李茜+劉經(jīng)緯+呂仁健+韓仲華

摘 要： 現(xiàn)有的基于多方向天線陣列的同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)只發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，這在發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用高調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)造成時(shí)隙利用率的下降。針對(duì)該問(wèn)題，對(duì)該網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了最多可連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)、序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制、涉及到的參量、父子節(jié)點(diǎn)處理流程的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。理論性能對(duì)比結(jié)果表明，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用高調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，在該網(wǎng)絡(luò)下采用數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)能夠大幅度提高時(shí)隙利用率，網(wǎng)絡(luò)性能明顯提升。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)； 同步； 時(shí)隙利用； 數(shù)據(jù)包連發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN711?34； TP393.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）15?0049?06

Research on data packet continuous transmission technology

in synchronization wireless Mesh networks

LI Qian1， LIU Jing?wei1， L? Ren?jian1， 2， HAN Zhong?hua1

（1. North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China； 2. Beijing University of Posts and Telecommunication， Beijing 100876， China）

Abstract： Only one data packet is sent in a time?slot in synchronization wireless Mesh network based on the existing multi?directional antenna array， which will decrease the slot utilization rate when data packets are sent in high modulation rate at transmitting node. To solve this problem， the technology of data packet continuous ransmission in this network environment is studied. The detailed design scheme of the number of maximum data packet continuous ransmission， calculation opportunity， sequence number， acknowledgment mechanism， parameters and node processing flow is offered in this paper. The technology was fully tested in actual hardware environment. The comparison result shows， when data packets are sent in high modulation rate at transmitting node， the technology of the data packet continuous ransmission can improve time?slot utilization， and the performance of the network can be improved obviously.

Keywords： wireless Mesh network； synchronization； time?slot utilization； data packet continuous ransmission

0 引 言

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種多跳網(wǎng)狀的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋范圍廣、帶寬高、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，在機(jī)動(dòng)指揮與應(yīng)急通信方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)多采用異步組網(wǎng)技術(shù)[1?12]。該網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較少并且節(jié)點(diǎn)之間距離較近時(shí)的性能比較理想，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)因競(jìng)爭(zhēng)信道導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)吞吐量急劇下降，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速的端到端無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量也就難以保證。

目前出現(xiàn)了一種基于多方向天線陣列的同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)）[13]。該網(wǎng)絡(luò)除通過(guò)定向天線實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸外，還采用了同步組網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)精準(zhǔn)的時(shí)隙劃分，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的通信都被安排在合適的時(shí)隙中，避免了節(jié)點(diǎn)因競(jìng)爭(zhēng)信道而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量的急劇下降，通過(guò)高效的時(shí)隙分配策略則進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。另外，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間具有一定的父子關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)管理也變得更加簡(jiǎn)單。

現(xiàn)有同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)采用了一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為基本時(shí)隙或時(shí)隙）內(nèi)單一數(shù)據(jù)包的收發(fā)機(jī)制，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)只發(fā)送或接收一個(gè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)?shù)讓诱{(diào)制速率較低時(shí)，該數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度較短，其收發(fā)時(shí)間會(huì)占滿(mǎn)整個(gè)時(shí)隙，即時(shí)隙的利用率較高；而當(dāng)?shù)讓诱{(diào)制速率較高時(shí)，該數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度受到底層無(wú)線接口最大傳輸單元長(zhǎng)度（MTU）的限制，其收發(fā)時(shí)間不能占滿(mǎn)整個(gè)時(shí)隙，因而時(shí)隙內(nèi)會(huì)有很大的浪費(fèi)。

為在底層高調(diào)制速率下提高時(shí)隙利用率，本文對(duì)同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了設(shè)計(jì)方案并對(duì)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)

數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)涉及到時(shí)間幀結(jié)構(gòu)、包類(lèi)型、單時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)與多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)。

1.1 時(shí)間幀結(jié)構(gòu)

時(shí)隙浪費(fèi)與時(shí)隙長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)時(shí)隙較長(zhǎng)時(shí)，高調(diào)制速率下會(huì)產(chǎn)生時(shí)隙內(nèi)的時(shí)間浪費(fèi)；當(dāng)時(shí)隙長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得過(guò)小時(shí)，由于協(xié)議控制包的開(kāi)銷(xiāo)而導(dǎo)致時(shí)隙內(nèi)數(shù)據(jù)收發(fā)利用率下降，另外，也給底層同步平臺(tái)設(shè)計(jì)帶來(lái)難度，系統(tǒng)資源消耗也因此增加。因此，時(shí)隙長(zhǎng)度應(yīng)主要參考系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)最大可能出現(xiàn)的底層調(diào)制速率值，同時(shí)保證底層同步平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)，而系統(tǒng)資源消耗也能夠接受。

時(shí)間幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 時(shí)間幀結(jié)構(gòu)

時(shí)間幀結(jié)構(gòu)中具有以下兩種類(lèi)型的時(shí)隙：

（1） Hello時(shí)隙。Hello時(shí)隙的時(shí)間長(zhǎng)度為1個(gè)基本時(shí)隙長(zhǎng)度，用于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)向未入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù)。

（2） 數(shù)據(jù)時(shí)隙。數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)的每個(gè)基本時(shí)隙用于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸。

時(shí)間幀結(jié)構(gòu)是同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)。

1.2 包類(lèi)型

節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)的通信都會(huì)涉及各種包的交互，數(shù)據(jù)通信則與以下包相關(guān)：

1.2.1 輪詢(xún)包

該包用于父節(jié)點(diǎn)調(diào)度子節(jié)點(diǎn)，該包還可以進(jìn)一步細(xì)分為如下兩類(lèi)：

（1） 父子輪詢(xún)包

當(dāng)父節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，父節(jié)點(diǎn)會(huì)在時(shí)隙開(kāi)始時(shí)首先向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)父子輪詢(xún)包，該包發(fā)完后，父節(jié)點(diǎn)再接著向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

該包中含有父節(jié)點(diǎn)本次即將連發(fā)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)與父節(jié)點(diǎn)規(guī)定的時(shí)隙合并的個(gè)數(shù)。

（2） 子父輪詢(xún)包

當(dāng)父節(jié)點(diǎn)接收子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，父節(jié)點(diǎn)會(huì)在時(shí)隙開(kāi)始時(shí)首先向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)子父輪詢(xún)包，該包發(fā)完后，父節(jié)點(diǎn)將等待接收子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

該包中含有父節(jié)點(diǎn)規(guī)定的時(shí)隙合并的個(gè)數(shù)。

1.2.2 確認(rèn)包

當(dāng)數(shù)據(jù)包為需確認(rèn)數(shù)據(jù)時(shí)，接收完數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)將立即向?qū)Χ税l(fā)送一個(gè)確認(rèn)包，否則接收完數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)將結(jié)束該時(shí)隙內(nèi)的收發(fā)動(dòng)作。

1.2.3 數(shù)據(jù)包

數(shù)據(jù)包格式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)包格式

第一層包頭的內(nèi)容與節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)基本通信相關(guān)，如基本數(shù)據(jù)包類(lèi)型、目的節(jié)點(diǎn)地址、源節(jié)點(diǎn)地址、序列號(hào)、后續(xù)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)等。

第二層包頭，由同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中不同的功能模塊所定義，如模塊類(lèi)型、該模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)包類(lèi)型、數(shù)據(jù)凈荷長(zhǎng)度、QoS標(biāo)記。

數(shù)據(jù)凈荷為以太網(wǎng)幀。

校驗(yàn)在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)由無(wú)線網(wǎng)卡添加。

1.3 單時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)

1.3.1 功能說(shuō)明

為提高時(shí)隙利用率，發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)盡可能多地發(fā)送數(shù)據(jù)包。

每個(gè)時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)如圖3所示。

圖3 單時(shí)隙內(nèi)數(shù)據(jù)包連發(fā)

1.3.2 最多連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)

（1） 單時(shí)隙內(nèi)數(shù)據(jù)包最多連發(fā)個(gè)數(shù)

發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)計(jì)算后應(yīng)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)盡可能多地發(fā)送數(shù)據(jù)包，但需要規(guī)定最多發(fā)包個(gè)數(shù)，規(guī)定最多連發(fā)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)不超過(guò)16個(gè)，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)連發(fā)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)一般為2或3。

（2） 輪詢(xún)包與確認(rèn)包的發(fā)送時(shí)間

輪詢(xún)包與確認(rèn)包的發(fā)送時(shí)間（單位：μs）為固定值，可按式（1）計(jì)算：

[t=數(shù)據(jù)包長(zhǎng)×8+B+NwNDBPS×4+20] （1）

各值的含義如下：

包長(zhǎng)為無(wú)線接口數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，單位為字節(jié)；[B]為PLCP頭部中服務(wù)類(lèi)型的比特?cái)?shù)；[Nw]為尾比特?cái)?shù)；[NDBPS]為一個(gè)OFDM符號(hào)含有的比特?cái)?shù)，6 Mb/s時(shí)的值為24，9 Mb/s時(shí)為36，12 Mb/s時(shí)為48，18 Mb/s時(shí)為72，24 Mb/s時(shí)為96，36 Mb/s時(shí)為144，48 Mb/s時(shí)為192，54 Mb/s時(shí)為216。

（3） 每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)間

每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)間在數(shù)據(jù)包被加入到數(shù)據(jù)發(fā)送隊(duì)列時(shí)便已計(jì)算好，仍按公式（1）計(jì)算。

（4） 單時(shí)隙內(nèi)數(shù)據(jù)包最多連發(fā)個(gè)數(shù)的計(jì)算時(shí)機(jī)

發(fā)送節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙開(kāi)始時(shí)計(jì)算該時(shí)隙內(nèi)最多能夠發(fā)送多少個(gè)數(shù)據(jù)包。

1.3.3 序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制

為所有數(shù)據(jù)包安排序列號(hào)并加入確認(rèn)機(jī)制。接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)所指示的數(shù)據(jù)包連發(fā)個(gè)數(shù)進(jìn)行接收、檢驗(yàn)序列號(hào)連續(xù)性并對(duì)實(shí)際收到的最后一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行確認(rèn)。

接收節(jié)點(diǎn)剛剛收到的數(shù)據(jù)包中的序列號(hào)如果與收到的上一個(gè)數(shù)據(jù)包的序列號(hào)不連續(xù)，則丟棄剛剛收到的數(shù)據(jù)包。

接收節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙的后兩個(gè)基本時(shí)隙單位開(kāi)始時(shí)刻設(shè)定確認(rèn)包等待定時(shí)器，該定時(shí)器設(shè)定在該處可以保證接收節(jié)點(diǎn)能夠在25 km距離條件下將確認(rèn)包發(fā)送給發(fā)送節(jié)點(diǎn)。接收節(jié)點(diǎn)如果在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)收到了發(fā)送節(jié)點(diǎn)的所有應(yīng)發(fā)數(shù)據(jù)包后，則立即向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)確認(rèn)包，并取消確認(rèn)包超時(shí)定時(shí)器；否則，接收節(jié)點(diǎn)在確認(rèn)包等待定時(shí)器超時(shí)后再向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)確認(rèn)包。

1.3.4 涉及到的參量

數(shù)據(jù)包連發(fā)過(guò)程中涉及到以下參量：

數(shù)據(jù)包最大連發(fā)個(gè)數(shù)。一個(gè)時(shí)隙內(nèi)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與多個(gè)連續(xù)時(shí)隙所發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)都不應(yīng)超過(guò)該值，數(shù)據(jù)包連發(fā)個(gè)數(shù)過(guò)多，失敗重傳的次數(shù)也會(huì)增加，網(wǎng)絡(luò)性能反而下降。

最大時(shí)隙合并個(gè)數(shù)。該值表示某個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與某個(gè)接收節(jié)點(diǎn)之間共享的連續(xù)時(shí)隙數(shù)，在連續(xù)時(shí)隙里可以持續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)包。

發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)發(fā)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)計(jì)算出能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

發(fā)送節(jié)點(diǎn)實(shí)發(fā)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，在正常情況下，發(fā)送節(jié)點(diǎn)實(shí)發(fā)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)發(fā)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)相等。

接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)收數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。接收節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)應(yīng)該接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

接收節(jié)點(diǎn)實(shí)收數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。接收節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

發(fā)送序列號(hào)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)在每個(gè)數(shù)據(jù)包中添加的序列號(hào)，該序列號(hào)按模遞增。

接收序列號(hào)。接收節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)從每個(gè)數(shù)據(jù)包中獲得的序列號(hào)，在正常情況下，接收序列號(hào)應(yīng)等于發(fā)送序列號(hào)，即接收序列號(hào)也是按模遞增。

1.3.5 父節(jié)點(diǎn)流程

父節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)的處理流程如圖4所示。

（1） 父節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙中斷到來(lái)時(shí)開(kāi)始確定是發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)，即確定父子節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳遞的上下行關(guān)系。

（2） 當(dāng)父節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，父節(jié)點(diǎn)根據(jù)1.3.2節(jié)中的各種時(shí)間值計(jì)算出當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)并將該值填到父子輪詢(xún)包中。另外，時(shí)隙合并個(gè)數(shù)設(shè)為1，表示僅在當(dāng)前一個(gè)時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)包連發(fā)。

（3） 父節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送父子輪詢(xún)包，在父子輪詢(xún)包發(fā)送成功后，父節(jié)點(diǎn)繼續(xù)向子節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送所有數(shù)據(jù)包。

（4） 父節(jié)點(diǎn)會(huì)在所有數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后等待接收子節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)包，等待接收確認(rèn)定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間設(shè)在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)。

（5） 父節(jié)點(diǎn)如果收到了子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確認(rèn)包后，根據(jù)確認(rèn)包中的確認(rèn)序列號(hào)判斷出已經(jīng)被子節(jié)點(diǎn)成功接收的數(shù)據(jù)包，將這些數(shù)據(jù)包從發(fā)送隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存。

（6） 父節(jié)點(diǎn)在等待確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)后仍沒(méi)有收到子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確認(rèn)包時(shí)，根據(jù)已發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送次數(shù)決定在后續(xù)時(shí)隙中是否重發(fā)，如果這些數(shù)據(jù)包已經(jīng)達(dá)到最大發(fā)送次數(shù)，則將這些數(shù)據(jù)包從發(fā)送隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存，否則在后續(xù)時(shí)隙中繼續(xù)重發(fā)。

（7） 當(dāng)父節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備接收子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，父節(jié)點(diǎn)將時(shí)隙合并個(gè)數(shù)設(shè)為1，并將該值填到子父輪詢(xún)包中。

（8） 父節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送子父輪詢(xún)包，在子父輪詢(xún)包發(fā)送成功后，父節(jié)點(diǎn)等待從子節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包。

（9） 父節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包如果序列號(hào)不正確，父節(jié)點(diǎn)則將這些數(shù)據(jù)包從接收隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存，否則，父節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)前接收完子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所有數(shù)據(jù)包。

（10） 當(dāng)發(fā)送確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)后，父節(jié)點(diǎn)針對(duì)已收到的最后一個(gè)數(shù)據(jù)包向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)包。

1.3.6 子節(jié)點(diǎn)流程

子節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)的處理流程如圖5所示。

（1） 子節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙中斷到來(lái)時(shí)等待接收父節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的輪詢(xún)包。

（2） 子節(jié)點(diǎn)如果收到的是子父輪詢(xún)包，子節(jié)點(diǎn)則記錄時(shí)隙合并個(gè)數(shù)，并計(jì)算出當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

（3） 子節(jié)點(diǎn)向父節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送所有數(shù)據(jù)包。

（4） 子節(jié)點(diǎn)會(huì)在所有數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后等待接收父節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)包，等待接收確認(rèn)定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間設(shè)在當(dāng)前時(shí)隙結(jié)束時(shí)。

（5） 子節(jié)點(diǎn)如果收到了父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確認(rèn)包后，根據(jù)確認(rèn)包中的確認(rèn)序列號(hào)判斷出已經(jīng)被父節(jié)點(diǎn)成功接收的數(shù)據(jù)包，將這些數(shù)據(jù)包從發(fā)送隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存。

（6） 子節(jié)點(diǎn)在等待確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)后仍沒(méi)有收到父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確認(rèn)包時(shí)，根據(jù)已發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送次數(shù)決定在后續(xù)時(shí)隙中是否重發(fā)，如果這些數(shù)據(jù)包已經(jīng)達(dá)到最大發(fā)送次數(shù)，則將這些數(shù)據(jù)包從發(fā)送隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存，否則在后續(xù)時(shí)隙中繼續(xù)重發(fā)。

（7） 子節(jié)點(diǎn)如果收到的是父子輪詢(xún)包，子節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備接收父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所有數(shù)據(jù)包。

（8） 子節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包如果序列號(hào)不正確，子節(jié)點(diǎn)則將這些數(shù)據(jù)包從接收隊(duì)列中刪除并釋放內(nèi)存，否則，子節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)前接收完成父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所有數(shù)據(jù)包。

（9） 當(dāng)發(fā)送確認(rèn)定時(shí)器超時(shí)后，子節(jié)點(diǎn)針對(duì)已收到的最后一個(gè)數(shù)據(jù)包向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)包。

（10） 如果子節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到父節(jié)點(diǎn)的輪詢(xún)包，則子節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)什么也不做。

1.4 多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)

多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)，又稱(chēng)時(shí)隙合并技術(shù)，該技術(shù)是對(duì)單時(shí)隙內(nèi)數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)上做出的功能提升，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)在多個(gè)連續(xù)時(shí)隙內(nèi)連發(fā)數(shù)據(jù)包，減少了中間時(shí)隙內(nèi)的輪詢(xún)包與確認(rèn)包的個(gè)數(shù)，從而進(jìn)一步提高時(shí)隙利用率。多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)示意如圖6所示。

圖6 多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)示意

多時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)中的最多連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)、序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制、涉及到的常量與變量、父子節(jié)點(diǎn)的處理流程與單時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)均相同，這里不再贅述。它們的不同之處在于：

（1） 父子節(jié)點(diǎn)需要計(jì)算多個(gè)連續(xù)時(shí)隙內(nèi)最多能夠發(fā)送多少個(gè)數(shù)據(jù)包。

（2） 父子節(jié)點(diǎn)將多個(gè)連續(xù)時(shí)隙中除第一個(gè)時(shí)隙以外的后續(xù)所有時(shí)隙中的狀態(tài)機(jī)取消，僅執(zhí)行第一個(gè)時(shí)隙中的狀態(tài)機(jī)。

2 理論性能對(duì)比

現(xiàn)分別對(duì)單跳網(wǎng)絡(luò)在使用單時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)前后的理論性能進(jìn)行對(duì)比：

2.1 約束條件

（1） 每個(gè)時(shí)間幀內(nèi)有980個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙，即時(shí)間幀使用效率為98%。

（2） 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或近距離條件下進(jìn)行對(duì)比，忽略傳播時(shí)延，忽略實(shí)際平臺(tái)所帶來(lái)的各種時(shí)延。

（3） 輪詢(xún)包與確認(rèn)包均始終以6 Mb/s的調(diào)制速率發(fā)送，按公式（1）可算出它們的發(fā)送時(shí)間均為48 μs。

（4） 發(fā)送節(jié)點(diǎn)分別以6～54 Mb/s調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包。

（5） 不使用組包功能，但使用分段功能。

（6） 同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)包凈荷為以太網(wǎng)幀，而以太網(wǎng)幀最大長(zhǎng)度為1 518 B，因此發(fā)送節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為1 518+40+4=1 562 B。

2.2 理論性能對(duì)比

理論性能對(duì)比情況分別見(jiàn)表1～表7。

表1 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以9 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&991＼&991＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&]

表2 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以12 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 323＼&1 323＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&]

表3 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以18 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&]

表4 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以24 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&]

表5 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以36 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&3＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&]

2.3 結(jié) 論

（1） 在6～12 Mb/s調(diào)制速率下，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，因此單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送與單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的性能相同。

（2） 在達(dá)到18 Mb/s調(diào)制速率或以上時(shí)，采用單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的時(shí)隙使用效率仍為90.4%，其性能明顯高于單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送的性能。

表6 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以48 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&]

表7 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以54 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&]

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)基于多方向天線陣列的同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了最多可連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)、序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制、涉及到的參量、父子節(jié)點(diǎn)處理流程的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。理論性能對(duì)比結(jié)果表明，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用高調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，在該網(wǎng)絡(luò)下采用數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)能夠大幅度提高時(shí)隙利用率，網(wǎng)絡(luò)性能明顯提升。

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2.2 理論性能對(duì)比

理論性能對(duì)比情況分別見(jiàn)表1～表7。

表1 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以9 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&991＼&991＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&]

表2 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以12 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 323＼&1 323＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&]

表3 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以18 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&]

表4 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以24 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&]

表5 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以36 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&3＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&]

2.3 結(jié) 論

（1） 在6～12 Mb/s調(diào)制速率下，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，因此單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送與單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的性能相同。

（2） 在達(dá)到18 Mb/s調(diào)制速率或以上時(shí)，采用單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的時(shí)隙使用效率仍為90.4%，其性能明顯高于單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送的性能。

表6 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以48 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&]

表7 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以54 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&]

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)基于多方向天線陣列的同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了最多可連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)、序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制、涉及到的參量、父子節(jié)點(diǎn)處理流程的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。理論性能對(duì)比結(jié)果表明，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用高調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，在該網(wǎng)絡(luò)下采用數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)能夠大幅度提高時(shí)隙利用率，網(wǎng)絡(luò)性能明顯提升。

參考文獻(xiàn)

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2.2 理論性能對(duì)比

理論性能對(duì)比情況分別見(jiàn)表1～表7。

表1 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以9 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&991＼&991＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&7.8＼&7.8＼&]

表2 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以12 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&1＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 323＼&1 323＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&90.4＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&10.4＼&10.4＼&]

表3 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以18 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，384＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&71.2＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&15.3＼&]

表4 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以24 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&2＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 029＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&54＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&20.3＼&]

表5 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以36 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&3＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 167＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&36＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&33.6＼&]

2.3 結(jié) 論

（1） 在6～12 Mb/s調(diào)制速率下，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，因此單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送與單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的性能相同。

（2） 在達(dá)到18 Mb/s調(diào)制速率或以上時(shí)，采用單時(shí)隙內(nèi)多包發(fā)送的時(shí)隙使用效率仍為90.4%，其性能明顯高于單時(shí)隙內(nèi)單包發(fā)送的性能。

表6 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以48 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，261＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&28＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&38.8＼&]

表7 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以54 Mb/s發(fā)送數(shù)據(jù)包

[＼&單時(shí)隙內(nèi)單包＼&單時(shí)隙內(nèi)多包＼&數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)＼&1＼&4＼&數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 /B＼&1 562＼&1 562，1 562，1 562，942＼&時(shí)隙使用效率 /%＼&24.8＼&90.4＼&帶寬 /（Mb/s）＼&12.2＼&44.1＼&]

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)基于多方向天線陣列的同步無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了最多可連發(fā)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與計(jì)算時(shí)機(jī)、序列號(hào)與確認(rèn)機(jī)制、涉及到的參量、父子節(jié)點(diǎn)處理流程的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。理論性能對(duì)比結(jié)果表明，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用高調(diào)制速率發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，在該網(wǎng)絡(luò)下采用數(shù)據(jù)包連發(fā)技術(shù)能夠大幅度提高時(shí)隙利用率，網(wǎng)絡(luò)性能明顯提升。

參考文獻(xiàn)

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[8] 劉賀，張陸勇，陳明剛，等.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)集中式信道分配算法設(shè)計(jì)[J].無(wú)線電工程，2011，41（5）：4?6.

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[13] 雷昕，郭琳，韓仲華，等.寬帶無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的多扇區(qū)天線陣列設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2012，7（4）：178?181.