一种基于PMP 方式的多跳无线网络结构

李广志，刘 俊，叶荣飞

(1.中国人民解放军驻重庆气体压缩机厂军事代表室，重庆 400030;2.重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030)

1 引言

对于当前无线网络结构，如图1，2 所示，存在基本的2种网络拓扑:点到多点(PMP)拓扑和自组织网拓扑。PMP 方式中，用户站与用户站之间的通信必须通过中心站中转;对于自组织方式的网络，节点之间可直接连通，也可进行多跳方式的路由中转。从使用上来看，PMP 方式适用于固定布点的方式来满足地域的无线覆盖，而自组织网可以不依赖基础设施灵活建网。但是，自组织网的系统带宽随着节点数量增加而快速下降，满足不了当前各种视频、音频等高带宽业务需求。为此，提出一种基于PMP 方式的多跳网络结构来满足高带宽的需求，并相应的给出路由算法适应拓扑自主变化，不失自组网方式的灵活性。

图1 自组织网拓扑

图2 PMP 拓扑

2 拓扑结构及特点

如图3 所示，网络节点由2个独立信道组成，1个信道提供BS 功能，另外一个信道完成MS 功能。这样，1个信道对上接入，1个信道对下提供接入的模式实现了树形拓扑组网。从组网特点看，每个BS 均使用独立频点来满足多级组网需求。这样，通过双信道的方式，二跳邻居之间并无任何关系，避免了自组织网方式下的隐藏终端和暴露终端问题，使网络的系统性能并不是随着节点规模增大而快速下降，而是随着BS 信道的增多，系统整体性能反而会上升。

当节点移动，即网络拓扑发生变化时，通过MS的搜索扫描机制可实现拓扑的重新形成。如果辅于地理信息，可更精确、快速的进行频率扫描，实现快速的拓扑重组。

从上述对此网络结构的描述及分析可知，基于PMP 模式的网络结构中，由于信道是独立使用的，故链路继承PMP 接入方式的优点，同时拓扑可以动态变化满足自组织，自愈合的灵活组网要求。

图3 新型多跳结构图示及抽象网络拓扑图

3 路由协议

对于ad－hoc 方式下的路由，目前已提出大量的路由算法，有基于链路算法，也有基于距离矢量，既有主动路由方式，也有按需式的路由。针对多跳网络结构，虽然目前一般的ad－hoc 网络路由均可以满足一般的多跳数据转发的需求，但由于本网络拓扑的特殊性，特提出结合物理拓扑的树形路由算法:既充分考虑了拓扑特点，也降低了路由的复杂度。

3.1 路由协议基本描述

根节点主动周期性的发送路由宣告消息，树枝上的节点接收此报文后，应答节点的本地路由，完成一次路由交互。这样，树中的节点即可以获得以本节点为根的树的全部路由，网络中根节点获得全网路由，而其他节点可获得其节点以下的全部路由。

根节点通过定时器方式来删除未应答的路由条目。

3.2 协议报文

·路由宣告消息

其中根节点为此节点认为的根节点，本地等级为根节点的选举使用。

·路由应答消息

其中本地IP 网段、掩码为本地上报的路由信息，如果接入大网，则需汇报网关信息。

3.3 网络重组

在本网络拓扑中，各个节点是基于根节点来完成树形结构重组的，所以根节点的动态选择是网络重组的的前提。根节点的自动选举是路由的一个子功能，通过节点间优先级自动比较和动态退避来实现，其规则如下:

(1)根节点(包括临时根节点)周期广播路由宣告消息，广播报文中带有当前根节点节点号，同时带有当前的计数:规划的根节点级数基准为0，而临时根节点级数基准为N1(N1根据网络实际跳数定义)，数值越低优先级越高;

(2)在失去上级节点的联系后，普通节点均有权利声明自己为根节点;

(3)升级自己为根节点后，应开始周期发送路由宣告消息，广播时间间隔应有一个在0～N2s 之间的随机时间抖动(N2根据网络定义);

(4)未声明自己为根节点的普通节点一旦接收到路由宣告消息广播，则维持普通节点身份并转发路由宣告消息广播;

(5)声明自己为根节点的节点或在非规划树中的普通节点一旦收到规划树的根节点(级数＜N1)的广播报文后，应马上取消自己的根身份，并转发当前根节点树的路由宣告消息;

(6)原先声明自己为根节点的节点一旦收到其他临时根节点(级数≥N1)的广播报文后，应马上取消自己的根身份，应答后并转发当前根节点树的路由宣告消息。

4 结束语

基于PMP 模式的网络构架组网能力强，既兼顾自组织网的灵活方便、拓扑自适应性、节点可扩充性的优点，也保证了大规模系统下的带宽，同时可扩展基站系统进行多跳组网应用。基于此网络构架的设备应用范围广泛。目前已经应用在应急场合、煤矿通讯、铁路/轻轨沿线的中继传输等行业。实践证明此网络结构可满足高效率的多跳传输。

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