CN101635965A - 一种Ad Hoc电台网络中多优先级话音接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，其主要特点是将信道按时间进行分割，每一个时帧划分为管理时隙、话音时隙和数据时隙，话音业务仅在话音时隙发送。话音时隙不进行预先分配，由所有节点竞争使用，并结合在管理时隙发送的话音强插命令、在数据时隙发送的话音强插公告和话音时隙状态公告，实现多优先级话音业务。能够有效地区分电台网内多种优先级的话音业务，同时解决了发送话音时可能出现的隐终端问题和网络拓扑快速变化导致的接入状态更新问题，有效地避免了多个用户在话音时隙发生碰撞，提高了话音接入的成功率和稳定性。

Description

一种Ad Hoc电台网络中多优先级话音接入方法

技术领域

本发明涉及无线网络接入领域，特别是在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法。

背景技术

Ad hoc网络是一种无线、多跳的自组织网络。网络中的节点借助于其他节点的转发，可实现与信号覆盖范围外的节点的通信。网络拓扑结构有可能为全通网、链状网、复杂网等多种拓扑结构，而且由于节点的可移动性，节点可随时的加入或退出网络，网络拓扑结构变化频繁。

Ad Hoc电台网络的实际应用中，话音业务是非常重要的业务。与一般Ad Hoc网络相比，Ad Hoc电台网络的话音业务有三个特点：实时性要求高，可靠性要求高，采用半双工通播方式。实时性要求高，因此话音和数据业务需要分开传输，占用不同的时隙。可靠性要求高，因此要求避免话音业务的碰撞。采用半双工通播方式，因此一个节点进行话音呼叫时，其两跳范围内的节点都只能接收话音而无法发送话音，其它节点必须能够通过某种机制要求其停止话音发送，才能保证高优先级的话音业务能及时发送。与数字对讲系统相比，Ad Hoc电台网络的话音业务有两个特点：多跳拓扑，拓扑结构可能快速变化。多跳拓扑指网内各节点不一定处于全连通状态，可能出现隐终端问题。拓扑结构的变化指网内各节点不断运动的过程中，可能导致节点间的拓扑距离发生变化，例如由两跳变为三跳。

要在Ad Hoc电台网络实现可靠稳定的多优先级话音业务，必须解决三个问题：隐终端问题，拓扑变化导致的接入状态更新问题以及话音时隙抢占问题。

隐终端问题是指在多跳Ad Hoc网络内，某节点A在向另一节点B发送话音或数据的过程中，距离其两跳距离的另一个节点C，由于无法通过载波侦听获知A节点在发送话音或数据，因此也在此时发送话音或数据，导致话音或数据在B点碰撞。对于实时性不强的数据业务，可以通过预先分配时隙的TDMA接入解决此问题。对于高实时的话音业务，必须采用其它机制解决。

拓扑变化导致的接入状态更新问题是指Ad Hoc网络内由于节点的运动，导致拓扑结构发生变化，例如一个距离发话音节点两跳以外的节点运动到两跳以内，就要及时通知其当前话音时隙使用情况，避免出现与其它电台同时抢占话音时隙。

话音时隙抢占问题是指在低优先级电台先占用话音时隙的情况下，高优先级电台无法使用话音时隙。解决话音信道抢占问题，必须实现多优先级话音强插功能。话音强插是高优先级电台通过反馈信道要求低优先级电台停止话音发送，从而让出话音时隙的一种功能。由于电台间的话音通信使用半双工通信方式，电台只能处于收话音或发话音状态，必须有话音强插功能才能避免低优先级的话音业务长期占用信道，从而保证高优先级的话音业务能够及时抢占信道。多优先级的设置，能够更好地满足多种场合的需求。例如，对于多级领导同处一个电台网，或者正副职领导同处一个电台网的情况，通过设置不同的优先级，可以更好的区分网内的话音业务。

当前的Ad Hoc电台网络中，以上三个问题都未能解决，因而会出现话音碰撞从而导致话音中断，以及低优先级业务长时间占用信道的情况。综上所述，迫切需要一种在分布式Ad Hoc电台网络中实现无碰撞地占用话音时隙的方法，在保证话音业务稳定、可靠传输的同时，让高优先级话音业务能迅速抢占话音时隙。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单快捷的在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，包括以下步骤：

(1)设定各电台的话音通信优先级，将数据时隙平均分配给各节点，然后进行同步组网，建立Ad Hoc网络。如未事先设定优先级，默认主台为最高优先级，其它电台为一般优先级。各电台节点采用时分多址接入(TDMA)方式，各信道被划分为一个个等长的时帧，每一个时帧划分为三种时隙：管理时隙、话音时隙、数据时隙，其中管理时隙传输同步信息和管理信息；话音时隙传输话音数据采用2400bps melp(混合激励线性预测)声码话编码算法，且所述话音时隙不进行预先分配，由所有节点竞争使用；数据时隙传输除话音数据外的其他数据，所述的其他数据分为优先数据和普通数据两种类型，各节点将优先发送和转发优先数据。

(2)各电台节点分别独立维护一个通话链路表，其记录内容包括发送方地址、话音优先级信息、记录类型以及记录更新时间。当电台请求通话时，先查看通话链路表。如通话链路表中无记录，即当前两跳范围内无话音呼叫，返回提示音，对用户的话音输入进行编码发送。如表中有记录，并且通话优先级高于本机通话优先级，则随机退避后再次查看。如通话链路表中所有记录的通话优先级低于本机通话优先级，启动话音强插，在管理时隙发送话音强插命令。如需强插的是一跳范围内的节点，等话音时隙空闲，即可发送话音；如需强插的是两跳距离的节点，等待一个数据时隙周期后进行话音发送。话音发送过程中，每时帧在话音时隙夹带发送一次话音优先级以及话音发送方地址信息。

(3)接收方电台在话音时隙接收到话音及话音优先级信息后，在通话链路表中添加记录，记录类型为一跳内话音。在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告。如果每个话音时隙均收到话音数据，不断更新通话链路表中对应记录的更新时间。

(4)如电台在数据时隙接收到话音时隙状态公告中话音发送方地址为本机地址，丢弃该公告；如果公告中话音时隙状态为闲，则删除相应记录；如果公告中话音时隙状态为忙，且通话链路表中无相应记录，则添加相应记录，记录类型为两跳内话音，如通话链路表中有相应记录，则更新该记录的更新时间。

(5)各电台节点每时帧开始时依次检查通话链路表各记录，删除更新时间在两个时帧以前的通话记录。如果通话链路表有两个时帧以内的通话记录，且记录类型为一跳内话音，则在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告。公告中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息，其中话音时隙状态标记为忙。

(6)当发送方电台结束通话时，接收方电台检测到话音时隙由忙变闲，删除通话链路表中的相应记录。

(7)电台收到管理时隙的话音强插命令后，如果正在发送话音，则停止发送；如果正在接收话音，则在数据时隙发送话音强插公告，同时更新通话链路表。

(8)电台收到数据时隙的话音强插公告后，如当前正在发送话音，则停止发送。

(9)电台在发话音状态下接收到话音时隙状态公告，获知在两跳范围内有节点在进行话音发送。本地电台将话音时隙状态公告中的优先级和本机话音优先级进行比较，如本机话音优先级高，则继续发送话音；如本机话音优先级低，则停止发送话音，更新通话链路表；如果两电台优先级一致，则地址大的一方停止发送话音。

步骤(2)中如需强插的是两跳距离的节点，等待一个数据时隙周期结束之前就收到关于该节点的话音时隙状态公告，其中话音时隙状态标记为闲，则可提前开始发送话音。

步骤(5)中的话音时隙状态公告以及步骤(7)中的话音强插公告为优先数据。

步骤(6)中同时发送话音时隙状态公告。公告中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息，其中话音时隙状态标记为闲。

本发明由于采用时分多址接入(TDMA)接入方式，将信道按时间进行分割，每一个时帧划分为管理时隙、话音时隙和数据时隙，话音业务仅在话音时隙发送，从根本上避免了电台发话音过程中占用全部信道。利用管理时隙作为反馈信道，保证话音强插命令能快速可靠的传达目标节点。利用数据时隙广播话音强插公告和话音时隙状态公告，避免出现隐终端问题。可以灵活的设置各电台的优先级，从而更好的区分网内的多种话音业务。能够有效地区分电台网内多种优先级的话音业务，同时解决了发送话音时可能出现的隐终端问题和网络拓扑快速变化导致的接入状态更新问题，有效地避免了多个用户在话音时隙发生碰撞，提高了话音接入的成功率和稳定性。

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

附图说明

图1是本发明所述的Ad hoc电台网络中实现多优先级话音接入方法的时隙的结构组成示意图；

图2是本发明所述的Ad hoc电台网络的一种拓扑结构示意图；

图3是本发明所述的Ad hoc电台网络中话音发送过程；

图4是本发明的话音强插命令处理过程；

图5是本发明的话音时隙状态公告处理过程；

图示中一个时帧由四个相同的分帧组成，每个份帧有16个时隙，其中V代表话音时隙，M代表管理时隙，D代表数据时隙。

具体实施方式

在描述本发明前，先对Ad hoc电台网络中话音通信的基本模式进行简单介绍。Ad hoc电台网络中话音通信是高实时业务，摁下PTT键后，即可进行通话，采用广播方式，没有拨号过程，在发话音节点一跳范围内的节点都能接收到话音。通话模式为半双工方式，即单个节点在某一时刻只能为话音发送方或话音接受方。

如图1～图5所示，本发明所述的Ad hoc电台网络中实现多优先级话音接入方法，包括以下步骤：

(1)设定各电台的话音通信优先级，将数据时隙平均分配给各节点，然后进行同步组网，建立Ad Hoc网络。同步组网的过程中，预先设定某电台节点为主台，其它节点为属台。同步组网的过程，就是主台向各属台发送时标信号，统一全网时间的过程。如未事先设定优先级，默认主台为最高优先级，其它电台为一般优先级。如图1所示，各电台节点采用时分多址接入(TDMA)方式，为了保证同步信号和话音业务的可靠传输，各信道被划分为一个个等长的时帧，每一个时帧划分为三种时隙：管理时隙、话音时隙、数据时隙。其中管理时隙传输同步信息和管理信息；话音时隙传输话音数据采用2400bps melp(混合激励线性预测)声码话编码算法，且所述话音时隙不进行预先分配，由所有节点竞争使用；数据时隙传输除话音数据外的其他数据，所述的其他数据分为优先数据和普通数据两种类型，各节点将优先发送和转发优先数据。

(2)各电台节点分别独立维护一个通话链路表，其记录内容包括发送方mac地址、话音优先级信息、记录类型以及记录更新时间。其中网内各电台的mac地址均不相同，因此发送方mac地址可以区别不同的通话记录；优先级信息用于话音强插时的判断；记录类型分为一跳内话音和两跳内话音两种，用于记录发送话音节点和当前节点的拓扑结构；更新时间为当前记录的建立时间，避免由于拓扑变化和信道误码导致通话记录始终存在。下面详述发话音过程中通话链路表的作用。如图3所示，如某电台用户请求通话，先查看通话链路表。如通话链路表中无记录，即当前两跳范围内无话音呼叫，返回提示音，对用户的话音输入进行编码发送。如通话链路表中有记录，并且通话优先级高于本机通话优先级，则随机退避后再次查看。随机退避时间以时隙为单位，最大退避范围等于网内节点数。如通话链路表中所有记录的通话优先级低于本机通话优先级，启动话音强插，在管理时隙发送话音强插命令。如需强插的是一跳范围内的节点，等话音时隙空闲，即可发送话音；如需强插的是两跳距离的节点，收到所有记录对应的话音时隙状态公告，且公告中话音时隙状态为闲后即可发送话音，或者等待时间超过一个数据时隙周期也可以进行话音发送。一个数据时隙周期是指所有节点均有机会发送一次数据的时间，其根据组网节点数目和每节点分配的数据时隙数目不同而变化。当前一个分帧有13个数据时隙，如果网内共13个节点，每个节点分配1个数据时隙，则一个数据时隙周期与一个分帧的时间间隔一致。话音发送过程中，每时帧在话音时隙夹带发送一次话音优先级以及话音发送方地址信息。

(3)接收方电台在话音时隙接收到话音及话音优先级信息后，在通话链路表中添加记录，记录类型为一跳内话音。在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告。发送话音时隙状态公告的目的是，告诉距离本节点一跳范围内的各节点，两跳范围内有节点发送话音，从而避免隐终端问题。如果每个话音时隙均收到话音数据，不断更新通话链路表中对应记录的更新时间。

(4)如电台在数据时隙接收到话音时隙状态公告中话音发送方地址为本机地址，丢弃该公告；如果公告中话音时隙状态为闲，则删除相应记录；如果公告中话音时隙状态为忙，且通话链路表中无相应记录，则添加相应记录，记录类型为两跳内话音，如通话链路表中有相应记录，则更新该记录的更新时间。

(5)各电台节点每时帧开始时依次检查通话链路表各记录，删除更新时间在两个时帧以前的通话记录。如果更新后，通话链路表仍有记录的类型为一跳内话音，则在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告，其中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息。采用此方式，可以保证拓扑结构变化和信道误码的情况下，通话链路表仍能正常更新。例如，由于节点间距离变化导致本节点的拓扑距离由两跳变为三跳。不再收到话音时隙状态公告，此时采用超时删除的办法可以通话链路表能及时更新。如果话音结束时发送的话音时隙状态公告由于信道误码的原因没有收到，超时删除的方式亦可保障通话链路表的更新。

(6)当发送方电台结束通话时，接收方电台检测到话音时隙由忙变闲，删除通话链路表中的相应记录，并发送话音时隙状态公告，公告中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息，其中话音时隙状态标记为闲。虽然通话链路表已采用超时删除的方式，但是话音时隙状态公告的发送能够让通话链路表更快得到更新。

(7)距离话音发送方两跳距离的电台接收到话音时隙状态公告，且发现其中话音时隙状态信息为闲时，删除通话链路表中的相应记录。

(8)如图4所示，电台收到管理时隙的话音强插命令后，如果正在发送话音，表明本节点与请求发送方在一跳内，立即停止发送话音；如果本节点正在接收话音，则表明请求发送方两跳范围内有节点在发送话音，本节点在数据时隙发送话音强插公告，同时更新通话链路表。

(9)电台收到数据时隙的话音强插公告后，认为当前有两跳距离的一个高优先级节点需要发送话音，因此如本节点当前正在发送话音，则停止发送。

(10)如图5所示，电台在发话音状态下接收到话音时隙状态公告，获知在两跳范围内有节点在进行话音发送。可以判断由于节点运动，拓扑结构发生变化，两个发话音电台距离由两跳以外移动到两跳以内。本地电台将话音时隙状态公告中的优先级和本机话音优先级进行比较，如本机话音优先级高，则继续发送话音；如本机话音优先级低，则停止发送话音，更新通话链路表；如果两电台优先级一致，则mac地址大的一方停止发送话音。由于两个发话音电台距离由两跳以外移动到两跳以内是两电台同时获知的信息，因此，一部电台将继续发送话音，另一部电台将停止发送话音。

以上所描述的仅为本发明一种较佳实施例，不应以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权力要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1、一种在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设定各电台的话音通信优先级，将数据时隙平均分配给各节点，然后进行同步组网，建立Ad Hoc网络，如未事先设定优先级，默认主台为最高优先级，其它电台为一般优先级，各电台节点采用时分多址接入(TDMA)方式，各信道被划分为一个个等长的时帧，每一个时帧划分为三种时隙：管理时隙、话音时隙、数据时隙，其中管理时隙传输同步信息和管理信息；话音时隙传输话音数据采用2400bps melp(混合激励线性预测)声码话编码算法，且所述话音时隙不进行预先分配，由所有节点竞争使用；数据时隙传输除话音数据外的其他数据，所述的其他数据分为优先数据和普通数据两种类型，各节点将优先发送和转发优先数据；

(2)各电台节点分别独立维护一个通话链路表，其记录内容包括发送方地址、话音优先级信息、记录类型以及记录更新时间，当电台请求通话时，先查看通话链路表，如通话链路表中无记录，即当前两跳范围内无话音呼叫，返回提示音，对用户的话音输入进行编码发送；如通话链路表中有记录，并且通话优先级高于本机通话优先级，则随机退避后再次查看；如通话链路表中所有记录的通话优先级低于本机通话优先级，启动话音强插，在管理时隙发送话音强插命令，如需强插的是一跳范围内的节点，等话音时隙空闲，即可发送话音；如需强插的是两跳距离的节点，等待一个数据时隙周期后进行话音发送，话音发送过程中，每时帧在话音时隙夹带发送一次话音优先级以及话音发送方地址信息；

(3)接收方电台在话音时隙接收到话音及话音优先级信息后，在通话链路表中添加记录，记录类型为一跳内话音，在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告，如果每个话音时隙均收到话音数据，不断更新通话链路表中对应记录的更新时间；

(4)如电台在数据时隙接收到话音时隙状态公告中话音发送方地址为本机地址，丢弃该公告；如果公告中话音时隙状态为闲，则删除相应记录；如果公告中话音时隙状态为忙，且通话链路表中无相应记录，则添加相应记录，记录类型为两跳内话音，如通话链路表中有相应记录，则更新该记录的更新时间；

(5)各电台节点每时帧开始时依次检查通话链路表各记录，删除更新时间在两个时帧以前的通话记录；如果通话链路表有两个时帧以内的通话记录，且记录类型为一跳内话音，则在分配给本节点的数据时隙发送话音时隙状态公告，公告中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息，其中话音时隙状态标记为忙；

(6)当发送方电台结束通话时，接收方电台检测到话音时隙由忙变闲，删除通话链路表中的相应记录；

(7)电台收到管理时隙的话音强插命令后，如果正在发送话音，则停止发送；如果正在接收话音，则在数据时隙发送话音强插公告，同时更新通话链路表；

(8)电台收到数据时隙的话音强插公告后，如当前正在发送话音，则停止发送；

(9)电台在发话音状态下接收到话音时隙状态公告，获知在两跳范围内有节点在进行话音发送，本地电台将话音时隙状态公告中的优先级和本机话音优先级进行比较，如本机话音优先级高，则继续发送话音；如本机话音优先级低，则停止发送话音，更新通话链路表；如果两电台优先级一致，则地址大的一方停止发送话音。

2、根据权利要求1所述在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，其特征在于上述步骤(2)中如需强插的是两跳距离的节点，等待一个数据时隙周期结束之前就收到关于该节点的话音时隙状态公告，其中话音时隙状态标记为闲，则可提前开始发送话音。

3、根据权利要求1所述在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，其特征在于上述步骤(5)中的话音时隙状态公告以及上述步骤(7)中的话音强插公告为优先数据。

4、根据权利要求1所述在Ad Hoc电台网络中实现多优先级话音业务的方法，其特征在于上述步骤(6)中同时发送话音时隙状态公告，其中公告中包含当前话音时隙状态，通话优先级以及话音发送方地址信息，且话音时隙状态标记为闲。

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