專利名稱：基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于組建無線專網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其是一種基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，屬于通信和計算機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
嵌入式系統(tǒng)是將計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。由于嵌入式系統(tǒng)采用微處理器和獨立的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)相對較少的功能，因此往往不需要大量的外圍器件，在不影響性能的基礎(chǔ)上，在體積上和功耗上有著不可替代的優(yōu)勢。計算機技術(shù)已進(jìn)入后PC技術(shù)時代，實際應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生了很大變化，與通用計算機相比，嵌入式系統(tǒng)在很多領(lǐng)域有著更為廣闊的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和使用成為當(dāng)今眾多領(lǐng)域的熱門話題。
無線局域網(wǎng)是指以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network，簡稱WLAN)，是在有線網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使網(wǎng)上的計算機具有可移動性，能快速、方便地解決有線方式不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)信道的連通問題。由于無線局域網(wǎng)通信所具有的成本低、建網(wǎng)迅速、使用方便等特點，這項技術(shù)受到了用戶的廣泛歡迎。無線局域網(wǎng)產(chǎn)品包括網(wǎng)卡、網(wǎng)橋、無線Modem、接入點(Access Point)、天線等等。其傳輸介質(zhì)一般采用紅外(IR)波段或射頻(RF)波段。由于紅外線局域網(wǎng)采用紅外線作為傳輸媒體，有較強的方向性，受太陽光的干擾大，目前的主流產(chǎn)品多數(shù)利用射頻波段，采用直接序列擴頻技術(shù)。無線局域網(wǎng)的一般組網(wǎng)模式是帶有無線網(wǎng)卡的筆記本或臺式機與接入點連通，接入點可以集成到有線局域網(wǎng)中，它們彼此間也可以互通。在國外，無線局域網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)較為多見，尤其在日本等國家；在國內(nèi)，無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和產(chǎn)品在實際應(yīng)用領(lǐng)域還是相對較新的，但無線網(wǎng)絡(luò)的不可替代的優(yōu)點正在使它越來越廣泛的被人接受和使用。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?2101747.6、申請日為2002.01.17的中國發(fā)明專利申請公開了一種嵌入式無線控制模組裝置，該裝置連接在電能驅(qū)動的被控端與控制端之間，使得控制端透過嵌入式無線控制模組裝置能夠控制被控端，包括無線傳輸單元，從被控端發(fā)射無限電波與訊號至控制端，及接收來自控制端的無線電波與訊號至控制端；微處理單元；數(shù)字訊號傳輸介質(zhì)單元；其中微處理單元處理及傳送數(shù)字訊號傳輸介質(zhì)單元及無線傳輸單元之間的訊號，并控制無線傳輸單元和數(shù)字訊號傳輸介質(zhì)單元的運作。可以說，這只是嵌入技術(shù)和無線通訊技術(shù)進(jìn)行了初步的結(jié)合，遠(yuǎn)未達(dá)到組網(wǎng)的程度。
電子信息化高速發(fā)展的今天，用戶的應(yīng)用需求在不斷提高，比如無線網(wǎng)絡(luò)上承載數(shù)據(jù)、語音，甚至視頻等方面的應(yīng)用要求，以及能提供服務(wù)質(zhì)量保障和智能化等更高層次的要求?，F(xiàn)有的無線低端網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶日益增長的應(yīng)用需求，各種高端智能化的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品成為開發(fā)熱點。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和微電子技術(shù)的發(fā)展，以手持電腦、機頂盒、網(wǎng)絡(luò)電話、住宅網(wǎng)間連接器等信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景。特別在實時性要求較高的通信領(lǐng)域，有線通信中ISDN終端適配器、網(wǎng)絡(luò)集線器、路由器、網(wǎng)橋及以太網(wǎng)臺式接線器，無線通信中，無線局域網(wǎng)的無線路由器、無線設(shè)備終端，數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM/CDMA)的用戶終端、軟件無線電都使用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。嵌入式系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域大力拓展，無線網(wǎng)絡(luò)必將是其應(yīng)用的熱點之一，無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的高端化趨勢也要求更高級的嵌入式系統(tǒng)加入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于鑒于以上兩個熱門技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，提出一種將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機相結(jié)合的基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而為組建無線專網(wǎng)提供了一種低成本、易實現(xiàn)、多功能的全新技術(shù)方案。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)方案為由中心站節(jié)點和采集數(shù)據(jù)節(jié)點組成的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點由無線收發(fā)信機和系統(tǒng)處理器組成，無線收發(fā)信機包括天線和通信模塊，系統(tǒng)處理器由提供外設(shè)接口的底板和嵌入操作系統(tǒng)的核心板構(gòu)成，操作系統(tǒng)包括內(nèi)核和驅(qū)動程序，嵌入操作系統(tǒng)的核心板包含以下功能模塊路由協(xié)議模塊——用以隨時監(jiān)聽端口，接收和發(fā)送路由數(shù)據(jù)包，并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，計算最短徑，形成路由項存儲于內(nèi)存中；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊——用以截獲需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，查找路由信息，重新構(gòu)造數(shù)據(jù)包并發(fā)送出去；數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊——用以采集數(shù)據(jù)并通過通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議代理模塊——用以進(jìn)行自動發(fā)現(xiàn)其它節(jié)點、建立連接關(guān)系的拓?fù)涔芾?；設(shè)置節(jié)點信息、實現(xiàn)對節(jié)點遠(yuǎn)程控制以及讀出、顯示節(jié)點信息的配置管理；發(fā)現(xiàn)、分析以及排除故障的故障管理；采集、處理、顯示、存儲、查詢節(jié)點的性能參數(shù)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息，對網(wǎng)絡(luò)的使用發(fā)展作出評測、估計，為網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步規(guī)劃與調(diào)整提供依據(jù)的性能管理；總體調(diào)度程序模塊——用以使上述模塊運行時數(shù)據(jù)共享、相互協(xié)調(diào)配合。
具體些說，本發(fā)明的終端節(jié)點系統(tǒng)可以MOTOROLA的MPC8xx系列為嵌入式處理器，采用LINUX操作系統(tǒng)的嵌入式平臺。嵌入式系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應(yīng)用編程接口(API)，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。硬件平臺可以采用MPC8xx系列，配有16M SDRAM和4M FLASH，同時根據(jù)應(yīng)用設(shè)計如下接口PCMCIA無線收發(fā)信模塊、10M以太網(wǎng)接口、串口(RS-232、RS-485)、BDM調(diào)試口。采用LINUX(FOR PPC)操作系統(tǒng)，其中的移植包括了主機系統(tǒng)的配置，燒寫工具的開發(fā)、PPCBOOT和LINUX內(nèi)核的移植等。
無線收發(fā)信機部分可以采用工作在開放頻段(如2.4GHz)、發(fā)射功率達(dá)500毫瓦、鏈路速率在1Mbps以上、具有CSMA/CA和至少具備128位WEP加密能力的通用無線收發(fā)信設(shè)備，也可根據(jù)行業(yè)具體應(yīng)用開發(fā)、使用專用無線收發(fā)信機。
在各個節(jié)點嵌入式系統(tǒng)上需要完成很多的功能，按照模塊化設(shè)計的思想，將其劃分為路由協(xié)議的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，以及為網(wǎng)絡(luò)管理而加入的代理程序。然而這些程序的運行并不是簡單的各不相關(guān)，而是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，也就是相互影響，相互配合的，因而需要設(shè)置一個調(diào)度程序進(jìn)行協(xié)調(diào)。為了管理的方便，各進(jìn)程共用一個較大的內(nèi)存區(qū)域的不同地址空間存放和交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)封裝和拆封模塊對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后可以利用TCP/IP進(jìn)行傳輸；對要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆封，確定其目的地等信息，然后重新封裝、轉(zhuǎn)發(fā)。接入控制模塊由無線收發(fā)信機的MAC層接入控制完成。路由選擇模塊確定本節(jié)點上的路由表，為其它功能打下基礎(chǔ)，本系統(tǒng)可以采用RIP協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)管理的目的用于管理維護所有的無線節(jié)點。網(wǎng)管系統(tǒng)主要有網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程和被管網(wǎng)絡(luò)實體組成。網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程包括用戶界面和網(wǎng)管應(yīng)用程序，被管網(wǎng)絡(luò)實體主要是無線節(jié)點，節(jié)點中間包括一個代理進(jìn)程。兩者通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議通信。本網(wǎng)絡(luò)管理可以采用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)，SNMP的結(jié)構(gòu)有三個目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)管理功能盡量簡單化；網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議容易擴充；網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)盡可能獨立，與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無關(guān)。網(wǎng)絡(luò)管理的功能主要有拓?fù)涔芾怼⑴渲霉芾?、故障管理、性能管理、安全管理等。拓?fù)涔芾磉M(jìn)程要能夠自動發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，建立所發(fā)現(xiàn)節(jié)點之間的連接關(guān)系，形成整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整和變化后，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行自動的更新或重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程可以從網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。配置管理主要包括兩個方面的內(nèi)容，一是設(shè)置各個節(jié)點的信息，實現(xiàn)對節(jié)點的遠(yuǎn)程控制；二是讀出并顯示各個節(jié)點的信息。故障管理主要是對故障的發(fā)現(xiàn)和分析以及排除，包括故障發(fā)現(xiàn)、故障報警、故障信息管理、排錯支持工具、檢索/分析故障信息。性能管理用來采集、處理、顯示、存儲、查詢節(jié)點的性能參數(shù)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息，對網(wǎng)絡(luò)的使用發(fā)展作出評測、估計，為網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步規(guī)劃與調(diào)整提供依據(jù)。安全管理涉及用戶的注冊、口令和安全等級等。主要是為了防止未經(jīng)許可的用戶登錄到網(wǎng)管系統(tǒng)。
總之，本發(fā)明的系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)和無線收發(fā)信機為物理平臺，通過無線連接或/和無線中繼實現(xiàn)廣域組網(wǎng)，在保證控制設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，提高了無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能化，使整個系統(tǒng)便于實現(xiàn)各種路由和管理功能以及各種上層應(yīng)用軟件，進(jìn)而組建應(yīng)用廣泛的無線傳輸專網(wǎng)，滿足當(dāng)今技術(shù)發(fā)展對通信行業(yè)不斷涌現(xiàn)的新需求。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1是本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)組網(wǎng)方案圖示。
圖2是圖1實施例的節(jié)點硬件系統(tǒng)示意圖。
圖3是圖1實施例的頂層模塊關(guān)系概念圖。
圖4是圖1實施例的程序頂層模塊(狀態(tài))圖。
圖5是圖1實施例的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)示意圖。
圖6是圖1實施例的網(wǎng)絡(luò)管理模型。
圖7是圖1實施例的網(wǎng)管框架圖。
圖8是圖1實施例的拓?fù)渌惴鞒虉D。
具體實施例方式
實施例一本實施例基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研發(fā)主要涉及三個方面的內(nèi)容，即節(jié)點硬件系統(tǒng)的設(shè)計；基于嵌入式系統(tǒng)的節(jié)點應(yīng)用軟件的開發(fā)；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計。
其組網(wǎng)方案如圖1所示，一個較大的區(qū)域被分割成若干個較小的區(qū)域，分別用一個中心站MS進(jìn)行管理，中心站之間由骨干網(wǎng)連接。每個區(qū)域的中心站MS負(fù)責(zé)管理本區(qū)域內(nèi)的一些節(jié)點Node，這些節(jié)點可以是一些傳感器，或者一些儀器、設(shè)備等。采集的方式可以是定時自動進(jìn)行，也可以是中心站發(fā)送采集命令。各個節(jié)點用通用通信協(xié)議接口(如RS232或者RS485接口)連接采集設(shè)備DC，定期通過通信接口，獲取數(shù)據(jù)，然后由一定的路由，以無線接力的方式，傳回與中心站相連的節(jié)點，由它再轉(zhuǎn)給中心站。此外，在這一過程中，還需要采用一些方法保證數(shù)據(jù)正確、有效的傳遞，例如可設(shè)置備用路由，差錯控制和流量控制、數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和認(rèn)證的處理等。由于各個節(jié)點上需要完成的任務(wù)很多，因此考慮采用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成節(jié)點的核心。
節(jié)點硬件系統(tǒng)主要包括通信模塊、控制模塊、接口模塊和天線部分，如圖2所示。通信部件專事空中信號的發(fā)送和接收處理、RF射頻信號的上/下變頻，由無線模塊組成。在本系統(tǒng)中，采用具有PCMCIA接口的無線收發(fā)信機，此無線收發(fā)信機完成無線環(huán)境下接收和發(fā)送數(shù)據(jù)所需的一系列工作；控制部件專事系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)和路由表維護，在本系統(tǒng)中即為嵌入式系統(tǒng)，由于本系統(tǒng)要求有強大的處理功能，普通的單片機已經(jīng)不能滿足要求，嵌入式系統(tǒng)有強大的處理和管理功能，能完成本系統(tǒng)的復(fù)雜要求；接口部件專事與其它系統(tǒng)的各種接口，由接口轉(zhuǎn)換模塊和接口組成，本系統(tǒng)根據(jù)具體的使用要求，開發(fā)了多種接口類型，可以支持RS-232，RS-485，10BASE-T等對外接口；天線部件專事空中信號的發(fā)射和搜集，由室外天線組成，支持全向、定向高增益天線，支持由功分器分開的雙天線組合。因此嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計是節(jié)點硬件系統(tǒng)的核心。
嵌入式系統(tǒng)硬件平臺由核心板和底板(外設(shè)板或稱基本板)組成，核心板上集成摩托羅拉MPC8xx系列處理器，16M SDRAM以及4M的FLASH，為嵌入式操作系統(tǒng)及其上層軟件提供了足夠的空間。底板上則提供非常豐富的外設(shè)接口一個10M以太網(wǎng)接口、一個WLAN接口、一個RS-485串口、一個兩線RS-232串口(COM1)及一個BDM調(diào)試口(MPC8xx系列的EPBDM(Embedded PowerPC Background DebugMode))。核心板和底板配合即構(gòu)成一個最小的完整應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)具有體積小、耗電低、處理能力強、網(wǎng)絡(luò)功能強大等特點，能夠裝載和運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)。
在各個節(jié)點嵌入式系統(tǒng)上需要完成很多的功能，按照模塊化設(shè)計的思想，將其劃分為RIP路由協(xié)議的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，以及為網(wǎng)絡(luò)管理而加入的SNMP代理程序。然而這些程序的運行并不是簡單的各不相關(guān)，而是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，也就是相互影響，相互配合的，因而需要設(shè)置一個總體調(diào)度程序進(jìn)行協(xié)調(diào)。為了管理的方便，各進(jìn)程共用一個較大的內(nèi)存區(qū)域的不同地址空間存放和交換數(shù)據(jù)。整體安排如圖3所示，其中實線表示控制、調(diào)用關(guān)系，虛線表示數(shù)據(jù)流向。總體調(diào)度程序決定各個功能模塊的執(zhí)行順序，也可以根據(jù)實際情況終止其中一個程序或者讓它重新開始；圖中的共享內(nèi)存區(qū)可以共用一塊，也可以按功能和共享關(guān)系劃分為幾塊；總體調(diào)度程序可以傳遞一些命令給各個功能模塊，也可以讓各個功能模塊定期放入一些運行狀態(tài)參數(shù)供其查詢和判斷，所以數(shù)據(jù)流向采用雙向箭頭；RIP路由實現(xiàn)需要定期更新共享內(nèi)存中的路由表，供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)采集、發(fā)送和SNMP Agent代理程序查詢使用，所以其箭頭是指向共享內(nèi)存區(qū)域的單向的；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊主要是使用共享內(nèi)存區(qū)域中的路由信息，所以是從共享內(nèi)存區(qū)域指向自己的單向箭頭；數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)發(fā)模塊也是這樣；SNMP Agent代理模塊雖然一方面需要共享內(nèi)存區(qū)域中的信息(主要是路由信息，供中心站進(jìn)行查詢)，但另一方面也會從中心站送來一些命令，例如Reboot重啟，人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，等等。所以關(guān)于共享內(nèi)存設(shè)計部分會非常靈活。
RIP路由協(xié)議的實現(xiàn)從編程的總體思想上來說，實現(xiàn)該協(xié)議需要做兩方面的編程工作與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的部分，包括隨時監(jiān)聽端口，接收和發(fā)送路由數(shù)據(jù)包；根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，計算最短徑，形成路由項，并存儲于內(nèi)存中。
RIP路由協(xié)議流程見圖4程序剛剛啟動的時候，需要進(jìn)行相應(yīng)的初始化工作，主要包括將與該節(jié)點相鄰的節(jié)點的信息(IP、距離度量等)填入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，并利用該初始信息(IP地址)，向各個相鄰節(jié)點發(fā)出請求完整路由信息的數(shù)據(jù)包。這些做完了以后，就進(jìn)入監(jiān)聽端口的環(huán)節(jié)，端口號由協(xié)議規(guī)定為520。作為測試，可以使用1024以上的端口號。監(jiān)聽端口的目的是等待臨近節(jié)點傳過來的各自路由信息。如果此時沒有數(shù)據(jù)包，為了防止以后長時間出現(xiàn)這種狀態(tài)(例如網(wǎng)絡(luò)故障)所帶來的問題，就需要檢查一遍內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中的各條路由信息的時間戳，為判斷是否過期，是否刪除，是否發(fā)送常規(guī)或者觸發(fā)更新做準(zhǔn)備。如果此時有數(shù)據(jù)包到達(dá)端口的緩存內(nèi)，就執(zhí)行一系列操作首先檢查該數(shù)據(jù)包的合法性。如果由于網(wǎng)絡(luò)錯誤造成該數(shù)據(jù)包不合法，就丟棄。如果合法，先檢查一遍數(shù)據(jù)庫中的時間戳，避免由于更新路由表以后的重復(fù)操作。接著更新路由表，如果收到的數(shù)據(jù)包中有可以更新數(shù)據(jù)庫的信息，就進(jìn)行更新，并且在更新完畢后將更新的項以觸發(fā)更新的方式告訴該節(jié)點的各個鄰居，最后回到監(jiān)聽端口狀態(tài)。當(dāng)然，如果收到的數(shù)據(jù)包沒有什么有價值的信息，或者僅僅是讓現(xiàn)有路由在時間上繼續(xù)保持有效，那么就不會有“發(fā)送觸發(fā)更新”的環(huán)節(jié)，而是直接回到監(jiān)聽的狀態(tài)繼續(xù)等待。這樣的過程不停的重復(fù)，就能隨時反映網(wǎng)絡(luò)變化而帶來的路由信息的變化。
在無線網(wǎng)絡(luò)上，需要傳送很多的數(shù)據(jù)，包括從終端數(shù)據(jù)采集裝置送來的數(shù)據(jù)、SNMP網(wǎng)絡(luò)管理的命令和回應(yīng)等等。一個具有一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，不可能進(jìn)行完全點到點的直接通信，就像有線網(wǎng)絡(luò)(特別是Internet)中大量路由器的存在，無線網(wǎng)絡(luò)中也必須具有相應(yīng)路由功能的節(jié)點。一般來說這種節(jié)點被歸為AP，且價格不菲。然而正因為本系統(tǒng)采用了RIP路由協(xié)議，通過編程在每個節(jié)點上實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能就成為了可能。前面的RIP路由程序只是實現(xiàn)了搜集點到點的路由信息，為這一部分轉(zhuǎn)發(fā)程序的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。簡單的說，轉(zhuǎn)發(fā)程序要做的，就是截獲需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，查找路由信息，重新構(gòu)造數(shù)據(jù)包并發(fā)送出去。
數(shù)據(jù)包尋路、轉(zhuǎn)發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)參見圖5，節(jié)點N負(fù)責(zé)周期性的采集數(shù)據(jù)采集設(shè)備DC的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)要傳送回節(jié)點1(中心站MS1)。對節(jié)點N來說，它發(fā)送數(shù)據(jù)的時候可以采取如下策略把獲取的數(shù)據(jù)裝進(jìn)IP包，加上中心站的IP地址，用高層socket發(fā)送出去，用高層socket的目的，是為了簡化程序，讓底層的事情由操作系統(tǒng)自動完成，而更多的考慮放在與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通信方面。高層socket在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前因為并不知道節(jié)點1的MAC，因此它會發(fā)一個ARP(地址解析協(xié)議)，節(jié)點N-1的轉(zhuǎn)發(fā)程序在獲取該ARP的時候會查看本機的路由表，如果有到達(dá)節(jié)點1的路由，它會將自己的MAC(測量與控制)給節(jié)點N，這樣，高層socket(套接字)就會相信節(jié)點N-1就是節(jié)點1然后將數(shù)據(jù)包發(fā)給它，由它進(jìn)行下面的轉(zhuǎn)發(fā)。這就是所構(gòu)想的“ARP欺騙”。截獲數(shù)據(jù)包要考慮從那一層獲取數(shù)據(jù)包，就要對應(yīng)使用相應(yīng)層的socket函數(shù)。從上面的敘述可以看出，應(yīng)當(dāng)能夠收到MAC幀。這需要使用sock_packet參數(shù)建立socket，同時還要將無線收發(fā)信機的模式設(shè)為混雜(promisc)模式。
網(wǎng)管系統(tǒng)的模型如圖6所示，網(wǎng)管系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式，由以下幾個部分構(gòu)成(1)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程運行在中心站的一臺PC機上，通過無線的網(wǎng)管通道和通信協(xié)議實現(xiàn)對整個無線網(wǎng)絡(luò)的管理。網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程具有友好的用戶界面，用戶可以通過它來對整個無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和維護；(2)被管網(wǎng)絡(luò)實體含有代理進(jìn)程(Agent)的各個無線節(jié)點。代理進(jìn)程運行在各個無線節(jié)點上，用以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程的各種命令，使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程來實現(xiàn)對各個無線節(jié)點的監(jiān)視和控制。代理進(jìn)程也可以主動地和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程進(jìn)行通信；(3)網(wǎng)管協(xié)議網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程和被管網(wǎng)絡(luò)實體之間的通信協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程運行在中心站的一臺PC機上，通過無線的網(wǎng)管通道實現(xiàn)對整個無線網(wǎng)絡(luò)的管理。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點的網(wǎng)管信息都要傳送到網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程中來，由網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程對這些網(wǎng)管信息進(jìn)行處理和顯示。圖中的節(jié)點指的是被管網(wǎng)絡(luò)實體，所有的節(jié)點共同構(gòu)成了一個無線通信網(wǎng)絡(luò)。和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程直接相連的節(jié)點稱為本地節(jié)點或者叫做主節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程通過主節(jié)點來管理整個無線網(wǎng)絡(luò)。一般來說，主節(jié)點應(yīng)該是離網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程最近的一個節(jié)點，或者是由用戶指定的節(jié)點。主節(jié)點必須能夠和網(wǎng)管計算機直接進(jìn)行通信，而不需要通過其它節(jié)點的中轉(zhuǎn)。主節(jié)點應(yīng)該可以任意指定，即從網(wǎng)絡(luò)中的任何一個可以和網(wǎng)管計算機直接通信的節(jié)點都可以管理到整個網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)管系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個方面拓?fù)涔芾怼⑴渲霉芾?、故障管理、性能管理、安全管理等?br> 拓?fù)涔芾碓O(shè)計網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程要能夠自動發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，建立所發(fā)現(xiàn)節(jié)點之間的連接關(guān)系，形成整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動搜索就是這樣的算法，它采用ICMP和SNMP協(xié)議來自動搜索和發(fā)現(xiàn)所要管理的IP網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(包括路由設(shè)備、子網(wǎng)和主機等)，以及它們之間的連接關(guān)系，從而構(gòu)造出整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且把構(gòu)造出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保存在定義好的數(shù)據(jù)庫中，以備其它部分使用。網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程可以通過用戶設(shè)定的時間間隔(如1個小時)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行主動的探測，以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點設(shè)備和這個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。用戶也可以手動啟動網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程的探測功能，以隨時對網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整和變化后，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行自動的更新或重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程可以從網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)渌阉鞯乃惴▽崿F(xiàn)如圖8。
配置管理主要包括兩個方面的內(nèi)容，一是設(shè)置各個節(jié)點的信息，實現(xiàn)對節(jié)點的遠(yuǎn)程控制；二是讀出并顯示各個節(jié)點的信息。節(jié)點信息主要包括節(jié)點號、IP地址、MAC地址、路由表設(shè)置、業(yè)務(wù)配置、節(jié)點的狀態(tài)以及節(jié)點的自檢功能，還可以包括對各個節(jié)點的關(guān)閉和啟動等。在這些節(jié)點信息中，有些可以進(jìn)行設(shè)置，而有些則只能讀取，不能設(shè)置。
故障管理故障管理包括當(dāng)前告警的監(jiān)視、歷史記錄的管理以及告警過濾等幾個方面。當(dāng)前告警監(jiān)視用于監(jiān)視節(jié)點中的當(dāng)前的告警和故障信息。告警監(jiān)視的驅(qū)動方式一般有兩種一種是輪詢方式，由網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程根據(jù)用戶設(shè)定的周期定期地網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的告警信息進(jìn)行查詢，由于涉及到通信業(yè)務(wù)量和節(jié)點處理能力等個方面的原因，查詢周期不宜太短，但為了能夠?qū)崟r反映各節(jié)點的告警狀態(tài)，查詢周期也不宜太長。這就需要另一種驅(qū)動方式來進(jìn)行補充，即事件方式。當(dāng)一個節(jié)點出現(xiàn)了告警信息后，節(jié)點應(yīng)主動向網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程發(fā)出告警事件報告，因此事件報告功能要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的代理中實現(xiàn)。兩種驅(qū)動方式互相補充，缺一不可。當(dāng)一個告警消失以后，我們就把它作為一條歷史告警記錄保存在數(shù)據(jù)庫中，以備查詢。告警記錄除了要包括告警的其它信息外，還要加上一條告警結(jié)束時間。告警過濾用于設(shè)置一定的條件，對不需要的告警信息不做處理或顯示，或者在處理或顯示該類型告警時加上一定的標(biāo)志。告警信息的內(nèi)容一般包括告警的節(jié)點、告警類型(設(shè)備告警，通信告警等)、告警部位、告警原因(告警名稱)、告警起始時間、告警結(jié)束時間等。(具體告警信息待定)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程負(fù)責(zé)對告警信息的處理、顯示和歷史告警記錄的查詢等。此外，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程還要知道每個節(jié)點的狀態(tài)，即哪個節(jié)點有響應(yīng)，哪個節(jié)點沒有響應(yīng)，這可以通過對節(jié)點的定期輪詢來實現(xiàn)，用以發(fā)現(xiàn)哪個節(jié)點發(fā)生了故障或退出了運行。
性能管理用來采集、處理、顯示、存儲、查詢節(jié)點的性能參數(shù)。由于性能參數(shù)需要由網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程定期地查詢或由節(jié)點定期地報告，如果性能參數(shù)比較多，它們所占用的通信量可能較大?？梢愿鶕?jù)需要來確定是否需要進(jìn)行性能管理。基本的性能參數(shù)可能包括節(jié)點接收字節(jié)數(shù)，發(fā)送字節(jié)數(shù)，發(fā)生錯誤的報文數(shù)等。性能管理的內(nèi)容，即需要采集哪些性能參數(shù)待定。
安全管理安全管理涉及用戶的注冊、口令和安全等級等。主要是為了防止未經(jīng)許可的用戶登錄到網(wǎng)管系統(tǒng)。由于我們所要管理的無線網(wǎng)絡(luò)，所以安全管理方面也非常重要。安全管理不僅存在于網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程中，同時也要存在于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的代理中。即不僅需要在網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程中要設(shè)置登錄用戶和登錄口令，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中同樣要采取一定的措施防止非授權(quán)用戶通過其它方式來查看和修改節(jié)點的信息。
物理接口實現(xiàn)方法物理接口指的是網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程和主節(jié)點之間的接口。在此物理接口為無線通道，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程與整個無線網(wǎng)絡(luò)的通信，從而管理整個網(wǎng)絡(luò)。目前所考慮的是網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程可以通過網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點都可以管理到整個網(wǎng)絡(luò)，因此每個節(jié)點都應(yīng)該有一個和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程通信的網(wǎng)管物理接口。
被管網(wǎng)絡(luò)實體的實現(xiàn)被管網(wǎng)絡(luò)實體指的是含有代理進(jìn)程(Agent)的各個無線節(jié)點。代理進(jìn)程的目的是用以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程的各種命令，使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程來實現(xiàn)對各個無線節(jié)點的監(jiān)視和控制。此外代理進(jìn)程也可以主動地和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程進(jìn)行通信。代理進(jìn)程是一個獨立軟件模塊，它運行在各個節(jié)點上，通過特定的網(wǎng)管協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程進(jìn)行通信。代理進(jìn)程要支持網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程完成各種管理功能。代理進(jìn)程需要在節(jié)點的操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。目前，考慮在節(jié)點上采用嵌入式的Linux操作系統(tǒng)，而Linux操作系統(tǒng)本身支持SNMP代理進(jìn)程，所以在節(jié)點上嵌入SNMP代理進(jìn)程來實現(xiàn)對它的管理。
網(wǎng)管協(xié)議的選擇和實現(xiàn)網(wǎng)管協(xié)議就是網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程與被管網(wǎng)絡(luò)實體上的代理進(jìn)程之間網(wǎng)管通信協(xié)議。由于考慮在節(jié)點上采用SNMP代理進(jìn)程，所以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可使用SNMP協(xié)議。SNMP是當(dāng)前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的一個非常重要的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，由于其簡單性和有效性，自制定以來得到了非常廣泛的應(yīng)用和支持，目前已經(jīng)成為管理TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的一個事實上的標(biāo)準(zhǔn)。
總之，本實施例采用嵌入式系統(tǒng)和無線收發(fā)信機為物理平臺，通過無線連接或/和無線中繼實現(xiàn)廣域組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)千以上；在保證控制設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，提高了無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能化；本系統(tǒng)的發(fā)明主要涉及三個方面的內(nèi)容，即節(jié)點硬件系統(tǒng)的設(shè)計；基于嵌入式系統(tǒng)的節(jié)點應(yīng)用軟件的開發(fā)；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計。在通信專用微處理器MPC8xx系列和LINUX操作系統(tǒng)的支持下，實現(xiàn)了各種復(fù)雜的節(jié)點數(shù)據(jù)處理功能、路由和網(wǎng)管代理功能?；贚INUX的RIP路由協(xié)議和SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的優(yōu)化實現(xiàn)，配以路由搜索和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、拓?fù)渌阉饕约爸T多網(wǎng)絡(luò)管理擴展功能等，合理地實現(xiàn)了整個無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由中心站節(jié)點和采集數(shù)據(jù)節(jié)點組成的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，所述節(jié)點由無線收發(fā)信機和系統(tǒng)處理器組成，所述無線收發(fā)信機包括天線和通信模塊；其特征在于所述系統(tǒng)處理器由提供外設(shè)接口的底板和嵌入操作系統(tǒng)的核心板構(gòu)成，所述操作系統(tǒng)包括內(nèi)核和驅(qū)動程序，所述嵌入操作系統(tǒng)的核心板包含以下功能模塊路由協(xié)議模塊——用以隨時監(jiān)聽端口，接收和發(fā)送路由數(shù)據(jù)包，并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，計算最短徑，形成路由項存儲于內(nèi)存中；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊——用以截獲需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，查找路由信息，重新構(gòu)造數(shù)據(jù)包并發(fā)送出去；數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊——用以采集數(shù)據(jù)并通過通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議代理模塊——用以進(jìn)行自動發(fā)現(xiàn)其它節(jié)點、建立連接關(guān)系的拓?fù)涔芾?；設(shè)置節(jié)點信息、實現(xiàn)對節(jié)點遠(yuǎn)程控制以及讀出、顯示節(jié)點信息的配置管理；發(fā)現(xiàn)、分析以及排除故障的故障管理；采集、處理、顯示、存儲、查詢節(jié)點的性能參數(shù)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息，對網(wǎng)絡(luò)的使用發(fā)展作出評測、估計，為網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步規(guī)劃與調(diào)整提供依據(jù)的性能管理；總體調(diào)度程序模塊——用以使上述模塊運行時數(shù)據(jù)共享、相互協(xié)調(diào)配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為分別用一個中心站進(jìn)行管理的兩個以上區(qū)域，所述中心站之間由骨干網(wǎng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于所述路由協(xié)議模塊為按以下過程工作的路由協(xié)議模塊——將與相鄰的節(jié)點信息填入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫；——利用所述節(jié)點信息中的IP地址向其它各相鄰節(jié)點發(fā)出請求完整路由信息的數(shù)據(jù)包；——進(jìn)入監(jiān)聽端口狀態(tài)；——如果沒有數(shù)據(jù)包，檢查內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中的各條路由信息的時間戳，判斷是否過期、是否刪除，如是則返回上一步，否則進(jìn)入下一步；——如果有數(shù)據(jù)包到達(dá)端口的緩存內(nèi)，則檢查該數(shù)據(jù)包的合法性——如果數(shù)據(jù)包不合法，就丟棄；——如果合法，再檢查數(shù)據(jù)庫中的時間戳，如是則返回進(jìn)入監(jiān)聽端口狀態(tài)，如否則更新路由表；——在更新完畢后將更新的項以觸發(fā)更新的方式告訴各個相鄰節(jié)點回到監(jiān)聽端口狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊為按以下過程工作的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊——在節(jié)點N周期性的采集數(shù)據(jù)，并傳送回相應(yīng)中心站；——把獲取的數(shù)據(jù)裝進(jìn)IP包，加上所述中心站的IP地址，用高層socket發(fā)送出去；——所述高層socket發(fā)一個ARP命令，節(jié)點N-1的轉(zhuǎn)發(fā)程在獲取該ARP的時候查看本機的路由表；——如果有到所述中心站的路由，節(jié)點N-1將自身MAC發(fā)給節(jié)點N，由節(jié)點N-1進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊中含有數(shù)據(jù)封裝和拆封模塊，用已對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝、利用TCP/IP進(jìn)行傳輸，對要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆封，確定其目的地信息，再重新封裝、轉(zhuǎn)發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于還包括安全管理模塊，用以管理用戶注冊、口令和安全等級，防止未經(jīng)許可的用戶登錄到網(wǎng)管系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式平臺的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，屬于通信和計算機技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)和無線收發(fā)信機為物理平臺，通過無線連接或/和無線中繼實現(xiàn)廣域組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)千以上；在保證控制設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，提高了無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能化；采用合理的路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)以及代理，使整個系統(tǒng)便于實現(xiàn)各種路由和管理功能以及各種上層應(yīng)用軟件，進(jìn)而組建應(yīng)用廣泛的無線傳輸專網(wǎng)，滿足當(dāng)今技術(shù)發(fā)展對通信行業(yè)不斷涌現(xiàn)的新需求。
文檔編號H04L12/28GK1620021SQ20031010636
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者樊祥寧, 陳健寧, 張小東, 汪靖成, 陳長根, 蔣兆國, 邢渝華, 陳聲健, 沈麟 申請人:南京中普信息技術(shù)有限公司