專利名稱：一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及通信領域，具體來說，是涉及一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡通常是指蜂窩移動通信網(wǎng)絡(通用分組無線業(yè)務GPRS等) 和無線局域網(wǎng)(WLAN，WMAN)等接入網(wǎng)絡。蜂窩移動通信網(wǎng)絡中，移動終端基于固定的基站實現(xiàn)接入；而無線局域網(wǎng)中移動終端則主要通過接入點(AP;ACCesS Point)接入固定網(wǎng)絡。這兩者都是基于中心控制的架構(gòu)，實際上其無線鏈路上只有一跳。他們都有網(wǎng)絡基礎設施，采取集中控制，例如蜂窩移動通信系統(tǒng)依賴于基站和移動交換中心等固定設施的支持， 無線局域網(wǎng)一般也工作在AP的環(huán)境中。然而對于一些特殊的應用場景，依賴基礎設施的移動通信技術(shù)無法勝任。例如在發(fā)生地震，洪澇災害后及時組織營救，在偏遠地區(qū)，太空環(huán)境中可靠與作業(yè)等。在這些特殊的應用場景，往往缺乏預先部署的基礎設施，或者難以快速部署，因此迫切需要新的移動通信技術(shù)，以支持動態(tài)快速的自組網(wǎng)。無線自組網(wǎng)是一種特殊結(jié)構(gòu)的無線通信網(wǎng)絡，其通信依靠節(jié)點之間的相互協(xié)作， 以無線多跳方式完成，具有自組織和自管理的特性。然而傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡采用無線單跳的接入方式，覆蓋范圍非常小，部署成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服了傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡必須依賴基礎設施的不足之處，具備高覆蓋、低成本、高兼容性及移動性的特點的用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備，包括物理層，使用多頻段多模式無線傳輸方式，用于完成無線信號的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)鏈路層，包括無線鏈路智能感知模塊，用于動態(tài)調(diào)整物理層發(fā)送參數(shù)，并將無線鏈路的實際情況匯報給上層模塊，供其更新鄰居關系和路由選擇；網(wǎng)絡層，包括梯度路徑模塊，用于建立本地節(jié)點與其他節(jié)點的鄰居關系，并以此為基礎建立并維護到網(wǎng)絡任意節(jié)點的梯度路由，為數(shù)據(jù)傳輸提供依據(jù)；傳輸層，用于向應用層提供可靠的端到端服務，使上層與通信子網(wǎng)相隔離，并根據(jù)網(wǎng)路層的特性來高效利用網(wǎng)路資源；應用層，包括快速部署模塊，用于提供向用戶的各種應用服務。其中，所述物理層使用的多頻段多模式無線傳輸方式包括調(diào)制調(diào)解技術(shù)、信號處理技術(shù)、功率控制技術(shù)和/或天線技術(shù)。所述無線鏈路智能感知模塊包括自動發(fā)送控制子模塊，采用自適應算法快速自動調(diào)整發(fā)送參數(shù)；鏈路評估子模塊，用于評估鏈路性能并報告給上層模塊，協(xié)助其進行快速的鄰居檢測和更新，以及路由評估；擁塞檢測子模塊，用于評估鏈路擁塞情況，并且報告給上層模塊，協(xié)助其根據(jù)擁塞情況進行路由調(diào)整。所述梯度路徑模塊包括聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊(MRC)和聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)鄰居控制子模塊(MNC)。其中，所述聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊包括休眠控制模塊和多信道多址接入模塊。所述休眠控制模塊包括休眠控制算法模塊和休眠路由算法模塊，所述休眠控制算法模塊用于對冗余節(jié)點進行判定，在不影響網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量，避免造成網(wǎng)絡分割及路由空洞的前提下對節(jié)點進行控制休眠；所述休眠路由算法模塊采用多測度的選路策略，將鏈路質(zhì)量、能量及延伸作為路由選擇的主要目標，為數(shù)據(jù)提供高質(zhì)量路由，提高網(wǎng)絡的魯棒性。所述多信道多址接入模塊，在節(jié)點發(fā)送碰撞時增加時隙數(shù)，碰撞減輕時減少時隙數(shù)，以提高信道的吞吐量，降低平均消息時延，減少平均消息丟棄率。進一步地，所述休眠控制算法模塊包括區(qū)域休眠控制模塊和分布式休眠控制模塊。區(qū)域休眠控制模塊，用于將位置十分接近的節(jié)點以簇的形式相結(jié)合，簇內(nèi)僅一個節(jié)點處于激活的工作狀態(tài)，其它節(jié)點轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)，所述簇內(nèi)節(jié)點以輪循的方式進行周期性休眠判斷并交替休眠；分布式休眠控制模塊，用于判斷非簇節(jié)點是否為冗余節(jié)點，根據(jù)收集到的鄰居節(jié)點信息對自身所處區(qū)域環(huán)境進行分析，若非簇節(jié)點的感知范圍以一定可接受的覆蓋率被鄰居節(jié)點所覆蓋，即該非簇節(jié)點被判斷為冗余節(jié)點。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明采用自主研發(fā)的梯度路徑模塊以及無線鏈路智能感知模塊，前者實現(xiàn)鏈路自配置和自我修復功能，自動搜索并連接鄰近的無線節(jié)點，自動快速計算最佳路由等，后者則能夠快速感知無線鏈路的快速變化，提高數(shù)據(jù)傳送的成功率，并為智能路徑選擇提供基礎，快速部署有效的組網(wǎng)節(jié)點。


通過以下本發(fā)明的實施例并結(jié)合附圖的描述，示出本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征，該實施例以實例的形式給出，但并不限于此，其中圖1為本發(fā)明所述設備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述設備的多信道多址接入的工作框線圖；圖3為本發(fā)明所述設備實時業(yè)務節(jié)點優(yōu)先接入的工作框線圖；圖4為本發(fā)明所述設備群首對網(wǎng)關執(zhí)行輪詢服務的工作框線圖；圖5為本發(fā)明所述設備群首對普通節(jié)點執(zhí)行輪詢服務的工作框線圖；圖6為本發(fā)明所述設備的一實施例的自動發(fā)送控制子模塊的的工作示意圖；圖7為本發(fā)明所述設備的擁塞檢測子模塊的工作框線圖；圖8為本發(fā)明所述設備快速部署模塊啟動后，工作狀態(tài)框線圖。
具體實施例方式一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備，如圖1所示，該設備包括物理層(PHY)，使用多頻段多模式無線傳輸方式，用于完成無線信號的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)鏈路層(MAC)，包括無線鏈路智能感知模塊，用于動態(tài)調(diào)整物理層發(fā)送參數(shù)，并將無線鏈路的實際情況匯報給上層模塊，供其更新鄰居關系和路由選擇；網(wǎng)絡層，包括梯度路徑模塊，用于建立本地節(jié)點與其他節(jié)點的鄰居關系，并以此為基礎建立并維護到網(wǎng)絡任意節(jié)點的梯度路由，為數(shù)據(jù)傳輸提供依據(jù)；傳輸層，用于向應用層提供可靠的端到端服務，使上層與通信子網(wǎng)相隔離，并根據(jù)網(wǎng)路層的特性來高效利用網(wǎng)路資源；應用層，包括快速部署模塊，用于提供向用戶的各種應用服務。其中，所述物理層使用的多頻段多模式無線傳輸方式包括調(diào)制調(diào)解技術(shù)、信號處理技術(shù)、功率控制技術(shù)和/或天線技術(shù)。所述無線鏈路智能感知模塊包括自動發(fā)送控制子模塊、鏈路評估子模塊和擁塞檢測子模塊。其中，自動發(fā)送控制子模塊，采用自適應算法快速自動調(diào)整發(fā)送參數(shù)。鏈路評估子模塊，用于評估鏈路性能并報告給上層模塊，協(xié)助其進行快速的鄰居檢測和更新，以及路由評估。擁塞檢測子模塊，用于評估鏈路擁塞情況，并且報告給上層模塊，協(xié)助其根據(jù)擁塞情況進行路由調(diào)整。所述梯度路徑模塊包括聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊(MRC)和聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)鄰居控制子模塊(MNC)。其中，所述聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊包括休眠控制模塊和多信道多址接入模塊。所述休眠控制模塊包括休眠控制算法模塊和休眠路由算法模塊，所述休眠控制算法模塊用于對冗余節(jié)點進行判定，在不影響網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量，避免造成網(wǎng)絡分割及路由空洞的前提下對節(jié)點進行控制休眠；所述休眠路由算法模塊采用多測度的選路策略，將鏈路質(zhì)量、能量及延伸作為路由選擇的主要目標，為數(shù)據(jù)提供高質(zhì)量路由，提高網(wǎng)絡的魯棒性。進一步地，所述休眠控制算法模塊包括區(qū)域休眠控制模塊和分布式休眠控制模塊。區(qū)域休眠控制模塊，用于將位置十分接近的節(jié)點以簇的形式相結(jié)合，簇內(nèi)僅一個節(jié)點處于激活的工作狀態(tài)，其它節(jié)點轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)，所述簇內(nèi)節(jié)點以輪循的方式進行周期性休眠判斷并交替休眠；分布式休眠控制模塊，用于判斷非簇節(jié)點是否為冗余節(jié)點，根據(jù)收集到的鄰居節(jié)點信息對自身所處區(qū)域環(huán)境進行分析，若非簇節(jié)點的感知范圍以一定可接受的覆蓋率被鄰居節(jié)點所覆蓋，即該非簇節(jié)點被判斷為冗余節(jié)點。所述多信道多址接入模塊，在節(jié)點發(fā)送碰撞時增加時隙數(shù)，碰撞減輕時減少時隙數(shù)，以提高信道的吞吐量，降低平均消息時延，減少平均消息丟棄率。本發(fā)明一種移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點的快速布置方法為如圖8所示，快速部署模塊啟動后，處于循環(huán)狀態(tài)，其具體工作步驟為(1)部署開始；(2)根據(jù)配置間隔循環(huán)執(zhí)行；(3)查看本地到主控點的逐跳鏈路質(zhì)量；(4)多跳路徑綜合評價；(5)根據(jù)綜合評價值點燈；(6)部署結(jié)束。自動發(fā)送控制子模塊動態(tài)調(diào)整物理層發(fā)送參數(shù)(參見圖6所示)，鏈路評估子模塊評估鏈路性能并報告給上層模塊，協(xié)助其進行快速的鄰居檢測和更新，以及路由評估，擁塞檢測子模塊評估鏈路擁塞情況，并且報告給上層模塊，協(xié)助其根據(jù)擁塞情況進行路由調(diào)整。其中，所述鏈路評估子模塊的工作流程包括以下步驟1.模塊以50ms為周期，嘗試不同的發(fā)送參數(shù)組合；2.根據(jù)統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)，對不同發(fā)送參數(shù)對應的發(fā)送成功率和實際能夠達到的帶寬進行計算；3.選擇其中最優(yōu)的發(fā)送參數(shù)進行后續(xù)的發(fā)送；4.如果鏈路的信號強度和環(huán)境的噪聲水平發(fā)生改變；5.動態(tài)進行發(fā)送參數(shù)的調(diào)整來進行適應。所述擁塞檢測子模塊的工作流程包括以下步驟，如圖7所示1.確定信號強度和噪聲；2.確定主動嘗試的參數(shù)組合作為待選組合；3.分析歷史記錄，找到待選組合的歷史性能；4.判斷是否至少一組待選組合存在有效歷史性能，若是，則執(zhí)行步驟5，若不是， 則選擇一組尚未嘗試的組合為發(fā)送參數(shù)；5.比較得到歷史性能最優(yōu)的待選組合；6.將歷史性能最優(yōu)的待選組合與尚未嘗試的組合的最優(yōu)性能比較；7.判斷尚未嘗試的組合是否更好，若更好，則選擇一組尚未嘗試的組合為發(fā)送參數(shù)，若沒有更好，則使用歷史性能最好的組合為發(fā)送參數(shù)。如圖2所示，多信道多址接入方法的具體步驟如下步驟1 群首決定預約接入時隙的數(shù)目并公布；步驟2 有分組發(fā)送的節(jié)點選擇預約接入時隙競爭接入；步驟3 判斷該節(jié)點是否成功接入，若成功接入，則執(zhí)行步驟4，若未成功接入，則執(zhí)行步驟1 ；步驟4:執(zhí)行輪詢服務；步驟5 判斷被輪詢的節(jié)點是否有分組積存，若有分組積存，則執(zhí)行步驟4 ；若無分組積存，則執(zhí)行步驟6;步驟6:退出輪詢服務。通過在步驟1中節(jié)點發(fā)生碰撞時增加時隙數(shù)，碰撞減輕時減少時隙數(shù)，提高了信道的吞吐量，降低了平均消息時延，減少了平均消息丟棄率；同時，通過只有業(yè)務分組發(fā)送的節(jié)點才競爭接入使用輪詢信道、無業(yè)務發(fā)送的節(jié)點被取消占用信道的資格的方法，大大提高了網(wǎng)絡信道的利用率。實時業(yè)務節(jié)點優(yōu)先接入的流程步驟如圖3所示，包括步驟211.群首在一幀開始的傳輸時隙(ST)中發(fā)送附帶實時業(yè)務(RT)標志的微分組；步驟212.實時業(yè)務節(jié)點競爭除最后一個以外的所有預約接入(RA)時隙，非實時業(yè)務節(jié)點競爭最后一個RA時隙；步驟213.判斷實時業(yè)務節(jié)點是否存在碰撞，如果存在，則執(zhí)行步驟211，如果不存在，則執(zhí)行步驟214;步驟214.判斷非實時業(yè)務節(jié)點是否存在碰撞，如果存在，則執(zhí)行步驟215，如果不存在，則執(zhí)行步驟211 ；步驟215.群首在一幀開始的ST時隙中發(fā)送附帯NRT標志的微分組；步驟216.第一個RA時隙供新接入實時業(yè)務節(jié)點使用，非實時業(yè)務節(jié)點使用除第 ー個外所有RA時隙；步驟217.判斷實時業(yè)務節(jié)點是否有接入碰撞，如果有，則執(zhí)行步驟211，如果沒 有，則執(zhí)行步驟218;步驟218.判斷非實時業(yè)務節(jié)點是否有接入碰撞，如果有，則執(zhí)行步驟215，如果沒 有，則執(zhí)行步驟211。節(jié)點成功接入后，群首對網(wǎng)關執(zhí)行輪詢服務，其流程步驟如圖4所示，包括步驟411.輪詢某個網(wǎng)關；步驟412.判斷該網(wǎng)關是否有業(yè)務分組發(fā)生，如果有，則執(zhí)行步驟413，如果沒有， 則執(zhí)行步驟414 ；步驟413.網(wǎng)關發(fā)送業(yè)務分組，再執(zhí)行步驟414;步驟414.判斷群首是否已輪詢所有網(wǎng)關，如果是，則結(jié)束；如果不是，則執(zhí)行步驟 411。群首對普通節(jié)點執(zhí)行輪詢服務的流程步驟如圖5所示，包括步驟421 輪詢某個節(jié)點；步驟422.判斷該節(jié)點是否有業(yè)務分組發(fā)生，如果有，則執(zhí)行步驟423，如果沒有， 則執(zhí)行步驟424 ；步驟423.節(jié)點發(fā)送業(yè)務分組，再執(zhí)行步驟425 ；步驟424.節(jié)點釋放資源，再執(zhí)行步驟425 ；步驟425.判斷群首是否已輪詢所有節(jié)點，如果是，則結(jié)束，如果不是，則執(zhí)行步驟 421。自組網(wǎng)鄰居控制模塊(MNC)具體工作步驟如下1.初始化開始2.増加配置信息。3.定義鄰居協(xié)議周期時間級別4.查詢態(tài)周期的時間級別及超時次數(shù)5.響應態(tài)周期的時間級別及超時次數(shù)6.更新態(tài)周期的時間級別7.判斷僵死態(tài)超時時間級別8.初始化結(jié)束9.定時器啟動10.鏈路更新定時任務通過無線鏈路感知模塊獲得各鏈路的通信質(zhì)量評價。11.觸發(fā)鄰居最優(yōu)鏈路選擇及梯度路由最優(yōu)鄰居選擇。12.檢測鏈路通信狀態(tài)，如果鄰居鏈路消失，則更新鄰居的最優(yōu)鏈路。13.如果鄰居沒有有效通信鏈路則刪除鄰居，并觸發(fā)相關梯度路由更新。14.鄰居協(xié)議發(fā)送定時任務15.梯度路由定時器工作
16.檢查路由超時刪除路由
17.檢查查詢失敗路由超時刪除路由
18.發(fā)送梯度路由協(xié)議報文
19.接收鄰居協(xié)議報文建立鄰居鏈路關系
20.接收路由協(xié)議報文
21.查詢和響應報文建立路由
22.通過更新報文維護路由
23.鄰居控制結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備，其特征在于，該設備包括 物理層，使用多頻段多模式無線傳輸方式，用于完成無線信號的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)鏈路層，包括無線鏈路智能感知模塊，用于動態(tài)調(diào)整物理層發(fā)送參數(shù)，并將無線鏈路的實際情況匯報給上層模塊，供其更新鄰居關系和路由選擇；網(wǎng)絡層，包括梯度路徑模塊，用于建立本地節(jié)點與其他節(jié)點的鄰居關系，并以此為基礎建立并維護到網(wǎng)絡任意節(jié)點的梯度路由，為數(shù)據(jù)傳輸提供依據(jù)；傳輸層，用于向應用層提供可靠的端到端服務，使上層與通信子網(wǎng)相隔離，并根據(jù)網(wǎng)路層的特性來高效利用網(wǎng)路資源；應用層，包括快速部署模塊，用于提供向用戶的各種應用服務。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述無線鏈路智能感知模塊包括 自動發(fā)送控制子模塊，采用自適應算法快速自動調(diào)整發(fā)送參數(shù)；鏈路評估子模塊，用于評估鏈路性能并報告給上層模塊，協(xié)助其進行快速的鄰居檢測和更新，以及路由評估；擁塞檢測子模塊，用于評估鏈路擁塞情況，并且報告給上層模塊，協(xié)助其根據(jù)擁塞情況進行路由調(diào)整。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述梯度路徑模塊包括聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊(MRC)和聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)鄰居控制子模塊(MNC)。
4.如權(quán)利要求3所述的設備，其特征在于，所述聯(lián)合節(jié)點自組網(wǎng)路由控制子模塊包括 休眠控制模塊，包括休眠控制算法模塊和休眠路由算法模塊，所述休眠控制算法模塊用于對冗余節(jié)點進行判定，在不影響網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量，避免造成網(wǎng)絡分割及路由空洞的前提下對節(jié)點進行控制休眠，所述路由算法模塊采用多測度的選路策略，將鏈路質(zhì)量、能量及延伸作為路由選擇的主要目標，為數(shù)據(jù)提供高質(zhì)量路由，提高網(wǎng)絡的魯棒性；多信道多址接入模塊，在節(jié)點發(fā)送碰撞時增加時隙數(shù)，碰撞減輕時減少時隙數(shù)，以提高信道的吞吐量，降低平均消息時延，減少平均消息丟棄率。
5.如權(quán)利要求4所述的設備，其特征在于所述休眠控制算法模塊包括區(qū)域休眠控制模塊，用于將位置十分接近的節(jié)點以簇的形式相結(jié)合，簇內(nèi)僅一個節(jié)點處于激活的工作狀態(tài)，其它節(jié)點轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)，所述簇內(nèi)節(jié)點以輪循的方式進行周期性休眠判斷并交替休眠；分布式休眠控制模塊，用于判斷非簇節(jié)點是否為冗余節(jié)點，根據(jù)收集到的鄰居節(jié)點信息對自身所處區(qū)域環(huán)境進行分析，若非簇節(jié)點的感知范圍以一定可接受的覆蓋率被鄰居節(jié)點所覆蓋，即該非簇節(jié)點被判斷為冗余節(jié)點。
6.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于所述物理層使用的多頻段多模式無線傳輸方式包括調(diào)制調(diào)解技術(shù)、信號處理技術(shù)、功率控制技術(shù)和/或天線技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于移動寬帶多跳自組網(wǎng)的聯(lián)合節(jié)點網(wǎng)絡設備。該設備包括快速部署模塊；梯度路徑模塊，用于建立本地節(jié)點與其他節(jié)點的鄰居關系，并以此為基礎建立并維護到網(wǎng)絡任意節(jié)點的梯度路由，為數(shù)據(jù)傳輸提供依據(jù)；無線鏈路智能感知模塊，用于動態(tài)調(diào)整物理層發(fā)送參數(shù)，并將無線鏈路的實際情況匯報給上層模塊，供其更新鄰居關系和路由選擇。本發(fā)明采用自主研發(fā)的梯度路徑模塊以及無線鏈路智能感知模塊，前者實現(xiàn)鏈路自配置和自我修復功能，自動搜索并連接鄰近的無線節(jié)點，自動快速計算最佳路由等，后者則能夠快速感知無線鏈路的快速變化，提高數(shù)據(jù)傳送的成功率，并為智能路徑選擇提供基礎，快速部署有效的組網(wǎng)節(jié)點。
文檔編號H04W84/18GK102547907SQ201210012848
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者周振綱 申請人:上海金網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展有限公司