劉林濤 馮 晶 羅小寶 校建鋒 黃 亮 沈 歡 付良鋒

(1.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430205)(2.武漢東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)組織部 武漢 430205)

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一種基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng)可靠性處理方法*

劉林濤1馮 晶2羅小寶1校建鋒1黃 亮1沈 歡1付良鋒1

(1.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430205)(2.武漢東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)組織部 武漢 430205)

在基于短波、超短波、衛(wèi)通等信道的無線通信環(huán)境下,由于各平臺節(jié)點的移動性,會導致網(wǎng)絡拓撲不穩(wěn)定,目的通信對象不確定等,針對上述不穩(wěn)定網(wǎng)絡配置狀況下實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的報文通信問題,論文提出了一種報文傳輸系統(tǒng)可靠性處理方法,解決網(wǎng)絡拓撲不穩(wěn)定、惡劣天氣及復雜電磁環(huán)境和噪聲干擾導致通信鏈路不可靠狀況下,如何在不可靠無線通信鏈路上實現(xiàn)可靠的報文通信問題。

可靠性; 報文傳輸系統(tǒng)

Class Number TN912

1 引言

在基于短波、超短波、衛(wèi)通等信道的無線通信環(huán)境下,由于各平臺節(jié)點的移動性,目的平臺節(jié)點可能隨時會超出源平臺節(jié)點的某一無線通信子網(wǎng)的覆蓋范圍而進入到另一無線通信子網(wǎng)的覆蓋范圍,導致通信網(wǎng)絡拓撲的變化,各個報文傳輸系統(tǒng)平臺節(jié)點可隨時切換到另一通信子網(wǎng),這就會影響報文傳輸?shù)目煽啃?。惡劣天氣、復雜電磁環(huán)境和噪聲干擾導致通信鏈路不可靠,影響報文的可靠傳輸。針對無線通信的報文傳輸系統(tǒng)這一問題,要想在不穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和通信鏈路狀況下實現(xiàn)有效、穩(wěn)定、可靠的報文通信,提出了一種報文傳輸可靠性處理方法,可有效解決基于短波、超短波、衛(wèi)通等多信道環(huán)境下不同報文傳輸系統(tǒng)平臺之間報文可靠傳輸問題[1]。

2 基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng)

基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng)是由一組帶有短波、超短波、衛(wèi)通等多種無線收發(fā)裝置的移動平臺組成的一個臨時性的、無中心的、通信子網(wǎng)可能隨時切換、網(wǎng)絡拓撲極其不穩(wěn)定的自治系統(tǒng)。網(wǎng)絡中的每個移動平臺節(jié)點包含一臺報文服務器和若干個報文終端,可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡拓撲。惡劣天氣、復雜電磁環(huán)境和噪聲干擾導致通信鏈路穩(wěn)定性,可靠性大大降低。在這種應用環(huán)境下的無線通信報文傳輸系統(tǒng)中,報文傳輸?shù)目煽啃钥刂茩C制尤為重要。好的可靠性處理方法能隨著節(jié)點平臺的快速移動所導致平臺間通信子網(wǎng)的變化迅速切換,交換報文信息,避免擁塞和反復重發(fā),使各節(jié)點之間快速、安全、可靠地實現(xiàn)報文通信[2]。

其特點在于:

1) 由于平臺節(jié)點的移動性,和目的平臺間的通信子網(wǎng)隨時可能改變(平臺節(jié)點會超出某一無線子網(wǎng)的覆蓋范圍,進入另一無線子網(wǎng)的覆蓋范圍),導致報文無法可靠傳輸[5];

2) 分包大小和分包應答的傳輸?shù)却龝r延值跟通信系統(tǒng)架構(gòu)和信道實時信道環(huán)境等因素有關。信道環(huán)境惡劣,可靠性差,分包太小,分包應答的傳輸?shù)却龝r延值太大,會導致無線信道交互頻繁,無線信道使用效率降低;分包太大,分包之間傳輸時延值太小,無線傳輸時分包錯誤幾率增大,會導致分包反復重發(fā),致使無線信道擁塞,影響報文可靠傳輸[3]。

要想在上述不穩(wěn)定的場景下實現(xiàn)各平臺節(jié)點間穩(wěn)定可靠的報文傳輸,必須構(gòu)建一種簡單,有效的應用層可靠性確認機制來克服報文傳輸子網(wǎng)切換及通信鏈路的不穩(wěn)定性帶來的擁塞和反復重發(fā)。

基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 報文傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 可靠性控制及信道分包大小和分包應答的傳輸?shù)却龝r延值訓練機制

針對源平臺節(jié)點和目的平臺節(jié)點之間無線通信子網(wǎng)的切換引起的報文傳輸不可靠問題,采用收發(fā)報文傳輸系統(tǒng)之間多級流量可靠性控制機制來實現(xiàn)報文可靠傳輸。

針對無線信道狀態(tài)不穩(wěn)定性問題,采取信道分包大小和分包應答的傳輸?shù)却龝r延值訓練機制來增強無線信道傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?/p>

3.1 可靠性控制

具體可靠性控制的流程圖如圖2所示。

詳細步驟如下:

1) 約定各報文傳輸系統(tǒng)平臺節(jié)點統(tǒng)一編址,每一平臺節(jié)點賦予唯一平臺ID,報文服務器向本平臺各信道設備注冊告知本平臺ID及報文服務器IP,使各信道設備與本平臺報文傳輸系統(tǒng)形成關聯(lián)映射,平臺各信道設備通過周期廣播尋址實時獲取覆蓋范圍內(nèi)的通信子網(wǎng)[6];

圖2 可靠性控制流程圖

2) 各平臺節(jié)點報文服務器規(guī)劃、管理、生成本平臺地址簿信息和地址簿的版本號;

3) 當發(fā)平臺節(jié)點報文終端有報文需要發(fā)送時“發(fā)報文”給發(fā)平臺節(jié)點報文服務器,發(fā)送節(jié)點報文服務器建立不同優(yōu)先級存儲隊列存儲收到的來自本平臺各報文終端的報文,并給發(fā)送報文的報文終端發(fā)送“提交成功”回執(zhí);

4) 當發(fā)平臺節(jié)點和收平臺節(jié)點建立通信鏈路后,若有地址更新,完成平臺節(jié)點地址同步[4];

5) 發(fā)平臺節(jié)點查詢優(yōu)先級存儲隊列(優(yōu)先級從高到低查詢),是否有目的地址為收平臺節(jié)點的報文,若有,則根據(jù)信道設備特性得到分包大小和包之間傳輸時間間隔值(見3.2節(jié):信道分包大小和分包應答的傳輸?shù)却龝r延值訓練機制)確定分包大小,“發(fā)分包”給發(fā)信道設備,并啟動定時等待機制(應答等待時間值為分包應答的傳輸?shù)却龝r延值)等待“分包應答”,如果發(fā)送期間有相同目的地址且優(yōu)先級高的報文到達報文服務器時,啟動搶斷和斷點續(xù)傳機制,立即停止正在發(fā)送的報文,開始發(fā)送這份優(yōu)先級高的報文;

6) 發(fā)信道設備收到來自發(fā)報文服務器的分包后,若校驗正確,則向發(fā)報文服務器發(fā)送“ACK”應答,并將分包“無線發(fā)送”到收信道設備;

7) 收信道設備收到分包后判斷是發(fā)給本平臺節(jié)點的包則向收報文服務器發(fā)送“收分包”;

8) 收報文服務器收到分包后,校驗無誤則向發(fā)報文服務器發(fā)送的“分包應答”(分包序號+標志位為:成功接收),否則發(fā)送“分包應答”(分包序號+標志位為:錯誤重傳)[7];

9) 若在分包應答等待時間值內(nèi)發(fā)報文服務器收到“分包應答”(分包序號+標志位為:成功接收)則發(fā)送下一分包,收到“分包應答”(分包序號+標志位為:錯誤重傳)則重傳此分包序號的分包,若發(fā)報文服務器在分包應答等待時間值內(nèi)沒有收到該分包序號的“分包應答”,則啟動5次重發(fā)機制,5次發(fā)送仍然沒有收到“分包應答”,則認為該分包“分包傳送失敗”,并告知此報文的發(fā)報文終端[8];

10) 發(fā)報文服務器“所有分包發(fā)送完畢”,收報文服務器校驗正確后,給發(fā)報文服務器發(fā)送“傳送成功”,并按報文的目的地址“投遞報文”到收報文終端,收報文終端成功接收報文后向發(fā)報文終端發(fā)送“投遞成功”。

3.2 信道分包大小和分包應答傳輸?shù)却龝r延值訓練機制

先設置初始分包大小為1024bit,分包應答的傳輸?shù)却龝r延值為5s,重發(fā)次數(shù)為5次。若連續(xù)三次收到“分包應答”(分包序號+標志位為:錯誤重傳)則將分包大小減半,依次類推,直到收到“分包應答”(分包序號+標志位為:成功接收)為止。若啟動5次重發(fā)后在第二次重發(fā)期間收到“分包應答”則將分包應答的傳輸?shù)却龝r延值修改為原來兩倍,若第三次重發(fā)期間才收到“分包應答”則將分包應答的傳輸?shù)却龝r延值修改為原來的三倍,直到在單次分包應答的傳輸?shù)却龝r延值內(nèi)收到“分包應答”為止。保存此信道分包大小和分包應答的傳輸?shù)却龝r延值,作為下次通過該信道設備傳輸分包的初始值[9]。

結(jié)論:經(jīng)過實踐檢驗上述可靠性處理方法對較大規(guī)模、拓撲變化較快,信道環(huán)境惡劣,無線鏈路可靠性差的無線報文傳輸系統(tǒng),能完成信道自適應訓練,實現(xiàn)報文通信,具有一定的實用性和健壯性。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng)的可靠性處理方法,解決了源平臺節(jié)點和目的平臺節(jié)點之間通信子網(wǎng)隨時可能切換,通信鏈路穩(wěn)定性,可靠性差,等不穩(wěn)定網(wǎng)絡配置狀況下的報文傳輸系統(tǒng)報文可靠傳輸問題。通過實踐應用得出,此可靠性處理方法可以較好解決在上述應用場景下的報文可靠傳輸問題,具有一定的實用性和健壯性。

[1] STANAG 5066: Profile for HF Data Communication V1.2[M]. 1999:88-112.

[2] 葛勤革,劉林濤.不同場景下Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議性能分析[J].艦船科學技術(shù),2008:8-12.

[3] 劉林濤,楊平.基于IPv6的Ad Hoc網(wǎng)絡接入Internet技術(shù)研究[C]//中國通信學會第六屆學術(shù)年會論文集,2010:228-232.

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[5] 嚴紅,雅文.基于STANAG的文電系統(tǒng)框架設計[J].計算機工程,2008.

[6] 劉林濤,楊平.Ad hoc路由協(xié)議性能比較研究[J].計算機應用研究,2008:24-26.

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A New Reliability Method of Message Transmission System Based on Wireless Communication

LIU Lintao1FENG Jing2LUO Xiaobao1XIAO Jianfeng1HUANG Liang1SHEN Huan1FU Liangfeng1

(1. No. 722 Research & Development Institute, CSIC, Wuhan 430205) (2. Organization Department of Wuhan East Lake High-tech Development Zone, Wuhan 430205)

A new reliability method of message transmission system based on wireless communication is introduced in this thesis. How to solve the unreliable wireless mobile communication environment, the platform of node mobility, instability in network topology and bad weather complex electromagnetic environment and the noise lead to unreliable communication links, and wireless communication links to achieve reliable message communication problems.

reliability method, message transmission system

2014年10月3日,

2014年11月14日

劉林濤,男,碩士,工程師,研究方向:基于無線通信的報文傳輸系統(tǒng),Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議。

TN912

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.020