移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

張艷

摘 要： 由于網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)類型多種多樣，傳統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊無法對其進行有效識別，通信水平較低。因此，設(shè)計一套通信水平較高的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊。該模塊由傳輸單元、路由器、控制單元和用戶端組成。傳輸單元將移動自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分為三層，以保證節(jié)點數(shù)據(jù)通信的有效傳輸。路由器為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)據(jù)提供通信通道，并將節(jié)點數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成高速通道能夠接收的類型，以保障模塊整體傳輸效率?？刂茊卧O(jiān)管整個模塊數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的前向糾錯處理。控制單元利用8255系統(tǒng)板為用戶端提供數(shù)據(jù)傳輸接口，用戶在用戶端中可查詢到模塊的所有數(shù)據(jù)。軟件給出用戶外接設(shè)備的用戶端功能結(jié)構(gòu)圖，以及模塊對模塊經(jīng)營結(jié)果取向管理訓練的語言代碼。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計模塊擁有較高的通信水平。

關(guān)鍵詞： 移動自組織網(wǎng)絡(luò)； 通信模塊； 有效識別； 8255系統(tǒng)板

中圖分類號： TN711?34； TN91 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0054?04

Abstract： As the types of network communication data are various and the traditional mobile self?organized network communication module cannot effectively recognize it， a mobile self?organized network communication module with higher level communication was built. The module is composed of transport unit， router， control unit and client. The transmission unit is used to divide the mobile self?organizing network nodes into three layers to ensure the effective transmission of node data communication. The router provides a communication channel for node data of the mobile self?organizing network， and converts the node data type into the type that the high?speed channel can receive so as to ensure overall transfer efficiency of the module. The control unit supervises the data of the whole module， executes forward error correction processing of data， and provides a data transmission interface for a client by means of 8255 system board， so that the user can query all module data in the client. The client function structure diagram for external device of the user and the language code of module?to?module operating results orientation management training are given in this paper. The experimental results indicate that the designed module has a high communication level.

Keywords： mobile self?organizing network； communication module； effective recognition； 8255 system board

0 引 言

近年來，隨著移動自組織網(wǎng)絡(luò)的不斷進步，人們的網(wǎng)絡(luò)生活也愈加豐富多彩。移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊以其較高的魯棒性和通信靈活性，被廣泛應用于軍事、電子科技等領(lǐng)域[1?4]。由于網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)類型多種多樣，傳統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊無法對其進行有效識別，通信水平較低；因此，構(gòu)建出通信水平較高的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，是人們普遍關(guān)注的重點項目[5?6]。

以往研究的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊均存在一定的問題。如文獻[7]提出嵌入式操作系統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，該模塊利用嵌入式操作系統(tǒng)將模塊硬件中的影響因素排除，擁有較高的可靠性；但嵌入式操作系統(tǒng)的算法復雜，對通信問題的處理能力較弱，模塊通信水平整體較低。文獻[8]提出基于藍牙技術(shù)的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，藍牙技術(shù)擁有應用靈活、傳輸效率高等優(yōu)點，將藍牙技術(shù)應用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊中，有效增強了模塊的通信水平；但藍牙技術(shù)的通信距離較短，只適用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)近距離節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，導致模塊的可應用性不高。文獻[9]提出MCN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，該模塊將蜂窩網(wǎng)絡(luò)與移動自組織網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)了模塊的高速通信和通信數(shù)據(jù)的全球漫游。但該模塊兼容性不高，無法滿足用戶日益增長的需求。文獻[10]提出IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，該模塊利用IRHN整合網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)了多通道的共同傳導，通信水平較高。但該模塊的開發(fā)需要眾多高級技術(shù)人才，成本較大。

為了解決以上問題，構(gòu)建通信水平較高的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的模塊擁有較高的通信水平。

1 移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計

移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊由傳輸單元、路由器、控制單元和用戶端組成。傳輸單元能夠?qū)崿F(xiàn)移動自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，路由器為數(shù)據(jù)傳輸提供通信通道，控制單元則監(jiān)管著整個模塊的工作，并為用戶端提供數(shù)據(jù)傳輸接口。用戶在用戶端中可查詢到模塊所有數(shù)據(jù)。

1.1 傳輸單元設(shè)計

移動自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信能力與移動自組織網(wǎng)絡(luò)的層次有關(guān)，移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊利用通信通道獲取用戶所需數(shù)據(jù)。傳輸單元的層次越少，節(jié)點就越有可能被配置性能優(yōu)良的通信通道。而過少的層次會降低移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信效率，也不利于移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的后期維修工作。因此，移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊利用傳輸單元將移動自組織網(wǎng)絡(luò)分為三層，分別為核心節(jié)點層、近距離節(jié)點層、遠距離節(jié)點層，如圖1所示。

圖1中，離地表最近的一級節(jié)點層為近距離節(jié)點層，其次是核心節(jié)點層，離地表最遠的三級節(jié)點層為遠距離節(jié)點層。三個節(jié)點層將移動自組織網(wǎng)絡(luò)塑造成三維空間，三維空間的應用較為靈活，用戶管理起來更加方便，且運行成本較低，可在多種領(lǐng)域中應用自如。

移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的普通節(jié)點和低級核心節(jié)點均存在于近距離節(jié)點層中。近距離節(jié)點層利用低級核心節(jié)點監(jiān)管普通節(jié)點，低級核心節(jié)點能夠?qū)⑤^為適合的通信通道配置給普通節(jié)點。在移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的后期完善工作中，常常利用“碼分多址”方法進行近距離節(jié)點層的效率優(yōu)化。

移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的核心節(jié)點位于核心節(jié)點層中，該層能夠有效改善移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊拓展接口的兼容性。在核心節(jié)點層中，用戶可為移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊任意添加外接設(shè)備。核心節(jié)點層為這些設(shè)備提供了無線通信功能，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備間的高效通信。

遠距離節(jié)點層可進行移動自組織網(wǎng)絡(luò)中遠距離節(jié)點（包含無人機、衛(wèi)星等節(jié)點）的通信接收工作。而且，當核心節(jié)點層出現(xiàn)通信故障時，遠距離節(jié)點層會暫時接管核心節(jié)點層的工作，以維持移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的正常工作。

1.2 路由器設(shè)計

路由器為移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊提供了通信通道。在傳輸單元中，核心節(jié)點層中是路由器的主要作用區(qū)域。

傳輸單元中核心節(jié)點層的網(wǎng)速高于其他節(jié)點層的網(wǎng)速，這是因為近距離節(jié)點層和遠距離節(jié)點層的工作效率低于核心節(jié)點層的工作效率。網(wǎng)速越慢，用戶接收數(shù)據(jù)的時間就越長?；谝陨锨闆r，路由器為傳輸單元提供了數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換操作，將網(wǎng)速較低的節(jié)點層中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為核心節(jié)點層中高速通道能夠識別的數(shù)據(jù)類型，經(jīng)由網(wǎng)速較高的核心節(jié)點層傳輸?shù)接脩羰种?。同時，路由器也能夠自動區(qū)分用戶手中各節(jié)點層的傳輸數(shù)據(jù)，保證了移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的可靠性。

在移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的實際應用中，路由器的安裝方式可分為固定式和移動式。對于固定式的路由器，移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊要求其擁有較高的包容性，即能夠兼容多種外接設(shè)備的通信功能。選用某公司生產(chǎn)的MPC8360處理器，該處理器的集成度和安全性能均較高，符合移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計初衷；對于移動式的路由器，選用體積輕便且較為節(jié)能的ARM處理器。

由于采用固定式安裝方式的路由器較為常見，移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊構(gòu)建了控制單元對其進行控制。

1.3 控制單元設(shè)計

控制單元能夠監(jiān)控移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的所有數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行前向糾錯處理，其工作原理如圖2所示。

由圖2可知，控制單元的工作流程為：控制單元利用5 V蓄電器為其供電，先采集自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的所有數(shù)據(jù)，并對模塊電源數(shù)據(jù)進行濾波處理，濾波后的電源能夠控制模塊數(shù)據(jù)有序地進行前向糾錯處理。存儲器中的數(shù)據(jù)均來自傳輸單元，控制單元對其進行納入糾錯指令的編程操作，隨后進行前向糾錯處理。在控制單元工作的同時，時鐘開始計時，控制處理器也開始對前向糾錯處理的工作流程進行管控。經(jīng)由前向糾錯處理后的數(shù)據(jù)均會被反饋至系統(tǒng)板。選用某公司生產(chǎn)的8255系統(tǒng)板，其電路圖如圖3所示。

由圖3可知，觸發(fā)電路模塊、存儲器和振蕩器均為8255系統(tǒng)板的核心元件，將三者連接在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)控制單元對移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊數(shù)據(jù)的再處理。同時，系統(tǒng)板為用戶端提供數(shù)據(jù)傳輸接口，方便用戶進行數(shù)據(jù)的調(diào)用和分析。

2 移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊軟件設(shè)計

2.1 移動自組織網(wǎng)絡(luò)用戶端設(shè)計

移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊為外接設(shè)備設(shè)計了用戶端，幫助用戶更好地獲取所需功能。模塊可經(jīng)由用戶端內(nèi)置的各種程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示、路由器操作、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)修改、硬件驅(qū)動和誤差調(diào)節(jié)等功能。

圖4中，數(shù)據(jù)展示功能能夠為用戶展示通信指令和模塊進行數(shù)據(jù)處理的實時狀態(tài)，各用戶對移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的建議以及模塊的改進措施，均能夠在此呈現(xiàn)。同時，數(shù)據(jù)展示功能還提供了多端設(shè)備的交互功能，用戶可通過手機短信和郵箱等形式接收所需數(shù)據(jù)；路由器操作功能為用戶提供了移動自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的查詢功能；用戶可通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)修改以及誤差調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)對移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊數(shù)據(jù)的個性化處理，經(jīng)個性化處理后的文件會實時保存在模塊的控制單元中。當模塊會在下次進行移動自組織網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理工作時，會參考用戶個性化處理文件，不斷改善自身性能；硬件驅(qū)動功能能夠突破移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊對通信通道的限制，實現(xiàn)用戶對模塊硬件的實時驅(qū)動和初始化。

2.2 經(jīng)營結(jié)果取向管理訓練

為了提高移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信水平，軟件對模塊進行了經(jīng)營結(jié)果取向管理訓練，其實現(xiàn)代碼為：

3 實 驗

為了驗證本文設(shè)計的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊擁有較高的通信水平，進行對比實驗。通信水平的指標主要包括通信距離和通信丟包率，實驗將IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊與本文模塊進行通信距離和通信丟包率的實驗對比。

實驗在開闊的場地，同時進行IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊與本文模塊的通信距離驗證。設(shè)定移動自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點傳輸功率依次為5 dBm，10 dBm，15 dBm，20 dBm，表1是IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊通信距離統(tǒng)計表，表2是本文模塊通信距離統(tǒng)計表。

由表1和表2可知，在相同條件下，本文模塊的通信距離要高于IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信距離，驗證了本文模塊擁有較高的通信距離，能夠更好地為用戶服務。

為排除實驗的偶然結(jié)果，移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信丟包率驗證實驗在兩個不同的通信通道上進行數(shù)據(jù)采集。由于曲線圖能夠更為直觀地顯示出模塊的通信水平，故將采集到的通信丟包率繪制成曲線圖。圖5為IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊通信丟包率曲線圖，圖6是本文模塊通信丟包率曲線圖。

由圖5和圖6可知，當通信距離低于150 m，IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信丟包率穩(wěn)定在0.1%左右，本文模塊的通信丟包率也穩(wěn)定在0.1%左右；當通信距離高于150 m，本文模塊的通信丟包率仍穩(wěn)定在0.1%左右，而IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信丟包率則開始大幅度上升。

實驗數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，由圖5可看出IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的通信丟包率仍存在上升趨勢，而圖6中本文模塊的通信丟包率曲線依舊穩(wěn)定。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要是：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的類型較多，而IRHN移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率不高，造成通信通道擁堵，導致通信丟包率不斷上升。該實驗結(jié)果驗證了本文系統(tǒng)擁有較低的通信丟包率，且通信丟包率的變化趨勢較為穩(wěn)定。

以上兩個對比實驗的結(jié)果說明，本文設(shè)計的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊擁有較高的通信水平。

4 結(jié) 論

本文構(gòu)建通信水平較高的移動自組織網(wǎng)絡(luò)通信模塊，該模塊由傳輸單元、路由器、控制單元和用戶端組成。傳輸單元將移動自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分為三層，以保證節(jié)點數(shù)據(jù)通信的有效傳輸。路由器為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)據(jù)提供通信通道，并將節(jié)點數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成高速通道能夠接收的類型，以保障模塊整體傳輸效率。控制單元監(jiān)管整個模塊數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的前向糾錯處理?？刂茊卧?255系統(tǒng)板為用戶端提供數(shù)據(jù)傳輸接口，用戶在用戶端中可查詢到模塊的所有數(shù)據(jù)。軟件給出用戶外接設(shè)備的用戶端功能結(jié)構(gòu)圖，以及模塊對模塊經(jīng)營結(jié)果取向管理訓練的語言代碼。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的模塊擁有較高的通信水平。

參考文獻

[1] 李西洋，范平志.移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的多信道MAC調(diào)度碼的設(shè)計與分析[J].通信學報，2014，35（5）：57?64.

[2] 晉伊燦，陳立云，高秀峰，等.基于MANET的移動節(jié)點RTU硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與數(shù)字工程，2014，42（1）：150?154.

[3] 吳大鵬，周之楠，張炎，等.消息內(nèi)容保護的間斷連接移動自組織網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)機制[J].電子與信息學報，2015，37（6）：1271?1278.

[4] 陶洋，李超，張傳欣.移動自組織網(wǎng)絡(luò)預測分簇算法的路由協(xié)議[J].電視技術(shù)，2014，38（11）：97?102.

[5] 潘磊，李廷元.適用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的信息安全動態(tài)評估模型[J].計算機應用，2015，35（12）：3419?3423.

[6] 陳園，馬林，鄭敏，等.基于信任度評估的移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[J].計算機工程，2015，41（4）：135?139.

[7] 高良誠.移動自組織網(wǎng)絡(luò)Q學習和改進蟻群QoS路由算法[J].吉林大學學報（理學版），2015，53（3）：483?488.

[8] 宋國平.基于改進BERS算法的移動自組織網(wǎng)絡(luò)能耗及時延優(yōu)化[J].東北師大學報（自然科學版），2014，46（2）：56?62.

[9] 青巧.基于模糊分割的移動自組織網(wǎng)絡(luò)故障檢測算法[J].計算機測量與控制，2015，23（12）：3983?3986.

[10] 齊星.移動通信網(wǎng)絡(luò)中的移動性管理[J].中國管理信息化，2015，18（2）：168.