[发明专利]一种多线程跨层式信息处理平台架构及信息处理方法

说明书

本发明公开了一种多线程跨层式信息处理平台架构及信息处理方法。现有的网络节点内的数据包处理机制遵循严格分层的协议栈架构，数据通过严格的协议层间接口进行传输，增加了开发过程中协议层之间耦合性，并掩盖了跨层设计优势。本发明提出的平台架构，各协议层实例被组织成为相互独立的进程，并通过统一的套接字接口连接到一个核心处理模块，以此提供灵活性、安全性。本发明中的多线程机制允许每一个协议层同时运行多个协议模块实例，将每个协议层看做一个具有特定功能性的协议池，大幅增加平台架构的功能性和可扩展性。不同传统分层设计中协议层只能与其相邻层交互，本发明允许一个协议层与其他层进行直接通信，以此增加协议层之间的跨层增益。

技术领域

本发明属于水声通信网络技术领域，具体是水声通信网络节点内协议栈数据信息处理领域，涉及一种多线程跨层式信息处理平台架构及信息处理方法。

背景技术

水声通信网络近年来是一个热门的研究领域，对很多水下应用的开发有着及其重大的影响，比如海洋环境的检测、海洋石油开采的远程控制、水下二氧化碳的安全存储以及预测海底地震及海底火山喷发等等。

相比于陆地无线通信网络，水声通信网络有自己的特殊性，比如有限的带宽、比较恶劣的传输环境、较大的传输时延以及较高的误码率等等。另一方面，水声通信网络开发面临的另外一个重大的挑战是，研发人员想要部署基于水下环境的海洋应用，或者在真实的水下场景做相关实验是一件非常耗费人力物力的事情，故开发并设计一个良好的仿真和实验平台对于开发水声通信网络是一件十分有意义的工作。平台的设计应该同时考虑软硬件的成本效益、是否支持仿真工具、协议框架设计和传感器特性等等。通过利用合适的平台进行仿真或实验，研究人员可以降低实验验证的成本，方便调试和测试自己开发的水下通信协议，同时缩短协议开发的周期。

尽管开发一个试验平台是一件及其复杂和困难的事情，但是由于强大的市场和应用需求，近年来已经有很多研究者开发出了许多优秀的水声通信网络的仿真实验平台，它们都具有各自不同的特点，可以迎合不同的应用实验需求。其中最具有代表性的为意大利罗马大学水声网络研究实验室开发的SUNSET平台、美国康涅狄格大学水下通信网络实验室开发的Sealinx平台以及新加坡国立大学声学研究实验室开发的UnetStack平台。

SUNSET是基于网络仿真工具NS2和NS2-Miracle所开发的一个开源的水下试验平台。SUNSET支持三种工作模式：软件仿真模式、硬件仿真模式和实测模式。通过对代码的复用，SUNSET能够在三种工作模式当中进行无缝转换而不需重新设计代码。但是，SUNSET从NS2继承而来的基于事件驱动的模式以及它只能支持单线程的实时调度的特点，使得其很难保证所有事件发生的同步性和事件处理的实时性。Sealinx是一个运行于实时系统的仿真工具，其事件调度机制依赖于底层的操作系统，故Sealinx的代码块能够从仿真模式直接转换到实测模式而不需要修改任何代码；并且Sealinx支持多进程多线程的工作模式，使得其具有更高的时间准确性，能满足更高的实时性要求，适合于对时间敏感的协议设计。但Sealinx的缺点是由于其依赖于其底层操作系统的实时调度，可能导致其工作效率低下。UnetStack是一种基于软件代理机制的以服务为导向的平台架构，能够在仿真和实测阶段灵活地实现跨层设计。UnetStack中存在JVM组件，使得在仿真阶段已经编译好的二进制代码能够直接与编译好的调制解调器模块连接并用于实测阶段，具有较高的代码复用率。UnetStack的缺点在于其是基于JAVA平台开发，需要包含JVM组件，内存消耗较大，执行速度较低。

在前人研究的基础上，本发明公开了一种多线程跨层式信息处理平台架构及信息处理方法。在所述的平台架构中各协议层实例被组织成为相互独立的进程，并通过统一的套接字接口连接到一个核心处理模块，以此提供灵活性、安全性。本发明中的多线程机制允许每一个协议层同时运行多个协议模块实例，将每个协议层看做为一个具有特定功能性的协议池，大幅增加平台架构的功能性和可扩展性。不同于传统分层设计中协议层只能与其相邻层进行交互，本发明提供一个良好的跨层设计平台，允许一个协议层与其他层进行直接通信，以此增加协议层之间的跨层增益。