信道，那么，这两个结点就将该信道置为高优先级状态；
如果一个结点侦听到atim分组，并且该分组中指定的信道处于中等优先级，就将该信道置为低优先级，与其关联的计数器设置为1，如果分组中指定的信道处于高优先级，则不改变状态；如果分组中指定的信道已经处于低优先级，则与其关联的计数器增加1。6.根据权利要求1所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，mkd安全模块用于对mesh节点间双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护，密钥体系是其核心，mkd安全模块包括密钥生成单元、密钥分发单元和ma认证单元；通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证；一个mp只有通过身份认证后建立起一套密钥体系才被允许在网络中发起通信，msa架构将参与安全交互的mp节点分成3种角色：mkd、ma和candidate mp，candidate mp是指希望加入mesh网络的节点，ma是具备为candidate节点提供认证服务资格的节点，建立并维护一条通往mkd的安全链路以保证经其转发的candidate mp证信息的安全，mkd与外部认证服务器as间存在一条安全物理链路，负责主密钥的生成和分发以及确认ma的资格。7.根据权利要求6所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，初始msa认证用于安全地建立mp对之间的链路，每个candidate mp至少经过一次成功的初始msa认证才可以在网络中传输数据；一个完整的msa认证过程可分为以下3个阶段:plm协议交互阶段、eap认证阶段和msa4次握手阶段，plm用于协商后续阶段所需的各种安全参数，并定义了密钥选择流程和角色选择流程，允许mp通信对进行存储密钥的协商和eap认证阶段各自角色的选择，在eap认证阶段使用eap框架实现客户身份认证，最终将mkd生成的pmk和随机数分发到对应的ma，msa4次握手阶段将通过双方共享的pmk和交换的两个随机数生成最终的会话密钥，并使用该会话密钥保护传输数据的机密性和完整性，到此完成密钥体系链路安全分支的建立。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，该无线mesh网路由节点装置具体处理步骤如下：s1：通过无线网卡模块将节点与网络处理核心模块连接，当第一个分布式路由器接入光猫设置上网后，其他路由器通电即可与最近路由器自动组网，wifi名称与密码由主路由自动下发，其他路由器接收命令后自动更改wifi相关设置，进而将相关信息存储在sram闪存模块中；s2：通过spga控制模块控制节点间频段信息的输出与输入，atim分组模块对多信道无线mesh网络中多个信道的使用进行管理，控制cpl信道模块和beacon信号模块使节点之间的良好连通；s3：mkd安全模块用于节点间的双向认证，各跳端到端链路数据流量的机密性和完整性保护；s4：射频调控模块自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段；s5：同频通道模块排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收。9.根据权利要求8所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，mkd安全模块通过密钥生成单元对密钥进行生成，利用密钥分发单元将密钥传输到节点上，通过ma认证单元对节点之间进行认证。
10.根据权利要求8所述的适合深度并行数据处理的无线mesh网路由节点装置，其特征在于，射频调控模块通过网络监测单元确定终端上网情况，利用射频匹配单元保证为终端上网进行匹配通道，通过射频反冲单元与终端进行连接；同频通道模块通过信号穿透单元感应到节点之间的信道频段，对信道的频段进行接触穿透，利用信号标记单元在信道频段中加入特定的识别信号，并将信道进行修复，在通道建立单元的作用下使节点之间建立特定识别信号的通道，使得节点之间能够接收到指定的信道频段。
技术总结
本发明公开了一种适合深度并行数据处理的无线Mesh网路由节点装置，包括：网络处理核心模块、SPGA控制模块、ATIM分组模块、CPL信道模块、Beacon信号模块、MKD安全模块、射频调控模块和同频通道模块。本发明具备较好的深度并行数据处理的能力，同时具有宽带高速和高频谱效率的优势，通过同频通道模块排除相邻节点之间在信道之间进行信道传输时的干扰，调节节点之间的发送与接收，排除了相邻节点之间在信道之间进行信道传输时存在干扰，使得节点之间的发送与接收更加稳定与快速；通过射频调控模块自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段，使得无线Mesh网路由节点装置能够对频段自动切换，能够自动根据终端上网情况选择速度更快更稳定的频段。更快更稳定的频段。更快更稳定的频段。


技术研发人员：谢银波 朱鹤然 梁至钊 于沛申 褚旭 艾宇晗
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2021.03.01
技术公布日：2021/6/29