本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別是涉及一種移動(dòng)集群自組網(wǎng)的拓?fù)淇刂品椒ā?/p>

背景技術(shù)：

目前主流的無線網(wǎng)絡(luò)(例如移動(dòng)蜂窩網(wǎng)，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，manet，短波，超短波等)協(xié)議均是在tcp/ip體系結(jié)構(gòu)上建立的，網(wǎng)絡(luò)研究是基于鏈路連通的前提條件下進(jìn)行的，因此網(wǎng)絡(luò)通信直接依賴于端到端節(jié)點(diǎn)之間的持續(xù)連接、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的持續(xù)穩(wěn)定、可估計(jì)的傳輸時(shí)延以及可靠的終端誤碼率等。而在通信組網(wǎng)中，拓?fù)淇刂剖遣煌M網(wǎng)研究的基礎(chǔ)，尤其在非對(duì)稱鏈路和分割網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)淇刂剖墙鉀Q端到端數(shù)據(jù)通信的先決條件。

移動(dòng)集群在非靜止的狀態(tài)下工作時(shí)，伴隨著隨機(jī)運(yùn)動(dòng)、高低程分布、鏈路非對(duì)稱、節(jié)點(diǎn)振蕩接入、網(wǎng)絡(luò)間歇連通等狀態(tài)，這會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)投遞成功率低、延遲高、丟包率高、路由表頻繁振蕩或數(shù)據(jù)丟棄，產(chǎn)生，甚至在極端情況下面發(fā)生目標(biāo)不可達(dá)、網(wǎng)絡(luò)通信癱瘓的嚴(yán)重后果，因此現(xiàn)有的靜態(tài)拓?fù)淇刂品椒o法適應(yīng)不可靠鏈路環(huán)境，這是影響通信系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。因此需要針對(duì)惡劣鏈路環(huán)境下集群通信的特點(diǎn)研究出一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂萍夹g(shù)，解決動(dòng)態(tài)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的非穩(wěn)定通信問題，提高信息投遞的成功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可解決動(dòng)態(tài)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的非穩(wěn)定通信問題、提高信息投遞的成功率的移動(dòng)集群自組網(wǎng)的拓?fù)淇刂品椒ā?/p>

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的移動(dòng)集群自組網(wǎng)的拓?fù)淇刂品椒òㄈ缦虏襟E：

步驟一：判斷源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)處于連通區(qū)域還是非連通區(qū)域，若為非連通區(qū)域，則跳轉(zhuǎn)到步驟二；若為連通區(qū)域，則跳轉(zhuǎn)到步驟三；

步驟二：當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)處于非連通區(qū)域時(shí)，按如下步驟：

1)執(zhí)行存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略；源節(jié)點(diǎn)在其所在的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散其欲轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，源節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)都收到并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)分組至各自的副本發(fā)送緩沖區(qū)；

2)執(zhí)行貪婪連接策略：源節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)試圖對(duì)外擴(kuò)散欲轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域內(nèi)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)與區(qū)域外部的某個(gè)節(jié)點(diǎn)有連接機(jī)會(huì)，采用單跳方式建立連接；

3)判斷兩節(jié)點(diǎn)之間的連通鏈路是一條還是多條，若為一條，按照單路徑傳輸機(jī)制路由；若為多條鏈路，按照多路徑并行傳輸機(jī)制路由，兩節(jié)點(diǎn)交換各自的副本信息，將數(shù)據(jù)分組傳遞出去；跳轉(zhuǎn)至步驟四；

步驟三：當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)處于連通區(qū)域時(shí)，查找路由表，執(zhí)行aodv路由協(xié)議，跳轉(zhuǎn)至步驟五；

步驟四：判斷接收節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn)，如果是，完成傳遞任務(wù)，跳轉(zhuǎn)至步驟五；如果不是，判斷接收節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)是否在同一個(gè)連通區(qū)域，如果兩者處于非連通區(qū)域，跳轉(zhuǎn)至步驟二且以接收節(jié)點(diǎn)替代步驟二中的源節(jié)點(diǎn)；如果兩者處于連通區(qū)域，跳轉(zhuǎn)至步驟三且以接收節(jié)點(diǎn)替代步驟三中的源節(jié)點(diǎn)；

步驟五：資源釋放。

進(jìn)一步地，節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)和備份時(shí)，采用基于確認(rèn)字符ack、用于記錄數(shù)據(jù)分組完成一跳轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的數(shù)值ttl以及轉(zhuǎn)發(fā)倒計(jì)時(shí)countdowntimer的資源釋放策略以及時(shí)釋放發(fā)送該數(shù)據(jù)分組所占用的資源；若目的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)分組，目的節(jié)點(diǎn)立即廣播確認(rèn)字符ack，接收到確認(rèn)字符ack的中間節(jié)點(diǎn)將該數(shù)據(jù)分組的備份從其副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)刪除；所述數(shù)值ttl累加到設(shè)定數(shù)值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)不再對(duì)此數(shù)據(jù)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)從接收到該數(shù)據(jù)分組開始countdowntimer從預(yù)設(shè)值開始減到0時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)就丟棄該數(shù)據(jù)分組。

進(jìn)一步地，步驟二中執(zhí)行貪婪連接策略之前先判斷數(shù)據(jù)分組是否為稀缺資源，若是，則進(jìn)行優(yōu)先處理，若不是，開啟ttl與countdowntimer并進(jìn)行處理。

進(jìn)一步地，數(shù)值ttl的設(shè)定數(shù)值為網(wǎng)絡(luò)中98％的節(jié)點(diǎn)收到同一數(shù)據(jù)分組備份時(shí)一共轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)。

進(jìn)一步地，countdowntimer的預(yù)設(shè)值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割的時(shí)間規(guī)律確定。

進(jìn)一步地，源節(jié)點(diǎn)的某數(shù)據(jù)分組的countdowntimer減到0還未收到確認(rèn)字符ack時(shí)，再次向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此數(shù)據(jù)分組。

進(jìn)一步地，步驟二中多路徑并行傳輸?shù)姆绞铰酚傻木唧w步驟為：

a)搜索網(wǎng)絡(luò)間的連通鏈路并去除冗余鏈路，然后計(jì)算每條鏈路的metric值，選取最優(yōu)的兩條作為傳輸數(shù)據(jù)的鏈路，其余鏈路為備份路徑；

b)分配副本發(fā)送緩沖區(qū)，并確定發(fā)送窗口的指針；

c)按序發(fā)送數(shù)據(jù)分組；

d)當(dāng)一條鏈路發(fā)送完畢時(shí)判斷另一條鏈路是否仍有數(shù)據(jù)分組待發(fā)送，若是，跳轉(zhuǎn)到a)；若否，跳轉(zhuǎn)到e)；

e)副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)分組發(fā)送完畢，跳轉(zhuǎn)至步驟四。

有益效果：本發(fā)明的移動(dòng)集群自組網(wǎng)的拓?fù)淇刂品椒ㄡ槍?duì)移動(dòng)集群自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂茊栴}，建立高速鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ?，并設(shè)計(jì)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)、貪婪連接、資源釋放和資源稀缺優(yōu)先等可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證策略，同時(shí)提出單路徑按需路由協(xié)議和多路徑路并行傳輸方法，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)集群的盡力通信。

附圖說明

附圖1(a)-附圖1(c)為高速移動(dòng)鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ停?/p>

附圖2(a)-附圖2(c)為三段間歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ停?/p>

附圖3(a)-附圖3(e)為單路徑盡力傳輸機(jī)制的過程圖；

附圖4為三層路由層對(duì)二層數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議架構(gòu)圖；

附圖5為多路徑并行傳輸方式的路由選取示意圖；

附圖6為副本發(fā)送緩沖區(qū)并行發(fā)送時(shí)窗口和指針動(dòng)態(tài)調(diào)整的示意圖；

附圖7為紫外高速移動(dòng)通信拓?fù)淇刂苾?nèi)部裝置的構(gòu)成示意圖；

附圖8為移動(dòng)集群自組網(wǎng)拓?fù)淇刂屏鞒虉D；

附圖9為紫外光自組織通信系統(tǒng)平臺(tái)裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提出了一種移動(dòng)集群自組網(wǎng)拓?fù)淇刂品椒?，使用單路徑路由協(xié)議、多路徑路由協(xié)議和資源稀缺算法相結(jié)合，解決自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)和鏈路的長延遲帶來的端到端不能建立完整通信鏈路，在此前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)投遞的問題，提出一種盡力傳輸關(guān)鍵技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)紫外光動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂?，達(dá)到端到端的數(shù)據(jù)包成功投遞。建立高速運(yùn)動(dòng)鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ?，以已知的通信半徑、帶寬、誤碼率、時(shí)延等信道指標(biāo)，為盡力傳輸機(jī)制提供網(wǎng)絡(luò)分析模型；提出在二層鏈路層間斷連通或長延遲狀態(tài)下用三層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議彌補(bǔ)的方法，包括：設(shè)計(jì)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)、貪婪連接、資源釋放和可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證策略，提出一種單路徑按需路由協(xié)議；采用多路徑路并行傳輸策略盡可能快的完成傳輸任務(wù)，在窗口機(jī)制中加入資源稀缺優(yōu)先模型，保護(hù)弱勢節(jié)點(diǎn)的分組傳遞率。

一、建立移動(dòng)集群拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型：高速鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ汀?/p>

移動(dòng)集群的拓?fù)錉顩r可以歸納出兩種極端情況，其它的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)可以從這兩種模型疊加和演變得出。第一種：節(jié)點(diǎn)群按照鏈狀拓?fù)涓咚龠\(yùn)動(dòng)，要求完成實(shí)時(shí)通信；第二種，節(jié)點(diǎn)群被間歇隨機(jī)分割為若干段，相鄰兩部分僅有短暫連接機(jī)會(huì)(10s)，且三部分不會(huì)同時(shí)發(fā)生連接。繼而，模型可抽象為兩種典型：高速鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ?數(shù)據(jù)傳輸過程如附圖1(a)-附圖1(c)所示)和三段間歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ?附圖2(a)-附圖2(c)所示)。

二、單路徑的盡力傳輸機(jī)制，包括設(shè)計(jì)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略、貪婪連接策略、資源釋放策略和可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證策略。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)群在某時(shí)刻被隨機(jī)分割成三段網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)分組傳遞任務(wù)從源節(jié)點(diǎn)s向目的節(jié)點(diǎn)d，如圖2(a)所示的時(shí)刻源節(jié)點(diǎn)s與目的節(jié)點(diǎn)d分別位于a、c網(wǎng)絡(luò)，中間有b網(wǎng)絡(luò)相隔，相鄰的網(wǎng)絡(luò)之間有連接機(jī)會(huì)，但相隔的網(wǎng)絡(luò)之間沒有直接連接機(jī)會(huì)，如圖2(b)與圖2(c)所示。對(duì)于現(xiàn)有自組織多跳路由協(xié)議，若有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)首先要在s與d之間確定一條完整的鏈路，而這種三段式分割網(wǎng)絡(luò)是不能滿足算法要求的。因此，通常遇到這種情況時(shí)，路由計(jì)算的結(jié)果是不可達(dá)，然后不再有數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作，直到s與d融合為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，并且保證一段充足時(shí)間用來進(jìn)行完整鏈路的建立和新路由的發(fā)現(xiàn)，才能進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)。但是，如果網(wǎng)絡(luò)始終沒有機(jī)會(huì)使s與d能融合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，則此數(shù)據(jù)分組信息將永遠(yuǎn)無法傳遞出去。

三層路由對(duì)二層鏈路的拓?fù)涔芾矸椒ǎ涸诘诙訑?shù)據(jù)鏈路層未建立完整連接的情況下用第三層路由層的管理來彌補(bǔ)，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略和貪婪連接策略，使用接力方式讓路由協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路上分段計(jì)算和分段傳遞，如圖4所示。存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略是源節(jié)點(diǎn)s將待發(fā)數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給本地網(wǎng)絡(luò)a內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)，如附圖3(a)所示，這些中間節(jié)點(diǎn)將收到的數(shù)據(jù)分組按照fifo順序存儲(chǔ)在本地的副本發(fā)送緩沖區(qū)，經(jīng)過一段時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)a內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都將會(huì)存儲(chǔ)一份相同的副本。

貪婪連接策略是隨著節(jié)點(diǎn)群的隨機(jī)快速移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)a中的某節(jié)點(diǎn)p與網(wǎng)絡(luò)b中的某節(jié)點(diǎn)q之間相互的距離和位置滿足通信鏈接時(shí)，p與q就有短暫的機(jī)會(huì)互通信息，此時(shí)兩節(jié)點(diǎn)立即交換各自的副本信息，如附圖3(b)所示，這樣源節(jié)點(diǎn)s的數(shù)據(jù)分組data1就成功從a網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到b網(wǎng)絡(luò)。以此類推，如附圖3(c)-圖3(d)所示，中間節(jié)點(diǎn)p在b網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)分組數(shù)據(jù)data1，當(dāng)b網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)m與c網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)n能通信時(shí)，立即交換副本信息，這樣a網(wǎng)絡(luò)的信息就成功交換到c網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)n將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)d，隨即完成從源節(jié)點(diǎn)s到目的節(jié)點(diǎn)d的數(shù)據(jù)分組的傳遞，如附圖3(e)所示。這樣，s到d的分組傳遞就由多跳行為變成單跳行為，網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換實(shí)際上僅僅耗費(fèi)了一跳時(shí)間(包括鏈路建立和數(shù)據(jù)分組交換)，比起傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)的多跳n時(shí)間(包括多鏈路建立、多跳路由建立及多跳轉(zhuǎn)發(fā))僅耗費(fèi)1/n的時(shí)間。因此最大程度提升了源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)的成功率。

由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間采用泛洪的方式進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)和備份，為了避免泛洪風(fēng)暴產(chǎn)生，引入ack、ttl、countdowntimer設(shè)計(jì)一種資源釋放策略。情況1，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)分組成功傳遞到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)立刻廣播一個(gè)確認(rèn)字符ack，接收到ack的節(jié)點(diǎn)就將此數(shù)據(jù)分組的備份在本地的副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)刪除。情況2，每個(gè)數(shù)據(jù)分組完成一跳轉(zhuǎn)發(fā)后節(jié)點(diǎn)會(huì)將其ttl加1，當(dāng)數(shù)據(jù)分組的ttl累加到m時(shí)(此數(shù)字可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模來計(jì)算隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)概率，當(dāng)有98％節(jié)點(diǎn)收到同一數(shù)據(jù)分組備份時(shí)一共轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù))，節(jié)點(diǎn)便對(duì)此數(shù)據(jù)分組不再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。情況3，當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)分組備份時(shí)立即啟用該數(shù)據(jù)分組的countdowntimer倒計(jì)時(shí)n(可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割的時(shí)間規(guī)律而定，若是高速移動(dòng)的情況n不必太大1分鐘即可，若是山區(qū)等低速且有大型障礙的情況，n可設(shè)定為30分鐘或更大)，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組的countdowntimer減到0還未收到ack時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)就丟棄該數(shù)據(jù)分組。情況4，源節(jié)點(diǎn)的某數(shù)據(jù)分組的countdowntimer減到0還未收到ack時(shí)，再次向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此數(shù)據(jù)分組。

按需路由協(xié)議的設(shè)計(jì)為盡力傳輸機(jī)制，即網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)盡最大可能的為數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)創(chuàng)造機(jī)會(huì)，盡力投遞到目的節(jié)點(diǎn)上，因此對(duì)于中間節(jié)點(diǎn)只是盡力傳輸，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)分組傳遞給另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)就完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。對(duì)于在不可靠的數(shù)據(jù)傳輸(如丟包和誤碼)上進(jìn)行可靠傳輸?shù)谋ＷC機(jī)制，擬采用在分組的端到端(s和d)上設(shè)計(jì)可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證策略，引入ack、廣播等一系列確認(rèn)方式實(shí)現(xiàn)盡力傳輸?shù)目煽啃员ＷC。

本項(xiàng)目初步確定的移動(dòng)集群自組網(wǎng)的單路徑按需路由算法(單路徑傳輸機(jī)制)是：

1)判斷源節(jié)點(diǎn)s與目的節(jié)點(diǎn)d是否在一個(gè)連通區(qū)域φ如果不是，跳轉(zhuǎn)到第2步；如果是，跳轉(zhuǎn)到第3步。

2)源節(jié)點(diǎn)s與目的節(jié)點(diǎn)d在非連通區(qū)域。

(a)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。s在本區(qū)域a內(nèi)擴(kuò)散欲轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，a內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)都收到并存儲(chǔ)此數(shù)據(jù)分組信息，此數(shù)據(jù)分組副本保留s的信息。

(b)貪婪連接。a內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)試圖對(duì)外擴(kuò)散此分組，當(dāng)區(qū)域a內(nèi)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)與區(qū)域b的某個(gè)節(jié)點(diǎn)有連接機(jī)會(huì)，采用單跳方式建立連接并路由，將分組副本進(jìn)行交換，傳遞出去。跳轉(zhuǎn)到第4步。

3)源節(jié)點(diǎn)s與目的節(jié)點(diǎn)d在連通區(qū)域。查找路由表，執(zhí)行aodv路由協(xié)議。跳轉(zhuǎn)到第5步。

4)接收節(jié)點(diǎn)q是否為目的節(jié)點(diǎn)d？如果是，完成傳遞任務(wù)，并回復(fù)ack，跳轉(zhuǎn)到第5步。如果不是，判斷q是否與d是否在一個(gè)連通區(qū)域？如果不是，跳轉(zhuǎn)到第2步；如果是，跳轉(zhuǎn)到第3步。

5)資源釋放。

三、多路徑并行傳輸機(jī)制

采用多路徑同時(shí)傳遞分組信息能很好的避免對(duì)單路徑依賴過大的問題，避免網(wǎng)絡(luò)瓶頸擁塞發(fā)生，同時(shí)動(dòng)態(tài)的優(yōu)選鏈路也可最大程度的利用最優(yōu)信道，因此需要在單路徑路由算法的基礎(chǔ)上，對(duì)多條獨(dú)立路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)衡量和優(yōu)選，這樣不但可以縮短分組任務(wù)交換時(shí)間、增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，也可以均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所處的具體環(huán)境也是變化的，需要采集實(shí)時(shí)信道參數(shù)，包括帶寬、丟包率、誤包率、時(shí)延等，然后對(duì)信道質(zhì)量進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)估，然后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算出metric值。剔除冗余鏈路，對(duì)每條有效的鏈路標(biāo)記相應(yīng)的metric值。由非視距紫外光鏈路的信道特性可知，當(dāng)鏈路帶寬較大時(shí)，意味著通信距離近、天線覆蓋面積大，伴隨著丟包率低、誤包率低、時(shí)延小等狀況，因此考量網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的實(shí)時(shí)性，僅根據(jù)鏈路帶寬和節(jié)點(diǎn)繁忙度衡量，再進(jìn)行歸一化處理到[0,255]區(qū)間。然后為每條鏈路標(biāo)定metric值，從小到大優(yōu)選。

此時(shí)為避免鏈路之間重復(fù)傳遞相同的分組備份，根據(jù)選取的鏈路條數(shù)和度量值(metric值)，按照指數(shù)原則進(jìn)行任務(wù)劃分：metric值最小的鏈路1，指針放到窗口的第0個(gè)分組，開始發(fā)送；metric值次小的鏈路2，指針放到窗口1/2處，開始發(fā)送，metric值再小的鏈路3，指針放到3/4處，開始發(fā)送，以此類推，并行發(fā)送副本發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)分組，如圖5所示。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)快速變化，根據(jù)紫外光傳輸信道模型的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這里選取2個(gè)鏈路作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路，指針變化到2/3，其余鏈路作為備份鏈路。

為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓咚僮兓?，采用競爭發(fā)送機(jī)制。當(dāng)某條鏈路完成副本發(fā)送任務(wù)后，副本緩沖區(qū)的大小將重新計(jì)算，并根據(jù)當(dāng)下的metric值，重新選擇并分配發(fā)送任務(wù)。圖6中第一狀態(tài)圖為黑色和斜紋數(shù)據(jù)的窗口和指針狀態(tài)，圖6中第二狀態(tài)圖為黑色和斜紋數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，將數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)重新分配給未發(fā)送的網(wǎng)紋與橫紋數(shù)據(jù)的窗口調(diào)整狀態(tài)圖。發(fā)送機(jī)制設(shè)計(jì)為盡力傳輸，即不對(duì)鏈路的發(fā)送流量進(jìn)行控制，而是讓每條鏈路盡可能多的把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。對(duì)于分組的丟失和誤碼的可靠傳輸機(jī)制的保證在端到端上完成，中間節(jié)點(diǎn)沒有該功能。

高速移動(dòng)多路徑路由算法設(shè)計(jì)為：

1)搜索網(wǎng)絡(luò)間多條連通鏈路，去除冗余鏈路。

2)計(jì)算各條鏈路的metric值，選取最優(yōu)的兩條作為傳輸數(shù)據(jù)的鏈路，其余為備份路徑。

3)分配副本發(fā)送緩沖區(qū)，并確定發(fā)送窗口的指針。

4)按序發(fā)送數(shù)據(jù)分組。

5)當(dāng)一個(gè)鏈路發(fā)送完畢另一個(gè)仍有大量數(shù)據(jù)分組待發(fā)送時(shí)，跳轉(zhuǎn)到第1步；當(dāng)兩個(gè)鏈路基本同時(shí)發(fā)送完數(shù)據(jù)分組時(shí)，跳轉(zhuǎn)到第6步。

6)副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)分組發(fā)送完畢。

四、基于以上提出的盡力傳輸機(jī)制中節(jié)點(diǎn)的競爭公平性問題，為提高移動(dòng)速度較快、分割時(shí)間較長的節(jié)點(diǎn)的投遞成功率，建立一種資源稀缺優(yōu)先模型。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)送數(shù)據(jù)量都很大，而網(wǎng)絡(luò)分割情況嚴(yán)重時(shí)，某些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)獨(dú)霸整個(gè)通信資源，而某些節(jié)點(diǎn)可能一直競爭不上通信資源，而處于失聯(lián)狀態(tài)。這些來自弱勢節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)定義為稀缺資源。

之前提出的盡力傳輸機(jī)制在信道和節(jié)點(diǎn)群間采用競爭的機(jī)制完成，以提高網(wǎng)絡(luò)整體的吞吐率和傳輸能力。而對(duì)于那些移動(dòng)速度較快、地理位置不好、受干擾較大的節(jié)點(diǎn)必將處于分割時(shí)間長、信道質(zhì)量差的弱勢。當(dāng)弱勢節(jié)點(diǎn)的mac層好不容易有機(jī)會(huì)傳遞出數(shù)據(jù)后，中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)把其數(shù)據(jù)分組接收到副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)，經(jīng)過很長一段時(shí)間未成功發(fā)送后此數(shù)據(jù)分組將被丟棄。如此經(jīng)過一段時(shí)間后，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)存放的任務(wù)大多來自信號(hào)強(qiáng)度好的發(fā)送節(jié)點(diǎn)，而來自弱勢節(jié)點(diǎn)發(fā)送的任務(wù)很難保留在緩存空間。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)通信不公平現(xiàn)象，信號(hào)強(qiáng)度好的節(jié)點(diǎn)占用了絕大部分通信資源。

因此為了提高稀缺資源的數(shù)據(jù)投遞成功率并均衡端到端的吞吐率，需要解決競爭的公平性問題，有必要研究一種資源稀缺優(yōu)先模型，提高弱勢節(jié)點(diǎn)的投遞成功率，保障弱勢節(jié)點(diǎn)的通信權(quán)利。

資源稀缺可根據(jù)節(jié)點(diǎn)信道的能力、節(jié)點(diǎn)鏈接入網(wǎng)的歷史統(tǒng)計(jì)頻率、節(jié)點(diǎn)訪問的時(shí)間長度等指標(biāo)來判斷，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均，即可得到優(yōu)先級(jí)，此優(yōu)先級(jí)的計(jì)算在源節(jié)點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。

在副本發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)，引入分組的優(yōu)先級(jí)，為稀缺資源的數(shù)據(jù)分組打上tag，這些數(shù)據(jù)分組不會(huì)按照countdowntimer而死亡，即中間節(jié)點(diǎn)不能隨意丟棄這些稀缺資源，直到其被傳遞成功后。

五、移動(dòng)集群自組網(wǎng)裝置設(shè)計(jì)

移動(dòng)集群自組網(wǎng)拓?fù)淇刂苾?nèi)部裝置設(shè)計(jì)，如圖7所示，節(jié)點(diǎn)設(shè)備中的數(shù)據(jù)發(fā)送儲(chǔ)存器中的數(shù)據(jù)在即將發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)判斷源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)是同屬于連通區(qū)域1還是兩節(jié)點(diǎn)位置關(guān)系為非連通區(qū)域2。當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)位于連通區(qū)域中，直接查找路由表信息，并由節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；在兩節(jié)點(diǎn)處于非連通的狀態(tài)下，則先進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，即本區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都將會(huì)接收并保留源節(jié)點(diǎn)預(yù)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組；再進(jìn)行節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)的貪婪鏈接，就是上述連通區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都試圖擴(kuò)散所接收的分組，一旦有與目的節(jié)點(diǎn)所在連通區(qū)域有連接的機(jī)會(huì)(或者是轉(zhuǎn)發(fā)出該區(qū)域的機(jī)會(huì))，就會(huì)以單跳的方式建立連接并路由；在貪婪連接建立成功后，將會(huì)以篩選后的多路徑并行傳輸?shù)姆绞絺鬏敂?shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)可靠有效傳輸；最后將發(fā)送該數(shù)據(jù)時(shí)占用的資源釋放，以待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送到來。對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)①吞吐率；②誤碼率；③承載業(yè)務(wù)能力等進(jìn)行實(shí)物仿真驗(yàn)證。在室外典型自然環(huán)境中對(duì)①移動(dòng)速度；②通信時(shí)延；③服務(wù)質(zhì)量。并在兩種極端典型拓?fù)錉顟B(tài)：高速移動(dòng)鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ拖?，測試網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)：數(shù)據(jù)分組的投遞率、數(shù)據(jù)分組端到端投遞延遲、網(wǎng)絡(luò)吞吐量，驗(yàn)證協(xié)議傳輸?shù)目煽啃院徒研浴f(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的延遲特性、協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的總體能力。

移動(dòng)集群自組網(wǎng)拓?fù)淇刂品椒ㄈ缦?，如圖8所示：

1)判斷源節(jié)點(diǎn)s與目的節(jié)點(diǎn)d是否在一個(gè)連通區(qū)域？如果不是，跳轉(zhuǎn)到第2步；如果是，跳轉(zhuǎn)到第3步。

2)非連通區(qū)域。

(a)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。源節(jié)點(diǎn)s在本區(qū)域a內(nèi)擴(kuò)散欲轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，區(qū)域a內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)都收到并存儲(chǔ)此數(shù)據(jù)分組信息，此數(shù)據(jù)分組副本保留s的信息。

a1)稀缺資源判斷？

a2)是。進(jìn)行優(yōu)先處理

a3)不是。開啟countdowntimer、ttl

(b)貪婪連接。a1內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)試圖對(duì)外擴(kuò)散此分組，當(dāng)與區(qū)域b的某個(gè)節(jié)點(diǎn)有連接機(jī)會(huì)，采用單跳方式建立連接并路由，

b1)搜索網(wǎng)絡(luò)間多條連通鏈路判斷多條還是唯一？

b2)若是唯一，將分組副本進(jìn)行交換，傳遞出去。

b2)若是多條，去除冗余。計(jì)算各條路徑的metric值，選取最優(yōu)的兩條作為傳輸數(shù)據(jù)鏈路，其余為備份路徑。

b3)分配副本發(fā)送緩沖區(qū)，并確定發(fā)送窗口的指針。

b4)按序發(fā)送分組。

b5)當(dāng)一個(gè)鏈路發(fā)送完畢另一個(gè)仍有大量分組待發(fā)送時(shí)，跳轉(zhuǎn)到第1步；當(dāng)兩個(gè)鏈路基本同時(shí)發(fā)送完分組時(shí)，跳轉(zhuǎn)到第6步。

b6)副本緩沖區(qū)內(nèi)所有分組發(fā)送完畢。跳轉(zhuǎn)到第4步。

3)連通區(qū)域。查找路由表，執(zhí)行aodv路由協(xié)議。跳轉(zhuǎn)到第5步。

4)接收節(jié)點(diǎn)q是否為目的節(jié)點(diǎn)d？如果是，完成傳遞任務(wù)，并回復(fù)ack，跳轉(zhuǎn)到第5步。如果不是，判斷q是否與d是否在一個(gè)連通區(qū)域？如果不是，跳轉(zhuǎn)到第2步；如果是，跳轉(zhuǎn)到第3步。

5)資源釋放。

下面將以紫外光自組織通信集群為例，由于所設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議具有平臺(tái)無關(guān)性，因此在實(shí)際的全向收發(fā)紫外光系統(tǒng)中的要進(jìn)行協(xié)議編寫和代碼移植是理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際的關(guān)鍵步驟，這樣才能在真實(shí)的設(shè)備上達(dá)到盡力傳輸?shù)哪芰Α?/p>

1)建立非視距紫外光高速移動(dòng)鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ偷膯栴}。在設(shè)計(jì)紫外高速移動(dòng)拓?fù)淇刂频膮f(xié)議時(shí)，兩種典型的傳播分析模型將直接影響后續(xù)研究結(jié)果的正確性，首先解決的問題是紫外鏈路衰減模型的建立。

首先分析非視距紫外光全向收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間相對(duì)移動(dòng)速度、絕對(duì)移動(dòng)速度、收發(fā)端高低程、障礙物、大氣等因素對(duì)信道質(zhì)量和通信距離的影響，建立帶有移動(dòng)速度、高低程度及天氣因素的單次散射鏈路模型，并根據(jù)真實(shí)測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正。在確保單鏈路模型正確的基礎(chǔ)上，建立典型模型：高速移動(dòng)鏈狀拓?fù)鋫鞑ツＰ秃腿伍g歇分割拓?fù)鋫鞑ツＰ?，分析自組織網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)淝闆r下的通信半徑、帶寬、誤碼率、時(shí)延等重要參數(shù)，得到研究傳輸問題的真實(shí)分析模型。

2)建立存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略、資源釋放策略、多路徑路并行傳輸策略和稀缺資源優(yōu)先策略的模型。由于集群移動(dòng)帶來的連接時(shí)間短暫，間歇分割網(wǎng)絡(luò)帶來的連接不穩(wěn)定，要在短暫的時(shí)間內(nèi)要完成從媒體接入控制到數(shù)據(jù)傳遞的完整過程難度很大。特別對(duì)于某些連接機(jī)會(huì)弱的節(jié)點(diǎn)，更加難以實(shí)現(xiàn)這個(gè)完整過程。因此如何在短暫的時(shí)間內(nèi)快速完成路由發(fā)現(xiàn)、路徑選擇及分組轉(zhuǎn)發(fā)等一系列過程是解決紫外高速移動(dòng)和容遲網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵科學(xué)問題。項(xiàng)目中擬采用理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法來解決。

設(shè)計(jì)在二層鏈路層間斷連通或長延遲狀態(tài)下用三層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行彌補(bǔ)的方法，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略、貪婪連接策略、資源釋放策略、多路徑路并行傳輸策略和資源稀缺優(yōu)先策略，解決從路由建立、傳播到分組傳輸整個(gè)過程的一系列關(guān)鍵問題。并從快速性出發(fā)和節(jié)點(diǎn)競爭公平性出發(fā)，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)化。

3)設(shè)計(jì)軟件編寫、代碼移植和搭建硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案。

紫外光自組織通信系統(tǒng)包括承載數(shù)據(jù)、語音信號(hào)。紫外光語音通信系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示，主要由語音編解碼，光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)，光電轉(zhuǎn)換，光學(xué)系統(tǒng)，dsp處理單元等幾部分組成。語音信號(hào)通過話筒等輸入裝置輸入，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)由dsp處理器將傳入的數(shù)據(jù)做紫外高速移動(dòng)通信拓?fù)淇刂频纫幌盗刑幚恚詈笤谠垂?jié)點(diǎn)處發(fā)送出去。在目的節(jié)點(diǎn)處，光探測接收器收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的光信號(hào)，再光電轉(zhuǎn)換后，由dsp芯片解碼信號(hào)，最后d/a轉(zhuǎn)換后，輸出音頻信號(hào)。

相關(guān)軟件設(shè)計(jì)流程如圖8所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。