CN101577954A

CN101577954A - 无线多跳自组织网络通信方法

Info

Publication number: CN101577954A
Application number: CNA2009100312445A
Authority: CN
Inventors: 陈晓曙; 朱正东; 孙洪峰; 戴佳; 邹庆揆; 贾华忠; 丁晓进; 王观辉; 金旭辉; 陈国华; 任丽丽; 肖明
Original assignee: Nanjing Zhengbao Communication Network Technology Co ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101577954B

Abstract

本发明旨在提供一种无线多跳自组织网络通信方法，包括：网络建立与维护、业务传输，其中网络建立与维护包括如下步骤：邻居的发现；邻居的加入与删除机制；路由的建立与维护：网络节点之间通过邻居信息的交互，使得每个网络节点最终拥有一张全网连接关系的拓扑表，然后由其中主算节点根据拓扑表计算出整个网络的路由，同时以信息交互方式将路由信息告知网络中其他的网络节点，当网络最后稳定时，每个网络节点各自保存的拓扑表和路由表保持一致，完成网络的建立；其中业务传输包括下列步骤：寻找接入点；链路申请；链路建立；传输业务；链路拆除。本发明自行开发了的无线多跳自组织的中继网，能够完成在坑道或是具有类似特征的场合的通信。

Description

无线多跳自组织网络通信方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信领域，具体地讲是一种基于无线分组协议的多跳、无中心的可独立组网的自组织网络通信方法。

背景技术

随着科技的进步，人们对信息交流的要求也越来越高，但是蜂窝移动通信系统要有基站和移动交换中心等功能设施的支持，无线局域网一般也工作在有接入点(Access Point)和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊的应用场合，有中心的移动通信技术并不能胜任。比如，战场上部队的快速展开和推进，发生地震和水灾的等大型灾害的营救，野外科考，偏远矿山作业以及临时性组织的大型会议等。这些场合的通信不能依赖于任何预先架设的网络设施，或者预先架设的网络基础设施已经因灾害摧毁而失去效用，为了确保这些场合的信息畅通、可靠、安全且无处不在，建立起一个覆盖面广的、服务类型完备的、兼具独立性、安全性、经济性的无线专用网络是必然的。这就需要一种能够临时快速自动组网的移动通信技术，无线自组网可以满足这些特殊场合的需要。

现有技术中Ad Hoc网络可以看作是一个独立的自治系统或者是一个对因特网的多跳无线扩展。作为一个自治系统，它有自己的路由协议和网络管理机制；作为多跳无线扩展，它应该对因特网提供一种灵活、无缝的接入。与其他通信网络相比，Ad Hoc网络有很多特点：

(1)自组织：自组网相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需依靠基础设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。

(2)多跳路由：当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的多跳转发。Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通的网络节点完成的。网络中的每一个网络节点扮演着多个角色，它们可以是服务器、终端，也可以是路由器。更重要的是，由于网络拓扑结构的变化，网络路由是随时变化的。网络拓扑结构变化的不可预知性增加了路由的难度。

(3)动态变化的网络拓扑结构：自组网中，网络节点可以以任意速度和任意方式在网中移动，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的互相干扰因素、地形等综合因素的影响，节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的，网络拓扑结构会出现分割和合并。

自组网还可以与蜂窝移动通信系统等公共移动通信系统结合，让终端具备直通和多跳转发的能力。

基于无线自组网的研究越来越多，但是在产品化的过程中还是遇到了很多的技术难题。

发明内容

本发明以AD HOC网络为基础，自行开发了一种无线多跳自组织的中继网，能够完成在专用领域特殊环境下的无线通信，例如矿井坑道、应急救援等。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于包括：网络建立与维护、业务传输，其中网络建立与维护包括如下步骤：

a.邻居的发现：首先将各个网络节点摆放在合适的位置，使网络的覆盖范围达到最大并保证各个网络节点之间的距离都在各自的信号范围之内，然后各个网络节点在最大发送功率约束和最小链路性能限制下，统计与其直接建立通信链路的邻居节点的数量和身份，同时将这些信息保存在邻居列表中；

b.邻居的加入与删除机制：当网络节点发现另外某一节点的信号强度超过门限值，而该节点不在本节点的邻居列表中，就将该节点加入到本节点的邻居列表；当发现本节点邻居列表中的某个节点信号强度低于门限值时，将该节点从本节点邻居列表中删除；

c.路由的建立与维护：网络节点之间通过邻居信息的交互，使得每个网络节点最终拥有一张全网连接关系的拓扑表，然后由其中主算节点根据拓扑表计算出整个网络的路由，同时以信息交互方式将路由信息告知网络中其他的网络节点，当网络最后稳定时，每个网络节点各自保存的拓扑表和路由表保持一致，完成网络的建立；

其中业务传输包括下列步骤：

A.寻找接入点：当移动终端有业务请求时，该移动终端就开始以广播形式发送接入请求，并确定最先回复的网络节点为接入点；

B.链路申请：移动终端找到接入点后便向它发送业务申请等待业务申请确认，在收到了确认帧后，进入建立链路等待状态；

C.链路建立，当接入点确认某个移动终端业务申请后，由该节点通知网络中的其他节点建立链路，当网络所有节点都完成链路的建立后，由接入点通知移动终端链路建立完成；

D.传输业务，当终端收到链路完成信息后，即可进行业务传输；

E.链路拆除，当业务传输完毕后，移动终端向接入点发送拆除链路信息，接入点接收拆除链路信息后进入自由态，同时通知网络其他节点拆除链路并进入自由态。

作为优选的技术方案：

所述邻居发现步骤中，网络节点通过获得邻居节点的状态变化信息来维护自己的邻居列表，并通知邻接点；收到来自邻居节点的状态变化信息后，网络节点会计数，若个数小于阀值则要求其重新发起广播，否则将更改保存的邻居列表，节点在一段时间内没收到邻节点发送的任何信息，就认为和该邻接点间的链路失败；

所述邻居的加入与删除机制中，每个节点上电初始化后，只有自己的信息，拓扑表为一个1×1的矩阵；每个节点都定时发送HELLO帧，并且监听其它节点HELLO帧以及有用信息，如果收到其它节点HELLO帧，首先检查本机是否在该节点记录的邻居列表中，如果在则将该节点添加到本节点的邻居列表中，否则不予处理；网络中所有节点在收到其他节点发来的拓扑表后，与本机的拓扑表对比并更新不同信息，最终网络中所有节点维护同一拓扑表；

所述路由的建立与维护步骤中，每一个网络节点在每次更新了自己的连接关系拓扑表后，都要把更新后的信息传递出去，以便主算节点能根据自己保存的拓扑表来计算路由情况，当网络最后稳定时，即所有节点都固定下来并完成了节点间连接关系信息的交换，这时每个节点各自保存的连接关系拓扑表都是一样的，路由表也是一致的，它所反映的就是全网所有节点的连接情况；

业务传输过程中采用退避算法避免节点接入信道的冲突，引入序列号机制来避免产生环路。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、实时性：本发明提供的路由算法能够实时的跟踪网络拓扑结构的变化，在有业务请求时能够很快提供所需要的路由，对于实时性的要求，本发明采用的主动式路由协议一直处于对路由的维护和更新状态，因此在有业务请求时，它能很快提供所需的路由。符合我们的这个通信系统提供的实时话音业务是时延敏感的业务的要求。

2、遍历性和线性一致性：为了使话音数据能够传遍全网并覆盖所有的移动终端，要求建立的路由是包括网络内所有节点的，即是遍历的；为了避免环路造成的阻塞或中断，路由算法就必须要能保证各个节点建立的路由是线性的和一致的，这样才能保证节点在转发数据业务时能够按照顺序一个接一个的转发下去直到完成在全网范围内的广播；本发明的解决方法是每个网络节点中存放一张路由信息表和网络拓扑表，使节点事先知道与之相连的所有节点的地址，以及自己的下一跳的地址。

3、本发明提供的通信系统充分发挥生产调度员的指挥作用，即调度员能随时与任何一个通信系统内的任何一部电话(包括扩音电话、移动电话等)建立联系，不受被叫摘机、占线等限制即具备“强插”、“强拆”等调度功能，并可以随时与上级调度建立联系。设计的通信系统既满足安全生产的需要，也满足生产、指挥、管理以及人们生活等各方面的通信需求。

4、本发明提供的通信系统可以随意组建，适用于特殊场合的应用。

附图说明

下边结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

图1为本发明实施例提供的通信系统结构框图；

图2为本发明实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例的邻接点添加示意图；

图4为本发明实施例的网络实物拓扑图；

图5为图3对应的拓扑表；

图6为图4对应的路由表；

图7为图6对应的路由示意图；

图8为本发明实施例提供的路由计算方法流程图；

图9为本发明实施例语音业务的实现过程；

图10为本发明实施例数据业务的实现过程。

具体实施方式

如图1所示，AP(Access Point)：接入点，负责全网路由的建立和维护，此外还负责无线MAC接入协调、链路的控制以及转发移动终端的业务数据等。在建立网络时，首先要将各个网络节点摆放在合适的位置，让网络的覆盖范围达到最大并要保证各网络节点之间的距离都在各自的信号范围内。经过一段时间网络构建完成并稳定后，网络节点就处于网络构建完成时的位置直到通信任务完成拆除网络；

HT(Handset Terminal)：手持移动终端，即手持机，相对于接入点来说是处于移动状态的，它提供人机接口，以及向网络提交用户业务的申请、发送、接收和结束业务等应用功能。移动终端如果没有业务请求，则会处于接收的状态，随时准备接收网络节点转发来的数据或是网络节点发出的一些控制信息；如果移动终端有业务请求，则先要选定网络中的一个网络节点并向其申请链路以获得整条链路的使用权，收到申请的网络节点根据路由表来建立链路，链路建立后通知移动终端允许其发送业务数据，移动终端得到网络节点的接入确认后以时分突发的方式发送业务数据。该网络节点收到移动终端的业务数据后，根据它所保有的路由表向下一个网络节点也以时分突发的方式转发业务数据，后面的节点收到转发数据后继续向下转发，直到业务数据完成在全网的广播。

与AD HOC网络不同的是，本发明的分组无线自组织网络不是全平衡的结构，网络节点AP和移动终端HT在网络中分别执行不同的任务(网络节点之间的地位是一样的)。此外，这种网络也不像AD HOC网络那样是始终处于变化的状态，网络中的网络节点在网络构建完成后直到网络拆除基本处于固定的位置。

如图2所示，本发明提供的一种无线多跳自组织网络通信方法，包括网络建立与维护、业务传输，其中网络建立与维护包括如下步骤：

其中业务传输包括下列步骤：

实施例：整个过程可分为网络建立与维护、业务传输，网络建立与维护主要是邻居的增加和删除、以及路由的建立和维护，此时主要是AP在工作，该过程是为了形成适于传输信号的无线网络，为业务传输做准备的。业务传输是语音或数据业务发起的过程，业务是由HT发起的。

下边对本发明协议设计的具体实现过程进行详细的描述：

1.网络层

网络层的主要功能是采用分组的传输方式按照指定的路由经信源传到信宿，是ADHOC网络中最重要的一层，大量具有AD HOC特点的功能都要在网络层实现。网络层面临的主要问题是多跳路由协议，邻居节点维护等。

1.1邻居发现：

邻居发现是网络初始化的一个基本过程，从节点的角度看，该过程是节点在最大发送功率约束和最小链路性能限制下，确定可以与其直接建立通信链路的邻居节点的数量和身份的过程。节点通过获得邻接点的状态变化信息来维护自己的信息表，并通知邻接点；收到来自邻节点的信息后，节点会计数，若个数小于阀值N要求其重新发起广播，大于阈值将更改保存的信息表。由于无线链路的特性或网络阻塞，更新分组有可能会丢失或者过期，需要重传机制来保证可靠传输，节点在一段时间内没收到邻节点发送的任何信息，就认为和该邻接点间的链路失败。

1.2邻居的加入和删除机制：

加入机制：当在对方的邻居列表发现自己的RSSI信号强度超过门限值时，将对方加入自己的邻居列表。

删除机制：当在对方的邻居列表发现自己的RSSI信号强度低于门限值时，将对方从自己的邻居列表中删除。

在本路由算法中，每一个网络节点都是通过NET_NET_MAP、NET_NET_MAPACK、NET_NET_MAPACK_REPLY帧来实现网络邻接关系的获取和更新的。其中NET_NET_MAP帧是网络节点从上电初始化后在空闲时向周围的节点发送广播帧来报告自己的存在，为了区别NET_NET_MAP帧是否是最新发出的，每一个NET_NET_MAP帧都有自己的一个序列号。NET_NET_MAPACK帧是在网络节点发现了网络的邻接关系发生变化的时候，向新开的机的节点回复的帧，接收到NET_NET_MAPACK帧的节点向发送该帧的节点发送的确认报文。如果发送NET_NET_MAPACK帧的节点没有收到目的节点的确认帧，则会向该节点重新发送NET_NET_MAPACK帧。其实现情况见图3所示。

每个节点上电初始化后，只有自己的信息，所以拓扑表为一个1×1的矩阵，每个节点都定时的发送自己的HELLO帧，并且监听有没有其它节点的HELLO帧以及其它有用信息。如果收到其它节点的HELLO帧，则要看这个节点是否在自己记录的节点列表中，只有通过开机发NET_NET_MAP帧才可以添加邻居，加完后就把本节点的邻居信息即拓扑帧周期的发送，是一个1×邻居个数的矩阵。各个节点在收到别的节点发来的拓扑表后，对比自己的拓扑表来更新。维护的最终结果是所有节点的拓扑表是一致的。

1.3路由协议

1.3.1本系统路由算法的设计思路

为了设计出适合本通信系统的路由算法，需考虑到本通信系统应用场合的具体特点，以及其它的一些实际问题，比如硬件平台、经济性等。

首先，对于路由算法的实时性的要求，从主动式和被动式两种路由协议的特点来看，主动式的路由协议比被动式路由协议更适合于时延敏感性的应用场合，因为主动式路由协议一直处于对路由的维护和更新状态，因此在有业务请求时，它能很快提供所需的路由。由于我们的这个通信系统提供的实时话音业务是时延敏感的业务，所以我们选用主动式路由协议。

其次，对于遍历性，解决方法是让每个网络节点都保存一个反映网络节点连接关系的拓扑表。由于本路由算法是要找到通过所有网络节点的路径，所以在设计这个算法时考虑路径优化方面的影响，即最短路径就是找出任意两点间最短距离的途径。

1.3.2系统的路由算法

由于系统应用场合和业务传输的特殊性，路由必需满足全网遍历、唯一、最短的特性，结合图8，本系统路由算法基于反映实际网络节点的拓扑结构表，针对“全网遍历唯一最短”而设计，具体算法设计如下：

1)满足全网遍历

根据网络结构的拓扑表计算实际网络节点信息(例如有N个节点，地址分别为1、2、….N)，记录这N地址信息同时为每个节点配备一个标志Flag(该Flag用于判断该节点是否已经被列入路由表中，初试值为FALSE)。当需要将某一节点加入路由表时，首先判断Flag是否FALSE，如为FALSE就将该节点列入路由表中，同时将Flag置为TRUE；否则说明该节点已经被加入邻居列表，不作任何处理。整个路由计算完毕后所有节点的Flag都为FALSE；如发现路由计算完毕后有节点Flag不为FALSE则说明路由计算有误，需重新计算直至所有节点Flag为FALSE(保证全网遍历)。

2)满足全网唯一

多跳网络存在网络拓扑变化的问题，如采用分布式动态计算路由会存在如下问题：1)各节点根据自己保存的拓扑表计算的路由可能不一致，导致网络路由非唯一性；2)网络在业务传输过程中路由动态变化导致业务传输不连续。针对上述问题我们采用集中式周期性非业务状态计算路由机制，该机制有以下几个要点：1)网络路由由主算节点计算并将计算的路由发送给网络中的其他节点；2)业务传输过程中不计算路由，维持建立链路之前的路由状态直至业务传输结束；3)空闲时间由主算节点计算路由并周期性发起路由信息传输。上述机制能够保证网络节点的路由全网唯一性。

3)满足路由路径最短

由于业务传输的特殊性--话音业务时延短，如果保证业务(话音)在到达各节点时延小，必需要求业务再节点之间转发的次数要少，即主算节点计算的全网路由总路经最短，具体实现过程如下：1)引入级节点概念：主算节点为一级节点，主节点的下一级为二级节点，依次类推N级节点(N越大网络越复杂)；2)准备工作：考虑到无线网络可能存在不对称问题，首先对拓扑结构进行对称处理，然后剔除孤立节点(与网络中任何一个节点都不相连的节点称为孤立节点)；3)路由的计算：首先从一级节点开始计算，把一级节点地址信息保存在路由表中，然后从一级节点的邻居信息表中找出二级节点并保存在路由表中，依次类推，要点是：每一级节点在找下一级时只在邻居信息表中查找，已找过节点不纳入查找对象。

假设网络的摆设情况如图4所示，根据上述方法可得到如图5所示的拓扑表，然后根据连通关系即拓扑结构表计算的路由如图6所示(地址最小优先权，由AP1作为主算节点计算出来的路由)。从图7中可以看出图6得出的路由符合全网遍历的要求。

2、网络层协议描述

通信系统的网络层负责整个网络的建立和维护，具体说它有两个功能：一是邻居的添加及删除，二是路由的建立及维护。

NET层协议的总体格式为：

PID

其它，依赖于PID

1字节不定

其中PID(数据项标识)部分

B7

B6

B5

B0

对B7和B6定义为

00：网络节点之间的命令(A类命令)

01：网络节点＝＞终端节点之间的命令(B类命令)

10：终端节点＝＞网络节点之间的命令(C类命令)

11：不区分对象的命令(D类命令)

其余6个比特用来定义具体的命令字。

其详细信息由information段中的PID定义。

1.NET_NET_MAP

功能：NET_NET_MAP是广播帧并且是长帧，新节点开机时发送N帧，能入网则停止发送，否则过ns后再次发送，三次都未入网的话，表示该节点是孤立节点。它属于A类命令。在链路层上，它的目的地址为广播地址，源地址为发送者的地址。

对于终端，收到该帧，配置低功耗。

帧格式：

PID＝NET_NET_MAP

S_Addr

Seq

Information

1Byte 2Byte 2Byte 64Byte

PID＝04H(属于A类命令)

S_Addr：发送NET_NET_MAP的网络节点的地址，2字节；

Seq：序列号，发送节点保证发送的序列号递增，初值为0；

Information：共64字节，是为了以长帧形式发送该帧；

2.NET_NET_MAPACK

功能：对于已经入网的节点，若收到NET_NET_MAP帧的个数大于阈值，则允许新节点入网，扩充自己的邻居后，恢复确认帧NET_NET_MAPACK。它属于A类命令。在链路层上，它的目的地址为新开机的中继节点，源地址为本机地址。

对于终端，收到该帧不予处理。

帧格式：

PID＝NET_NET_MAPACK

S_Addr

Seq

1Byte 2Byte 2Byte

PID＝05H(属于A类命令)

S_Addr：发送NET_NET_MAPACK的网络节点的地址，2字节；

Seq：该节点发送该帧的序列号；

3.NET_NET_MAPACK_REPLY

功能：收到NET_NET_MAPACK帧的中继(即刚才发送NET_NET_MAP帧的中继)，删除重发队列中的NET_NET_MAP帧，然后播放一声较尖锐的提示音告知已被加入网络，扩充自己的邻居，向前回复NET_NET_MAPACK_REPLY，启动发送HELLO帧的定时器。它属于A类命令。在链路层上，它的源地址为本机地址。

对于终端，收到该帧不予处理。

对于中继(即刚才统计NET_NET_MAP帧的中继)，收到该帧后，删除重发队列中的NET_NET_MAPACK帧。启动发送Beacon帧的定时器。

帧格式：

PID＝NET_NET_MAPACK_REPLY

S_Addr

Seq

1Byte 2Byte 2Byte

PID＝15H(属于A类命令)

S_Addr：发送NET_NET_MAPACK_REPLY的网络节点的地址，2字节；

Seq：该节点发送该帧的序列号，即收到NET_NET_MAPACK的序列号；

4.NET_ALL_BEACON

功能：NET_ALL_BEACON即Beacon，是广播帧，定时进行发送，由各网络节点向全网广播本节点的存在。它属于D类命令。在链路层上，它的目的地址为广播地址，源地址为发送者的地址，采用UI帧进行发送。

对于网络节点，若收到Beacon，看发送者是否包括在邻居表中，若存在，则将对应的删除节点计时器重新加载置值；若不存在，则不予处理，任一接收到Beacon命令的节点无须对此作出确认，若T时间内，某中继的Beacon帧一帧也没收到，则认为该中继脱网。

对于终端节点，它储存最近收到的beacon消息。

帧格式：

PID＝NET_ALL_BEACON

sender

Node_info

Node_msAllow

Seq

1Byte 2Byte 1Byte 1Byte 4Byte

PID＝C2 H(属于D类命令)

S_Addr：发送Beacon的网络节点的地址，2字节

SEQ：序列号，发送节点保证发送的序列号递增，初值为0xffffffff。网络节点自动采用序列号最新的Beacon帧。

Node info：为节点描述字段，1字节，目前定义如下：

HV3

HV2

HV1

HV0

SV3

SV2

SV1

SV0

7 6 5 4 3 2 1 0

其中SV3SV2SV1SV0组成对网络节点软件版本的描述，目前为0010

HV3HV2HV1HV0组成对网络节点硬件版本的描述，目前为0010

Node_msAllow：网络节点是否允许终端接入

1：此网络节点允许终端接入0：此网络节点禁止终端接入

5.NET_NET_NEXTHOPTAB

功能：记录节点的邻居信息。中继一开机，网拓扑结构表中只有自己。当在扩充自己的邻居时，发送NET_ALL_TOPOTABLE帧(广播形式)，即把自己的邻居信息向路由中自己的下一跳发送。

对于终端，收到该帧不予处理。

对于中继，若不是主算者，收到后扩充或更新自己维护的全网拓扑结构表，然后将该帧转发，若是主算者记录下减少节点的信息；

帧格式：

PID＝NET_ALL_topOTABLE

Seq

Num

sender

pNeibList

1Byte 2Byte 2Byte 2Byte N*2Byte

PID＝a0 H(属于D类命令)

Seq：帧序列号(从1开始累加)

Num：本节点邻居的个数

sender：发起者

pNeibList：邻居的地址列表

6.NET_NET_NEXTHOPTAB

功能：主算者周期计算全网所有节点的下一跳，组帧，以广播形式发送该帧对于终端，收到该帧不予处理。

帧格式：

PID＝NET_NET_NEXTHOPTAB

Addr

Seq

Tab_Num

NEXTHOPBuf

1Byte 2Byte 2Byte 2Byte N*2Byte

PID＝0C H(属于A类命令)

Addr：主算者的地址，即计算路由的节点的地址

Seq：帧序列号(从1开始累加)

Tab_Num：网络中所有的节点个数

NEXTHOPBuf：包含

1)Addr：节点的地址

2)NextNum：该节点下一跳的个数

3)SubAddr：下一跳的地址列表

7.NET_NET_NEXTHOPTABACK

功能：中继收到NET_NET_NEXTHOPTAB帧的中继，判断若自己不在该转发地址字段中，则抛弃该帧；若在，回复确认NET_NET_NEXTHOPTABACK帧然后解帧、计算本机的下一跳，若下一跳个数为零则不再发送，若不为零则填写转发地址字段，再以广播形式发送出去。

对于终端，收到该帧不予处理。

对于中继，只到自己所有的下一跳都回ACK，则删除重发队列中的NET_NET_NEXTHOPTAB。

帧格式：

PID＝NET_NET_NEXTHOPTABACK

Src

Seq

1Byte 2Byte 2Byte

PID＝1C H(属于A类命令)

Src：发送者的地址

Seq：发送者的序列号

3.应用层

系统引入一种冲突避免机制来提高信道的利用率，即CSMA/CA协议是指节点在发送数据时先采用较短的控制分组进行信道的检测，如果短控制分组能够成功发送，再发送后续的数据分组，这样即使冲突，也不会造成太大的信道资源的浪费。短控制分组的另一个功能是要告诉其它节点，信道很快要有业务发送。

通信系统主要实现实时的话音调度业务和低速率的数据业务。话音调度业务是一种半双工业务，这种业务对实时性要求比较高；数据业务有两种，一种是来自串口的低速数据业务、另一种是打点业务。前一种主要用来传递一些传感器信号，由串口引入，终端触发；后一种业务主要是用来传递一些全网的工作命令，由PTT(push to talk)和硬件开关配合产生数据源，内容由程序解释，业务由终端触发。这两种业务的特点都是面向非连接的全网广播业务。

实现这些业务的另一个目的是要充分发挥生产调度员的指挥作用，即调度员能随时与任何一个通信系统内的任何一部电话(包括扩音电话、移动电话等)建立联系，不受被叫摘机、占线等限制，因此必须具备“强插”、“强拆”等调度功能，并可以随时与上级调度建立联系。

附图9是以话音业务为背景的建链、拆链工作过程，接下来我们就结合该图对建链、拆链的工作流程加以说明，从而也解释了话音业务的实现过程。

首先是找接入点。当移动终端有话音业务请求时，该移动终端就开始发送广播帧TERM_SELAP_BEACON，发完后加入重发队列，并等待NET_TERM_ALLOW_CONN确认帧。当收到NET_TERM_ALLOW_CONN确认帧时，它把第一个收到的NET_TERM_ALLOW_CONN确认帧所对应的Ap作为接入点。如果发送了Max_Retry_Num次TERM_SELAP_BEACON帧后还没收到确认，则停止寻找接入点过程，取消业务发送，回到接收状态。

接着是链路申请阶段。移动终端找到接入点后便向它发送NET_TERM_SETUPREQ帧来申请链路，并等待NET_ALL_LINKWAITING确认帧。收到了NET_ALL_LINKWAITING确认帧后，继续等待链路建立完成的通知。如果没收到，在Time_Over时间间隔后，则会重发NET_TERM_SETUPREQ帧，如果发送了Max_Retry_Num次NET_TERM_SETUPREQ帧后还没收到确认，则停止链路请求，取消业务发送，回到接收状态。

然后是链路建立阶段。接入节点收到NET_TERM_SETUPREQ帧后，首先以NET_ALL_LINKWAITING帧来回应申请的移动终端，然后根据路由表来决定建立链路申请的下一个网络节点。如果接入点没收到NET_ALL_LINKWAITING帧，和NET_TERM_SETUPREQ帧的重发机制一样，在Time_Over时间间隔后，则会重发NET_NET_SETUPREQ帧，如果发送了Max_Retry_Num次NET_NET_SETUPREQ帧后还没收到确认，则结束建链过程。如收到NET_NET_SETUPREQ的是路由的端点，则停止NET_NET_SETUPREQ帧的传递。当终端收到NET_ALL_LINKWAITING，删除重发队列中的NET_TERM_SETUPREQ帧，然后播放可以讲话的提示音，之后打开cvsd编码通道。

数据业务的具体实现过程，如图10所示。

数据业务是依靠ARM的串口中断触发的，也就是说只要UART有数据，移动终端便开始发起数据业务，首先它通过发TERM_SELAP_BEACON帧发起寻找接入点的过程，寻找到接入点后，就进入发送业务数据的过程，该过程是通过发NET_ALL_SDATAINFO帧完成的，发完该帧后移动终端开始等确认帧NET_ALL_SDATAACK，若等不到确认帧则就像前面那样进入重传机制，若收到NET_ALL_SDATAACK确认帧，则移动终端就完成了一帧数据业务的发送，然后再等下一个串口中断，发下一个数据业务。网络节点收到NET_ALL_SDATAINFO帧后，首先发NET_ALL_SDATAACK确认帧，然后转发NET_ALL_SDATAINFO帧，直到路由表内的最后一个网络节点。其它移动终端只接收网络节点发出的NET_ALL_SDATAINFO帧，并且不加确认。

本发明所涉及的无线自组网络可参照本发明实施例所公开的内容、以及相关技术文件自行设计制造，它对于所属领域的技术人员而言是不言而喻的。

Claims

1、一种无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于包括：网络建立与维护、业务传输，其中网络建立与维护包括如下步骤：

其中业务传输包括下列步骤：

2、根据权利要求1所述的无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于所述邻居发现步骤中，网络节点通过获得邻居节点的状态变化信息来维护自己的邻居列表，并通知邻接点；收到来自邻居节点的状态变化信息后，网络节点会计数，若个数小于阀值则要求其重新发起广播，否则将更改保存的邻居列表，节点在一段时间内没收到邻节点发送的任何信息，就认为和该邻接点间的链路失败。

3、根据权利要求1或2所述的无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于邻居的加入与删除机制中，每个节点上电初始化后，只有自己的信息，拓扑表为一个1×1的矩阵；每个节点都定时发送HELLO帧，并且监听其它节点HELLO帧以及有用信息，如果收到其它节点HELLO帧，首先检查本机是否在该节点记录的邻居列表中，如果在则将该节点添加到本节点的邻居列表中，否则不予处理；网络中所有节点在收到其他节点发来的拓扑表后，与本机的拓扑表对比并更新不同信息，最终网络中所有节点维护同一拓扑表。

4、根据权利要求3所述的无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于所述路由的建立与维护步骤中，每一个网络节点在每次更新了自己的连接关系拓扑表后，都要把更新后的信息传递出去，以便主算节点能根据自己保存的拓扑表来计算路由情况，当网络最后稳定时，即所有节点都固定下来并完成了节点间连接关系信息的交换，这时每个节点各自保存的连接关系拓扑表都是一样的，路由表也是一致的，它所反映的就是全网所有节点的连接情况。

5、根据权利要求根据权利要求1所述的无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于业务传输过程中采用退避算法避免节点接入信道的冲突，引入序列号机制来避免产生环路。

6、根据权利要求1所述的无线多跳自组织网络通信方法，其特征在于所述路由的建立与维护步骤中，路由具体算法设计如下：

1)满足全网遍历

根据网络结构的拓扑表计算实际网络节点信息，记录节点地址信息同时为每个节点配备一个标志Flag，该Flag用于判断该节点是否已经被列入路由表中，初试值为FALSE，当需要将某一节点加入路由表时，首先其判断Flag是否FALSE，如为FALSE就将该节点列入路由表中，同时将Flag置为TRUE；否则说明该节点已经被加入邻居列表，不作任何处理，整个路由计算完毕后所有节点的Flag都为FALSE；如发现路由计算完毕后有节点Flag不为FALSE则说明路由计算有误，需重新计算直至所有节点Flag为FALSE；

2)满足全网唯一

我们采用集中式周期性非业务状态计算路由机制，该机制有以下几个要点：1)网络路由由主算节点计算并将计算的路由发送给网络中的其他节点；2)业务传输过程中不计算路由，维持建立链路之前的路由状态直至业务传输结束；3)空闲时间由主算节点计算路由并周期性发起路由信息传输；

3)满足路由路径最短

具体实现过程如下：1)引入级节点概念：主算节点为一级节点，主节点的下一级为二级节点，依次类推N级节点；2)准备工作：考虑到无线网络可能存在不对称问题，首先对拓扑结构进行对称处理，然后剔除孤立节点，所述孤立节点为与网络中任何一个节点都不相连的节点称为孤立节点；3)路由的计算：首先从一级节点开始计算，把一级节点地址信息保存在路由表中，然后从一级节点的邻居信息表中找出二级节点并保存在路由表中，依次类推，要点是：每一级节点在找下一级时只在邻居信息表中查找，已找过节点不纳入查找对象。