[发明专利]一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法

权利要求书

1.一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述煤矿井下通信用无线Mesh网络协议包括物理层、数据链路层、网络层和传输层，所述网络层的设计包括无线Mesh路由协议的路由表结构设计、无线Mesh路由协议网路建立、无线Mesh路由协议网路更新和无线Mesh路由协议网路维持；所述数据链路层包括MAC子层和防冲撞层，所述数据链路层的设计包括MAC子层设计和防冲撞层设计；

所述无线Mesh路由协议的路由表结构包括：

Destination：目的节点地址；

Next：到达目的地址的下个节点地址；

Metric：到达目的地址所需跳跃的次数；

Install Time：更新时间；

所述无线Mesh路由协议网路建立包括网络节点开始工作被邻居网络节点发现和探知邻居节点，所述被邻居网络节点发现的过程是有限次数的发送自身信息广播数据包，当邻居节点接收到广播数据包后，会进行探知邻居节点，其具体过程为：

步骤A1、更新节点数据包、添加节点数据包、节点信息广播数据包；

步骤A2、查询路由表是否有邻居节点的节点记录，当路由表中有邻居节点的节点记录时，执行步骤A3；当路由表中没有邻居节点的节点记录时，执行步骤A5；

步骤A3、判断Metric是否相同，当Metric相同时，执行步骤A7；当Metric不同时，执行步骤A4；

步骤A4、判断Metric是否小于当前值，当Metric小于当前值时，更新路由表信息并标记路由更新；当Metric不小于当前值时，将此节点的Metric标记为0xff，将此节点移除路由表并标记路由更新；

步骤A5、判断Metric是否为0xff，当Metric为0xff时，执行步骤A7；当Metric不是0xff时，执行步骤A6；

步骤A6、判断路由表是否已满，当路由表已满时，执行步骤A7；当路由表未满时，将此节点加入路由表并标记路由更新；

步骤A7、不做任何动作；

所述无线Mesh路由协议网路更新的具体过程为：

步骤B1、查找路由表内所有的邻居节点；

步骤B2、生成邻居节点表；

步骤B3、判断邻居节点是否循环查找完毕，当邻居节点循环查找完毕时，执行步骤B4；当邻居节点未循环查找完毕时，执行步骤B5；

步骤B4、结束本次无线Mesh路由协议网路更新；

步骤B5、发送路由信息表，循环发送两次；

步骤B6、当邻居节点响应成功，执行步骤B3；当邻居节点响应失败，将此邻居节点计入离线预备表。

2.按照权利要求1所述的一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述更新节点数据包、添加节点数据包、节点信息广播数据包均为无线Mesh路由数据包，所述更新节点数据包、添加节点数据包、节点信息广播数据包均包括一条或多条路由数据。

3.按照权利要求1所述的一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述无线Mesh路由协议网路维持采用与邻居节点握手确认的方式进行。

4.按照权利要求1所述的一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述MAC子层使用的接收、发送描述符结构包括描述符控制字、描述符数据长度、描述符缓冲区指针和下一个描述符指针；所述描述符控制字的数据长度为1字节，3个标志位，所述3个标志位为：

Used：可用标志，为1时表示描述符已使用；为0时表示描述符空闲；

FS：第一个描述符标志，为1时表示描述符是起始描述符，数据包有多个描述符组成；

LS：最后一个描述符标志，为1时表示描述符是结束描述符，数据包有多个描述符组成；FS与LS都为1的时表示，数据包只使用一个描述符；FS与LS都为0时表示，数据包有多个描述符组成，当前描述符为中间描述符。

5.按照权利要求1所述的一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述防冲撞层采用两个无线信道作为命令和数据传输通道，在每次需要进行数据传输时，通过命令信道与目标节点建立链接，通过数据信道传输数据。

6.按照权利要求1所述的一种煤矿井下通信用无线Mesh网络协议设计方法，其特征在于：所述防冲撞层的设计包括接收防冲撞和发送防冲撞；

所述接收防冲撞的具体过程为：

步骤C1、数据接收节点激活，处于命令通道接收状态，等待其他节点握手信号TACK；

步骤C2、数据接收节点接收到TACK后，与自身地址进行匹配，当TACK与自身地址匹配时，执行步骤C3；当TACK与自身地址不匹配时，执行步骤C1；

步骤C3、锁存与数据发送节点的连接通信地址并获取无线PHY操作权；

步骤C4、数据接收节点回复TACK确认；

步骤C5、数据接收节点转入数据通道，等待数据，并触发200ms窗口接收；

步骤C6、数据接收节点接收数据并判断数据是否有误，当数据无误时，存入MAC描述符并回复ACT，执行步骤C7；当数据有误时，回复RETRY，执行步骤C5；

步骤C7、数据接收节点解锁当前连接通信地址并释放无线PHY操作权；

步骤C8、数据接收节点数据接收结束；

所述发送防冲撞的具体过程为：

步骤D1、数据发送节点准备数据包，启动发送线程；

步骤D2、数据发送节点获取无线PHY操作权并锁存当前连接通信地址；

步骤D3、数据发送节点监听命令通道是否繁忙；

步骤D4、当命令通道繁忙时，数据发送节点不发送数据，暂停30ms～100ms后，执行步骤D3；当命令通道不繁忙时，执行步骤D5；

步骤D5、数据发送节点进入数据传输握手发起状态，发送握手信号TACK并等待数据接收节点回复；

步骤D6、数据发送节点接收到数据接收节点回复的TACK后，转入数据通道，开始发送数据；

步骤D7、数据发送节点数据发送完成后，等待数据接收节点回复；

步骤D8、当数据发送节点接收到数据接收节点回复的RETRY信号时，重新发送数据，执行步骤D7；当数据发送节点接收到数据接收节点回复的ACT信号时，解锁当前连接通信地址并释放无线PHY操作权；

步骤D9、数据发送节点数据发送结束。