一種基于PMP 方式的多跳無線網絡結構

李廣志，劉 俊，葉榮飛

(1.中國人民解放軍駐重慶氣體壓縮機廠軍事代表室，重慶 400030;2.重慶金美通信有限責任公司，重慶 400030)

1 引言

對于當前無線網絡結構，如圖1，2 所示，存在基本的2種網絡拓撲:點到多點(PMP)拓撲和自組織網拓撲。PMP 方式中，用戶站與用戶站之間的通信必須通過中心站中轉;對于自組織方式的網絡，節點之間可直接連通，也可進行多跳方式的路由中轉。從使用上來看，PMP 方式適用于固定布點的方式來滿足地域的無線覆蓋，而自組織網可以不依賴基礎設施靈活建網。但是，自組織網的系統帶寬隨著節點數量增加而快速下降，滿足不了當前各種視頻、音頻等高帶寬業務需求。為此，提出一種基于PMP 方式的多跳網絡結構來滿足高帶寬的需求，并相應的給出路由算法適應拓撲自主變化，不失自組網方式的靈活性。

圖1 自組織網拓撲

圖2 PMP 拓撲

2 拓撲結構及特點

如圖3 所示，網絡節點由2個獨立信道組成，1個信道提供BS 功能，另外一個信道完成MS 功能。這樣，1個信道對上接入，1個信道對下提供接入的模式實現了樹形拓撲組網。從組網特點看，每個BS 均使用獨立頻點來滿足多級組網需求。這樣，通過雙信道的方式，二跳鄰居之間并無任何關系，避免了自組織網方式下的隱藏終端和暴露終端問題，使網絡的系統性能并不是隨著節點規模增大而快速下降，而是隨著BS 信道的增多，系統整體性能反而會上升。

當節點移動，即網絡拓撲發生變化時，通過MS的搜索掃描機制可實現拓撲的重新形成。如果輔于地理信息，可更精確、快速的進行頻率掃描，實現快速的拓撲重組。

從上述對此網絡結構的描述及分析可知，基于PMP 模式的網絡結構中，由于信道是獨立使用的，故鏈路繼承PMP 接入方式的優點，同時拓撲可以動態變化滿足自組織，自愈合的靈活組網要求。

圖3 新型多跳結構圖示及抽象網絡拓撲圖

3 路由協議

對于ad－hoc 方式下的路由，目前已提出大量的路由算法，有基于鏈路算法，也有基于距離矢量，既有主動路由方式，也有按需式的路由。針對多跳網絡結構，雖然目前一般的ad－hoc 網絡路由均可以滿足一般的多跳數據轉發的需求，但由于本網絡拓撲的特殊性，特提出結合物理拓撲的樹形路由算法:既充分考慮了拓撲特點，也降低了路由的復雜度。

3.1 路由協議基本描述

根節點主動周期性的發送路由宣告消息，樹枝上的節點接收此報文后，應答節點的本地路由，完成一次路由交互。這樣，樹中的節點即可以獲得以本節點為根的樹的全部路由，網絡中根節點獲得全網路由，而其他節點可獲得其節點以下的全部路由。

根節點通過定時器方式來刪除未應答的路由條目。

3.2 協議報文

·路由宣告消息

其中根節點為此節點認為的根節點，本地等級為根節點的選舉使用。

·路由應答消息

其中本地IP 網段、掩碼為本地上報的路由信息，如果接入大網，則需匯報網關信息。

3.3 網絡重組

在本網絡拓撲中，各個節點是基于根節點來完成樹形結構重組的，所以根節點的動態選擇是網絡重組的的前提。根節點的自動選舉是路由的一個子功能，通過節點間優先級自動比較和動態退避來實現，其規則如下:

(1)根節點(包括臨時根節點)周期廣播路由宣告消息，廣播報文中帶有當前根節點節點號，同時帶有當前的計數:規劃的根節點級數基準為0，而臨時根節點級數基準為N1(N1根據網絡實際跳數定義)，數值越低優先級越高;

(2)在失去上級節點的聯系后，普通節點均有權利聲明自己為根節點;

(3)升級自己為根節點后，應開始周期發送路由宣告消息，廣播時間間隔應有一個在0～N2s 之間的隨機時間抖動(N2根據網絡定義);

(4)未聲明自己為根節點的普通節點一旦接收到路由宣告消息廣播，則維持普通節點身份并轉發路由宣告消息廣播;

(5)聲明自己為根節點的節點或在非規劃樹中的普通節點一旦收到規劃樹的根節點(級數＜N1)的廣播報文后，應馬上取消自己的根身份，并轉發當前根節點樹的路由宣告消息;

(6)原先聲明自己為根節點的節點一旦收到其他臨時根節點(級數≥N1)的廣播報文后，應馬上取消自己的根身份，應答后并轉發當前根節點樹的路由宣告消息。

4 結束語

基于PMP 模式的網絡構架組網能力強，既兼顧自組織網的靈活方便、拓撲自適應性、節點可擴充性的優點，也保證了大規模系統下的帶寬，同時可擴展基站系統進行多跳組網應用?；诖司W絡構架的設備應用范圍廣泛。目前已經應用在應急場合、煤礦通訊、鐵路/輕軌沿線的中繼傳輸等行業。實踐證明此網絡結構可滿足高效率的多跳傳輸。

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