1、前言
在《WiMinet 评说 1.2：多跳无线网络的现状》一文中，咱们提到：在室外长距离的无线自组织网络中，因为节点之间的链路损耗较大，其链路估算绝对有余，其包误码率 PER 会相应升高，也就是丢包概率 p 会比拟大；而在一个大规模网络中，某些分支节点的通信链路又会比拟深，也就是网络跳数 n 比拟大，在这种状况下其通信成功率 Pn 天然也就显著降落了，人们的切身感受就是这个链路不太稳固。
此时人们的第一反馈天然是上 TCP 算法，在发送节点启用 TCP Client 算法，在接收点启用 TCP Server 算法，实现端到端的管制，这样不就能够解决多跳无线通讯网络的可靠性了么？咱们明天就来深刻讨论一下这个问题。
2、多跳网络
很显然在一个实在的无线通讯零碎中，每一个节点都是具备双向收发能力的，然而为了更加清晰的形容数据流向，咱们将原始数据的收回者定义为发射机，将指标数据的接受者定义为接收机；如下图所示，咱们定义右边红色的“铁塔”为发射机，左边蓝色的“锅盖”为接收机。
在一个较大规模的无线通讯网络中，中继通常有两种存在模式，一种是独立的中继器，通常其硬件配置较高，性能也比拟强劲，并装置有多根天线；另外一种是一般的数据节点自身承当数据转发的性能，这种节点老本较低，通常仅仅配置一根天线。无论其硬件配置和工作原理如何，它们都能够承当数据转发的性能，为了更加直观的形容中继的工作机制，咱们以双天线的中继器为例。
在少数状况下，负责参数通信的还有内部的用户零碎，比方连贯数据库的上位机应用程序和连贯现场工业传感器的嵌入式设施；通常负责发动数据申请的是上位机应用程序，二者以 RJ45 以太网线或者 RS232 电缆连贯。
负责采集数据并回传的是嵌入式设施，二者以 RS232 电缆，TTL 电平的串口或者 GPIO 端口间接相连。
3、业务流程与运作机制
依照咱们之前的约定，咱们选定网络中一个具备 6 跳的（5 个中继）分支链路，在该链路上一个规范的通信业务流程通常如下：
(1) 上位机系统发动数据申请
(2) 数据申请通过有线电缆传递给发射机
(3) 发射机将数据发送给 1 号中继
(4) 数据顺次在中继 1→2→3→4→5 之间传递，最初达到接收机
(5) 接收机将数据通过有线电缆传递给嵌入式零碎
(6) 嵌入式零碎采集数据
留神到，这里仅仅是数据的上行申请过程，在嵌入式零碎实现了数据的采集之后，就会将其作为应答回传给上位机系统，其上行通信流程刚好和上行传输齐全相同：
(1) 嵌入式零碎送出采集到的数据
(2) 数据应答通过有线电缆传送给接收机
(3) 接收机将数据发送给 5 号中继
(4) 数据顺次在中继 5→4→3→2→1 之间传递，最初达到发射机
(5) 发射机将数据通过有线电缆传递给上位机系统
(6) 上位机系统实现数据的存储，计算和显示
4、UDP 多跳传输模型
咱们都晓得，有线通信因为在关闭的通道中运行，其错误率通常在 10-9~10-12，可靠性是十分高的，咱们根本不必思考丢包的问题。这里为了叙述不便，咱们将上位机应用程序的性能合并到发射机中去，将连贯工业传感器的嵌入式设施的性能合并到接收机中去，这样简化之后的模型就是下图。
在该模型中，每一个角色的根本工作原理如下：
(1) 发射机：产生数据申请，发送给中继 1，而后转入接管状态，期待来自指标节点（接收机）的应答数据；如果在指定的工夫之内收到了应答数据则代表通信胜利；如果没有则从新发送申请并减少计数器；当计数器达到某个限定数值则认定通信失败。
(2) 接收机：平时处于接管期待状态，一旦从中继 5 接管到了来自发射机的申请数据，则立即生成应答数据，并交给中继 5。
(3) 中继器：依照报文约定的指定的传输方向，复制报文并以从新发送给下一个接管节点，包含中继，发射机和接收机。
上图是丢包概率 p = 10% 的时候的一种成果模仿图。这里设定了 5 次数据重传，从该图咱们看进去每一次的通信丢包状况都不同：
(1) 新数据申请，在发射机到中继 1 的上行链路上就失落了
(2) 第 1 次重传，在中继 2 到中继 3 的上行链路上失落了
(3) 第 2 次重传，上行链路各跳全副胜利，接收机正确的收到了数据，并生成了应答，然而应答数据在中继 5→中继 4 的上行链路上失落了
(4) 第 3 次重传，在中继 3 到中继 4 的上行链路上失落了
(5) 第 4 次重传，上行链路各跳全副胜利，接收机正确的收到了数据，并生成了应答，然而应答数据在中继 2→中继 1 的上行链路上失落了
(6) 第 5 次重传，在在中继 5 到接收机的上行链路上失落了
(7) 重传计数器达到极限，应用程序断定以后链路不稳固，通信失败！
5、总结
当然有的读者心里会想，这个成果模仿图太过于极其，上述流程中有好几次差一点就通信胜利了呢，就差一口气！如果咱们加大尝试的次数，说不定就胜利了呢?
事实上在大多数状况下，加大尝试次数，通信成功率确实会有肯定的改善，但无奈从根本上打消问题。思考到有线链路的和无线多跳的通信提早，再叠加上指标设施的数据采集行为，上行或者上行链路的传输工夫可能高达数百毫秒。
在实在的环境中，还要思考到各种零碎提早和期待操作，比方 Windows，Linux 等支流桌面操作系统的调度提早，各级无线节点的单片机提早，这个工夫往往还须要进一步加大，最终这个总的工夫往往高达数秒甚至几十秒，在一个有几百个节点的数据采集零碎中，零碎整体扫描一遍，耗时将会比拟长了。
从上述剖析能够看出，端到端的重传机制在跳数较深的无线自组织网络中难以保障足够的可靠性，即使就义延时，加大重传次数，成果也不会有根本性的改善。那么问题来了！咱们要怎么做才能够获得理想的可靠性与实时性呢？敬请关注后续系列文章的深刻解读。