一种无线多跳网络数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多跳无线网络技数据传输技术领域，特别是一种传输效率高、网络延 迟小的无线多跳网络数据传输方法。
【背景技术】
[0002] 多跳无线通信网络组网灵活，无需固定基础设施及集中配置管理支持即可实现传 输功率有限的无线节点经多跳自组互联并提供连接服务，适用于特定地理区域和特殊应用 场景需求，可更灵活地拓展和延伸网络、增强网络业务处理。因此其成为无需预先架设基础 设施的应急通信或战术通信领域的主要组网模式，并可作为有基础设施支持的卫星网络、 蜂窝系统网络的有效拓展和补充。
[0003] 多跳无线网络的应用场景多为机动通信、侦察感知和环境监测等特殊应用领域。 如利用无人机或直升机等，在恶劣自然环境，如沙地、山地、林地等抛撒或设置通信节点，通 过多点多跳中继，达成纵深尽可能远的通信，拓展和延伸有基础设置的通信网络覆盖范围。 投掷节点大致分布在所需要拓展的狭长分布地带上，构成无需预先铺设基础设施的多跳自 组织网络。节点按投掷顺序启动定时开机时间，先投掷的节点成为第一个开机入网的主节 点。主节点在同步时段中发送控制消息加入时间同步选项，实现节点时间基本同步。每个节 点拥有唯一的识别码。由于节点抛掷后即使受到空气阻力风力影响，存在旋转、飘移等，可 能会有偏移，但大部偏向处于一个狭长区域带内，可从有基础设施网络边缘接入点直达难 W抵达的腹地，建立无需基础设施的多跳边缘网络。
[0004] 由于多跳无信通信网络中通信过程的节点按功能可分为源节点、中继转发节点和 目标节点，其中的中继转发节点可能包括多跳。当中继转发节点采用竞争类接入方法CSMA/ CA时，能适应无线移动自组网拓扑结构动态变化状况，满足节点与邻节点竞争方式占用信 道，W-定程度上解决节点冲突，然而不能从根本上适应无线通信组网真实拥塞状态的变 化，如所有节点均完全采用CSMA/CA方式获取信道，则不适应多节点、远距离通信条件，随着 传输距离和跳数的增加，延迟将继续增大，而干扰阻塞环境下采用CSMA/CA方式，也更将增 大重传次数，耗费节点能量，增加开销和重传延迟。
[0005] 反之，如完全采用固定时隙、频率分配方式，则信道利用率极低。尽管现存一些基 于动态TDMA的信道分配利用方法，如P-TDMA、混合时分多址访问HTDMA协议、ETDMA (增强型 TDMA)等等，但由于基于P-TDMA、ETDMA的协议声明阶段和响应阶段将产生较大的协议开销， 使协议性能下降，而基于HTDMA的协议需要将相邻节点的时隙安排情况保存在相邻节点列 表NB中，并不断跟踪其相邻节点传输时间安排。而现有基于TDMA和CSMA的混合协议如AGENT 等协议的思路，是先给每个网络节点分配一个固定的TDMA传输时间安排，节点还有机会通 过CSMA竞争其它空闲时隙，由于没有考虑节点角色，无法让最佳中继转发节点最大化利用 信道，因此只适用于轻流量载荷场景。W上协议并不适合要求尽量拓展和延伸通信网络纵 深，同时要求节点快速回传视频、图像等大业务量、低延迟要求的组网场景。
[0006] 总之，现有技术存在的问题是:无线多跳网络数据传输效率不够高、网络延迟大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种无线多跳网络数据传输方法，传输效率高、网络延迟 小。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0009] -种无线多跳网络数据传输方法，包括如下步骤：
[0010] (10)节点探测:主节点或边界节点发送受控中继区域探测信息，其它节点接收、应 答和转发探测消息，经数轮转发和应答后，使主节点或边界节点=跳内的近邻节点均获知 自己离主节点或者边界节点的跳数及转发路径；
[0011] (20)节点角色设定:根据探测消息接收、应答情况，将近邻节点设定为阻断节点或 中继节点，并将与阻断节点邻接的节点设定为边界节点；
[0012] (30)受控中继区域建立：W边界节点为逻辑区域划分的边界条件，建立受控中继 区域，使受控中继区域内的所有节点均为可靠中继节点；
[0013] (40)时隙复用分配:对受控中继区域内的每个可靠中继节点进行信息时段时隙复 用分配；
[0014] (50)数据收发:可靠中继节点在其分配到的信息时段时隙发送数据，在其未分配 到信息时段时隙接收数据；
[0015] (60)时隙竞争:阻断节点和未分配到信息时段时隙的节点采用载波侦听方式竞争 占用预留时隙。
[0016] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0017] 1、传输效率高:根据动态变化的网络拓扑构建由多个受控中继区域组成的逻辑网 络，可靠中继节点在时分多址接入基础上在各自隶属的受控中继区域内的进行信道最大化 的循环复用，其它节点按业务需求W载波侦听方式竞争决定信道使用权。该方法保障和提 高了多跳传输路径上可靠中继节点对信道带宽利用率，提高了数据端到端投递率，增强了 数据传输效率；
[0018] 2、网络延迟小:通过减小非可靠中继节点对信道的占用和对有限计算资源的竞争 消耗，降低了最佳转发路径上中继节点间分组的碰撞概率，减少了节点需要退避等待的延 时和重发延迟。
[0019] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明无线多跳网络数据中继传输方法的流程图。
[0021 ]图2为t时刻网络拓扑实施例图。
[0022] 图3为在图2给出的网络拓扑基础上，阻断节点的判别和可靠中继节点的判别示例 图。
[0023] 图4为图3第一个CRR区域及其阻断节点获取的基础上，边界节点确定示例图。
[0024] 图5为第一个受控中继区域的划分，W及第一个受控中继区域内节点的时隙分配 示例图。
[0025] 图6为W边界节点为新的源节点，获取第二个受控中继区域CRR2, W及第二个受控 中继区域内节点的时隙分配示例图。
[0026] 图7为W边界节点为新的源节点，获取第S个受控中继区域CRR3, W及S个受控中 继区域内节点的时隙分配示例图。
[0027] 图8为信道资源利用和分配原理图。
[0028] 图9为按图7的网络拓扑给出受控中继区域内节点的数据发送时隙使用过程示例 图。
[0029] 图10为未分配节点、阻断节点基于CSMA竞争方式获取随机访问机会示例图。
[0030] 图11为节点信息表示例图。
【具体实施方式】
[0031] 如图1所示，本发明无线多跳网络数据传输方法，包括如下步骤：
[0032] (10)节点探测:主节点或边界节点发送受控中继区域探测信息，其它节点接收、应 答和转发探测消息，经数轮转发和应答后，使主节点或边界节点=跳内的近邻节点均获知 自己离主节点或者边界节点的跳数及转发路径；
[0033] 如图2所示为t时刻网络拓扑的实施例。为简化描述，设t时刻网络中有一个最先入 网的主节点0、多个接收/中继转发节点n。节点间实线表明两者间存在无线链路。需注意的 是，图中链路长度并不代表节点间真实距离，仅代表链路两端节点在彼此的可靠接收范围 内，可保持正常通话。部分节点受损毁或电池耗尽，或干扰屏蔽，成为不可及节点，用图中灰 色节点表示。由于节点按顺序投放，并设置开机定时，因此第一个开机入网节点，即图中节 点0成为主节点，发送探测消息，作为初始受控中继区域划分的发起者。其余节点暂时未分 配时隙即为未初始化节点。
[0034] 所述(10)节点探测步骤包括：
[0035] (11)发送探测信息:主节点或发起下一个受控中继区域划分的边界节点在同步时 段的预留时间发送受控中继区域探测信息，所述探测信息包括消息类型、消息序列号、消息 发送源节点ID、中间节点ID和时间戳，每经过一个周期Tw,由发送探测消息的节点将消息序 列号加1;
[0036] 所述(11)发送探测信息步骤包括：
[0037] (111)如果当前发起探测的节点i为主节点，则继续（112)，如发起受控中继区域探 测过程的如果是边界节点，则跳转步骤(113);
[0038] (112)初始化时所有节点，均W载波侦听方式接入信道，节点在同步时段的一个预 留时间发送探测分组时，其它节点在该时段监听该探测消息，设置探测消息中的nL初始值 为3,转步骤(12);
[0039] 初始化时所有节点均W载波侦听方式接入信道。所有节点开机后已重置自身计时 器和计数器，按本发明面向的网络组网场景，主节点0是第一个开机入网节点，并第一个发 送探测分组。所有节点在加入网络并与主节点同步后均同样W载波侦听方式接入，主节点 在同步时段的一个预留时间发送探测信息分组时，设置探测消息中的nL初始值为3。其它 节点在该时段监听该探测消息，节点1、2、3、4、17均接收到探测分组并应答主节点，转步骤 (12)；
[0040] (113)边界节点通过竞争占用同步时段的预留时隙，发送探测分组，其它节点在该 时隙监听该探测分组，设置探测消息中的TTL初始值为3。
[0041] 边界节点是与阻断节点直接相连的节点，边界节点发起下一个受控中继区域划 分。边界节点竞争占用同步时段的预留时隙，发送探测消息分组。探测分组包括消息类型、 消息序列号、消息发送节点ID、中间节点ID和时间戳，每经过一个Tw周期，由发送探测消息 的节点将消息序列号加1;继续；
[0042] 边界节点0，1，7都已经在该测试周期内转发过探测消息，只有8,9,10作为新的探 测源节点发送探测消息；