[發明專利]一種基于默克爾樹和廣播自請求的鏡像數據傳輸方法

有效

• 申請號: 202010565920.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111756639B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 張健;劉思雙
• 申請（專利權）人: 杭州芯訊科技有限公司
• 主分類號: H04L45/16
• 分類號: H04L45/16;H04L45/00;H04L9/32;H04L67/1095;H04L41/082;H04L67/00;H04W84/18
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 王健

本發明提出了一種基于默克爾樹和廣播自請求的鏡像數據傳輸方法，應用于Mesh網絡中，包含如下步驟：將待傳輸鏡像數據分割為若干鏡像數據塊，并基于分割后的鏡像數據塊構造默克爾樹；邊界路由器以主動廣播方式向子節點傳輸包含默克爾樹根哈希值的鏡像傳輸命令，子節點單播回應邊界路由器，直至所有的子節點全部回復響應；子節點以自請求方式向邊界路由器或相鄰子節點廣播請求默克爾樹葉子節點信息，并基于默克爾樹根哈希值對接收的默克爾樹節點信息進行自校驗；完成默克爾樹校驗的子節點以自請求方式向邊界路由器或相鄰子節點廣播請求鏡像數據塊，并基于默克爾樹對接收到的鏡像數據塊進行校驗，直至完成鏡像數據傳輸。提高鏡像傳輸的可靠性和效率。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于默克爾樹和廣播自請求的鏡像數據傳輸方法。

背景技術

默克爾樹

默克爾樹其葉子節點上的值通常為數據塊的哈希值，而非葉子節點上的值則由葉子節點的哈希值兩兩運算得到，最后得到一個根哈希值。所以有時候默克爾樹也表示為Hash tree。

無線Mesh網絡

Mesh網絡一般由一個邊界路由器和若干個子節點組成，子節點包含路由節點和葉子節點，如圖1所示。邊界路由器具有外部網絡和內部網絡通信轉換、Mesh網絡管理等功能。路由節點作為網絡中繼，除了普通子節點的功能外，還能夠路由Mesh網絡中的信息，從而擴大網絡的覆蓋范圍。綠色節點為葉子節點，與路由節點相比不具備數據路由功能。

在無線網絡中，點對點通信受到發射功率，通信速率等因素制約，存在最遠通信距離的限制。使用mesh組網技術，數據通過路由轉發的方式在點與點之間中繼傳播，理論上可以無限擴大網絡覆蓋范圍。

在Mesh網絡中，網絡節點需要固件版本更新的時候，為了實現遠程在線固件升級，需要通過現有的Mesh網絡，將存儲在邊界路由器的升級鏡像傳輸到每一個Mesh網絡子節點上。而無線Mesh網絡的通信具有不穩定和低速率等特點。

傳統的Mesh網絡鏡像傳輸，一般有兩種方式：點對點單播傳輸，主動廣播傳輸。

1、點對點單播傳輸

該方式是由邊界路由器和目標子節點進行點對點單播數據傳輸，數據經過Mesh網絡的多級路由轉發達到目標節點。假設一個深度為N級的網絡中，一個數據包的傳輸需要經過N-1次轉發才能最終到達目標節點。

如圖2所示，以一個4層的網絡為例，一個數據包到達目標葉子節點需要3次的空中傳輸，在這個網絡中，如果要將一個數據包發給所有節點，需要1+1+2+2+2+3+3共14次傳輸。不難想象這將花費大量的時間。由于所有節點需要的升級鏡像是相同的，單播方式在中繼轉發鏡像數據的時候，并沒有有效利用該數據，造成效率低下。

2、主動廣播傳輸

鑒于單播的低效率，Mesh網絡主動廣播傳輸是由邊界路由器開始，自上而下的廣播鏡像數據。如圖3所示，在同樣的網絡拓撲中，利用廣播將數據包傳輸到所有的子節點，只需要4次，相比單播而言大大縮減了數據傳輸次數，而且網絡規模越大，效果越明顯。

主動廣播傳輸情況下，由于節點不知道其子節點是否收到自己的數據，需要一直循環廣播，直到Mesh網絡中所有節點的鏡像傳輸完成，這也將浪費大量的廣播資源。特別是當遇到部分節點因為鏡像驗證錯誤或者重啟導致部分數據重新傳輸的時候，將花費更多的時間。

現有的鏡像傳輸方法是完整的鏡像傳輸完畢后，對整個鏡像進行哈希校驗，然后和傳輸開始的時候邊界路由器給出的哈希值進行比對。該方法的弊端是，當最終因為校驗失敗而發現鏡像傳輸錯誤的時候，完整的鏡像傳輸已經完成，但是不知道具體哪個部分出現錯誤，這使得我們需要重新進行完整鏡像的傳輸，這使得升級效率非常的低。另一種情況，當升級過程中某個子節點發生了復位，則之前傳輸的進度信息丟失，也需要重新進行傳輸。