本發(fā)明涉及無線通信傳輸相關領域，尤其涉及一種小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)。
背景技術：
：在基礎移動網絡沒有覆蓋或者受到干擾的情況下，比如自然災害或其它各種原因導致網絡基礎設施出現故障而無法使用時，快速恢復通信是非常重要的。另外，在應急反恐指揮應用中，反恐人員組成行動分隊，隊員之間需要相互協同配合，共享現場態(tài)勢信息才能夠順利執(zhí)行應急任務。對此，借助移動自組網絡技術，能夠快速建立臨時網絡，延伸網絡基礎設施，從而減少營救時間和災難帶來的危害。可見，無線移動自組織網絡多數應用于特殊應急場景中，對于網絡的可靠性，健壯性提出了很高的要求。目前雖然無線移動自組織網絡為較熱門研究課題，但面對小型化多業(yè)務傳輸需求還存在主要矛盾有待解決，具體來說，移動自組織網絡中網絡的拓撲結構由網絡中的各節(jié)點協同和自治，拓撲結構變化范圍大，通信的鏈路時刻存在變化，小型化傳輸要求網絡實現的復雜度低，運行開銷較小，而多業(yè)務傳輸要求帶寬隨著業(yè)務數據的不同而不同，并且保持路由和鏈路的可靠傳輸?，F有的無線移動自組網系統(tǒng)通常采用單一的DSSS或OFDM制式傳輸數據，不能滿足多業(yè)務的傳輸要求，而且，一般為了保證網絡移動性和拓撲結構變化較大的應用場景，單節(jié)點需要采用主動路由方式維護全網節(jié)點的路由，這樣對于網絡的控制開銷很大，復雜度提高，不滿足小型化傳輸要求。雖然已存在控制開銷小的按需路由方式，但該方式再搜索效率較低，不滿足網絡移動性特點。技術實現要素：本發(fā)明的目的是從解決上述矛盾出發(fā)，提供一種同時滿足小型化傳輸需求與多業(yè)務傳輸需求的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)。為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)，包括多個形成網絡拓撲的節(jié)點，提供物理層、鏈路層和網絡層三層網絡架構，其中，所述物理層包括DSSS模塊和OFDM模塊，所述OFDM模塊設置為提供OFDM協議來傳輸速率要求高于一預定速率的業(yè)務數據信息，所述DSSS模塊設置為提供DSSS協議來傳輸各節(jié)點的網絡維護和控制信息、以及速率要求不高于所述預定速率的業(yè)務數據信息；所述鏈路層設置為采用TDMA方式將時間分割成周期性的幀，再將幀分割成DSSS固定時隙部分、DSSS動態(tài)時隙部分和OFDM動態(tài)時隙部分，所述DSSS固定時隙部分設置為提供多個用于傳輸各節(jié)點的網絡維護和控制信息的DSSS固定時隙，所述OFDM動態(tài)時隙部分設置為提供多個用于傳輸速率要求高于所述預定速率的業(yè)務數據信息的OFDM動態(tài)時隙，所述DSSS動態(tài)時隙部分設置為提供多個用于傳輸速率要求不高于所述預定速率的業(yè)務數據信息的DSSS動態(tài)時隙；所述網絡層設置為提供多徑路由協議傳輸所有信息，并采用主動路由方式維護一跳鄰居節(jié)點，采用按需路由方式維護一跳以上的鄰居節(jié)點。進一步地，各節(jié)點通過WIFI接口、USB接口以及由USB接口虛擬而成的有線網卡接口接入外圍的用戶終端設備。優(yōu)選地，根據權利要求1所述的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)，其特征在于，所述多個節(jié)點為對等節(jié)點。優(yōu)選地，根據權利要求1所述的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)，其特征在于，各節(jié)點與用戶終端設備之間采用IP方式傳輸數據。優(yōu)選地，根據權利要求1所述的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)，其特征在于，各節(jié)點工作在相同頻點上。優(yōu)選地，根據權利要求1所述的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)點的數量為3～12個。通過采用上述技術方案，本發(fā)明相對于現有技術具有如下有益效果：本發(fā)明同時提供DSSS和OFDM兩種通信制式來傳輸信息，由于DSSS制式具有較好的抗干擾特性，在無線干擾較大的情況下，能夠保證通信的可靠性，可用來傳輸網絡控制和維護信息，維護網絡運行，還可以傳輸一些速率要求低的業(yè)務數據；而OFDM制式具有較好的帶寬利用率，可用于傳輸高速率的業(yè)務數據，因此可滿足多業(yè)務傳輸要求。同時，本發(fā)明采用主動路由方式維護一跳鄰居節(jié)點，采用按需路由方式維護一跳以上的鄰居節(jié)點，既降低了復雜度，又能滿足移動性特點。附圖說明圖1為本發(fā)明小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)的拓撲示意圖；圖2為本發(fā)明的網絡架構示意圖；圖3為本發(fā)明鏈路層的TDMA時隙分配示意圖；圖4為本發(fā)明的路由流程示意圖；圖5為本發(fā)明動態(tài)申請時隙資源的示意圖；圖6為本發(fā)明多徑路由的示意圖。具體實施方式下面結合附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述。本發(fā)明的小型化多業(yè)務無線移動自組網網絡系統(tǒng)如圖1所示，包括多個形成網絡拓撲的節(jié)點。網絡架構如圖2所示，包括物理層、鏈路層和網絡層三層架構，且各節(jié)點通過WIFI接口、USB接口以及由USB接口虛擬而成的有線網卡接口接入外圍的用戶終端設備(包括便攜設備和手持設備)，滿足小型化網絡系統(tǒng)的低功耗要求，同時采用IP方式實現節(jié)點與用戶終端設備之間的數據傳輸。在本發(fā)明中，物理層包括DSSS(直接序列擴頻，DirectSequenceSpreadSpectrum)模塊和OFDM正交頻分復用，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)模塊，其中，OFDM模塊用于提供OFDM協議來傳輸速率要求較高的業(yè)務數據信息(如流媒體數據等)，DSSS模塊用于提供DSSS協議來傳輸各節(jié)點的網絡維護和控制信息、以及速率要求較低的業(yè)務數據信息(如報文、語音數據等)。鏈路層采用TDMA方式將時間分割成周期性的幀，再將幀分割成DSSS固定時隙部分、DSSS動態(tài)時隙部分和OFDM動態(tài)時隙部分，其中，DSSS固定時隙部分設置為提供多個用于傳輸各節(jié)點的網絡維護和控制信息的DSSS固定時隙，OFDM動態(tài)時隙部分設置為提供多個用于傳輸速率要求較高的業(yè)務數據信息的OFDM動態(tài)時隙，DSSS動態(tài)時隙部分設置為提供多個用于傳輸速率要求較低的業(yè)務數據信息的DSSS動態(tài)時隙。網絡層設置為提供多徑路由協議傳輸所有信息，并采用主動路由方式維護一跳鄰居節(jié)點，采用按需路由方式維護一跳以上的鄰居節(jié)點。下面對本發(fā)明各部分的功能、特點作詳細描述：如圖1所示，本發(fā)明的網絡拓撲采用完全分布式、對等的網狀網絡架構，全網最少支持3個節(jié)點，最多支持12個節(jié)點，支持最多11跳路由，以滿足小型化設計要求。網絡中各節(jié)點可實現任意移動，各節(jié)點的通信能力和處理能力對等，所有節(jié)點在網絡控制、路由選擇和流量管理上是平等的，它們不僅作為普通節(jié)點，同時又作為路由節(jié)點，能夠以任意方式動態(tài)地保持與其他節(jié)點的聯系，實現發(fā)現及維護到其他節(jié)點路由的功能，源節(jié)點和目的節(jié)點之間存在多條路徑，可以較好地實現負載均衡和選擇最優(yōu)化路由。物理層采用雙通信混合制式，總帶寬為4MHz～8MHz。在本實施例中，DSSS模塊的調制樣式采用DBPSK方式，碼片速率16至128可調，傳輸速率16kbps～250kbps。OFDM模塊的調制方式采用QPSK方式，固定傳輸速率3.8Mbps。鏈路層采用TDMA方式，以秒為周期單位，分為DSSS固定時隙部分、DSSS動態(tài)時隙部分和OFDM動態(tài)時隙部分。鏈路層根據上層數據業(yè)務需求和周圍節(jié)點的占用無線資源情況，進行動態(tài)分配工作時隙，即，根據無線資源的使用情況，若存在空閑工作時隙，則收發(fā)雙方可自行占用，采用先到先得的分配原則，使用完成須自行釋放。具體動態(tài)申請時隙資源如圖5所示，網絡建立后，監(jiān)聽周圍節(jié)點的網絡控制信息，建立鄰居節(jié)點在動態(tài)時隙的占用情況，若自身有數據發(fā)送時，計算發(fā)送數據的帶寬需求，并查詢動態(tài)時隙的占用情況，若空閑時隙不夠傳輸業(yè)務需要帶寬，則通知上層應用，暫時帶寬資源不夠。若空閑時隙滿足業(yè)務需求帶寬，則在網絡控制信息中填入自身需要占用的時隙情況，并發(fā)送業(yè)務數據。接收端收到其他節(jié)點的網絡控制信息占用時隙情況，并且相應的業(yè)務數據目的地址為本機時，則必須在自身網絡控制信息中，填寫占用接收時隙的信息，以便防止隱藏終端和暴露終端等干擾問題。網絡層采用IP方式傳輸，路由維護主動保持一跳鄰居節(jié)點的路由以外，其他采用被動監(jiān)聽獲得路由信息，當路由表內無目的地址的有效路由時，才根據按需路由方式進行維護。每個節(jié)點同時維護盡可能多的路由，在當前傳輸路由失效之前，主動提前尋找新的可替代路由，保持無線數據鏈路的鏈接。具體路由流程如圖4所示，網絡建立后，節(jié)點主動監(jiān)聽其他節(jié)點的控制信息，若存在其他節(jié)點的控制信息，將其保存在鄰居節(jié)點的一級路由表中。若某一個節(jié)點需要發(fā)送數據，則首先查找自身一級節(jié)點的路由表中，是否存在目的節(jié)點，若存在則直接發(fā)送。若不存在，則查找多跳的路由表。若存在有效的下一跳路由的目的地址，則直接發(fā)送到下一跳地址。若不存在有效的下一跳路由，則廣播路由請求。周圍節(jié)點收到路由請求后，檢索自身的一級路由表和多跳路由表。若一級路由表中存在目的地址，則發(fā)送路由應答信息。若多跳路由表中有目的地址的有效路由，則發(fā)送路由應答信息，并記錄到自身路由表中。發(fā)送路由請求的節(jié)點，收到其他節(jié)點的路由應答，則根據應答信息的鏈路質量和跳數綜合參數，選擇一條適當的路由，并添加到自身的路由表中，發(fā)送至下一跳路由。另外周圍其他無關節(jié)點，監(jiān)聽到這次的路由請求和應答內容，將此條路由綜合考慮，也添加至自身的多跳路由表中。在組網過程中，所有節(jié)點工作在同一個頻點上，并采用TDMA方式接入到網絡中，每個節(jié)點可通過GPS秒脈沖保持時間同步(當節(jié)點沒有GPS信號時，通過DSSS制式的偽隨機碼片進行同步)。各節(jié)點保持同步后，均擁有獨立的DSSS固定時隙傳輸網絡控制和維護信息，并定時廣播自身身份信息和占用動態(tài)時隙的狀態(tài)信息、以及路由請求和應答等網絡信息，同時監(jiān)聽其它節(jié)點的網絡控制信息，并根據這些信息在其DSSS固定時隙中及時更新自身的路由表項，鄰居列表，全網動態(tài)時隙的使用情況等組網信息。在組網維護時，采用主動路由方式維護一跳鄰居節(jié)點的路由信息，采用按需路由方式維護一跳以上的鄰居節(jié)點的路由信息。具體來說，每個節(jié)點均只維護自身直達范圍內的鄰居節(jié)點的路由信息。當數據發(fā)送的目的地址不在路由表中，則廣播路由請求，周圍收到此廣播路由請求的節(jié)點查詢自身路由表中是否存在活動路由，若存在則在自身DSSS固定時隙中廣播存在可用路由信息，若不存在則中轉此路由請求。當節(jié)點收到對端可用目的路由信息后，更新自身路由表，并將數據發(fā)送到下一跳路由節(jié)點。在此過程中，路由請求包必須設置生存周期，以防止發(fā)生路由泛洪廣播。節(jié)點若收到多條路由應答，并且路由地址不同，則均保存在路由表中，并從中選取一條最優(yōu)化的路由(最優(yōu)化路由選取時基于最短路徑和節(jié)點消耗最小的原則)，若此路由不可靠時，自行切換至其他路由表中存在的路由。每條路由均存在有限生存時間，超過生存時間的路由項均被標記為失效狀態(tài)。在傳輸業(yè)務數據時，根據不同業(yè)務數據所需要的帶寬，自行完成頻率資源的申請和釋放。發(fā)送節(jié)點根據監(jiān)聽到的周圍節(jié)點的全網動態(tài)時隙的使用情況，從空閑時隙中選取一塊時隙，并且廣播占用時隙的情況，接收節(jié)點收到廣播占用時隙情況，若判斷出對端發(fā)送的數據是傳輸給自身的，那么同時在自身DSSS固定時隙中廣播占用的時隙。這樣發(fā)送和接收以成對方式出現，可防止周圍其他節(jié)點干擾，也有效防止“隱藏終端”等無線通信常見問題。一旦業(yè)務數據不在傳輸時，則釋放占用的時隙。此外，如前所述，網絡維護和控制信息以及速率要求較低的業(yè)務數據信息采用DSSS調制方式，而速率要求較高的業(yè)務數據信息采用OFDM調制方式進行傳輸。由于DSSS和OFDM調制方式存在差別，在接收靈敏度方面也存在差別，具體來說，DSSS制式存在擴頻因子提供的擴頻增益，而OFDM制式則沒有擴頻因子帶來擴頻增益。故在相同發(fā)射功率條件下，OFDM模塊的接收靈敏度低于DSSS模塊，那么容易存在一個工程問題，即，DSSS模塊和OFDM模塊傳輸距離不對等。這可能導致在DSSS制式下能夠有接收而在OFDM制式下接收不到的情況。此時，DSSS固定時隙需降低PN碼長度并主動降低發(fā)射功率，使得DSSS模塊的接信號強度減去其擴頻增益后，基本等于或者低于OFDM模塊的接收信號強度，從而使DSSS模塊和OFDM模塊的接收能力平衡。為了充分考慮抗干擾特性，在無線環(huán)境極端惡劣的條件下，通過調整DSSS的擴頻因子提高擴頻其增益并放棄通過OFDM制式傳輸數據，確保低碼率的話音數據或者報文數據能夠有效傳輸，盡可能保證節(jié)點間的通信。在本發(fā)明中，物理層協議格式如下：DSSS協議的幀格式如表1：表1DSSS幀最小9字節(jié)，最長為252字節(jié)，其中，PHYLength為整幀長度PHYLength*9，包括幀頭1字節(jié)；NeedCRC標志位用于標識當前幀是否包含CRC校驗信息，便于接收節(jié)點的基帶進行相應的校驗處理，校驗出錯的幀不上傳給鏈路層；PNMode：00表示PN16，01表示PN32，10表示PN64，11表示PN128。OFDM協議的幀格式如表2：表2Octets：1variable0x00PayloadPHRPHYPayloadOFDM固定幀長2688字節(jié)。鏈路層和網絡層協議格式如下：DSSS固定時隙幀格式如表3：表3Type：網絡控制幀類型固定為0xA；Group：作為網絡組號；SenderID：作為發(fā)送方的ID號；SlotsNo.：作為發(fā)送方選用的固定時隙號；Sequence：作為發(fā)送方的序號，每發(fā)送一次，累加1；AcknowledgeInfo：確認信息域；RouteInfo：路由信息域；AccessInfo：接入信息域；本發(fā)明實現的多徑路由如圖6所示，圖中的連線代表兩節(jié)點之間有直接的無線鏈路，如果節(jié)點A向節(jié)點H發(fā)送報文，則可能的路徑會有9種：A-B-E-H，A-B-F-H，A-B-G-H，A-C-E-H，A-C-F-H，A-C-G-H，A-D-E-H，A-D-F-H，A-D-G-H。如果B、C和E、F四個節(jié)點同時移動位置或者出現意外斷電，A和H之間仍然有穩(wěn)定的路由A-D-G-H，而不需要進行路由重建。并且可以在A和H按照路由A-D-G-H進行數據傳輸的同時尋找A-H的其它新的可能路由，使得當A-D-G-H這條鏈路失效后A-H之間仍然可達路由，這樣一來A和H之間的傳輸就會是連續(xù)和可靠的。另外，對于多徑路由協議，可以在多條路徑之間動態(tài)選擇，多條路徑并行發(fā)送報文，使網絡的吞吐量最大化。如果A-H的某條鏈路或者某個節(jié)點發(fā)生擁塞，則會旁路發(fā)生擁塞的路由，將鏈路擁塞帶來的問題降到最低。以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發(fā)明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權利要求保護范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術內容。當前第1頁1 2 3