CN101330298A - 面向多干扰环境应用的跳频fhss无线网络惰性处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机通信技术领域，具体地说是一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，包括用户数据接口、数据接口、硬件驱动、Ad Hoc功能模块、射频模块，Ad Hoc功能模块的核心电路中ARM9芯片与射频电路通过SPI接口连接，实现数据的传输和控制；网络协议算法在DSDV路由协议的基础上，确定联路状态，增加惰性规避时间周期，在有干扰时，先采用跳频FHSS进行路由试探，设置规避时间间隔Tinert作为配置参数，当某路由故障无法实现跳频通信，并保持几个惰性周期时，再启动新的路由更新策略，本发明与现有技术相比，减少路由更新的频度，具有较强抗干扰能力。
Description
[技术领域]
本发明涉及计算机通信技术领域，具体的说是一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法。
[背景技术]
AD HOC技术是目前国际上无线通信技术领域的研究热点，AD HOC技术是当今国际上无线通信技术领域最新的技术发展方向之一，它的兴起将对原有的无线网络架构产生深远的影响，正如有关专家指出：“就象IP网络改造传统电信网络一样，移动Ad Hoc网络技术可能对现有移动通信网络的结构和运营模式带来划时代的影响”。
Ad Hoc网络技术具有广泛的市场应用领域和巨大的市场发展空间，由于Ad Hoc网络不需要依赖固定的基础结构，可以通过临时组网的方式在恶劣环境中支持移动节点之间的数据、话音、图像和图形等业务的无线传输，应用范围可以覆盖电信、工业、商业、医疗、家庭、办公环境、军事等各种应用场合和行业，应用前景广阔，市场潜力巨大。另外，基于AD HOC自组织无线网络的无线传感器网络ZigBee，由于其市场定位专注于各种传感器的网络连接，在工业自动化、军事、人们生活，如智能家庭、智能小区、无线抄表以及环保、水文、智能交通、港口、煤矿、石油、化工、电力、自来水等等的行业当中都具有巨大的市场应用前景。
Ad Hoc网络的前身是分组无线网络，对分组无线网络的研究源于军事通信的需求，目前，国外对Ad Hoc网络技术的研究非常活跃，各大研究所、大学、一些大型通信公司以及许多新型的通信公司都在积极开展Ad Hoc网络技术的研究和开发，而且，国外许多公司最近两年都逐渐推出类似的产品。
Ad Hoc自组织无线网络在具有较多电磁干扰环境下使用时，由于电磁干扰的存在，链路受影响的概率比较大，在有外界干扰的情况下，通用的Ad Hoc路由协议一般都采取重新启动路由算法以寻找新的路由的办法，这将导致整个自组织网络系统进入低效率期，而且，通常情况下，比如在煤矿井下、建筑工地、企业等具有较多电磁干扰的环境下，许多电磁干扰的发生具有一定的特点，特别是干扰的间歇性和暂时性比较明显，在这样的环境下，采用通用的路由算法的效率会比较低，有时甚至作用不大，比如在重新启动新的路由协议并建立新路由后，可能干扰已经消失，这样频繁的启动路由算法无疑将大大降低系统的传输效率。
[发明内容]
本发明的目的就是克服现有技术的不足，结合无线跳频技术及惰性路由算法，保证在干扰环境下Ad Hoc网络的整体通信效率。
为实现上述目的，设计一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，包括用户数据接口、数据接口、硬件驱动、AdHoc功能模块、射频模块，其特征在于：Ad Hoc功能模块的核心电路中ARM9芯片的SPI_CSO端连接射频电路中的CSn端，ARM9芯片中的SPI_CLK端连接射频电路中的SCLK端，ARM9芯片中的SPI_MCSI端连接射频电路中的SI端，ARM9芯片中的SPI_MISO端连接射频电路中的SO端，实现数据的传输和控制；网络协议算法首先建立稳定环境下的无线路由，然后在传统的DSDV路由协议的基础上，提取无线链路中链路连接握手信息，确定联路状态和增加惰性规避时间周期，在有干扰使无线链路发生故障时，先采用跳频FHSS进行路由试探，在跳频FHSS探测周期内无法建立通信链路时，则采用定时规避的办法，规避时间间隔Tinert作为一个配置参数，当某路由故障无法实现跳频通信，并保持几个惰性周期时，再启动新的路由更新策略，具体包括步骤：(a)设定参数及节点路由参数结构；(b)进行数据传输；(c)确定链路是否有故障，若否，则维持原路由；若是则延时T1；(d)再判断链路是否有故障，若否，则维持原路由；若是，则再次延时T2；(e)再判断链路是否有故障，若否则维持原路由；若是则判断前两步中延时T1、T2的总和是否大于预先设定的规避时间间隔的参数Tinert，若否，则给维持原路由，若是，则启动新的路由探测和路由更新策略。
所述的设定参数及节点路由参数结构为：
DN：记录路由信息的目的节点；
Next：记录一条路由的下一跳节点；
Metric：路由的测度信息，采用时延或跳数作为选择路由的指标；
Seq：路由序列号，用来避免路由环路；每次发送路由广播时，节点将自己对应的序号加2，只使用偶数，当发现路由节点不可达，就将序号加1，此时是奇数，同时将Metric置为无穷大；
InstallTime：路由表项建立时间，用来删除过期路由信息；
Inert Time：Tinert惰性时间周期，用来设置规避周期；该时间周期可以由系统根据实际应用环境进行设置；
Stable：指针指向一组用来表示路由可靠性的信息，采用多种衰减策略来实现不同网络场景下的路由情况。所述的路由更新策略采用路由广播分组格式：
DN：记录路由信息的目的节点；
Metric：路由的测度信息，采用时延或跳数作为选择路由的指标；
Seq：路由序列号，用来避免路由环路；每次发送路由广播时，节点将自己对应的序号加2，只使用偶数，当发现路由节点不可达，就将序号加1，此时是奇数，同时将Metric置为无穷大；
Stable：指针指向一组用来表示路由可靠性的信息，采用多种衰减策略来实现不同网络场景下的路由情况。
所述的路由更新策略为：当节点DN收到路由信息分组，比较收到路由信息的序号和目的节点相同的自己路由表中的序号，选择序号大的路由信息更新路由表；当序号相同时，根据测度信息选择更优的路由，节点发送路由时对已知的所有路由信息、节点在周期性广播、新入网广播、路由信息改动广播均采用全更新Full Update；当有节点超时时，采用增量更新通知周围节点链路已断。。
本发明与现有技术相比，结合无线跳频技术，在传统的DSDV路由协议的基础上，增加规避时间间隔Tinert作为一个配置参数，从而增加传统DSDV协议的惰性，减少路由更新的频度，从而整体提高网络在干扰环境下的鲁棒性，具有较强抗干扰能力。
[附图说明]
图1是本发明的系统组成架构图。
图2是本发明中采用惰性处理方法的流程示意框图。
图3是本发明中Ad Hoc功能模块中采用ARM9即AtmelAT91RM9200 ARM9芯片的核心电路。
图4是本发明中射频电路的电路图。
指定图2为摘要附图。
[具体实施例]
下面结合附图对本发明作进一步的说明，本发明对本专业技术领域的人来说还是比较清楚的。
实施例：
参见图1的系统组成架构图，其中Ad Hoc核心功能模块是系统的核心部分，主要完成AD HOC自组织网络的核心功能，包括核心路由算法的实现以及和射频模块、用户数据接口控制等，Ad Hoc核心电路由基于ARM9芯片，即Atmel AT91RM9200芯片和外围电路组成，操作系统采用标准的Linux嵌入式操作系统。
射频RF模块采用TI公司CC2500芯片实现无线物理层的传输。
Ad Hoc核心功能模块和射频模块之间通过标准的数据接口SPI或SDIO连接，实现数据的控制和传输，本发明中采用了SPI数据接口，Ad Hoc功能模块的核心电路中ARM9芯片的SPI_CSO端连接射频电路中的CSn端，ARM9芯片中的SPI_CLK端连接射频电路中的SCLK端，ARM9芯片中的SPI_MCSI端连接射频电路中的SI端，ARM9芯片中的SPI_MISO端连接射频电路中的SO端。
在传统的DSDV即Destination-Sequenced Distance-Vector路由协议的基础上，增加规避时间间隔Tinert作为一个配置参数，从而增加传统DSDV协议的惰性，减少路由更新的频度，从而整体提高网络在干扰环境下的鲁棒性，其中路由算法主要采用距离矢量算法，通过周期性广播路由信息分组，维护网络所有已知节点的路由信息。
节点路由表结构
DN Next Metric Seq Install Time Inert Time Stable
DN：记录路由信息的目的节点；
Next：记录一条路由的下一跳节点；
Metric：路由的测度信息，可以采用时延、跳数等指标，本发明中采用跳数作为选择路由的指标；
Seq：路由序列号，用来避免路由环路；每次发送路由广播时，节点将自己对应的序号加2，这里只使用偶数，当发现路由节点不可达，就将序号加1，此时是奇数，同时将Metric置为无穷大。
InstallTime：路由表项建立时间，用来删除过期路由信息；
Inert Time：Tinert惰性时间周期，用来设置规避周期；该时间周期可以由系统根据实际应用环境进行设置。
Stable：指针指向一组用来表示路由可靠性的信息，可以采用多种衰减策略来实现不同网络场景下的路由情况。
路由更新策略采用路由广播分组格式：
DN Metric Seq Stable
节点收到路由信息分组，比较收到路由信息的序号和自己路由表中的序号，目的节点相同，选择序号大的路由信息更新路由表，当序号相等时，根据测度信息选择更优的路由。
节点发送的路由分组分为两类：全更新Full Update和增量更新Incremental Update。
全更新Full Update的路由信息分组包含节点已知的所有路由信息，节点在周期性广播，新入网广播，路由信息改动广播中采用全更新。
增量更新Incremental Update仅仅广播变化了的分组，当有节点超时时，采用增量更新通知周围节点链路已断。
路由更新策略为当节点DN收到路由信息分组，比较收到路由信息的序号和目的节点相同的自己路由表中的序号，选择序号大的路由信息更新路由表，当序号相同时，根据测度信息选择更优的路由，节点发送路由时对已知的所有路由信息、节点在周期性广播、新入网广播、路由信息改动广播均采用全更新Full Update；当有节点超时时，采用增量更新通知周围节点链路已断。
Claims (4)
1、一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，包括用户数据接口、数据接口、硬件驱动、Ad Hoc功能模块、射频模块，其特征在于：
(1)Ad Hoc功能模块的核心电路中ARM9芯片的SPI_CS0端连接射频电路中的CSn端，ARM9芯片中的SPI_CLK端连接射频电路中的SCLK端，ARM9芯片中的SPI_MCSI端连接射频电路中的SI端，ARM9芯片中的SPI_MISO端连接射频电路中的SO端，实现数据的传输和控制；
(2)网络协议算法首先建立稳定环境下的无线路由，然后在传统的DSDV路由协议的基础上，提取无线链路中链路连接握手信息，确定联路状态和增加惰性规避时间周期，在有干扰使无线链路发生故障时，先采用跳频FHSS进行路由试探，在跳频FHSS探测周期内无法建立通信链路时，则采用定时规避的办法，规避时间间隔Tinert作为一个配置参数，当某路由故障无法实现跳频通信，并保持几个惰性周期时，再启动新的路由更新策略，具体包括步骤：(a)设定参数及节点路由参数结构；(b)进行数据传输；(c)确定链路是否有故障，若否，则维持原路由；若是则延时T1；(d)再判断链路是否有故障，若否，则维持原路由；若是，则再次延时T2；(e)再判断链路是否有故障，若否则维持原路由；若是则判断前两步中延时T1、T2的总和是否大于预先设定的规避时间间隔的参数Tinert，若否，则给维持原路由，若是，则启动新的路由探测和路由更新策略。
2、权利要求1所述的一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，其特征在于所述的设定参数及节点路由参数结构为：
DN：记录路由信息的目的节点；
Next：记录一条路由的下一跳节点；
Metric：路由的测度信息，采用时延或跳数作为选择路由的指标；
Seq：路由序列号，用来避免路由环路；每次发送路由广播时，节点将自己对应的序号加2，只使用偶数，当发现路由节点不可达，就将序号加1，此时是奇数，同时将Metric置为无穷大；
InstallTime：路由表项建立时间，用来删除过期路由信息；
Inert Time：Tinert惰性时间周期，用来设置规避周期；该时间周期可以由系统根据实际应用环境进行设置；
Stable：指针指向一组用来表示路由可靠性的信息，采用多种衰减策略来实现不同网络场景下的路由情况。
3、权利要求1所述的一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，其特征在于所述的路由更新策略采用路由广播分组格式：
DN：记录路由信息的目的节点；
Metric：路由的测度信息，采用时延或跳数作为选择路由的指标；
Seq：路由序列号，用来避免路由环路；每次发送路由广播时，节点将自己对应的序号加2，只使用偶数，当发现路由节点不可达，就将序号加1，此时是奇数，同时将Metric置为无穷大；
Stable：指针指向一组用来表示路由可靠性的信息，采用多种衰减策略来实现不同网络场景下的路由情况。
4、如权利要求1或3所述的一种面向多干扰环境应用的跳频FHSS无线网络惰性处理方法，其特征在于所述的路由更新策略为：当节点DN收到路由信息分组，比较收到路由信息的序号和目的节点相同的自己路由表中的序号，选择序号大的路由信息更新路由表；当序号相同时，根据测度信息选择更优的路由，节点发送路由时对已知的所有路由信息、节点在周期性广播、新入网广播、路由信息改动广播均采用全更新Full Update；当有节点超时时，采用增量更新通知周围节点链路已断。
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