傳統的無線通信系統的拓撲結構主要采用點到點或點到多點等形式，與有線網連接的基站須有一定的控制管理能力，這使得傳統的通信系統的應用限于那些設有基站或有線骨干網的地方。對于軍用通信網等需要網絡靈活性大、快速重組網絡、可移動性強的網絡，就不能滿足其要求[1]。為研究出一種能滿足類似軍用通信網絡的通信系統，本文特提出寬帶智能無線電臺組網，寬帶智能無線電臺組網是一種與傳統的無線通信網絡不同的網絡，它可根據不同的網絡拓撲結構建立有效、適時的網絡結構，靈活地適應網絡的拓撲變化，完成多種用戶業務的通信。各節點設備組網后可擴展電臺的覆蓋范圍、增加網絡用戶數、增加通信系統的抗毀性和靈活性，具有廣泛的應用前景。研究無線電臺組網通信對未來軍事、民用通信領域、各種應急場所等的應用具有重要意義。

1 寬帶智能無線電臺組網的關鍵技術分析
    在無線網絡通信系統中，組網方法決定網絡節點所執行的網絡控制功能（如路由選擇等），極大地影響網絡的性能，故需選擇適當的組網方法、采用合適的技術來實現組網。影響組網的關鍵技術主要包括：網絡拓撲結構的確定、組網協議體系結構的研究、MAC協議及路由協議的設計等，下面將對這些關鍵技術進行詳細介紹。
1.1 寬帶智能無線電臺組網網絡拓撲結構
　 無線電臺網絡拓撲結構主要對鏈路、節點和連接規則進行了定義，它主要規定了網絡中源節點到目的節點的路徑、網絡節點之間的連接方式、網絡節點的位置。通過對無線電臺網絡的拓撲結構、組網的特征及國外第三代電臺組網技術的要求進行研究，本文決定采用分層分布式網絡結構[2-3],如圖1 所示。在分層網絡結構中，節點分成三種類型：普通節點、中繼節點、群首。

    采用分層分布式的網絡結構進行電臺組網具有以下優點：
   （1）通過集中管理節點，可減少網絡中控制分組的長度、數量；
   （2）節點的路由路徑由群中節點計算，不會超出相鄰群的范圍，比正常的路徑短；
   （3）網絡中所有節點具有相同的軟硬件配置，群間路由相對較穩定，很少出現路由循環和失效故障；
   （4）具有較好的自愈能力，可有效提升網絡的抗毀性及通信可靠性；
   （5）在節點數很大的網絡中，利用分層結構，每個群中的節點只需了解本群的路由信息，使每個節點需要交換和存儲的信息量少。
    由于具有以上特點，分層結構適應于建立較大規模的無線電臺網絡。網絡中每一個節點都具有組網功能，可以自己進行路由選擇、流量控制、頻率選擇、自動建鏈等。這使得整個網絡具備了自組織自愈合的能力，將每個群的網絡控制集中到群首，可以很好地保障網絡安全、實現網絡管理功能，增加網絡的抗毀性。
1.2 寬帶智能無線電臺組網協議體系結構
    根據無線電臺組網、OSI經典的7層協議模型、TCP/IP的體系結構的特征，可將寬帶智能無線電臺組網協議棧分為5層，如表1所示。

　為滿足電臺組網的特殊要求，需根據TCP/IP體系結構現有的特點進行一定的修改和擴充。在電臺分組無線網協議棧結構中，各層擴充后實現的功能是[4-5]：
    （1）物理層：該層主要是利用通信的傳輸介質為無線訪問控制提供連接，完成無線信號的發送和接收等任務。
    （2）數據鏈路層：分為MAC子層和LLC子層。MAC子層實現對共享物理信道的訪問；LLC子層負責建立、維護、釋放數據鏈路的連接，實現對鏈路的差錯控制和流量控制等。由于自組織網絡對網絡具有較高的靈活性及自適應能力，本層采用速率自適應MAC協議。
    （3）網絡層：可分為網絡層和網絡互連層，網絡層主要實現動態路由功能；網絡互連層主要實現網絡之間的互連以及和有線網之間的連接功能。由于自組織網絡的拓撲結構和移動性特征，它與一般的無線網絡的最大差別是在網絡層。這主要體現在尋址協議上，本項目采用改進的泛洪機制路由協議。
    （4）傳輸層：用于向應用層提供可靠的端到端服務，使上層和通信子網相隔離，并根據網絡層的特性來高效地利用網絡資源。
    （5）應用層：用于提供面向用戶的各種應用服務，包括具有嚴格限制時延和丟包率的應用、基于RTP/RTCP的自適應應用和沒有任何服務質量保障的數據報業務。
2 速率自適應無線電臺組網MAC協議研究
    在無線電臺自組網應用中，各種不同應用對網絡傳輸速率的要求相差很大。若兩種不同性質網絡的數據包同時到達MAC層,采用802.11協議的策略來競爭信道訪問權會發生很大沖突，會使有優先權傳輸的數據包排在最后傳輸，易導致本地數據包緩沖隊列快速增長而溢出。故需要對802.11協議進行適當的改進和拓展，使之能夠根據上層的速率需求自適應地調整接入策略。
    本文主要是基于802.11 協議，采用跨層的思想對其進行改進，使應用層對速率的需求能夠直接反映在MAC 層的媒介接入策略中，達到對不同速率需求的數據流區別對待，將來自較高速率流的包在競爭信道時具有更高優先權[6]。為了實現這一目標，在應用層的數據包構建過程中，將數據源的流速率（Rate）作為新的域加入包的公共頭部。在MAC層實現時，采用“速率優化因子”來決定傳輸數據優先權。速率需求越高，速率優化因子值越小，競爭窗口也越小。從而提高對無線信道的競爭力，達到使來自較高速率流的包在競爭信道時具有一定優勢的目的。
    將改進的MAC協議與NS2中現有的MAC協議的性能進行仿真對比，在該仿真過程中，網絡使用恒定速率(CBR)的數據流向兩個節點發送數據, 仿真時間為100 s，畫出網絡吞吐量、丟包率與時間的關系圖，仿真結果如圖2、圖3所示。

    上面的仿真實驗表明，通信環境相同的情況下，改進的Mac協議較現有Mac協議可使網絡獲得更高的網絡吞吐量及更低的丟包率。由于改進的Mac協議可以迅速地選擇速率較高的業務進行優先傳送，提高了信道的利用率，減少了傳輸所需的時間，進而提高寬帶無線自組網的性能。
3 泛洪機制的路由協議設計
　路由協議主要工作在傳輸層，用于對本地數據分組或將數據傳送到目的節點，起到選路轉發作用。本文通過對單播協議AODV協議做適當的改進，并結合泛洪機制路由協議的特性，得到改進后的AODV—MPR路由協議[7]。該協議不僅具有原AODV協議的簡單有效性，如不需周期性地更新網絡中的路由信息，在沒有傳輸任務的情況下不需要維護路由信息。同時該路由還支持中間節點應答，使得網絡中已有的路由資源得到充分利用，縮短建立路徑的時間等。
   將改進的AODV協議與NS2現有的AODV協議的性能進行對比，在該仿真過程中，網絡使用恒定速率(CBR)的數據流向2個節點發送數據流, 仿真時間為100 s，分析其網絡吞吐量、丟包率與時間的關系圖，仿真結果如圖4、圖5所示。

    仿真結果表明，在通信環境相同的條件下，改進的AODV協議較現有的 AODV協議有更高吞吐量、更低的丟包率。因為改進的AODV協議中，采用了洪泛機制，節點發現鄰居節點的功率值要大于原來路徑上的鄰居節點的接收功率，節點的發送包的路由會自動切換，所需時間短。而現有的AODV協議中，只有當節點能量小于閾值時，才開始切換，切換前會丟掉很多的數據包。
    寬帶智能無線電臺組網是針對目前寬帶高速網絡提出的，本文在對現有網絡架構、路由技術和MAC協議等進行系統分析的基礎上，對無線電臺組網的關鍵技術進行了研究，實現了網絡拓撲的智能動態規劃，對電臺進行組網不僅可充分發揮電臺自身高度的兼容性、靈活性、可靠性，還可使網絡具備靈活的組網和網絡重組功能。這對于擺脫傳統的基于點對點組網的限制，提高網絡的抗干擾性和抗毀性，增強各電臺系統間的互操作性，具有廣泛應用前景。
參考文獻
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[2] 戴暉，王春江，于全. 一種分層分布式的短波電臺組網性能分析[A]. 第一屆中國圖學大會. 煙臺：2007:231-235
[3] 蘇劍，郭偉，任青春. 一種基于軟件無線電臺的組網方案設計[J]. 電子科技大學學報,2003，32(5):560-563.
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