CN111314229A - 一种适用于窄带应急通信网络的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，属于网络通信技术领域。该方法包括源节点传输层将报文打包成帧；源节点传输层确定报文传输方式，并与网络层交互信息；源节点传输层将报文发送给网络层，等待目的节点的应答；目的节点网络层接收报文等步骤。本发明根据网络和信道的特点，采用了多路由并行和串行传输相结合的机制，并根据信道带宽和时延进行路由分类，可实现差异较大多手段综合组网以及报文的高效、可靠传输。

Description

一种适用于窄带应急通信网络的通信方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，特别是指一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，可用于由窄带、大时延无线通信信道组成的，包含有线或无线宽带通信信道的通信网络。

背景技术

目前，人们主要通过光纤通信网络和4G/5G移动通信网络满足日常生活对于大量信息交互的需求，但在一些特殊情况下，如自然灾害、突发事件等，密布的光纤线路、移动基站可能遭到毁坏，因此，需要有应急通信网络。

现有技术中，通常采用通信距离远、抗干扰和抗毁能力强的无线通信手段组成应急通信网，如对流层散射、流星余迹、短波等，这些通信手段带宽较窄、时延较大。为了可靠、高效地传输信息，应急通信网络需要采用多节点、多路由及多手段的备份。

目前，应急通信网的建立主要利用某一种通信手段进行组网，如短波应急通信网，采用骨干网加接入网的结构，设立若干个短波主站，形成广域覆盖，每个主站可接入多个短波从站，实现区域覆盖。这种通信手段比较单一，路由机制为单路由方式，适应性较差，可靠性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，该方法采用多路由方式，具有简洁、高效、可靠的特点，与多路由、多手段的网络相适配，可用于业务量小的窄带应急通信网络。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，包括以下步骤：

(1)源节点传输层将本节点上层应用软件发来的报文打包成帧；

(2)源节点传输层根据报文级别确定是采用多路并行传输还是串行传输，并与源节点网络层交互信息，获取到达目的节点的全部路由及时延参数；若采用并行传输方式，则将报文向路由表中的全部路由发送，若采用串行传输方式，则选择一条(或一类)路由进行发送；

(3)源节点传输层将报文发送给源节点网络层，并设置超时时间，等待目的节点的应答；

(4)目的节点网络层收到源节点的报文后，判断该报文是并行传输还是串行传输方式，若是并行传输方式，则将最先接收到的报文上传给目的节点的传输层，对后续重复报文进行删除；若是串行传输方式，则将收到的报文均上传给目的节点的传输层。

进一步的，所述步骤(3)中，等待目的节点应答的具体方式为：

对于并行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，上报失败信息；此外，无论成功与否，均发送删除指令，删除所有路由待发送报文；

对于串行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，重新设置另一条(或另一类)路由的超时时间，并重新发送此条报文，若所有路由均无收到应答，则向上层应用软件上报失败信息。

进一步的，所述步骤(2)中，源节点传输层根据报文级别确定是采用并行传输还是串行传输的具体方式为：

若报文是高优先级，则采用并行传输方式；

若报文是低优先级，则按次序从第1条(或第1类)路由开始转发，若在规定时间内未收到目的节点的应答，则选择下一条(或下一类)路由进行转发。

进一步的，所述步骤(4)之后还包括如下步骤：

(5)目的节点传输层收到源节点报文后进行CRC校验，若校验正确则反馈确认报文，若校验错误，则不反馈确认报文。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通信方法采用了一种多路由传输协议，较最优路由协议可靠性更高。

2、本发明方法中，在多路由传输策略上按报文优先级采用并行或串行传输机制，兼顾了传输可靠性和网络通过率。同时，在并行传输时，对冗余报文进行删除，减小了并行传输的网络负荷，减小传输时延。

3、本发明方法在路由的规划上，根据不同信道的特点，将路由划分为不同类别，将一个异构网从逻辑上变为多个同构网的并集，提高了传输效率、减小了传输时延。

总之，本发明针对现有宽带通信网络协议(如TCP/IP协议)不能直接用于应急通信窄带网络的问题，提出了传输层和网络层的机制和策略，设计了一种以窄带信道为主的网络通信方法，非常适合于窄带应急通信网络。

附图说明

图1是本发明实施例中通信方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，包括以下步骤：

(1)源节点传输层将本节点上层应用软件发来的报文打包成帧；

(2)源节点传输层根据报文级别确定是采用并行传输还是串行传输，并与源节点网络层交互信息，获取到达目的节点的全部路由及时延参数；若采用并行传输方式，则将报文向路由表中的全部路由发送，若采用串行传输方式，则选择一个路由进行发送；

(3)源节点传输层将报文发送给源节点网络层，并设置超时时间，等待目的节点的应答；

(4)目的节点网络层收到源节点的报文后，判断该报文是并行传输还是串行传输方式，若是并行传输方式，则将最先接收到的报文上传给目的节点的传输层，对后续重复报文进行删除；若是串行传输方式，则将收到的报文均上传给目的节点的传输层。

进一步的，所述步骤(3)中，等待目的节点应答的具体方式为：

对于并行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，上报失败信息；

对于串行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，重新设置另一条路由的超时时间，并重新发送此条报文，若所有路由均无收到应答，则向上层应用软件上报失败信息。

进一步的，所述步骤(2)中，源节点传输层根据报文级别确定是采用并行传输还是串行传输的具体方式为：

若报文是高优先级，则采用并行传输方式；

若报文是低优先级，则按次序从第1条路由开始转发，若在规定时间内未收到目的节点的应答，则选择下一条路由进行转发。

进一步的，所述步骤(4)之后还包括如下步骤：

(5)目的节点传输层收到源节点报文后进行CRC校验，若校验正确则反馈确认报文，若校验错误，则不反馈确认报文。

本方法中，传输层主要是为端到端之间报文的传输提供服务。功能包括对不同应用进程的选择、报文的确认、超时处理、排序、流量控制等。传输层协议的设计充分考虑了各种传输信道的特性，兼顾传输质量、时延、效率等因素。为了提高报文传输效率，针对网络中链路时延大的特性，报文采用无连接传输方式。当有报文需要传输时，直接交到网络层，不通过预先握手建立端到端的连接，因此省去了发送连接请求和应答过程，减小了时延。

具体来说，本方法具有如下特点：

1)传送方式。报文在发送时先确定是采用并行发送还是串行发送。发送前，先与网络层交互信息，得到全部路由及时延参数，根据报文级别确定发送方式。串行发送时，由于是按路由类型顺序发送，其中包含并行方式。

2)报文确认方式。采用端到端确认机制，对方收到报文后进行CRC校验，接收正确则反馈确认报文；若校验错误，则不反馈确认报文。由于最低限度通信网中信道很窄、时延较大，尤其是流余信道，有较长的等待时间，因此，为提高效率，端到端不采用重传机制，发送端未收到确认报文，超时后即认为发送失败，丢弃此报文，不再重传。无论发送成功和失败，均向应用层反馈一个状态信息。

3)超时处理机制。发送端在发送报文后一段规定时间内未收到应答确认报文，则判断为超时，认为对方未收到报文或报文错误。超时处理的一个关键问题是如何设定超时间隔的大小，这取决于路由时延和网络负荷等因素。通常的方法是根据网络传输时延情况动态调整超时间隔，但最低限度通信网中为多路由传输，且传输业务具有突发性，不宜采用动态调整，因此在最低限度通信网中采用固定时间间隔。但考虑到不同路由的传输时延有较大差异，不宜统一采用一种时间间隔。解决策略是传输层在发送报文前，先从网络层读取路由信息，根据路由中各传输方式信道时延的综合情况来设置适当的超时值。

本方法中，源节点传输层发送报文的流程如下：

有报文传输时，先向网络层发送查询指令，获取报文到目的节点的全部路由，如果报文是最高优先级，则按所有路由中延时最大的路由设置超时时间，之后将需传输的报文按一定的帧格式封装后交于网络层传输，并等待目的节点的反馈确认报文(回执)，收到回执后，向应用层上报发送成功信息，若超时后收不到回执，则向应用层上报发送失败信息。为了减少报文传输的交互次数，传输层在发送报文时不采用建链方式，发送失败后，端到端不进行重传，仅提供端到端传输成功的回执确认。如果报文是低优先级，则先选择所有路由中延时最小的路由设置超时时间，按上述过程发送报文。若第1条路由发送失败，不向应用层上报发送失败信息，按时延大小的顺序选择第2条路由发送，以此类推，直到全部路由发送完毕均超时，则向应用层上报发送失败信息。

目的节点传输层接收报文的流程如下：

目的节点传输层收到源节点传输层报文后，立刻产生一个回执报文，报文中标明源节点地址及要确认的报文序号，交与网络层发送，网络层根据要确认的报文序号及优先级选择路由传输。

本方法中，网络层的主要任务是屏蔽物理网络的差异，完成路由选择、转发及链路接入控制。最低限度通信网是窄带、高延时网络，若采用复杂的动态路由协议，维护路由需要全网交互大量的路由信息，会增加网络负荷、降低网络效率，路由更新所需时间很长。鉴于最低限度通信网是基于预先规划以固定应用为主的网络，网络的拓扑结构根据作战任务进行规划和建立之后基本保持不变，不会频繁变更。为了降低复杂度，采用静态多路由协议，但可根据网络状态和需要进行非实时路由更新。网络层协议内容主要包括多路由生成、多路由转发、路由表维护等。

对于多路由协议，转发方法有并行多路转发或顺序转发。并行转发的优点是时延小，但重复报文多，影响网络效率；顺序转发的优点是无重复报文，网络负荷小，但当某一条路由出现故障，需换另一条路由重传，导致时延增加。针对最低限度通信网各路由之间时延相差较大的特点，本方法综合了两种转发方式的优点，采用并行转发与顺序转发相结合的方式。第一类为卫星或光纤路由；第二类为散射路由(含优于散射路由的组合)；第三类为含有短波或流余的路由。一级报文3个类别路由同时转发；其它别报文按路由类别顺序转发，按类别的顺序转发包含了并行与串行两种方式。每个节点需有全网其它节点的路由表，转发节点查看源节点的路由信息，按照源节点指定的路由转发报文。

本方法中，多条路由并行传输时，目的节点会收到多条相同的报文，但回执报文只有1条，选择最先到达的数据报文所经过的路由返回。

本方法中，网络层转发报文的流程如下：

网络层转发业务报文时，若是最高优先级，则将报文向全部路由发送；若是低优先级报文，则按事先约定好的路由次序，从第1条(类)路由开始转发。若再次收到此报文，则选择第2条(类)路由转发，以此类推。当转发回执报文时，则要判断要确认的报文来自哪条路由端口，并从此路由端口返回。

该方法的原理如图1所示，传输协议分为传输层和网络层，传输层分为报文发送、报文接收、回执产生、超时设置、路由获取及状态上报5个模块，报文发送模块发送3种类型报文，交与网络层，对应3种发送机制；接收报文模块接收3种报文类型，分别交与应用层、回执产生及状态上报模块；回执产生模块正确接收报文后产生回执报文交与发送模块；路由获取模块当有业务报文发送时从网络层读取路由表信息；超时设置模块当有报文发送时根据路由信息设置超时时间和计时，计时时间到则报给状态上报模块；状态上报模块根据接收到的超时时间及接收回执情况向应用层上报报文发送失败及成功消息。网络层分别为报文并行转发模块、报文串行转发模块、回执报文转发模块以及路由管理模块。报文并行转发模块收到多条相同报文后，根据路由表向多条端口转发最先到达的1条报文，其余报文删除；报文串行转发模块根据路由表按顺序转发1条报文；回执报文转发按照接收到的报文原路返回；路由管理模块负责路由表的产生和维护。

本发明提出了多路由并行和串行传输的思路和机制，可有效增加窄带网络传输的可靠性；提出了将路由进行分类的思路和方法，可提高传输效率、减小串行传输时延；提出了冗余报文删除的思路和方法，减小了并行传输的网络负荷，进一步减小了传输时延。

总之，本发明根据网络和信道的特点，采用了多路由并行和串行传输相结合的机制，并根据信道带宽和时延进行路由分类，可实现差异较大多手段综合组网以及报文的高效、可靠传输。

Claims (4)

1.一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)源节点传输层将本节点上层应用软件发来的报文打包成帧；

(2)源节点传输层根据报文级别确定是采用多路并行传输还是串行传输，并与源节点网络层交互信息，获取到达目的节点的全部路由及时延参数；若采用并行传输方式，则将报文向路由表中的全部路由发送，若采用串行传输方式，则选择一条或一类路由进行发送；

(3)源节点传输层将报文发送给源节点网络层，并设置超时时间，等待目的节点的应答；

(4)目的节点网络层收到源节点的报文后，判断该报文是并行传输还是串行传输方式，若是并行传输方式，则将最先接收到的报文上传给目的节点的传输层，对后续重复报文进行删除；若是串行传输方式，则将收到的报文均上传给目的节点的传输层。

2.根据权利要求1所述的一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，其特征在于，所述步骤(3)中，等待目的节点应答的具体方式为：

对于并行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，上报失败信息；此外，无论成功与否，均发送删除指令，删除所有路由待发送的报文；

对于串行传输方式，若在规定时间内收到应答，则向源节点的上层应用软件上报成功信息，否则，重新设置另一条或另一类路由的超时时间，并重新发送此条报文，若所有路由均无收到应答，则向上层应用软件上报失败信息。

3.根据权利要求1所述的一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，其特征在于，所述步骤(2)中，源节点传输层根据报文级别确定是采用并行传输还是串行传输的具体方式为：

若报文是高优先级，则采用并行传输方式；

若报文是低优先级，则按次序从第1条或第1类路由开始转发，若在规定时间内未收到目的节点的应答，则选择下一条或下一类路由进行转发。

4.根据权利要求1所述的一种适用于窄带应急通信网络的通信方法，其特征在于，所述步骤(4)之后还包括如下步骤：

(5)目的节点传输层收到源节点报文后进行CRC校验，若校验正确则反馈确认报文，若校验错误，则不反馈确认报文。

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