移动自组织网络通信模块的设计与实现

张艳

摘 要： 由于网络通信数据类型多种多样，传统移动自组织网络通信模块无法对其进行有效识别，通信水平较低。因此，设计一套通信水平较高的移动自组织网络通信模块。该模块由传输单元、路由器、控制单元和用户端组成。传输单元將移动自组织网络的节点分为三层，以保证节点数据通信的有效传输。路由器为移动自组织网络的节点数据提供通信通道，并将节点数据类型转换成高速通道能够接收的类型，以保障模块整体传输效率。控制单元监管整个模块数据，并进行数据的前向纠错处理。控制单元利用8255系统板为用户端提供数据传输接口，用户在用户端中可查询到模块的所有数据。软件给出用户外接设备的用户端功能结构图，以及模块对模块经营结果取向管理训练的语言代码。实验结果表明，所设计模块拥有较高的通信水平。

关键词： 移动自组织网络； 通信模块； 有效识别； 8255系统板

中图分类号： TN711?34； TN91 文献标识码： A 文章编号： 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

近年来，随着移动自组织网络的不断进步，人们的网络生活也愈加丰富多彩。移动自组织网络通信模块以其较高的鲁棒性和通信灵活性，被广泛应用于军事、电子科技等领域[1?4]。由于网络通信数据类型多种多样，传统移动自组织网络通信模块无法对其进行有效识别，通信水平较低；因此，构建出通信水平较高的移动自组织网络通信模块，是人们普遍关注的重点项目[5?6]。

以往研究的移动自组织网络通信模块均存在一定的问题。如文献[7]提出嵌入式操作系统移动自组织网络通信模块，该模块利用嵌入式操作系统将模块硬件中的影响因素排除，拥有较高的可靠性；但嵌入式操作系统的算法复杂，对通信问题的处理能力较弱，模块通信水平整体较低。文献[8]提出基于蓝牙技术的移动自组织网络通信模块，蓝牙技术拥有应用灵活、传输效率高等优点，将蓝牙技术应用于移动自组织网络通信模块中，有效增强了模块的通信水平；但蓝牙技术的通信距离较短，只适用于移动自组织网络近距离节点的数据传输，导致模块的可应用性不高。文献[9]提出MCN移动自组织网络通信模块，该模块将蜂窝网络与移动自组织网络相结合，实现了模块的高速通信和通信数据的全球漫游。但该模块兼容性不高，无法满足用户日益增长的需求。文献[10]提出IRHN移动自组织网络通信模块，该模块利用IRHN整合网络资源，实现了多通道的共同传导，通信水平较高。但该模块的开发需要众多高级技术人才，成本较大。

为了解决以上问题，构建通信水平较高的移动自组织网络通信模块。实验结果表明，所设计的模块拥有较高的通信水平。

1 移动自组织网络通信模块设计

移动自组织网络通信模块由传输单元、路由器、控制单元和用户端组成。传输单元能够实现移动自组织网络节点的数据传输，路由器为数据传输提供通信通道，控制单元则监管着整个模块的工作，并为用户端提供数据传输接口。用户在用户端中可查询到模块所有数据。

1.1 传输单元设计

移动自组织网络节点的通信能力与移动自组织网络的层次有关，移动自组织网络通信模块利用通信通道获取用户所需数据。传输单元的层次越少，节点就越有可能被配置性能优良的通信通道。而过少的层次会降低移动自组织网络通信模块的通信效率，也不利于移动自组织网络通信模块的后期维修工作。因此，移动自组织网络通信模块利用传输单元将移动自组织网络分为三层，分别为核心节点层、近距离节点层、远距离节点层，如图1所示。

图1中，离地表最近的一级节点层为近距离节点层，其次是核心节点层，离地表最远的三级节点层为远距离节点层。三个节点层将移动自组织网络塑造成三维空间，三维空间的应用较为灵活，用户管理起来更加方便，且运行成本较低，可在多种领域中应用自如。

移动自组织网络通信模块中的普通节点和低级核心节点均存在于近距离节点层中。近距离节点层利用低级核心节点监管普通节点，低级核心节点能够将较为适合的通信通道配置给普通节点。在移动自组织网络通信模块的后期完善工作中，常常利用“码分多址”方法进行近距离节点层的效率优化。

移动自组织网络通信模块中的核心节点位于核心节点层中，该层能够有效改善移动自组织网络通信模块拓展接口的兼容性。在核心节点层中，用户可为移动自组织网络通信模块任意添加外接设备。核心节点层为这些设备提供了无线通信功能，能够实现不同设备间的高效通信。

远距离节点层可进行移动自组织网络中远距离节点（包含无人机、卫星等节点）的通信接收工作。而且，当核心节点层出现通信故障时，远距离节点层会暂时接管核心节点层的工作，以维持移动自组织网络通信模块的正常工作。

1.2 路由器设计

路由器为移动自组织网络通信模块提供了通信通道。在传输单元中，核心节点层中是路由器的主要作用区域。

传输单元中核心节点层的网速高于其他节点层的网速，这是因为近距离节点层和远距离节点层的工作效率低于核心节点层的工作效率。网速越慢，用户接收数据的时间就越长。基于以上情况，路由器为传输单元提供了数据类型的转换操作，将网速较低的节点层中的数据转换为核心节点层中高速通道能够识别的数据类型，经由网速较高的核心节点层传输到用户手中。同时，路由器也能够自动区分用户手中各节点层的传输数据，保证了移动自组织网络通信模块的可靠性。

在移动自组织网络通信模块的实际应用中，路由器的安装方式可分为固定式和移动式。对于固定式的路由器，移动自组织网络通信模块要求其拥有较高的包容性，即能够兼容多种外接设备的通信功能。选用某公司生产的MPC8360处理器，该处理器的集成度和安全性能均较高，符合移动自组织网络通信模块的设计初衷；对于移动式的路由器，选用体积轻便且较为节能的ARM处理器。

由于采用固定式安装方式的路由器较为常见，移动自组织网络通信模块构建了控制单元对其进行控制。

1.3 控制单元设计

控制单元能够监控移动自组织网络通信模块中的所有数据，并对这些数据进行前向纠错处理，其工作原理如图2所示。

由图2可知，控制单元的工作流程为：控制单元利用5 V蓄电器为其供电，先采集自组织网络通信模块中的所有数据，并对模块电源数据进行滤波处理，滤波后的电源能够控制模块数据有序地进行前向纠错处理。存储器中的数据均来自传输单元，控制单元对其进行纳入纠错指令的编程操作，随后进行前向纠错处理。在控制单元工作的同时，时钟开始计时，控制处理器也开始对前向纠错处理的工作流程进行管控。经由前向纠错处理后的数据均会被反馈至系统板。选用某公司生产的8255系统板，其电路图如图3所示。

由图3可知，触发电路模块、存储器和振荡器均为8255系统板的核心元件，将三者连接在一起，能够实现控制单元对移动自组织网络通信模块数据的再处理。同时，系统板为用户端提供数据传输接口，方便用户进行数据的调用和分析。

2 移动自组织网络通信模块软件设计

2.1 移动自组织网络用户端设计

移动自组织网络通信模块为外接设备设计了用户端，帮助用户更好地获取所需功能。模块可经由用户端内置的各种程序，实现数据展示、路由器操作、数据转换、数据修改、硬件驱动和误差调节等功能。

图4中，数据展示功能能够为用户展示通信指令和模块进行数据处理的实时状态，各用户对移动自组织网络通信模块的建议以及模块的改进措施，均能够在此呈现。同时，数据展示功能还提供了多端设备的交互功能，用户可通过手机短信和邮箱等形式接收所需数据；路由器操作功能为用户提供了移动自组织网絡节点的查询功能；用户可通过数据转换、数据修改以及误差调节功能，实现对移动自组织网络通信模块数据的个性化处理，经个性化处理后的文件会实时保存在模块的控制单元中。当模块会在下次进行移动自组织网络数据的处理工作时，会参考用户个性化处理文件，不断改善自身性能；硬件驱动功能能够突破移动自组织网络通信模块对通信通道的限制，实现用户对模块硬件的实时驱动和初始化。

2.2 经营结果取向管理训练

为了提高移动自组织网络通信模块的通信水平，软件对模块进行了经营结果取向管理训练，其实现代码为：

3 实 验

为了验证本文设计的移动自组织网络通信模块拥有较高的通信水平，进行对比实验。通信水平的指标主要包括通信距离和通信丢包率，实验将IRHN移动自组织网络通信模块与本文模块进行通信距离和通信丢包率的实验对比。

实验在开阔的场地，同时进行IRHN移动自组织网络通信模块与本文模块的通信距离验证。设定移动自组织网络的节点传输功率依次为5 dBm，10 dBm，15 dBm，20 dBm，表1是IRHN移动自组织网络通信模块通信距离统计表，表2是本文模块通信距离统计表。

由表1和表2可知，在相同条件下，本文模块的通信距离要高于IRHN移动自组织网络通信模块的通信距离，验证了本文模块拥有较高的通信距离，能够更好地为用户服务。

为排除实验的偶然结果，移动自组织网络通信模块的通信丢包率验证实验在两个不同的通信通道上进行数据采集。由于曲线图能够更为直观地显示出模块的通信水平，故将采集到的通信丢包率绘制成曲线图。图5为IRHN移动自组织网络通信模块通信丢包率曲线图，图6是本文模块通信丢包率曲线图。

由图5和图6可知，当通信距离低于150 m，IRHN移动自组织网络通信模块的通信丢包率稳定在0.1%左右，本文模块的通信丢包率也稳定在0.1%左右；当通信距离高于150 m，本文模块的通信丢包率仍稳定在0.1%左右，而IRHN移动自组织网络通信模块的通信丢包率则开始大幅度上升。

实验数据采集结束后，由图5可看出IRHN移动自组织网络通信模块的通信丢包率仍存在上升趋势，而图6中本文模块的通信丢包率曲线依旧稳定。产生该现象的原因主要是：网络数据的类型较多，而IRHN移动自组织网络通信模块的数据转换效率不高，造成通信通道拥堵，导致通信丢包率不断上升。该实验结果验证了本文系统拥有较低的通信丢包率，且通信丢包率的变化趋势较为稳定。

以上两个对比实验的结果说明，本文设计的移动自组织网络通信模块拥有较高的通信水平。

4 结 论

本文构建通信水平较高的移动自组织网络通信模块，该模块由传输单元、路由器、控制单元和用户端组成。传输单元将移动自组织网络的节点分为三层，以保证节点数据通信的有效传输。路由器为移动自组织网络的节点数据提供通信通道，并将节点数据类型转换成高速通道能够接收的类型，以保障模块整体传输效率。控制单元监管整个模块数据，并进行数据的前向纠错处理。控制单元利用8255系统板为用户端提供数据传输接口，用户在用户端中可查询到模块的所有数据。软件给出用户外接设备的用户端功能结构图，以及模块对模块经营结果取向管理训练的语言代码。实验结果表明，所设计的模块拥有较高的通信水平。

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