專利名稱：用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法
技術領域：
本發明屬于移動無線自組網絡(MANET)技術領域，特別是涉及到用于監控系 統的無線自組網的組網與路由技術。
背景技術：
無線自組網是由一組具有路由功能的節點組成的分布式無線多跳網絡，節點還可 以通過有線信道拉入有線網如Mernet。因為自組網中節點的傳輸范圍有限，源節點 在向目的節點發送數據時，通常需要其它節點提供尋徑和中繼功能。網絡中所有節點 和節點間的無線信道構成了無線網絡的通信拓撲結構，節點位置移動所帶來的拓撲結 構變化會造成通信轉發的路徑發生變化，所以自組織和動態路由算法來適應拓撲結構 的變化，調整路由，實現任意節點間的通信。
自組網的路由設計需要綜合考慮用戶業務需求、網絡能力和狀態信息、自組網的 特點和運行環境、路由協議基本功能等諸多因素。與傳統有線網絡相比，自組網有自 己的特點，如分布式控制、動態變化的網絡拓撲結構、無線傳輸帶寬和節點能力有限、 安全性差、網絡可擴展性不強以及生存時間短等。理想的自組網路由協議應該具有分 布式算法、自適應能力、無環路、路由計算與維護控制開銷少、可擴展性等特點。
根據路由建立的方式不同，自組網路由協議可以分為主動式路由協議、按需路由 協議和混合路由協議。
主動式路由協議又稱為表驅動路由協議，網絡中的每個節點都周期性地進行路由 分組廣播，以維護一張包含到達其他所有節點的路由信息的路由表，并根據網絡拓撲 的變化隨時更新路由表，以實時準確地反映網絡的拓撲結構。主動式路由的優勢在于 目的節點的路由信息存在時，數據分組傳輸過程就可以立即開始，延時很小；劣勢在 于需要大量的路由控制報文，協議開銷較大。常用的表驅動路由協議如下DSDV、 FSR、 OLSR、 TBRPF、 LA窗AR等。
按需路由協議中，節點不需要維護及時準確的路由信息，當有數據分組傳輸需求 時才查找路由信息。按需路由協議主要分為"路由查找"和"路由維護"兩個過程。 與主動驅動路由協議相比，按需路由協議的開銷小，更適合AdHoc無線網絡。但是 數據報文傳送時延較大，不適合于實時性的應用。常用的按需路由協議如下AODV、
DSR、 TORA、 ABR、 MSR等。
混合型路由協議是對主動式路由協議和按需路由協議的綜合。這種路由協議在小 范圍局部區域內采用主動式路由協議，而在區域外節點的路由查找則采用按需路由協 議。這樣就避免了主動式路由協議中控制開銷過大問題和按需路由協議中的長時延問 題，常見的層次路由協議包括ZRP、 CEDAR、 SRL等。
在具體的應用中，自組網路由協議設計需要考慮用戶需求、網絡能力、自組網特 點和運行環境等多種因素，沒有一種協議能夠適應所有應用需要，針對不同的實際應 用需設計采用相適應的協議。
發明內容
本發明的任務是提供一種用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法。采用本 發明的方法，可以在無線多跳網絡環境中為移動節點通信提供快速的路由建立和動態 維護的路由協議，并同時融合傳輸監控數據，使得監控中心能方便的通過無線網絡采 集數據，下達監控命令。
為方便描述本發明方案，首先相關術語定義如下
樹形路由采用本發明的方法，通過上下級關系，無線自組網絡節點間形成的一 種樹形邏輯拓撲結構，如圖l所示，在樹形結構上可以方便的實現路由選擇和通信；
根節點單個樹形路由的最高級節點，只有下級節點，沒有上級節點，所有根節 點組成更高一級通信網絡(有線或無線)；
聯網節點己經加入到樹形路由的節點；
孤立節點未加入到樹形路由的節點；
鄰居節點在節點通信半徑內，能在鏈路動直接通信所有其它節點； 直接上級節點能直接通信的上級節點，每個聯網節點只有一個直接上級節點； 直接下級節點能直接通信的下級節點，每個聯網節點可以有若干個直接下級節
點；
間接下級節點不能直接通信的下級節點； 跳數數據包到達根節點所需要轉發的次數； 上行路徑由下級節點指向上級節點的鏈路； 下行路徑由上級節點指向下級節點的鏈路。 為實際上述任務，本發明采用下述技術方案-
一種用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法，包括樹形路由的建立、動態
維護過程和維護融合傳輸監控數據，其特征在于
(1)樹形路由的建立節點通過握手和更新機制建立多個樹形路由結構，其樹形 路由的建立的步驟
Sl-l初始化對所有節點進行編碼，要求每個節點擁有一個獨立標示ID，根節 點可能手動指定或自動選擇，但根節點必須能夠接入有線網絡或具有另一個頻點，所 有的根節點組成更高一級通信網絡，根節點是第一批聯網節點，其跳數設為0;
Sl-2聯網節點周期性地廣播HELLO報文，報文包含自己的節點標示ID和跳數， 孤立節點A要加入網絡，首先偵聽一段時間，選擇跳數較少的鄰居節點B,跳數為N， 向其發送路由請求RREQ;
Sl-3 A等待回復RREP,若在給定的時間內沒有收到回復RREP，鄰居表中將節 點B做單向標記，并向其它跳數較少鄰居節點發送請求RREQ,若所有鄰居都己經發 過請求RREQ，繼續偵聽網絡；
Sl-4若收到回復RREP，將該鄰居節點B設為自己的上級節點，節點A成為聯 網節點，跳數為N+l ，開始周期性地廣播HELLO報文，并回復節點B路由應答RACK;
Sl-5上級節點B收到應答RACK，將節點A設為自己的直接下級節點，加入路 由表；
Sl-6如果節點B不是根節點，則要向自己的上級節點C發路由更新RUPD，節 點C收到下級發送的路由更新RUPD，將節點A設為自己的間接下級節點，將其下 一跳節點設為節點B;
Sl-7如果節點C不是根節點，重復Sl-6，直到更新RUPD到達根節點；
51- 8重復Sl-2~ Sl-7直到所有能收到HELLO報文并能與之雙向通信的孤立節 點都加入到網絡中。
通過以上的加入過程，最終形成多個樹形通信拓撲結構，除了根節點，每個節點 都有一個直接上級節點和若千個或沒有直接非直接下級節點；
(2)樹形路由的動態維護過程它包括與直接上級節點連通性檢測、下級節點過 期檢測、切換上級節點，分別采用下面的步驟實現
①與上級節點的連通性檢測采用以下步驟
52- l所有聯網節點周期性地廣播HELLO報文，節點B收到節點A的HELLO 報文，檢査路由表，如果是自己的直接下級，回復HELLO-ACK報文；
S2-2節點A檢測收到直接上級節點B的HELLO-ACK報文，如果在規定的時間
內沒有收到，則認為與直接上級節點失去聯系，轉S4-2;
② 下級節點過期檢測采用以下步驟
S3-l節點B檢測收到直接下級節點A的HELLO報文，如果在規定的時間內沒 有收到，認為與直接下級節點失去聯系，刪除本節點路由表中節點A項以及A作為 下一跳節點的所有非直接下級節點項，如果節點B不是要節點，向自己的直接上級 節點C發送RDEL報文，報告要刪除的路由；
S3-2節點C到直接下級節點B的RDEL報文，刪除路由表中相應節點；
53- 3如果節點C不是根節點，重復S3-2，直到RDEL到達根節點；
③ 切換上級節點采用以下步驟
54- l節點A檢測到與直接上級節點B失去聯系，或者鄰居節點中有節點比直接 上級節點B跳數更少，則節點A切換真接上級節點；
S4-2節點A發報文通知自己的所有下級節點進入安靜狀態，在該狀態下節點不 再發送廣播HELLO報文，響應路由請求；
S4-3延時給定時間后，向選定的上級節點B發送路由請求RREQ，以下步驟基 本同Sl-3 S1-7,所不同的是路由更新報文中不僅包含節點A還包括節點A的所有 下級節點；
S4-4如果在一定時間內節點A沒有成功找到直接上級節點，則節點A的所有下 級節點成為孤立節點，重新加入網絡。
(3)路由維護融合傳輸監控數據:包括節點監控數據融合上傳和自動調整HELLO
報文發送時間
① 節點監控數據融合上傳末端節點A在廣播HELLO報文時，報文中還包括 本節點需要實時監控的數據，其直接上級節點B收到A的HELLO報文后，記錄下 該監控數據，并將其與本節點監控數據和收到的其它下級節點數據進行融合處理，而 節點B發送的HELLO報文包含了這些融合后的數據，這樣逐級處理上傳，直到數據 到達根節點，根節點再通過上層網絡送到監控中心；
② 自動調整HELLO報文發送時間所有節點發送HELLO報文的時間間隔均為 N， N為較大數，節點收到直接上級節點的HELLO報文后，將自己下次發送HELLO 報文的時間設為N-1。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點 1)是一種半分布式路由算法，每個聯網節點只知道到自己下級節點的路由，到未知節點的路由則由上級節點解決。
2) 具有一定自適應能力，能夠適應變化的網絡拓撲結構，通過切換上級節點方 式進行樹形路由的調整和優化。
3) 可避免路由環路，網絡通過樹形拓撲構成一個連通域，任意聯網節點都可以 找到唯一的一條到達其它節點的路徑，盡管節點只知道部分路由，數據轉發時也不會 形成路由環路。
4) 路由算法開銷較少，在網絡建立時，只需要和直接上級節點通過握手機制加 入網絡，網絡建立后，只需要通過廣播路由維護HELLO包和應答包HELLO-ACK來 維護，不需要采用全網絡范圍洪泛方式。
5) 具有一定可擴展性，通過采用兩級網絡結構，可應用于較大規模網絡。
6) 適用于各種無線監控系統，可利用路由維護數據包傳輸需實時監控的數據， 在中間樹節點進行數據融合運算，并通過最短路徑向中心監控節點傳輸。
綜上所述，本發明提供了一種適用于監控系統的無線自組網路由方法，它包括路 由的生成過程、路由的動態維護和基于路由算法的監控數據融合傳輸。與傳統的無線 自組網路由算法相比，本方法效率較高，易于實現，構成的網絡穩定可靠。路由的建 立和維護僅在一跳范圍進行，路由算法開銷少，易于維護，由于它屬于主動式路由， 數據傳輸時延小，結合樹形路由的特點和路由維護包，還可以融合傳輸實時監控數據。 本方法適用于中等規模(數百個節點)、網絡負荷較重、節點可移動的無線監控網絡。
附圖1為通過上下級關系，無線自組網絡節點間形成的一種樹形邏輯拓撲結構。 附圖2為節點成為聯網節點及聯網節點響應路由請求的流程圖。 附圖3為節點維護流程圖，包括上級節點連通性檢測、下級節點過期檢測、上級
節點切換。
附圖4為上級節點切換示意圖。
附圖5為用于路由建立和維護的各種數據包結構。
具體實施例方式
本發明的一個優選實施例結合附圖詳述如下
在用于監控系統的無線自組網中，節點可采用本發明的路由方法。將要監控的區 域按面積或位置劃分成若干個小區，每個小區放置2個根節點(互為備用)，根節點 間通過有線或無線方式組網，接入后臺監控主機。通過本路由方法，形成以根節點為
中心的多個樹形路由，在實際應用中， 一般將很少移動的節點作為根節點，而對于個 別移動特別頻繁的節點，為防止路由結構的頻繁變化，可只將其作為末端節點(不響 應其它節點的路由請求)。要監控的數據通過節點采集后，通過路由維護數據包，定 時通過樹形網絡融合上傳到根節點，再由根節點傳到監控主機，監控主機要發布的監 控命令也可以通過網絡迅速到達指定節點。與現有無線監控網絡相比，該方式配置靈 活，易于維護，更適合復雜的網絡應用環境。
本用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法的具體操作步驟如下 (1)樹形路由的建立節點通過握手和更新機制建立多個樹形路由結構，其樹形 路由的建立的步驟
Sl-l初始化對所有節點進行編碼，要求每個節點擁有一個獨立標示ID，根節 點可能手動指定或自動選擇，但根節點必須能夠接入有線網絡或具有另一個頻點，所 有的根節點組成更高一級通信網絡，根節點是第一批聯網節點，其跳數設為0;
Sl-2聯網節點周期性地廣播HELLO報文，報文包含自己的節點標示ID和跳數， 孤立節點A要加入網絡，首先偵聽一段時間，選擇跳數較少的鄰居節點B，跳數為N， 向其發送路由請求RREQ;
Sl-3 A等待回復RREP，若在給定的時間內沒有收到回復RREP，鄰居表中將節 點B做單向標記，并向其它跳數較少鄰居節點發送請求RREQ，若所有鄰居都已經發 過請求RREQ，繼續偵聽網絡；
Sl-4若收到回復RREP，將該鄰居節點B設為自己的上級節點，節點A成為聯 網節點，跳數為N+l，開始周期性地廣播HELLO報文，并回復節點B路由應答RACK;
Sl-5上級節點B收到應答RACK，將節點A設為自己的直接下級節點，加入路 由表；
Sl-6如果節點B不是根節點，則要向自己的上級節點C發路由更新RUPD，節 點C收到下級發送的路由更新RUPD，將節點A設為自己的間接下級節點，將其下 一跳節點設為節點B;
Sl-7如果節點C不是根節點，重復Sl-6，直到更新RUPD到達根節點； Sl-8重復Sl-2 Sl-7直到所有能收到HELLO報文并能與之雙向通信的孤立節 點都加入到網絡中。
如圖2所示，(a)圖表示節點加入網絡的流程，而(b)圖給出上級節點響應路 由請求的過程。通過以上的加入過程，最終形成多個樹形通信拓撲結構，除了根節點，
每個節點都有一個直接上級節點和若干個(或沒有)直接非直接下級節點。
例如，在圖1中，設定節點1、 8、 14為根節點，對于根節點1，節點2、 3、 4 首先加入網絡，成為跳數為l的聯網節點，它們的直接上級節點為節點1。然后節點 5、 6將節點3作為直接上級節點，節點7將節點4作為直接上級節點，加入網絡， 形成樹形路由結構。同樣，根節點8、 14周圍也形成類似的樹形路由。而所有根節點 通過有線或無線方式形成更高一級網絡。
當源節點要發送數據包通過中繼節點到目的節點時，對于源節點，首先查找路由 表，如果有該目的節點記錄，則發送給相應直接下級節點，標記為下行，如果沒有該 目的節點記錄，則發送給自己的直接上級節點，標記為上行；對于中繼節點，首先查 看包中上下行標記，如果為上行，則包處理同源節點，如果為下行且路由表中有目的 節點項，則轉發給相應直接下級節點，否則為路由出錯，作丟包處理。如果根節點在 路由表沒有該項，則交給上級網絡處理。
由于自組織網絡的節點的移動及功率變化等因素，會引起網絡通信拓撲變化，所 以樹形路由需要動態維護。
(2)樹形路由的動態維護過程包括與直接上級節點連通性檢測、下級節點過期 檢測、切換上級節點；
① 為保證正常通信，聯網節點需定時檢測與直接上級節點的雙向連接，如果發 現與直接上級節點失去聯系，則需要切換直接上級節點，重新聯網。如圖3 (a)所 示，與直接上級節點的連通性檢測采用以下步驟
S2-l所有聯網節點周期性地廣播HELLO報文，節點B收到節點A的HELLO 報文，檢查路由表，如果是自己的直接下級，回復HELLO-ACK報文；
52- 2節點A檢測收到直接上級節點B的HELLO-ACK報文，如果在規定的時間 內沒有收到，則認為與直接上級節點失去聯系，轉S4-2。
② 同樣，聯網節點還要檢測與直接下級節點的連接，如果在給定時間內沒有收 到下級節點發送的廣播報文，則認為該直接下級節點失效，則在路由表中刪除與該直 接下級節點相關項，并向上級節點報告處理。圖3 (b)給出了直接下級節點過期檢 測的過程，采用以下步驟
53- l節點B檢測收到直接下級節點A的HELLO報文，如果在規定的時間內沒 有收到，認為與直接下級節點失去聯系，刪除本節點路由表中節點A項以及A作為 下一跳節點的所有非直接下級節點項，如果節點B不是要節點，向自己的直接上級
節點C發送RDEL報文，報告要刪除的路由；
S3-2節點C到直接下級節點B的RDEL報文，刪除路由表中相應節點；
53- 3如果節點C不是根節點，重復S3-2，直到RDEL到達根節點。
(D為適應網絡拓撲變化，優化網絡路由，聯網節點要根據情況適吋切換直接上 級節點。見圖3 (c)，切換上級節點采用以下步驟
54- l節點A檢測到與直接上級節點B失去聯系，或者鄰居節點中有節點比直接 上級節點B跳數更少，則節點A切換真接上級節點；
S4-2節點A發報文RSIL通知自己的所有下級節點進入安靜狀態，在該狀態下 節點不再發送廣播HELLO報文，響應路由請求；
S4-3延時給定時間后，向選定的上級節點B發送路由請求RREQ，以下步驟大 致同Sl-3 Sl-7，所不同的是路由更新報文中不僅包含節點A還包括節點A的所有 下級節點；
S4-4如果在一定時間內節點A沒有成功找到直接上級節點，則節點A的所有下 級節點成為孤立節點，重新加入網絡。
圖4給出樹形路由切換的示例，節點17移動到根節點8的通信范圍內，發現節 點8的跳數為0,而本節點的直接上級節點16的跳數為1，觸發路由切換，將直接上 級節點切換為8;節點10移動到其直接上級節點的通信范圍外，通過檢測收到的 HELLO-ACK報文，發現與直接上級節點失去聯系，將直接上級節點切換為節點11 ， 這時節點13不受影響，仍為其下級節點。
通過樹形的動態維護，可以適應網絡由于節點移動、功率變化、關機等因素引起 的網絡變化，適時優化網絡路由結構，在維護的過程中， 一般只影響到局部相關節點， 不會出現劇烈的路由拓撲變化。
(3)無線自組組織網絡采用樹形路由適用于各種監控系統，這里大部分數據通信 發生在監控中心節點和其它聯網節點之間，所設計的樹形路由基本上是最短路徑。在 監控系統中，節點經常有大量實時監控數據上傳至監控中心節點，通過本發明的方法， 可利用路由維護數據包，融合傳輸監控數據，包括節點監控數據融合上傳和自動調整 HELLO報文發送時間。
①節點監控數據融合上傳末端節點A在廣播HELLO報文時，報文中還包括 本節點需要實時監控的數據，其直接上級節點B收到A的HELLO報文后，記錄下 該監控數據，并將其與本節點監控數據和收到的其它下級節點數據進行融合處理，而 節點B發送的HELLO報文包含了這些融合后的數據，這樣逐級處理上傳，直到數據 到達根節點，根節點再通過上層網絡送到監控中心。
②自動調整HELLO報文發送時間所有節點的時間間隔均為N (N為較大數)， 節點收到直接上級節點的HELLO報文后，將自己下次發送HELLO報文的時間設為 N-l。這樣在每輪發送HELLO報文時，下級節點發送HELLO報文的時間要稍早于其 直接上級節點，監控數據可快速從下級傳送到根節點。
通過以上路由生成、路由動態維護和基于路由算法的監控數據融合傳輸三個過 程，構成了適用于監控系統的無線自組網路由方法。它是一種主動式路由，適合用于 網絡負載較重的監控網絡，同時又能夠適應網絡拓撲的變化。
權利要求
1、一種用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法，包括樹形路由的建立、動態維護過程和維護融合傳輸監控數據，其特征在于a.樹形路由的建立節點通過握手和更新機制建立多個樹形路由結構，其樹形路由的建立的步驟S1-1初始化對所有節點進行編碼，要求每個節點擁有一個獨立標示ID，根節點可能手動指定或自動選擇，但根節點必須能夠接入有線網絡或具有另一個頻點，所有的根節點組成更高一級通信網絡，根節點是第一批聯網節點，其跳數設為0；S1-2聯網節點周期性地廣播HELLO報文，報文包含自己的節點標示ID和跳數，孤立節點A要加入網絡，首先偵聽一段時間，選擇跳數較少的鄰居節點B，跳數為N，向其發送路由請求RREQ；S1-3A等待回復RREP，若在給定的時間內沒有收到回復RREP，鄰居表中將節點B做單向標記，并向其它跳數較少鄰居節點發送請求RREQ，若所有鄰居都已經發過請求RREQ，繼續偵聽網絡；S1-4若收到回復RREP，將該鄰居節點B設為自己的上級節點，節點A成為聯網節點，跳數為N+1，開始周期性地廣播HELLO報文，并回復節點B路由應答RACK；S1-5上級節點B收到應答RACK，將節點A設為自己的直接下級節點，加入路由表；S1-6如果節點B不是根節點，則要向自己的上級節點C發路由更新RUPD，節點C收到下級發送的路由更新RUPD，將節點A設為自己的間接下級節點，將其下一跳節點設為節點B；S1-7如果節點C不是根節點，重復S1-6，直到更新RUPD到達根節點；S1-8重復S1-2～S1-7直到所有能收到HELLO報文并能與之雙向通信的孤立節點都加入到網絡中。通過以上的加入過程，最終形成多個樹形通信拓撲結構，除了根節點，每個節點都有一個直接上級節點和若干個或沒有直接非直接下級節點；b.樹形路由的動態維護過程它包括與直接上級節點連通性檢測、下級節點過期檢測、切換上級節點，分別采用下面的步驟實現①與上級節點的連通性檢測采用以下步驟S2-1所有聯網節點周期性地廣播HELLO報文，節點B收到節點A的HELLO報文，檢查路由表，如果是自己的直接下級，回復HELLO-ACK報文；S2-2節點A檢測收到直接上級節點B的HELLO-ACK報文，如果在規定的時間內沒有收到，則認為與直接上級節點失去聯系，轉S4-2；②下級節點過期檢測采用以下步驟S3-1節點B檢測收到直接下級節點A的HELLO報文，如果在規定的時間內沒有收到，認為與直接下級節點失去聯系，刪除本節點路由表中節點A項以及A作為下一跳節點的所有非直接下級節點項，如果節點B不是要節點，向自己的直接上級節點C發送RDEL報文，報告要刪除的路由；S3-2節點C到直接下級節點B的RDEL報文，刪除路由表中相應節點；S3-3如果節點C不是根節點，重復S3-2，直到RDEL到達根節點；③切換上級節點采用以下步驟S4-1節點A檢測到與直接上級節點B失去聯系，或者鄰居節點中有節點比直接上級節點B跳數更少，則節點A切換真接上級節點；S4-2節點A發報文通知自己的所有下級節點進入安靜狀態，在該狀態下節點不再發送廣播HELLO報文，響應路由請求；S4-3延時給定時間后，向選定的上級節點B發送路由請求RREQ，以下步驟基本同S1-3～S1-7，所不同的是路由更新報文中不僅包含節點A還包括節點A的所有下級節點；S4-4如果在一定時間內節點A沒有成功找到直接上級節點，則節點A的所有下級節點成為孤立節點，重新加入網絡。c.路由維護融合傳輸監控數據包括節點監控數據融合上傳和自動調整HELLO報文發送時間①節點監控數據融合上傳末端節點A在廣播HELLO報文時，報文中還包括本節點需要實時監控的數據，其直接上級節點B收到A的HELLO報文后，記錄下該監控數據，并將其與本節點監控數據和收到的其它下級節點數據進行融合處理，而節點B發送的HELLO報文包含了這些融合后的數據，這樣逐級處理上傳，直到數據到達根節點，根節點再通過上層網絡送到監控中心；②自動調整HELLO報文發送時間所有節點發送HELLO報文的時間間隔均為N，N為較大數，節點收到直接上級節點的HELLO報文后，將自己下次發送HELLO報文的時間設為N-1。
全文摘要
本發明涉及一種適用于監控系統的無線自組網形成樹形路由方法。它包括路由的生成過程、路由的動態維護和基于路由算法的監控數據融合傳輸。網絡內節點選擇跳數較小鄰居節點的節點發送路由建立請求，通過握手機制建立上下級路由關系，從而整個網絡形成多個樹形路由結構；通過連通性檢測、過期檢測、切換上級節點方式，實現路由的動態維護，適應節點的移動、功率變化等因素引起的網絡通信拓撲的變化；利用樹形的網絡結構，節點可以在路由維護的同時，融合傳輸需要適時監控數據。本發明的方法通信開銷較少，傳輸時延小，構成的網絡穩定可靠。
文檔編號H04L12/56GK101179499SQ20071017203
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者張雪凡, 施惠昌, 田金鵬 申請人:上海大學