CN103067082A - 基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统及调度方法 - Google Patents

Abstract

基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统及调度方法，由4个通信节点构成环网结构，每一个通信节点包括发射端、接收端和语音处理模块三大部分：其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，利用LED的闪烁发送信息；接收端采用光电倍增管，对发射端发射的信号进行探测放大并接收；语音处理模块包括核心处理器和语音设备。其实施步骤包括建立环网通信链路、发空令牌、发送数据、接收数据和拆除环网通信链路。本发明以紫外光为信息传输的载体，并利用环网实现了一种自配置、自管理的隐秘语音通信，解决了舰面上指挥调度的近距离隐秘信息传输的问题。本发明环网组网简单、无需预设设施，具有良好的自愈能力，可以实现信息的有效可靠传输，达到支持组呼、群呼、拆环、优先级等效果，具有宽广的应用前景。

Description

基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统及调度方法

技术领域

本发明属于无线紫外光组网通信和语音传输技术领域，具体涉及一种基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统，还涉及这种调度系统的调度方法。

背景技术

随着通信和网络技术的发展，无线通信技术在军事活动以及人们的生产、生活当中扮演着越来越重要的角色。无线紫外光通信是利用紫外光在大气中的散射特性来进行信息传输的一种新型近距离通信方式，可作为通信网络的宽带接入方式和特殊场合的通信应用，例如：加油站、加气站、矿井下等特殊场合。上述场合中使用无线电磁波通信，容易产生电火花引发安全事故，而无线紫外光通信则不存在上述问题，既满足了通信需求，又保障了生产安全。此外，紫外光通信还可广泛应用于小区楼宇宽带通信、通信网络的辅助和备用通道、移动通信的基站互连、数据通信专线、电视电话会议专线、灾害应急、临时扩容、光纤线路维修、企事业单位的内部网、需特殊保密安全部门等场合。无线紫外光通信具有抗干扰能力强、保密性好、非视距通信以及全方位通信等优点，可作为一种新型的军事通信系统，广泛应用于海陆空三军专用局域军事保密通信,或在特定条件下作为其它通信手段的一种补充，对未来战争、现代化国防具有特殊的使用价值和实际意义。

现有的无线紫外光通信都是端到端的单向链路信息传输，虽然其具有抗干扰能力强、保密性好等优点，但因其衰减较大，传输距离有限，导致了通信的覆盖范围较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统，以解决现有技术存在的传输距离短、覆盖范围小和单向链路的缺点。

本发明的另一个目的在于提供上述调度系统的调度方法。

本发明的目的是这样实现的，基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统，是由4个通信节点构成环网结构，每一个通信节点包括发射端、接收端和语音处理模块三大部分：其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，利用LED的闪烁发送信息；接收端采用光电倍增管，对发射端发射的信号进行探测放大并接收；语音处理模块包括核心处理器和语音设备。

本发明另一个目的是这样实现的，上述基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤1：建立环网通信链路。分别对环上物理节点进行编号，通过对建环令牌的相应置位来统计环上节点的个数，并判定建环是否成功，成功转步骤2；建环失败则转步骤E。

步骤2：发空令牌。令牌持有节点发空令牌，若无节点要发送数据，则空令牌一直在环中流动，直到某个节点要发送数据时，将空令牌捕获，转步骤3。

步骤3：发送数据。发送节点捕获空令牌后，将令牌置位，装载数据，将封装好的数据帧发送出去，转步骤4。

步骤4：接收数据。环网上节点依次接收发送结点发送的数据帧，接收到数据帧后依次判断，若为源结点，将此帧抛弃；若为目的结点，储存并转发数据；若不是目的结点，直接转发数据。

步骤5：拆除环网通信链路。

本发明的特点还在于：

步骤4中，具体判断方法如下：

（1）若S_x＝0，首先判P_x，若P_x＝0可以抢发，将相应位置为1，否则，P_x＝1不能抢发；接着判D_x，若D_x＝0转步骤A，否则D_x＝1转步骤B；

（2）若S_x＝1，首先判P_x，若P_x＝0且在T₂时间内，转步骤C；若P_x＝1且在T₂时间内转步骤D；否则，超出T₂时间转步骤F；

步骤A：转发数据；持有数据帧的环上节点转发数据帧，转步骤4继续接收；

步骤B：存储并转发数据；持有数据帧的环上节点存储并转发数据帧，转步骤4继续接收数据；

步骤C：数据帧返回源结点且无节点抢发，源结点将此帧丢弃；若在令牌持有时间T₃内转步骤3；否则持有令牌时间超时，令牌持有节点编号在S中对应的位置1，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2；

步骤D：数据帧返回源结点且有节点抢发，源结点将此帧丢弃并产生空令牌，S＝0x01，D＝0x00，并令要抢发节点的相应位P_x＝1，再转步骤2；

步骤E：判断重复建环次数是否达到3次，达到3次，则失败退出；否则转步骤1；

步骤F：判断重复发送同一数据帧是否达到3次，达到3次，转步骤5，否则转步骤3。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以紫外光为信息传输的载体，并利用环网实现了一种自配置、自管理的隐秘语音通信，解决了舰面上指挥调度的近距离隐秘信息传输的问题，还可应用于舰面飞行器辅助着陆系统。

（2）本发明通过使用无线紫外光作为信息传输的载体，可以达到抗干扰能力强、保密性好、非视距通信和全方位通信的效果，利用智能处理方法实现自配置、自管理的8路隐秘语音调度系统，解决了舰面上指挥调度的近距离隐秘信息传输的问题，还可广泛应用于海陆空三军专用局域军事保密通信或电磁波通信受限的场合,也可在特定条件下作为一种通信手段的补充。

（3）本发明环网具有组网简单、无需预设设施、良好的自愈能力等特点，使用环网结构可以实现信息的有效可靠传输。通过设置环网通信参数，可以达到支持组呼、群呼、拆环、优先级等效果，具有宽广的应用前景。

（4）本发明将无线紫外光通信与环网通信相结合，不仅可以发挥两者各自的优势，更多的是通过环网可以实现相对较远距离的信息双向传输，克服了紫外光覆盖范围小和传统组网中单向链路的缺点。

附图说明

图1为本发明基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统结构图；

图2为本发明基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的环网结构图；

图3为本发明基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的调度方法的令牌结构图；

图4为本发明基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的调度方法的数据帧格式图；

图5为本发明基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的通信节点的结构框图；

图6为本发明实施例中各个节点的时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统，由是由4个通信节点构成环网结构，每一个通信节点包括发射端、接收端和语音处理模块三大部分：其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，利用LED的闪烁发送信息；接收端采用光电倍增管，对发射端发射的信号进行探测放大并接收；语音处理模块包括核心处理器和语音设备。

图1是本发明的调度系统结构图，由四个节点组成，分别编号为0，1，2，3，节点连接关系（逆时针）如图中箭头所示。每个节点分别表示一个紫外光通信系统，包括发射端，接接收端和语音系统三大部分。其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，接接接收端主要采用光电倍增管，语音处理模块主要包括核心处理器和语音设备。

图2是一个四节点构成的环网结构，节点编号为0，1，2，3，环中信息的传输方向（逆时针）如图中箭头所示。

图3中，0xFF、0xD8表示帧头，S表示源结点，D表示目的结点，P表示优先级，C表示校验位。以字节为单位表示，每个字节8位，从最低位至最高位每位依次表示0、1、2、3…节点的相应状态。例如：当D＝0x01时，表示0结点为目的结点；

当D＝0x02时，表示1结点为目的结点；

当D＝0x04时，表示2结点为目的结点；

当D＝0x08时，表示3结点为目的结点；源结点S以及优先级P结构类似。以下是规定的建环、拆环及空令牌结构：

◆建环：S＝0x01，D＝0x01，P＝0x00；

◆拆环：S＝0xFF，D＝0xFE，P＝0x00；

◆空令牌：令牌持有节点编号在S中的对应位置1，D＝0x00，P＝0x00；

图4中为负载96字节数据的帧格式。

图5为通信节点的原理框图。主要包括核心处理器、发送端、接收端和语音处理模块。其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，利用LED的闪烁发送信息；接收端采用光电倍增管，对发射端发射的信号进行探测放大并接收；语音处理模块包括核心处理器和语音设备。

图6为本发明实施例中各个节点的时序图。其中1节点为源结点（优先级为0），3节点为目的结点。在1节点的令牌持有时间内2节点要进行抢发数据，环网上每个节点的时序图如图6所示。

下面给出几个参数的定义：

通信速率为512kbps，令牌为6字节，负载数据为96字节，节点个数为4，节点编号分别为0、1、2、3。

定时器T₁：判断是否在1ms时间内建环（拆环）成功，T₁＝1ms；

定时器T₂：数据包成功发送时间6.5ms，T₂＝6.5ms；

定时器T₃：令牌持有时间20ms，T₃＝20ms。

关于3个定时器取值范围分析如下，N为节点个数，N＝4：

环网时延最小值T_min＝传播时延+传输时延+处理时延（处理时延忽略）

$T_1\≥\frac{6\×8\×N}{512\×{10}^3}+\frac{6\×8\×N}{3\×{10}^8}+N\×0\≈0.4\mathrm{ms}$

$T_2\≥\frac{(6+96)\×8\×N}{512\×{10}^3}+\frac{(6+96)\×8\×N}{3\×{10}^8}+N\×0\≈6.4\mathrm{ms}$

T₃≥3T₂.

具体按照以下步骤实施：

步骤1：建立环网通信链路。选定最小物理编号节点为建环节点0，节点0发建环令牌R₀，启动定时器T₁，令牌结构如图3所示，其中S＝0x01，D＝0x01（用来统计环中结点的个数，令牌依次在环上流动，碰到第一个节点，将D的相邻位置1，依次类推直到回到源结点后统计1的个数，即环上节点的个数）。节点0判断T₁时间内能否收到所发出的令牌R₀，若能收到，则建环成功，此时节点0为令牌持有节点，令牌持有节点编号在S中对应的位置1，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2；否则，建环失败，转步骤E。

步骤2：发空令牌。令牌持有节点发空令牌，令牌结构如图3所示。若无节点要发送数据，则空令牌一直在环中流动，直到某个节点要发送数据时，将空令牌捕获，转步骤3。

步骤3：发送数据。发送节点捕获空令牌后，首先将空令牌清空，然后根据相应的源结点、目的结点编号将令牌的S，D，P分别赋相应的值，装载96字节的数据，帧格式如图4所示，将封装好的数据帧发送出去，启动定时器T₂和T₃，转步骤4。

步骤4：接收数据。环上节点依次接收发送结点发送的数据帧，接收到数据帧后依次判断。设节点编号为x，在S中对应的位为S_x，在P中对应的位为P_x，在D中对应的位为D_x。依次判定相应节点编号S_x、P_x、D_x位是否为1，具体判断方法如下：

（1）若S_x＝0，首先判P_x，若P_x＝0可以抢发，将相应位置为1，否则，P_x＝1不能抢发；接着判D_x，若D_x＝0转步骤A，否则D_x＝1转步骤B；

（2）若S_x＝1，首先判P_x，若P_x＝0且在T₂时间内，转步骤C；若P_x＝1且在T₂时间内转步骤D；否则，超出T₂时间转步骤F；

步骤A：转发数据。持有数据帧的环上节点转发数据帧，转步骤4继续接收；

步骤B：存储并转发数据。持有数据帧的环上节点存储并转发数据帧，转步骤4继续接收数据；

步骤C：数据帧返回源结点且无节点抢发，源结点将此帧丢弃。若在令牌持有时间T₃内转步骤3；否则持有令牌时间超时，令牌持有节点编号在S中对应的位置1，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2；

步骤D：数据帧返回源结点且有节点抢发，源结点将此帧丢弃并产生空令牌，S＝0x01，D＝0x00，并令要抢发节点的相应位P_x＝1，再转步骤2；

步骤E：判断重复建环次数是否达到3次，达到3次，则失败退出；否则转步骤1；

步骤F：判断重复发送同一数据帧是否达到3次，达到3次，转步骤5，否则转步骤3。

步骤5：拆除环网通信链路。选定最小物理编号节点为拆环节点0，节点0发拆环令牌R₁，令牌结构如图3所示，其中S＝0xFF，D＝0xFE（用来统计环中结点的个数，令牌依次在环上流动，碰到第一个节点，将D的相邻位置0，依次类推直到回到源结点后统计0的个数，即环上节点的个数）。节点0判断T₁时间内能否收到所发出的令牌R₁，若能收到，则拆环成功，所有节点恢复初始状态。

实施例，图2拓扑图中选定1节点为源结点（优先级为0），3节点为目的结点。在1节点的令牌持有时间内2节点要进行抢发数据，环网上每个节点的时序图如图6所示，实施过程如下：

步骤1：建立环网通信链路。选定最小物理编号节点为建环节点0，节点0发建环令牌R₀，启动定时器T₁，令牌结构如图3所示，其中S＝0x01，P＝0x00，D＝0x01（用来记录环上节点的数量，令牌依次在环上流动，碰到第一个节点，将其相邻位置1，即D＝0x03，依次类推直到令牌回到源结点，统计1的个数，即就是环上节点的个数。针对图2给出的环网结构，建环令牌环绕一周，D＝0x0F，可知环上有4个节点）。节点0判断T₁时间内能否收到所发出的令牌R₀，若能收到，则建环成功，此时节点0为令牌持有节点，S＝0x01，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2；否则，建环失败，转步骤E。

步骤2：发空令牌。令牌持有节点发空令牌，令牌结构如图3所示。令牌在环中流动，此时节点1将其捕获，转步骤3。

步骤3：发送数据。节点1捕获空令牌后，首先将空令牌清空，然后根据相应的源、目的结点编号将令牌的S，D，P分别赋相应的值，其中S＝0x02（源结点为1），D＝0x08（目的结点为3），P＝0x00（优先级为0），再装载96字节的数据，帧格式如图4所示，将封装好的数据帧发送出去，启动定时器T₂和T₃，转步骤4。

步骤4：接收数据。环上节点依次接收发送结点发送的数据帧，接收到数据帧后依次判断。此时节点2首先接收到节点1发送的数据帧，并依次判断首先判S＝0x01（自己不是源结点），再判P＝0x00，可以抢发数据，并将相应第3位P_x置1，即P＝0x04，最后判D＝0x08（自己不是目的结点），转步骤A。

步骤A：转发数据。节点2转发数据至节点3，转步骤4继续接收。节点3开始接收节点2转发的数据并以此判断，首先判S＝0x01（自己不是源结点），接着判P，P＝0x04（2节点要进行抢发数据），则后面的节点都不能抢发数据，最后判D＝0x01（自己是目的结点），转步骤B。

步骤B：存储并转发数据。节点3存储并转发数据至节点0，转步骤4继续接收数据。节点0接收节点3转发的数据帧并以此判断，首先判S＝0x01（自己为源结点），接着判P＝0x04（2节点要抢发数据）且在T₂时间内，转步骤D。

步骤C：数据帧返回源结点且无节点抢发，源结点将此帧丢弃。若在令牌持有时间T₃内转步骤3；否则持有令牌时间超时，令牌持有节点编号在S中对应的位置1，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2。

步骤D：数据帧返回源结点且有节点抢发，此时丢弃此帧并产生空令牌，S＝0x01，并令要抢发节点2的相应位P_x＝1，即P＝0x04，转步骤2。

步骤E：判断重复建环次数是否达到3次，达到3次，则失败退出；否则转步骤1。

步骤F：判断重复发送同一数据帧是否达到3次，达到3次，转步骤5，否则转步骤3。

步骤5：拆除环网通信链路。选定最小物理编号节点为拆环节点0，节点0发拆环令牌R₁，令牌结构如图3所示，其中S＝0xFF，D＝0xFE，P＝0x00。节点0判断T₁时间内能否收到所发出的令牌R₁，若能收到，则拆环成功，所有节点恢复初始状态。

本发明以紫外光为信息传输的载体，并利用环网实现了一种自配置、自管理的隐秘语音通信，解决了舰面上指挥调度的近距离隐秘信息传输的问题，还可应用于舰面飞行器辅助着陆系统。

本发明通过使用无线紫外光作为信息传输的载体，可以达到抗干扰能力强、保密性好、非视距通信和全方位通信的效果，利用智能处理方法实现自配置、自管理的8路隐秘语音调度系统，解决了舰面上指挥调度的近距离隐秘信息传输的问题，还可广泛应用于海陆空三军专用局域军事保密通信或电磁波通信受限的场合,也可在特定条件下作为一种通信手段的补充。

本发明环网具有组网简单、无需预设设施、良好的自愈能力等特点，使用环网结构可以实现信息的有效可靠传输。通过设置环网通信参数，可以达到支持组呼、群呼、拆环、优先级等效果，具有宽广的应用前景。

将无线紫外光组建成环网结构，可以有效增大其信息的传输范围，而且可以实现一个信息的双向传输。再者，环网具有组网简单和良好的自愈能力等优点。本发明将无线紫外光通信与环网通信相结合，不仅可以发挥两者各自的优势，更多的是通过环网可以实现相对较远距离的信息双向传输，克服了紫外光覆盖范围小和传统组网中单向链路的缺点。

Claims (3)

1.基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统，其特征在于，由是由4个通信节点构成环网结构，每一个通信节点包括发射端、接收端和语音处理模块三大部分：其中发射端采用紫外光LED作为发射光源，利用LED的闪烁发送信息；接收端采用光电倍增管，对发射端发射的信号进行探测放大并接收；语音处理模块包括核心处理器和语音设备。

2.如权利要求1所述的基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立环网通信链路，分别对环上物理节点进行编号，通过对建环令牌的相应置位来统计环上节点的个数，并判定建环是否成功，成功转步骤2；建环失败则转步骤E；

步骤2：发空令牌；令牌持有节点发空令牌，若无节点要发送数据，则空令牌一直在环中流动，直到某个节点要发送数据时，将空令牌捕获，转步骤3；

步骤3：发送数据；发送节点捕获空令牌后，将令牌置位，装载数据，将封装好的数据帧发送出去，转步骤4；

步骤4：接收数据；环网上节点依次接收发送结点发送的数据帧，接收到数据帧后依次判断，若为源结点，将此帧抛弃；若为目的结点，储存并转发数据；若不是目的结点，直接转发数据；

步骤5：拆除环网通信链路。

3.如权利要求2所述的基于无线紫外光环网通信的隐秘语音调度系统的调度方法，其特征在于，步骤4中，具体判断方法如下：

（1）若S_x＝0，首先判P_x，若P_x＝0可以抢发，将相应位置为1，否则，P_x＝1不能抢发；接着判D_x，若D_x＝0转步骤A，否则D_x＝1转步骤B；

（2）若S_x＝1，首先判P_x，若P_x＝0且在T₂时间内，转步骤C；若P_x＝1且在T₂时间内转步骤D；否则，超出T₂时间转步骤F；

步骤A：转发数据；持有数据帧的环上节点转发数据帧，转步骤4继续接收；

步骤B：存储并转发数据；持有数据帧的环上节点存储并转发数据帧，转步骤4继续接收数据；

步骤C：数据帧返回源结点且无节点抢发，源结点将此帧丢弃；若在令牌持有时间T₃内转步骤3；否则持有令牌时间超时，令牌持有节点编号在S中对应的位置1，D＝0x00，P＝0x00，转步骤2；

步骤D：数据帧返回源结点且有节点抢发，源结点将此帧丢弃并产生空令牌，S＝0x01，D＝0x00，并令要抢发节点的相应位P_x＝1，再转步骤2；

步骤E：判断重复建环次数是否达到3次，达到3次，则失败退出；否则转步骤1；

步骤F：判断重复发送同一数据帧是否达到3次，达到3次，转步骤5，否则转步骤3。

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