CN101237470B - 一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，在第2、3层协议之间通过基于第2层地址的第2.5层协议，规定了由网关节点和多个接入节点组成的无线多跳节点的接入方法，其步骤为：A、每个无线多跳节点生成并更新树型路由表，记录其父、子节点的物理地址；生成并更新代理表，该代理表包含该节点树型路由以下的所有车载子网节点的表项；B、数据帧的传输：通过无线多跳节点实现无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间的数据格式转换及数据发送、接收及转发；C、节点的切换：所有无线多跳节点的接入信道都采用相同频率的信道，实现节点间的无缝切换。该方法组网方便、成本低、数据传输速度高，可靠性强。

Description

一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法

技术领域

本发明涉及无线网络的数据传输技术，特别涉及一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法。 

背景技术

随着铁路、公路等移动车载用户在旅行过程中对公众信息网络接入需求的不断增加，现有的信息网络对移动车载用户接入的支持水平已经难以满足用户的需求。特别是随着高速旅客车辆和豪华旅游车辆的相继开行，信息网络的移动接入技术必须得到相应的改善和提高。 

无线多跳网络是一种新型的宽带无线网络结构，即一种高容量、高速率的分布式网络。在网络拓扑上，无线多跳网络包括移动Ad hoc(无线自组织)网络、无线Mesh(网状)网络(WMN)等；在单跳接入上，无线多跳网络可以看成是一种特殊的无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)。由于有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本，无线多跳网络开始得到特别重视和应用。通过文献检索，我们发现，对于车地宽带无线接入方法与系统，尚无任何完整的技术方案；而且，通过专利查新，也未发现基于无线多跳网络的车地宽带接入系统的完整的解决方案。 

当前，基于WLAN(无线局域网)基本技术的WMN(无线网格网络)标准是由IEEE主导制定的，称为IEEE 802.11s标准。第一版标准尚在制定之中，但IEEE已经制定了第一版IEEE 802.11s标准草案供各标准参与制定单位讨论与修改。 

按IEEE 802.11s草案，WMN网络拓扑结构分为3层，最低一层拓扑层为“终端用户层”，由用户终端设备组成，包括手机、笔记本电脑、PDA等设备，构成标准802.11接入网；“终端用户层”之上的拓扑层是“无线Mesh(网格)层”，由纯转发的无线Mesh节点(Mesh Point，MP)和可以转发也可以接入的无线Mesh接入节点(Mesh Access Point，MAP)构成，组成WMN，终端用户可以通过该层接入核心网络，终端用户之间也可以通过该层进行数据交互；WMN的第三拓扑层为“核心网络层”，主要提供各种网络互连服务。 

WMN解决方案主要的网元为无线Mesh节点(Mesh Point，MP)和无线 Mesh接入点(Mesh Access Point，MAP)构成，各网元主要功能如下： 

无线Mesh接入点(Mesh Access Point，MAP)。首先具有传统接入点的功能，当终端用户接入网络时，同样必须经过物理层传输、IEEE 802.11或者IEEE 802.11e MAC层的调度接入网络。MAP与传统WLAN接入点(AccessPoint)AP的根本区别在于，MAP拥有路由机制。若非单跳范围内的用户若需要相互通信，必须由源节点通过路由机制，查找到达目的节点的路径，然后根据该路径信息来传递数据，而传统的AP则不存在路由功能。 

无线Mesh节点(Mesh Point，MP)。无线Mesh节点的主要功能是连接WMN与核心网络，使装有无线网卡的终端设备可以通过MAP共享核心网的资源。 

IEEE 802.11s标准草案是无线多跳网络很好的解决方案，但并不是专门针对车地宽带接入系统而制定，因此在应用还存在以下的缺点：1)对于车地宽带接入系统特殊的直线或树型路由拓扑结构，采用普通网格状的IEEE802.11s方案效率较低；2)IEEE 802.11s草案没有定义快速无缝切换，车地宽带漫游接入时必须先断开后、重新接入新节点，并且耗时较长，使网络连接中断，无法满足车地宽带接入系统连续宽带接入的要求。 

IP话音提供了一种在IP网络中传输语音分组的方法，依托于无线宽带接入网络，能提供廉价、丰富、灵活个人无线通信服务。 

对于IP话音业务来说，关键的是要满足它的服务质量保障方法(QoS)需求，否则便无法进行有效的话音通信。但是众多文献的研究结果表明，基于IEEE 802.11的无线多跳网络，由于其底层采用类DCF的MAC协议，无法满足IP话音业务所要求的低时延、低时延抖动、低丢包率的QoS需求。经过论文和专利文献检索发现，现有论文或专利中所提出的IP话音业务的QoS方案，都是假定已经知道从网络上层发过来业务类型，通常的做法是在进行仿真的时候，指定某些数据帧业务为IP话音业务，其它数据包为尽力而为业务。有些论文虽然提到了要用分类器对业务进行分类，但并没有提出具体的方法，特别是能够应用在实际系统中的方法。 

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，该方法组网方便、成本低、数据传输速度高，可靠性强。 

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，由车载子网的无线节点、通过无线多跳网再接入公共互联网络；其中无线多跳网由多个无线多跳节点组成，无线多跳节点为网关节点或接入节点，接入节点有多个，无线多跳网所使用的协议栈有第1、2层的IEEE 802.11g协议，第3层的IP协议。并且在第2、3层协议之间还有基于第2层地址的第2.5层协议，该第2.5层协议规定了无线多跳节点的接入方法，该接入方法由以下步骤组成： 

A、每个无线多跳节点生成或更新树型的路由表，记录该无线多跳节点的父、子节点的物理地址；并创建代理表，该代理表包含该节点树型路由以下的所有车载子网节点的表项，每个表项由该节点的物理地址、该节点所代理的车载子网节点的物理地址组成；或者由该节点的子节点的物理地址、该子节点及以下节点所代理的车载子网节点的物理地址组成。 

B、数据帧的传输：无线多跳节点通过路由算法同时结合代理表、路由表的查询，确定路由路径，再调用发送、接收、转发程序，实现无线多跳节点之间、无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间的数据发送、接收及转发；并在无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间传输数据时进行格式转换。 

C、节点的切换：所有无线多跳节点的接入信道都采用相同频率的信道，车载子网节点随时探测其他无线多跳节点的接收信号强度，当正在使用的无线多跳节点的接收功率值低于预定的阈值，且探测到新的无线多跳节点的接收功率值高于该阈值时，在保持旧连接的同时向新接入点发起连接请求；被请求的节点收到请求信号后，更新代理表，建立与该车载子网的连接，然后车载子网请求断开连接，由旧节点断开其连接并更新代理表。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

一、本发明采用每一节点的路由表只记录其父、子节点，使整个无线多跳网络构成树型路由拓扑结构，将树型路由的根节点(无线网关节点)设置在铁路、公路的中心枢纽位置，而将拓扑结构较上位置的无线节点设置在铁路、公路流量较集中的交汇处；拓扑结构末端的无线节点设置在铁路、公路的沿线各处；使本发明树型拓扑结构与铁路、公路的实际分布结构完全适配，信息需求的流向与路由选择的路径实现最大可能的一致。因此，本发明的信息传输效率高，组网方便、成本低。同时，路由表只记录其父、子节点，代理表记录自己和子节点以下车载子网节点地址，使得数据传输和接入过程中每个节点只需和自己的父、子节点发生数据交换，提高了传输效率。 

二、路由表及代理表中记录的节点及车载节点地址采用二层MAC地址(节点及车载节点的硬件地址)，MAC地址是独立存在于二层，全球范围内独一无二，且不依赖于传统三层路由协议中的IP地址。所以在极其复杂的无线网络环境中寻找路由时，它具有更强的适应力，能更好地反应网络环境的变化。 

三、在传统的因特网中，数据的转发功能都是由第三层(即IP层)来实现的，而本发明数据传输是基于二层MAC地址的2.5层传输，相对于三层转发具有明显的优点：由于数据包是通过二层来转发的，所以协议栈对它的拆分和封装次数减少，数据包在协议栈内停留的时间也相应地减少，这样就带来了更短的传输延时，更能满足一些对时延敏感业务(如IP话音业务)的服务质量保障要求。另外，与二层网桥类似，2.5层转发功能对上层来说是透明的，这样就可以避免由于下层协议变化而造成的对上层协议的影响，从而增加了系统的稳定性。 

四、所有无线多跳节点(网关节点、接入节点)的接入信道都采用相同的频率，车载子网节点即终端节点在切换前，可以不需要进行耗时长的信道扫描过程，在终端节点正在使用的信道上就能随时探测其他接入点的接收信号强度，并在保持旧连接的同时向新接入点发起连接，避免了对所有物理信道的探测造成的物理连接中断，实现完全无缝切换。 

上述在无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间传输数据时进行格式转换的具体方法是：在第二层数据帧帧头和第三层的数据帧帧头之间加入第2.5层的无线多跳帧头，该无线多跳帧头的各字段依次为：数据帧中下一跳物理地址、上一跳物理地址、目的物理地址、源物理地址、无线多跳帧类型字段、业务类型字段。 

通过这样的格式转换，本发明能够可靠地实现无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间的数据传输。并且，无线多跳数据帧的帧头中只需要4个MAC地址(上一跳地址、下一跳地址、目的地址、源地址)既可以完成数据转发，使其数据传输高效、可靠。 

上述数据帧的传输的寻址方法为： 

发送数据时的寻址：发送数据时，首先查找代理表，若代理表中存在目的车载节点的物理地址，则将数据帧发送给代理表中对应的无线多跳节点处理；若不存在，则发送给父节点处理。 

接收及转发数据时的寻址：收到数据后，查找路由表，如果路由表中不存在该数据帧的上一跳地址，则确定不是自己父节点和子节点发送的数据帧，该数据帧丢弃；若收到以太网广播数据帧，则由本节点按第3层网络协议进行处理，并同时发送给路由表中除去广播数据帧源节点以外的所有节点；若收到以太网单播数据帧，查找代理表，如果自身即为该数据帧以太网目的地址的代理节点，则由本节点按第3层网络协议进行处理，否则，进行数据的转发，数据转发的寻址方法与发送数据帧相同。 

以上采用二层路由表和代理表结合的方式实现数据转发和MAC寻址机制，使每个节点传输数据的处理程序简单高效。同时有效的树型路由结构使数据传输的路径优化，从整体上提高了数据传输效率。此外，由于转发广播数据帧时，不向广播数据帧源节点转发，从而完全避免了无线多跳网内广播风暴的产生，进一步提高了系统的稳定性。 

上述无线多跳协议还包括二层IP话音服务质量保障方法，该方法包括以下步骤： 

在无线多跳网络的接入节点或网关节点，对数据帧进行识别并对识别出的IP话音数据帧进行标记，即在数据帧的无线多跳帧头的业务类型字段中记录为话音；在数据帧的转发过程中，优先转发带有话音数据帧。 

这样本发明建立了一种在二层MAC地址对IP语音数据帧进行识别，标记的方法。从而能够实际的系统中对IP话音业务采取策略进行特殊对待，以满足其话音服务质量保障的需求。 

上述的识别话音数据帧的方法为： 

A1、二层IP话音信令捕获：从数据帧中获得建立或拆除IP话音连接时期的信令。 

A2、IP话音信令解析，如解析到的信令为建立连接信令，将获得的IP话音的连接IP地址、传输层端口信息，存入IP话音连接信息库；如解析到的信令为拆除信令，则将连接信息库中的相应的连接IP地址、传输层端口信息删除。 

A3、IP话音业务识别方法，在二层上对所有通过的数据帧帧头中的IP帧头 中的目的IP地址和传输层帧头中的目的端口与IP话音连接信息库中的信息进行对比，若信息库中存在该IP地址和相应端口，则将该数据帧标记为话音数据帧。 

这样，本发明解决了在2.5层上对IP语音业务进行识别的关键问题，能够准确、简单地识别出传输的IP话音数据帧，使其能在实际应用中对话音实现在转发过程中的优先处理。使得IP语音清晰、连续、时延小，满足IP语音通信的服务质量要求。使本发明所提出的无线多跳网络技术的车地宽带接入方法更加适用于车地接入这样一个话音业务占很大比重的场景，尤其是对铁路、公路运输的安全具有重要意义。 

上述二层IP话音信令捕获的具体方法是： 

将所有数据帧制作一份副本，从副本中取出数据帧的IP帧头和传输层的传输层报头，获得其中的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口；并据以确定其消息类型为：H.225协议的注册认证状态(RAS)消息、H.225的呼叫信令消息、H.245控制信令消息、会话初始化协议(SIP)协议消息中的一种，根据得到的消息类型，调用A2步骤中的IP话音信令解析方法；否则丢弃该数据帧副本。 

这样，该方法通过获取数据帧拷贝的副本进行解析，而不是对数据帧本身进行解析，不影响数据帧正常传输，保证了数据传输的效率。 

上述的A2步骤中IP话音信令解析的具体作法是： 

对H.225协议的注册认证状态(RAS)消息用ASN.1(编码标准)译码器进行解码；对H.225的呼叫信令消息或H.245控制信令消息中的连接建立和拆除的信令用ASN.1编码标准译码器进行解码；对会话初始化协议(SIP)协议消息的连接建立和拆除的信令用文本协议译码器进行解码。 

这样，本方法采取只对含有建立IP语音连接信息的信令进行解析的方式，而不是对所有IP语音进行解析，简化了解析复杂度，提高了解析效率。 

上述的IP话音连接信息库，包含以下三个信息表：H.225注册认证状态(RAS)连接信息表，该表的每一个表项包括一个注册认证状态(RAS)传输信道的IP地址和传输层端口；H.225呼叫信令连接信息表，该表的每一个表项包括一个呼叫信令传输信道的IP地址和传输层端口；话音通信连接信息表，该表的每一个表项包括一个IP话音和视频通信的话音通信协议所用的传输的IP地址和传 输层端口。 

这样，通过把IP语音连接的信息划分成几个表，使信息库的结构清晰、明了，方便在信令捕获以及IP话音帧识别的时候的查询对比，也提高了对比的效率。 

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。 

附图说明

图1为本发明实施例接入方法构建的无线多跳网络结构示意图。 

图2为本发明实施例接入方法的示意图。 

图3为本发明实施例中无线多跳协议层帧结构。 

图4为本发明实施例中无线多跳协议层帧帧头结构 

图5为本发明实施例的车载子网节点发送数据结构图。 

具体实施方式

实施例 

图1、2示出，一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，由车载子网的无线节点、通过无线多跳网再接入公共互联网络；其中无线多跳网由多个无线多跳节点组成，无线多跳节点为网关节点Portal或接入节点MAP，接入节点MAP有多个，如MAP1、MAP2、MAP3。无线多跳网所使用的协议栈有第1、2层的IEEE 802.11g协议，第3层的IP协议。并且第2、3层协议之间还有基于第2层地址的第2.5层协议，该第2.5层协议规定了无线多跳节点的接入方法。该接入方法由以下步骤组成： 

A、每个无线多跳节点生成或更新树型的路由表，记录该无线多跳节点的父、子节点的物理地址；并创建代理表，该代理表包含该节点树型路由以下的所有车载子网节点的表项，每个表项由该节点的物理地址、该节点所代理的车载子网节点STA的物理地址组成；或者由该节点的子节点的物理地址、该子节点及以下节点所代理的车载子网节点STA的物理地址组成。 

B、数据帧的传输：无线多跳节点通过路由算法同时结合代理表、路由表的查询，确定路由路径，再调用发送、接收、转发程序，实现无线多跳节点之间、无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点Portal与公共互联网之间的数据发送、接收及转发；并在无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点Portal与公共互联网之间传输数据时进行格式转换。格式转换的方法属于2.5层协议栈中的数据帧传输数据控制模块。

图2、3示出，本例根据2.5层协议栈中的数据帧传输数据控制模块进行格式转换的具体方法是：在第二层数据帧帧头(该帧头由IEEE 802.11g MAC模块确定)和第三层数据帧帧头(I P包头)之间加入第2.5层的无线多跳帧头；图4则示出，该无线多跳帧头的各字段依次为：数据帧中下一跳物理地址、上一跳物理地址、目的物理地址、源物理地址、无线多跳帧类型字段、业务类型字段。 

本例数据帧传输时的寻址方法：发送数据时的寻址：发送数据时，首先查找代理表，若代理表中存在目的车载节点的物理地址，则将数据帧发送给代理表中对应的无线多跳节点处理；若不存在，则发送给父节点处理。接收及转发数据时的寻址：收到数据后，查找路由表，如果路由表中不存在该数据帧的上一跳地址，则确定不是自己父节点和子节点发送的数据帧，该数据帧丢弃；若收到以太网广播数据帧，则由本节点按第3层网络协议进行处理，并同时发送给路由表中除去广播数据帧源节点以外的所有节点；若收到以太网单播数据帧，查找代理表，如果自身即为该数据帧以太网目的地址的代理接入节点，则由本节点按第3层网络协议进行处理，否则，进行数据的转发，数据转发的寻址方法与发送数据帧相同。 

C、节点的切换：所有无线多跳节点的接入信道都采用相同频率的信道，车载子网节点随时探测其他无线多跳节点的接收信号强度，当正在使用的无线多跳节点的接收功率值低于预定的阈值，且探测到新的无线多跳节点的接收功率值高于预定的阈值时，在保持旧连接的同时向新接入点发起连接请求；被请求的节点收到请求信号，更新代理表，建立与该车载子网的连接，然后车载子网请求断开连接，由旧节点断开其连接更新代理表。这些节点切换的步骤与方法，属于2.5层协议栈中的切换模块，如图2所示。 

本例路由表的生成及维护的方法是：在一个网络中首先要选用一个网关节点Portal作为根节点，树形拓扑就是由根节点Portal来主要负责建立和维护的。根节点Portal会周期性地发起根广播通知信号，向网络内的其余节点宣告自己的根地位。距离较近的能够收到广播消息的非根节点即无线多跳接入节点MAP，收到根广播信号后首先将自己收到的广播信号的上一跳节点设置为自己的父节点，然后再向父节点发起子节点注册消息，最后将收到的根通知消息转发广播 出去。收到该广播的节点，如果之前没有收到广播，则成为转发广播的上一跳节点的子节点，如此反复下去，便可以快捷地在全网络内建立起树形路由拓扑。而在父子表建立完成后，在新的根广播消息的周期中，每个节点都会根据收到的消息来进一步维护自己的父子关系表，比如：删除失效的子节点、增加新的子节点、替换失效的父节点等等。 

图5示出，利用本发明方法从一个车载子网节点STA1发送数据到另一个车载子网节点STA2的一个具体的寻址实例，主要包括以下几个步骤： 

1、STA1发送的数据由其接入的无线多跳接入节点MAP1进入无线多跳网内部，MAP1首先查找代理表，发现目的地址STA2并不存在于他的代理表项中，因此将数据传给他的父节点—无线多跳网关节点Portal。 

2、Portal节点收到MAP1节点发送的数据帧后，查找代理表，发现目的地址STA2存在于他的代理表项中，代理的子节点为MAP2，于是将数据帧发送给接入节点MAP2。 

3、同理，MAP2发现目的地址STA2存在于他的代理表项中，代理的子节点为第三个接入节点MAP3，于是将数据帧发送给第三个接入节点MAP3。 

4、MAP3收到数据后查找代理表，发现STA2为自己代理，则将数据发送到STA2。 

本例的无线多跳协议还包括二层话音(IP话音)服务质量保障方法，该方法包括以下步骤： 

在无线多跳网络的接入或网关节点，对数据帧进行识别并对识别出的话音(IP话音)数据帧进行标记，即在数据帧的无线多跳帧头的业务类型字段中记录为话音；在数据帧的转发过程中，优先转发带有话音数据帧。 

本例的识别话音数据帧的方法为： 

A1、二层IP话音信令捕获：从数据帧中获得建立或拆除IP话音连接时期的信令；具体方法是：将所有数据帧制作一份副本，从副本中取出数据帧的IP帧头和传输层的传输层报头，获得其中的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口。并确定其是否为以下消息类型中的一种：H.225协议的注册认证状态(RAS)消息、H.225的呼叫信令(Call Signaling)消息、H.245控制信令消息、会话初始化协议(SIP)协议消息；若是，则进行IP话音信令解析；否则，丢弃该数据帧副本。 

A2、IP话音信令解析，如解析到的信令为建立连接信令，将获得的IP话音的连接IP地址、传输层端口信息，存入IP话音连接信息库；如解析到的信令为拆除信令，则将连接信息库中的相应的连接IP地址、传输层端口信息删除； 

解析得到连接IP地址、传输层端口的具体方法是： 

对H.225协议的注册认证状态(RAS)消息用ASN.1编码标准译码器进行解码。解码得到的类型为RAS消息的GRQ(网守请求)，GCF(网守确认)消息，取得消息中的RAS信道的IP地址和传输层端口，并更新IP话音连接信息库中的RAS信道信息的部分；如果类型为RAS消息中的ARQ(认证请求)，ACF(认证确认)消息，取得消息中的呼叫信令(Call Signaling)信道的IP地址和传输层端口，并更新IP话音连接信息库中的呼叫信令(Call Signaling)信息的部分。 

对H.225的Call Signaling消息或H.245控制信令消息中的连接建立和拆除的信令用ASN.1编码标准译码器进行解码；解码结果如果包含H.245信道的信息，则更新IP话音连接信息库中的H.245信道信息的部分；如果其中包含FastStart(快速初始化会话单元)消息，取得其中话音通信传输的IP地址和传输层端口，并更新IP话音连接信息库中关于话音通信传输信道信息的部分。 

对会话初始化协议(SIP)协议消息的连接建立和拆除的信令用文本协议译码器进行解码。解码得到的消息类型为SIP的INVITE(会话邀请)消息，则从其中的CONNECT(连接)字段中得到传输的IP地址，从其中的MEDIA(媒体)字段中得到话音信道的话音通信传输端口，从其中的VEDIO(视频)字段中得到视频信道的话音通信传输端口，然后更新IP话音连接信息库中的关于话音通信传输信道信息的部分。 

本例的IP话音连接信息库，包含以下信息表： 

H.225RAS连接信息表，该表的每一个表项包括一个RAS传输信道的IP地址和传输层端口；H.225 Call Signaling(呼叫信令)连接信息表，该表的每一个表项包括一个Call Signaling(呼叫信令)传输信道的IP地址和传输层端口；话音通信连接信息表，该表的每一个表项包括一个IP话音和视频通信的话音通信协议所用的传输的IP地址和传输层端口。 

A3、IP话音业务识别方法：在二层上对所有通过的数据帧帧头中的IP帧头中的目的IP地址和传输层帧头中的目的端口与IP话音连接信息库中的信息进行对比，若信息库中存在该IP地址和相应端口，则将该数据帧标记为话音数据 帧。 

以下给出一个IP语音通信及其服务质量保障具体实例的细节： 

网关节点Portal上安装有H.323(包括H.225、H.245协议)IP话音关守服务器。H.323协议包括H.225、H.245协议。IP话音关守服务器为IP话音客户端提供注册认证和连接建立服务。在此实例中，我们还假定，车载子网节点STA和网关节点Portal之间除了一个IP话音通信连接之外，其余的带宽都被其它的业务占满，即网络处于一种高负荷运行的状态。 

一个基于H.323协议(包括H.225、H.245协议)的IP话音语音通信的典型信令交互过程。一个车载无线子网节点STA1，通过网关节点Portal向网关节点Portal外(即未由网关节点Portal代理)另一车载节点STA2发起IP话音呼叫，并由STA1结束此次通信过程： 

在通信开始的时候，STA1向它所注册的网关节点Portal中的关守服务器发送呼叫接入请求(ARQ)，其中包含了呼叫的目的地址STA2。关守服务器给STA1回复一个认证确认呼叫接入应答消息(ACF)，其中包含了STA2的H.225呼叫控制信道的传输层端口地址1720。 

此时STA2的代理节点MAP1截获了这个ACF信令，通过ASN.1解码器解码后，得到了H.225呼叫控制信道的IP地址(STA2)和传输层端口1720。因此MAP1上的IP话音连接信息库中的H.225 CallSignaling连接信息表得到了更新，其内容如下： 

序号	IP地址	端口
			1	STA2	1720

STA1接收到这个ACF之后，通过H.225 CallSignaling信道向STA2发送一个连接建立(SETUP)消息。STA2接受这个呼叫，先跟H.323关守服务器Portal进行ARQ/ACF的信令交换，然后向STA1回复连接(Connect)消息。 

在上述的信令交互过程中，MAP1先截获STA1发出的SETUP信令消息，经过解码后，得到后期H.245媒体控制协议所用的IP地址和传输层端口，并更新IP话音连接信息库中H.245表，其内容如下 

序号	IP地址	端口
			1	STA1	1350

而网关节点Portal截获了发往STA2的ACF消息，经过解码后，得到了STA1的H.225的Call Signaling信道的IP地址和TCP端口，并更新IP话音连接信息库中的H.225 Call Signaling表，内容如下 

序号	IP地址	端口
			1	STA1	1720

接下来，因为已经有STA1的H.225 CallSignaling信令通道的信息，所以发往STA1的连接(CONNECT)消息被捕获，解码后，得到STA2的后期H.245媒体控制信道所用的IP地址的TCP端口，于是网关节点中的IP话音连接信息表得到更新，其内容如下： 

序号	IP地址	端口
			1	STA1	1350

然后STA1和STA2利用所打开的H.245信道来进行媒体通信，由于在MAP1和网关节点Portal上都已经有H.245信道的信息，所以能截获这些信令交互。这些信令中，最重要的是打开逻辑通道(openLogicChannel)信令以及打开逻辑通道确认信令(openLogicChannelAck)，它们指定了最后IP话音通信所用的IP地址和传输层端口。即MAP1截获了STA1发向STA2的openLogicChannel信令，经过解码后，得到了话音通信所用传输层端口和STA2的IP地址，更新IP话音连接信息库当中话音通信信息表，其内容如下： 

序号	IP地址	端口
			1	STA2	49156
网关节点Portal截获  了STA2所发向STA1的  openLogicChannelAck   信令，经过解码后，得  到了话音通信传输层  端口和STA1的IP地	IP地址	端口

址，更新IP话音连接  信息库当中话音通信  信息表，其内容如下：  序号
			1	STA1	49152

经过上述步骤后，QoS策略中业务识别所要用到的信息已经准备完毕。 

接下来是IP话音的通信过程：MAP1提取出所有在传输层49156端口的通信包，排入自己的IP话音缓冲队列；网关节点提取出所有在传输层49152端口的通信包，排入自己的IP话音缓冲队列。 

这样，IP话音业务被区分出来后，被放入一个单独的缓冲队列，而其它业务即尽力而为业务则被放入另外一个缓冲队列，由于已假定网络处于拥塞状态，所以，尽力而为业务的队列随时都是接近于满的。再假设IP话音业务采用的G.721语音编码方案，因此根据G.723的所规定的MP-MLQ编码标准，IP话音业务缓冲队列每30ms便有一个200bit数据帧进入队列。 

在此实例中，采用比例概率随机调度算法，配置IP话音队列占有10％的发送概率，尽力而为业务占有90％的发送概率，设此时的物理层发送速率为54Mbps，而按实验所得数据，此时在MAP1及网关节点Portal两跳的情况下，两个IP话音终端的端到端的速率的10Mbps，假设平均数据包长为1000bits，则每秒钟可提供10000次的发送机会。此时，缓冲队列的发送过程如下： 

产生一个(0，1)区间的随机数x，如果0＜x＜0.1，而IP话音队列获得发送机会，如果0.1＜x＜1，则尽力而为业务获得发送机会。 

根据上述分析，当IP话音业务队列获得发送机会的时候，如果此时队列没有数据帧，将放弃这次发送机会，如果有数据帧，将会立即得到发送。由于单个IP话音连接需要每30毫秒一次的发送机会，相当于每秒种需要大概33次的发送机会，大大小于队列所提供给它的每秒1000次的发送机会，IP话音的服务质量(QoS)能充分的得到满足。 

Claims (7)

1.一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，由车载子网的无线节点、通过无线多跳网再接入公共互联网络；其中无线多跳网由多个无线多跳节点组成，无线多跳节点为网关节点或接入节点，接入节点有多个，无线多跳网所使用的协议栈有第1、2层的IEEE 802.11g协议，第3层的IP协议，其特征在于：所述的第2、3层协议之间还有基于第2层地址的第2.5层协议，该第2.5层协议规定了无线多跳节点的接入方法，该接入方法由以下步骤组成：

A、每个无线多跳节点生成或更新树型的路由表，记录该无线多跳节点的父、子节点的物理地址；并创建代理表，该代理表包含该无线多跳节点树型路由以下的所有车载子网节点的表项，每个表项由该无线多跳节点的物理地址、该无线多跳节点所代理的车载子网节点的物理地址组成；或者由该无线多跳节点的子节点的物理地址、该子节点及以下节点所代理的车载子网节点的物理地址组成；

B、数据帧的传输：无线多跳节点通过路由算法同时结合代理表、路由表的查询，确定路由路径，再调用发送、接收、转发程序，实现无线多跳节点之间、无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间的数据发送、接收及转发；并在无线多跳网与车载子网之间、无线多跳网关节点与公共互联网之间传输数据时进行格式转换；所述格式转换的具体方法是：在第2层数据帧帧头和第3层的数据帧帧头之间加入第2.5层的无线多跳帧头，该无线多跳帧头的各字段依次为：数据帧中下一跳物理地址、上一跳物理地址、目的物理地址、源物理地址、无线多跳帧类型字段、业务类型字段；

C、节点的切换：所有无线多跳节点的接入信道都采用相同频率的信道，车载子网节点随时探测其他无线多跳节点的接收信号强度，当正在使用的无线多跳节点的接收功率值低于预定的阈值，且探测到新的无线多跳节点的接收功率值高于该阈值时，在保持旧连接的同时向新的无线多跳节点发起连接请求；被请求的节点收到请求信号后，更新代理表，建立与该车载子网的连接，然后车载子网请求断开旧连接，由旧节点断开其连接并更新代理表。

2.如权利要求1所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于，所述的数据帧的传输的寻址方法为：

发送数据时的寻址：发送数据时，首先查找代理表，若代理表中存在目的车载子网节点的物理地址，则将数据帧发送给代理表中对应的无线多跳节点处理；若不存在，则发送给父节点处理；

接收及转发数据时的寻址：收到数据后，查找路由表，如果路由表中不存在该数据帧的上一跳地址，则确定不是自己父节点和子节点发送的数据帧，该数据帧丢弃；若收到以太网广播数据帧，则由本节点按第3层网络协议进行处理，并同时发送给路由表中除去广播数据帧源节点以外的所有节点；若收到以太网单播数据帧，查找代理表，如果自身即为该数据帧以太网目的地址的代理节点，则由本节点按第3层网络协议进行处理，否则，进行数据的转发，数据转发的寻址方法与发送数据帧相同。

3.如权利要求1所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于：所述的第2.5层协议还包括第2层IP话音服务质量保障方法，该方法包括以下步骤：

在无线多跳网络的接入或网关节点，对数据帧进行识别并对识别出的IP话音数据帧进行标记，即在数据帧的无线多跳帧头的业务类型字段中记录为话音；在数据帧的转发过程中，优先转发带有话音数据帧。

4.如权利要求3所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于：所述的对数据帧进行识别并对识别出的IP话音数据帧进行标记的方法为：

A1、第2层IP话音信令捕获：从数据帧中获得建立或拆除IP话音连接时期的信令；

A2、IP话音信令解析：如解析到的信令为建立连接信令，将获得的IP话音的连接IP地址、传输层端口信息，存入IP话音连接信息库；如解析到的信令为拆除信令，则将连接信息库中的相应的连接IP地址、传输层端口信息删除；

A3、IP话音业务识别方法：在第2层上对所有通过的数据帧帧头中的IP帧头中的目的IP地址和传输层帧头中的目的端口与IP话音连接信息库中的信息进行对比，若信息库中存在该IP地址和相应端口，则将该数据帧标记为话音数据帧。

5.如权利要求4所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于：所述的A1步骤中第2层IP话音信令捕获的具体方法是：

将所有数据帧制作一份副本，从副本中取出数据帧的IP帧头和传输层的传输层报头，获得其中的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口；并据以确定其消息类型为：H.225协议的注册认证状态(RAS)消息、H.225的呼叫信令消息、H.245控制信令消息、会话初始化协议(SIP)协议消息中的一种，根据得到的消息类型，调用A2步骤中的IP话音信令解析方法；否则丢弃该数据帧副本。

6.如权利要求4所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于：所述的A2步骤中IP话音信令解析的具体作法是：

对H.225协议的注册认证状态(RAS)消息用ASN.1编码标准译码器进行解码；对H.225的呼叫信令消息或H.245控制信令消息中的连接建立和拆除的信令用ASN.1编码标准译码器进行解码；对会话初始化协议(SIP)协议消息的连接建立和拆除的信令用文本协议译码器进行解码。

7.如权利要求4所述的一种基于无线多跳网络技术的车地宽带接入方法，其特征在于，所述的IP话音连接信息库，包含以下三个信息表：H.225注册认证状态(RAS)连接信息表，该表的每一个表项包括一个注册认证状态(RAS)传输信道的IP地址和传输层端口；H.225呼叫信令连接信息表，该表的每一个表项包括一个呼叫信令传输信道的IP地址和传输层端口；话音通信连接信息表，该表的每一个表项包括一个IP话音和视频通信的话音通信协议所用的传输的IP地址和传输层端口。

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