一种基于无线通信的报文传输系统可靠性处理方法*

刘林涛 冯 晶 罗小宝 校建锋 黄 亮 沈 欢 付良锋

(1.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430205)(2.武汉东湖高新技术开发区组织部 武汉 430205)



一种基于无线通信的报文传输系统可靠性处理方法*

刘林涛1冯 晶2罗小宝1校建锋1黄 亮1沈 欢1付良锋1

(1.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430205)(2.武汉东湖高新技术开发区组织部 武汉 430205)

在基于短波、超短波、卫通等信道的无线通信环境下,由于各平台节点的移动性,会导致网络拓扑不稳定,目的通信对象不确定等,针对上述不稳定网络配置状况下实现稳定可靠的报文通信问题,论文提出了一种报文传输系统可靠性处理方法,解决网络拓扑不稳定、恶劣天气及复杂电磁环境和噪声干扰导致通信链路不可靠状况下,如何在不可靠无线通信链路上实现可靠的报文通信问题。

可靠性; 报文传输系统

Class Number TN912

1 引言

在基于短波、超短波、卫通等信道的无线通信环境下,由于各平台节点的移动性,目的平台节点可能随时会超出源平台节点的某一无线通信子网的覆盖范围而进入到另一无线通信子网的覆盖范围,导致通信网络拓扑的变化,各个报文传输系统平台节点可随时切换到另一通信子网,这就会影响报文传输的可靠性。恶劣天气、复杂电磁环境和噪声干扰导致通信链路不可靠,影响报文的可靠传输。针对无线通信的报文传输系统这一问题,要想在不稳定的网络结构和通信链路状况下实现有效、稳定、可靠的报文通信,提出了一种报文传输可靠性处理方法,可有效解决基于短波、超短波、卫通等多信道环境下不同报文传输系统平台之间报文可靠传输问题[1]。

2 基于无线通信的报文传输系统

基于无线通信的报文传输系统是由一组带有短波、超短波、卫通等多种无线收发装置的移动平台组成的一个临时性的、无中心的、通信子网可能随时切换、网络拓扑极其不稳定的自治系统。网络中的每个移动平台节点包含一台报文服务器和若干个报文终端,可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。恶劣天气、复杂电磁环境和噪声干扰导致通信链路稳定性,可靠性大大降低。在这种应用环境下的无线通信报文传输系统中,报文传输的可靠性控制机制尤为重要。好的可靠性处理方法能随着节点平台的快速移动所导致平台间通信子网的变化迅速切换,交换报文信息,避免拥塞和反复重发,使各节点之间快速、安全、可靠地实现报文通信[2]。

其特点在于:

1) 由于平台节点的移动性,和目的平台间的通信子网随时可能改变(平台节点会超出某一无线子网的覆盖范围,进入另一无线子网的覆盖范围),导致报文无法可靠传输[5];

2) 分包大小和分包应答的传输等待时延值跟通信系统架构和信道实时信道环境等因素有关。信道环境恶劣,可靠性差,分包太小,分包应答的传输等待时延值太大,会导致无线信道交互频繁,无线信道使用效率降低;分包太大,分包之间传输时延值太小,无线传输时分包错误几率增大,会导致分包反复重发,致使无线信道拥塞,影响报文可靠传输[3]。

要想在上述不稳定的场景下实现各平台节点间稳定可靠的报文传输,必须构建一种简单,有效的应用层可靠性确认机制来克服报文传输子网切换及通信链路的不稳定性带来的拥塞和反复重发。

基于无线通信的报文传输系统结构图如图1所示。

图1 报文传输系统结构图

3 可靠性控制及信道分包大小和分包应答的传输等待时延值训练机制

针对源平台节点和目的平台节点之间无线通信子网的切换引起的报文传输不可靠问题,采用收发报文传输系统之间多级流量可靠性控制机制来实现报文可靠传输。

针对无线信道状态不稳定性问题,采取信道分包大小和分包应答的传输等待时延值训练机制来增强无线信道传输的可靠性和有效性。

3.1 可靠性控制

具体可靠性控制的流程图如图2所示。

详细步骤如下:

1) 约定各报文传输系统平台节点统一编址,每一平台节点赋予唯一平台ID,报文服务器向本平台各信道设备注册告知本平台ID及报文服务器IP,使各信道设备与本平台报文传输系统形成关联映射,平台各信道设备通过周期广播寻址实时获取覆盖范围内的通信子网[6];

图2 可靠性控制流程图

2) 各平台节点报文服务器规划、管理、生成本平台地址簿信息和地址簿的版本号;

3) 当发平台节点报文终端有报文需要发送时“发报文”给发平台节点报文服务器,发送节点报文服务器建立不同优先级存储队列存储收到的来自本平台各报文终端的报文,并给发送报文的报文终端发送“提交成功”回执;

4) 当发平台节点和收平台节点建立通信链路后,若有地址更新,完成平台节点地址同步[4];

5) 发平台节点查询优先级存储队列(优先级从高到低查询),是否有目的地址为收平台节点的报文,若有,则根据信道设备特性得到分包大小和包之间传输时间间隔值(见3.2节:信道分包大小和分包应答的传输等待时延值训练机制)确定分包大小,“发分包”给发信道设备,并启动定时等待机制(应答等待时间值为分包应答的传输等待时延值)等待“分包应答”,如果发送期间有相同目的地址且优先级高的报文到达报文服务器时,启动抢断和断点续传机制,立即停止正在发送的报文,开始发送这份优先级高的报文;

6) 发信道设备收到来自发报文服务器的分包后,若校验正确,则向发报文服务器发送“ACK”应答,并将分包“无线发送”到收信道设备;

7) 收信道设备收到分包后判断是发给本平台节点的包则向收报文服务器发送“收分包”;

8) 收报文服务器收到分包后,校验无误则向发报文服务器发送的“分包应答”(分包序号+标志位为:成功接收),否则发送“分包应答”(分包序号+标志位为:错误重传)[7];

9) 若在分包应答等待时间值内发报文服务器收到“分包应答”(分包序号+标志位为:成功接收)则发送下一分包,收到“分包应答”(分包序号+标志位为:错误重传)则重传此分包序号的分包,若发报文服务器在分包应答等待时间值内没有收到该分包序号的“分包应答”,则启动5次重发机制,5次发送仍然没有收到“分包应答”,则认为该分包“分包传送失败”,并告知此报文的发报文终端[8];

10) 发报文服务器“所有分包发送完毕”,收报文服务器校验正确后,给发报文服务器发送“传送成功”,并按报文的目的地址“投递报文”到收报文终端,收报文终端成功接收报文后向发报文终端发送“投递成功”。

3.2 信道分包大小和分包应答传输等待时延值训练机制

先设置初始分包大小为1024bit,分包应答的传输等待时延值为5s,重发次数为5次。若连续三次收到“分包应答”(分包序号+标志位为:错误重传)则将分包大小减半,依次类推,直到收到“分包应答”(分包序号+标志位为:成功接收)为止。若启动5次重发后在第二次重发期间收到“分包应答”则将分包应答的传输等待时延值修改为原来两倍,若第三次重发期间才收到“分包应答”则将分包应答的传输等待时延值修改为原来的三倍,直到在单次分包应答的传输等待时延值内收到“分包应答”为止。保存此信道分包大小和分包应答的传输等待时延值,作为下次通过该信道设备传输分包的初始值[9]。

结论:经过实践检验上述可靠性处理方法对较大规模、拓扑变化较快,信道环境恶劣,无线链路可靠性差的无线报文传输系统,能完成信道自适应训练,实现报文通信,具有一定的实用性和健壮性。

4 结语

本文提出了一种基于无线通信的报文传输系统的可靠性处理方法,解决了源平台节点和目的平台节点之间通信子网随时可能切换,通信链路稳定性,可靠性差,等不稳定网络配置状况下的报文传输系统报文可靠传输问题。通过实践应用得出,此可靠性处理方法可以较好解决在上述应用场景下的报文可靠传输问题,具有一定的实用性和健壮性。

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

[2] 葛勤革,刘林涛.不同场景下Ad Hoc网络路由协议性能分析[J].舰船科学技术,2008:8-12.

[3] 刘林涛,杨平.基于IPv6的Ad Hoc网络接入Internet技术研究[C]//中国通信学会第六届学术年会论文集,2010:228-232.

[4] 许雅娟.基于部队专用网络的文电通信平台建设构想[J].电脑编程技巧与维护,2011.

[5] 严红,雅文.基于STANAG的文电系统框架设计[J].计算机工程,2008.

[6] 刘林涛,杨平.Ad hoc路由协议性能比较研究[J].计算机应用研究,2008:24-26.

[7] MAGNUSFrodigh, PERJohansson. Wire-less Ad hoc networking-the art of network-ing without a network[J]. EriCSSon Review,2000(4):248-262.

[8] PADMINIMisra. Routing protocol for Adhoc mobile wireless network[EB/OL]. http://www.cis.ohio-state.edu/～jain/cis788-99/adhoc_routing/index.html.

[9] Mobile Ad hoc Networks(MANET)[EB/OL]. http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.Html,2000(5).

[10] 孙瑛霖.一种通用SOAP报文处理系统的研究与实现[J].微计算机信息,2005(17):18-22.

[11] 刘巍.基于X.400的高可靠报文处理系统研究与实现[D].长沙:国防科学技术大学,2005:32-36.

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

刘林涛,男,硕士,工程师,研究方向:基于无线通信的报文传输系统,Ad Hoc网络路由协议。

TN912

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.020