本發(fā)明屬于無線多跳網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低空中繼系統(tǒng)的多中繼路由建立方案。

背景技術(shù)：
四川蘆山地震和汶川地震事件引起人們對災(zāi)難之后緊急救援通信的關(guān)注。自然災(zāi)害中的地震、海嘯、洪水以及人為災(zāi)難中的恐怖襲擊等都會造成無線通信網(wǎng)絡(luò)很大損壞。在大范圍的嚴(yán)重災(zāi)難場景下，受災(zāi)區(qū)交通和通信基礎(chǔ)設(shè)施會發(fā)生故障甚至完全遭到破壞。通信基礎(chǔ)設(shè)施在緊急救援小組進行救援期間起著很重要的作用。在大規(guī)模的災(zāi)難發(fā)生時，一般無線通信網(wǎng)絡(luò)需要很長時間才能得到恢復(fù)，因此大部分緊急救援小組使用AdHoc通信，例如步話機、移動基站或衛(wèi)星通信中VSAT，然而這幾種方式的覆蓋范圍都很有限。過去的幾年中，由于無線通信技術(shù)的發(fā)展，一種能夠在災(zāi)難恢復(fù)期間進行有效網(wǎng)絡(luò)部署的技術(shù)無線多跳網(wǎng)絡(luò)(WirelessMeshNetworksorWMNs)受到人們的廣泛關(guān)注。該網(wǎng)絡(luò)獨特的架構(gòu)使它能夠應(yīng)用于應(yīng)急通信場景。WMNs由Mesh路由和Mesh終端組成，各個Mesh終端通過Mesh路由器來接入網(wǎng)絡(luò)，并且Mesh網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點自動建立并維護網(wǎng)絡(luò)的連接。該網(wǎng)絡(luò)可以采用多跳方式實現(xiàn)更低的部署成本和更大的覆蓋范圍。傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，蜂窩基站塔受地面建筑或其他物體干擾，延遲大。同時由于要在地面建立大量的基站，因而構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟成本較高，復(fù)雜性相對較大，由于要確定適合的安裝地點，因而部署相對較慢，對于急需建立通訊網(wǎng)絡(luò)的情況不太方便。同時其星形結(jié)構(gòu)中一旦某條鏈路出現(xiàn)故障，可能會造成大范圍的服務(wù)中斷，這很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。在WLAN網(wǎng)絡(luò)中，采取單跳方式，因而數(shù)據(jù)不可轉(zhuǎn)發(fā)，同時接入點的覆蓋范圍僅限于幾百米，如果想在大范圍內(nèi)應(yīng)用這種高速率的服務(wù)模式，成本將非常高。衛(wèi)星通信可以有效的將GPS信息傳送到其他通信手段不能到達的任何區(qū)域，但其通信費用高昂，不適合在受災(zāi)區(qū)大規(guī)模應(yīng)用，這會限制網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。對于AdHoc網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點的接通性是依賴節(jié)點的平等合作實現(xiàn)的，健壯性比較差。AdHoc網(wǎng)絡(luò)主要用于軍事或其他專業(yè)服務(wù)，不適合特殊情況下的部署。同時已有的輕量級網(wǎng)絡(luò)部署方案中沒有提出有效的路由建立方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的：本發(fā)明在已有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提出一種輕量級網(wǎng)絡(luò)部署方案，并在方案中提出有效的路由建立過程，使得在大范圍的嚴(yán)重災(zāi)難場景下，受災(zāi)區(qū)交通和通信基礎(chǔ)設(shè)施會發(fā)生故障甚至完全遭到破壞時，迅速地建立高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明中含有若干個增強型的空中中繼平臺，中繼平臺固定在可控、可移動、可漂浮于低空裝置中，低空裝置為氣球或者飛艇，氣球用于擴展系統(tǒng)覆蓋范圍。汽車1上方用纜繩固定住一個氣球(后面稱為氣球1)，氣球1下部攜帶中繼平臺1。地面接收節(jié)點平臺(SINK)被荷載在汽車1上，接收節(jié)點配置有網(wǎng)關(guān)和回程鏈路功能模塊，通過網(wǎng)關(guān)和回程鏈路，本發(fā)明中的網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)與Internet骨干網(wǎng)絡(luò)連接。接收點平臺與中繼平臺1之間需要建立一個無線鏈路(1跳鏈路)，多個中繼平臺之間也需要建立互相通信鏈路。中繼平臺之間可采用光學(xué)和射電頻率連接，從而建立自由空間無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。在兩個氣球配置下，氣球1上的中繼平臺1或者氣球2上的中繼平臺2與遠端地面上的無線移動終端進行通信。因此，該多跳中繼系統(tǒng)需要考慮路由，即地面上的無線終端是選擇2跳鏈路或者3跳鏈路來實現(xiàn)與汽車1上的接收點平臺通信。首先固定兩個含有GPS定位系統(tǒng)的空中中繼平臺，中繼平臺在初始化階段將自己的位置信息發(fā)送給接收點平臺。接收節(jié)點向覆蓋范圍內(nèi)的所有中繼平臺發(fā)送廣播消息(adv)，收到adv消息的中繼平臺存儲本條路由消息到本地路由表中。所有中繼平臺經(jīng)過隨機等待時間之后進行初始化。一部分中繼平臺在初始化之前將收到路由消息。這使得路由消息能夠快速在中繼平臺間傳播而且避免了數(shù)據(jù)包大量傳送帶來的消息碰撞問題，從而有效降低路由建立階段的時間和節(jié)點的能量消耗。中繼平臺通過向覆蓋范圍內(nèi)的所有其他中繼平臺和移動終端廣播路由請求包(RREQ)進行隨機初始化。如果其他中繼平臺收到RREQ包，則廣播路由回復(fù)包(RREP)。如果是移動終端收到RREQ消息包，則不需要廣播RREQ包。本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明提出了一種可靠地路由建立方案，即利用輕量級機制將數(shù)據(jù)可靠并且快速的發(fā)送到接收節(jié)點。這種輕量級機制處理快速改變的拓撲和路由保持的時候僅需要很少的維護和控制消息。2、應(yīng)急低空中繼網(wǎng)由于不受地面建筑或其他物體干擾，因此延遲小。由于低空中繼中路由成本低，因此構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟成本低，復(fù)雜性相對較小，并且能夠快速進行部署，更適合用于陸地蜂窩網(wǎng)的災(zāi)后恢復(fù)。3、本發(fā)明中使用多個中繼平臺，當(dāng)?shù)孛嬉苿咏K端遠離接收節(jié)點時，可通過中繼平臺轉(zhuǎn)發(fā)移動終端的消息。4、本發(fā)明可用于通信鏈路的早期恢復(fù)，采用多跳路由的目的是有效擴展通信覆蓋范圍。5、與原有的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)相比，本發(fā)明中的低空中繼網(wǎng)完全沒有固定的架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署。6、本發(fā)明中的中繼使用增強型低空中繼平臺，能夠建立自由空間無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。與傳統(tǒng)的大功率無線局域網(wǎng)不同之處在于，本發(fā)明空中中繼之間的通信鏈路采用光學(xué)連接接口和射電頻率連接。此外地面基站無法實現(xiàn)視距傳播，無法建立自由空間無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。7、本發(fā)明中中繼平臺之間采用定向天線，能夠增加輻射功率的有效利用率，增加保密性，同時定向天線有很強的抗干擾能力。移動終端和中繼平臺之間也有很強的無線通信能力。8、本發(fā)明含有多個中繼路由功能模塊，可用于數(shù)據(jù)備份，使后續(xù)路由協(xié)議達到網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化，并減少阻塞概率。9、所有中繼平臺經(jīng)過隨機等待時間之后進行初始化。因此，一部分中繼平臺在初始化之前將收到路由消息。這使得路由消息能夠快速在中繼平臺間傳播而且避免了數(shù)據(jù)包大量傳送帶來的消息碰撞問題，從而有效降低路由建立階段的時間和節(jié)點的能量消耗。附圖說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；該附圖中標(biāo)記為：1—倒塌的基站；2—Internet主干網(wǎng)絡(luò)；3—荷載網(wǎng)關(guān)和回程鏈路功能模塊的汽車1；4—氣球1；5—氣球2；6—增強型無線中繼平臺1；7—增強型無線中繼平臺2；8—汽車2；9—移動終端1；10—移動終端2；11—移動終端3；12—部署在汽車1上的接收節(jié)點。圖2為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)初始化和路由建立過程的流程圖；圖3為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)部署場景軟件仿真圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示地面基站全部倒塌的情況下，無法通過無線方式與Internet主干網(wǎng)絡(luò)連接。因此，本網(wǎng)絡(luò)中部署一輛帶攜帶有網(wǎng)關(guān)功能和回程鏈路的接收節(jié)點的汽車，實現(xiàn)本網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)連接。圖中兩輛汽車上方分別利用纜繩固定氣球，氣球下方攜帶無線中繼平臺，中繼系統(tǒng)的高度大于傳統(tǒng)蜂窩基站塔的高度，兩個中繼平臺之間建立無線通信鏈路。中繼平臺1與接收節(jié)點之間建立一跳通信鏈路，中繼平臺2可以通過中繼平臺1與地面接收節(jié)點通信。地面移動終端1在中繼平臺1的信號覆蓋范圍內(nèi)，移動終端3在中繼平臺2的信號覆蓋范圍內(nèi)，而移動終端2在中繼平臺1和中繼平臺2覆蓋范圍的重疊區(qū)域。圖2為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)初始化和路由建立過程的流程圖，首先接收節(jié)點向覆蓋范圍內(nèi)的中繼平臺發(fā)送廣播消息(AdvertisementorADV)，接收到ADV消息的中繼平臺將記錄存儲在本地路由表中，并且跳數(shù)記錄為1跳。為避免消息沖撞，中繼平臺經(jīng)過隨機等待時間向覆蓋范圍內(nèi)的其他中繼平臺廣播路由請求消息(RouteRequestorRREQ)，如果接收到RREQ消息的中繼平臺有到達接收節(jié)點的路由，則廣播路由回復(fù)消息(RouteReplyorRREP)，否則丟棄RREQ包。接收到RREP消息的中繼平臺查找本地路由表中是否有此記錄或者與下一跳一致的記錄比較，跳數(shù)是否相等或更小，如果沒有相同記錄，跳數(shù)相等或更小，則存儲收到的消息，并且更新跳數(shù)。中繼平臺廣播消息結(jié)束后，各移動終端經(jīng)過隨機等待時間向中繼平臺廣播RREQ消息，收到RREQ消息的中繼平臺如果有到達汽車上接收節(jié)點的路由則廣播RREP消息，否則丟棄RREQ包。收到RREP消息的移動終端查找本地路由表中是否有此記錄，或者與下一跳一致的記錄比較，跳數(shù)是否相等或更小，如果沒有相同記錄、跳數(shù)相等或更小，則存儲收到的消息，并且更新跳數(shù)。直到所有中繼平臺和移動終端有相應(yīng)路由記錄后，路由建立過程結(jié)束。在傳統(tǒng)的無線通信場景中，接收節(jié)點向所有覆蓋范圍內(nèi)的移動終端廣播ADV消息，節(jié)點之間相互廣播RREQ消息。本發(fā)明與傳統(tǒng)無線通信場景相比，增加了中繼系統(tǒng)，接收節(jié)點向中繼平臺廣播ADV消息，中繼平臺向其他中繼平臺廣播RREQ消息，當(dāng)所有中繼平臺之間交換路由消息后，移動終端向中繼平臺廣播RREQ消息。本發(fā)明中移動終端只能通過中繼平臺與接收節(jié)點通信，不能直接與接收節(jié)點通信，同時移動終端之間不能直接通信。本發(fā)明中所有節(jié)點都含有Wi-Fi接口或LTE接口。圖3為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)部署場景軟件仿真圖。如圖3所示，以汽車上的接收節(jié)點為源點建立二維坐標(biāo)圖，橫坐標(biāo)表示地面，縱坐標(biāo)表示距離地面的高度。地面部署三個移動終端，高空部署兩個中繼平臺。本發(fā)明在路由建立過程開始之前，對所有節(jié)點的坐標(biāo)進行初始化，查找各自覆蓋范圍內(nèi)的鄰節(jié)點，并保存到鄰節(jié)點記錄表中，其中接收節(jié)點找到覆蓋范圍的中繼平臺，中繼平臺的鄰節(jié)點表中保存的是覆蓋范圍內(nèi)的其他中繼平臺，移動終端的鄰節(jié)點表中保存能夠直接進行無線通信的中繼平臺。本發(fā)明路由建立過程中，接收節(jié)點向中繼平臺廣播ADV消息，收到ADV消息的中繼平臺將本條路由消息保存到本節(jié)點路由表中，并設(shè)置跳數(shù)為1跳，路由表內(nèi)容包括到接收節(jié)點所要經(jīng)過的下一條地址和跳數(shù)。每個中繼平臺經(jīng)過隨機等待時間向鄰節(jié)點記錄表中的所有鄰節(jié)點發(fā)送RREQ消息，鄰節(jié)點收到RREQ消息后，如果路由表中有到接收節(jié)點的路由，則發(fā)送RREP廣播消息，收到RREP包的中繼平臺存儲路由信息并更新跳數(shù)。中繼平臺路由建立過程結(jié)束后，含有Wi-Fi接口或LTE接口的移動終端向鄰節(jié)點表中所有鄰節(jié)點發(fā)送RREQ消息，收到RREQ消息的節(jié)點，如果有到達接收節(jié)點的路由，則發(fā)送RREP廣播消息，接收的RREP廣播的移動終端，存儲消息，并更新跳數(shù)。路由建立過程結(jié)束后，每個中繼平臺有至少一條直接到達接收節(jié)點或者通過其他中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到達接收節(jié)點的路由信息，移動終端有至少一條通過中繼節(jié)點到達接收節(jié)點的路由。本發(fā)明中中繼平臺1與接收節(jié)點間有很強的通信鏈路質(zhì)量，而中繼平臺2與接收節(jié)點之間的通信鏈路相對較差，但當(dāng)本發(fā)明中的系統(tǒng)運行時間很長，致使圖中的中繼平臺1電能耗盡時，可使用中繼平臺2直接與接收節(jié)點通信。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書其等效物界定。