[發明專利]低空中繼系統的多中繼路由建立方案

有效

• 申請號: 201310188014.6
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103313342A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 孟慶民;王東明;蘇倩倩;候曉赟;王磊;田峰;鄭寶玉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;東南大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于無線多跳網絡的技術領域，特別涉及一種低空中繼系統的多中繼路由建立方案。

背景技術

四川蘆山地震和汶川地震事件引起人們對災難之后緊急救援通信的關注。自然災害中的地震、海嘯、洪水以及人為災難中的恐怖襲擊等都會造成無線通信網絡很大損壞。在大范圍的嚴重災難場景下，受災區交通和通信基礎設施會發生故障甚至完全遭到破壞。

通信基礎設施在緊急救援小組進行救援期間起著很重要的作用。在大規模的災難發生時，一般無線通信網絡需要很長時間才能得到恢復，因此大部分緊急救援小組使用Ad?Hoc通信，例如步話機、移動基站或衛星通信中VSAT，然而這幾種方式的覆蓋范圍都很有限。過去的幾年中，由于無線通信技術的發展，一種能夠在災難恢復期間進行有效網絡部署的技術無線多跳網絡（Wireless?Mesh?Networks?or?WMNs）受到人們的廣泛關注。該網絡獨特的架構使它能夠應用于應急通信場景。WMNs由Mesh路由和Mesh終端組成，各個Mesh終端通過Mesh路由器來接入網絡，并且Mesh網絡中的各個節點自動建立并維護網絡的連接。該網絡可以采用多跳方式實現更低的部署成本和更大的覆蓋范圍。

傳統的蜂窩移動通信系統中，蜂窩基站塔受地面建筑或其他物體干擾，延遲大。同時由于要在地面建立大量的基站，因而構建網絡的經濟成本較高，復雜性相對較大，由于要確定適合的安裝地點，因而部署相對較慢，對于急需建立通訊網絡的情況不太方便。同時其星形結構中一旦某條鏈路出現故障，可能會造成大范圍的服務中斷，這很大程度上限制了網絡的可靠性。

在WLAN網絡中，采取單跳方式，因而數據不可轉發，同時接入點的覆蓋范圍僅限于幾百米，如果想在大范圍內應用這種高速率的服務模式，成本將非常高。

衛星通信可以有效的將GPS信息傳送到其他通信手段不能到達的任何區域，但其通信費用高昂，不適合在受災區大規模應用，這會限制網絡的覆蓋范圍。

對于Ad?Hoc網絡，節點的接通性是依賴節點的平等合作實現的，健壯性比較差。Ad?Hoc網絡主要用于軍事或其他專業服務，不適合特殊情況下的部署。

同時已有的輕量級網絡部署方案中沒有提出有效的路由建立方法。

發明內容

本發明目的：

本發明在已有網絡的基礎上提出一種輕量級網絡部署方案，并在方案中提出有效的路由建立過程，使得在大范圍的嚴重災難場景下，受災區交通和通信基礎設施會發生故障甚至完全遭到破壞時，迅速地建立高質量的通信網絡。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：

本發明中含有若干個增強型的空中中繼平臺，中繼平臺固定在可控、可移動、可漂浮于低空裝置中，低空裝置為氣球或者飛艇，氣球用于擴展系統覆蓋范圍。汽車1上方用纜繩固定住一個氣球（后面稱為氣球1），氣球1下部攜帶中繼平臺1。地面接收節點平臺(SINK)被荷載在汽車1上，接收節點配置有網關和回程鏈路功能模塊，通過網關和回程鏈路，本發明中的網絡可以實現與Internet骨干網絡連接。接收點平臺與中繼平臺1之間需要建立一個無線鏈路（1跳鏈路），多個中繼平臺之間也需要建立互相通信鏈路。中繼平臺之間可采用光學和射電頻率連接，從而建立自由空間無線網絡實現。在兩個氣球配置下，氣球1上的中繼平臺1或者氣球2上的中繼平臺2與遠端地面上的無線移動終端進行通信。因此，該多跳中繼系統需要考慮路由，即地面上的無線終端是選擇2跳鏈路或者3跳鏈路來實現與汽車1上的接收點平臺通信。

首先固定兩個含有GPS定位系統的空中中繼平臺，中繼平臺在初始化階段將自己的位置信息發送給接收點平臺。接收節點向覆蓋范圍內的所有中繼平臺發送廣播消息（adv），收到adv消息的中繼平臺存儲本條路由消息到本地路由表中。所有中繼平臺經過隨機等待時間之后進行初始化。一部分中繼平臺在初始化之前將收到路由消息。這使得路由消息能夠快速在中繼平臺間傳播而且避免了數據包大量傳送帶來的消息碰撞問題，從而有效降低路由建立階段的時間和節點的能量消耗。中繼平臺通過向覆蓋范圍內的所有其他中繼平臺和移動終端廣播路由請求包（RREQ）進行隨機初始化。如果其他中繼平臺收到RREQ包，則廣播路由回復包（RREP）。如果是移動終端收到RREQ消息包，則不需要廣播RREQ包。

本發明的有益效果為：

1、本發明提出了一種可靠地路由建立方案，即利用輕量級機制將數據可靠并且快速的發送到接收節點。這種輕量級機制處理快速改變的拓撲和路由保持的時候僅需要很少的維護和控制消息。