CN105391582B - 一种基于短波通信网络的共享接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于短波通信网络的共享接入系统。首先，通过中心的网络配置优化部署，降低设备配置成本，同时解决了多短波电台共址带来的多天线互相干扰问题；然后，采用分站分时的呼叫信道表配置方法提高按需接入效率；最后根据本发明所提出的多远端站共享接入系统，实现远端站的按需共享接入控制。该发明可以在有限投入条件下满足多远端站的按需接入，同时解决多电台共址干扰问题，在电磁兼容性和经济成本方面获得较强的优势；而且该发明成果不涉及短波电台本身技术的改造，在类似于人工情报侦察系统、边防或要地监控、雷达预警等侦察与监视系统的短波应急通信网络建设中有较为广泛的应用前景。

Description

一种基于短波通信网络的共享接入系统

技术领域

本发明属于数据通信领域，特别是一种利用短波作为通信网络的共享接入系统。

背景技术

短波通信网络主要利用电离层反射实现有限数据或话音低速传输，是一种典型的窄带低速通信手段，具有建设成本低、部署灵活、抗毁性强等独特优点，不需要建立中继站即可实现中、远距离通信，特别适合通信基础设施受限，且传输业务量较小的数据传输网络。

随着地面光纤、卫星和微波等宽带通信网络基础实施的成熟，利用短波作为主要通信网络的情况日渐减少，但考虑到系统网络的抗毁性，在考虑通过宽带通信网络作为远端站和中心之间主用链路的同时，需要考虑一套应急通信网络，作为主用链路故障时的业务降级传输的通信手段。基于短波通信网络的特点，将短波通信网络作为应急通信网络的组网方法，可以在抗毁性和经济成本方面获得较强的优势。

为满足任意某个远端站在主用链路故障时均能接入中心实现应急业务连续传输，典型短波通信网络结构是采用点对点配置方式，即每套远端站配置一套短波电台，中心配置一套与其对应短波电台，这种结构下中心部署的短波电台数量庞大，且主用链路故障概率并不高，而且均为随机事件，大量的短波电台配置势必造成中心短波电台的资源严重空置和冗余。同时大量短波天线同站部署将引起严重的共址干扰。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于短波通信网络的共享接入系统，通过在中心共享有限数量的短波电台，实现远端站与中心站主用通信链路故障时，满足远端站的按需接入。

实现本发明目的技术解决方案为：本发明公开了一种基于短波通信网络的共享接入系统，包括一个中心单元以及围绕中心单元的一组远端站，中心单元与远端站之间包括主用链路和短波应急链路；所述中心单元包括短波中心控制器、短波收发机及一个以上的短波接收机，所述短波收发机和一个以上的短波接收机并行连接中心控制器；所述远端站包括依次连接的短波远端控制器和短波收发机。

所述系统执行的具体步骤如下：

步骤1：配置网络。部署1个中心和多个远端站，中心与远端站之间配置了主用链路，同时配置了短波作为应急链路。对于短波应急通信网络，在每个中心配置1套短波中心控制器，连接1套短波收发机和多套短波接收机，所有短波电台通过天线共享器共用同一根短波天线。每个远端站站均部署1套短波远端控制器连接1套短波收发机。

步骤2：规划呼叫信道表。本发明中采用不同远端站与中心之间建立不同的呼叫信道表，并根据短波信道日夜频率变化的特点，设置不同时段的呼叫信道表，短波中心控制器和短波远端控制器均存储所有的呼叫信道表参数，并适时控制本地短波收发机切换扫描呼叫信道表或选择相应的呼叫信道表发起呼叫建链。

步骤3：应急切换判决。本发明采用远端站与中心之间主用链路畅通时，设置远端站处于信道扫描状态。短波中心控制器与短波远端控制器通过主用链路之间建立维护报文，短波中心控制器监测主用链路可通性，当与某远端站主用链路故障时，中心短波中心控制器根据步骤4的按需共享接入控制方法实现远端站的接入控制。

步骤4：按需共享接入控制应急业务传输。短波中心控制器监测主用链路可通性，当远端站与中心主用链路故障时，短波中心控制器控制中心短波收发机与远端站实现呼叫建链，并分配一个短波接收机作为远端站的值守接收机；如果短波中心控制器监测远端站主用链路恢复，则释放短波接收机为空闲状态，并告知远端站的收发机切换到扫描状态。

步骤4包括：

步骤4-1：初始化参数,即远端站以及其不同时段对应的呼叫信道组；

步骤4-2：监测主用链路可通性，当短波中心控制器监测到与远端站主用链路故障时，则执行步骤4-3；如果主用链路正常，则执行步骤4-8；

步骤4-3：判断主用链路故障的远端站是否已经建立短波应急链路，如果中心与对应远端站之间应急链路已经建立，则对对应远端站在短波应急信道上持续进行数据传输，返回步骤4-2；如果未建立，则执行步骤4-5；

步骤4-5：查询是否有空闲短波接收机可作为值守接收机，如果没有，则返回步骤4-2；如果查询到短波接收机当前空闲，则执行步骤4-6；

步骤4-6：中心单元与远端站呼叫建链，如果本次呼叫建链未成功，则返回步骤4-2；如果与远端站呼叫建链成功，则执行步骤4-7；

步骤4-7：分配值守短波值守接收机，返回步骤4-2；

步骤4-8：判断主用链路正常的远端站是否分配了值守短波接收机，如果分配了值守接收机，则释放该接收机，返回步骤4-2；否则直接返回步骤4-2，继续监测远端站的主用链路状态。

步骤1中的网络配置中在每个中心配置1套短波中心控制器，连接1套短波收发机和多套短波接收机，所有短波电台通过天线共享器共用同一根短波天线，优化中心短波电台配置数量，彻底避免多短波电台共址带来的多天线互相干扰问题。

步骤2中的信道呼叫信道表规划方法，即采用不同远端站与中心之间建立不同的呼叫信道表，并根据短波信道日夜频率变化的特点，设置不同时段的呼叫信道表，短波中心控制器和短波远端控制器均存储所有的呼叫信道表参数，并适时控制本地短波收发机切换扫描呼叫信道表或选择相应的呼叫信道表发起呼叫建链，避免呼叫信道表中信道成员过多导致的呼建链时间过长，提高了接入效率。

本发明的网络结构及设备配置方法实现中心短波设备的优化配置，同时避免了多短波电台共址干扰问题；通过共享接入系统，实现中心有限数量的短波电台的按需共享接入；通过配置短波控制器，包括短波中心控制器和短波远端控制器，实现短波电台的共享接入控制。

本发明结合短波通信网络的传输特性和应急需求特点，提出一种短波通信网络环境下的多远端站接入系统，在中心有限数量的短波电台配置环境下，实现多远端站的应急情况下按需共享接入，优化按需接入效率，以及解决多短波电台共址带来的多天线互相干扰问题。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：在中心有限数量的短波电台配置环境下，实现多远端站的应急情况下按需共享接入；通过中心的网络配置优化部署，降低设备配置成本，同时解决了多短波电台共址带来的多天线互相干扰问题；同时分站分时的呼叫信道表配置方法，提高按需接入效率。该发明成果不涉及短波电台本身技术的改造，在应急通信网络建设中有较为广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的应用场景示意图。

图2为本发明的中心和与远端站短波设备配置。

图3本发明共享接入系统的实施步骤。

图4本发明的共享接入算法流程图。

图5本发明所需的短波接收机与常规配置短波收发机的数量对比。

具体实施方式

本发明公开了一种基于短波通信网络的共享接入系统。首先，通过中心的网络配置优化部署，降低设备配置成本，同时解决了多短波电台共址带来的多天线互相干扰问题；然后，采用分站分时的呼叫信道表配置方法提高按需接入效率；最后根据本发明所提出的多远端站共享接入系统，实现远端站的按需共享接入控制。该发明可以在有限投入条件下满足多远端站的按需接入，同时解决多电台共址干扰问题，在电磁兼容性和经济成本方面获得较强的优势；而且该发明成果不涉及短波电台本身技术的改造，在类似于人工情报侦察系统、边防或要地监控、雷达预警等侦察与监视系统的短波应急通信网络建设中有较为广泛的应用前景。

结合图1、图2和图3本发明的一种基于短波通信网络的共享接入系统，包括以下步骤：

步骤1：配置网络。部署1个中心和N(N为自然数)个远端站，中心与远端站之间配置了主用链路，同时配置了短波作为应急链路，应用场景如图1所示。对于短波应急通信网络，本发明的网络结构如图2所示，在每个中心配置1套短波中心控制器，连接1套短波收发机和K(K<N，K为自然数)套短波接收机，所有短波电台通过天线共享器共用同一根短波天线。每个远端站站均部署1套短波远端控制器连接1套短波收发机。

短波中心控制器与短波远端控制器共同完成远端站的共享接入控制；中心配置的短波收发机用于实现呼叫建链，同时可以作为按需执行下行业务传输；中心配置的短波接收机用于提供中心多条接收信道；远端站配置的短波收发机用于实现与中心的呼叫建链和业务上行传输。

本发明中短波中心控制器和短波远端控制器的硬件均采用通用的嵌入式处理平台，提供分别连接电台的异步串行接口和连接局域网的以太网接口，软件开发采用Linux操作系统。短波收发机采用符合《GJB2077-2007短波自适应通信系统自动线路建立规范》(以下简称《规范》)标准的通用型短波电台。

步骤2：规划呼叫信道表。《规范》采用呼叫方与被呼叫方配置统一的呼叫信道表，通过呼叫建链功能使得双方在可用信道上建立通信链路(详细原理参见《规范》)。短波信道特点决定不同节点之间以及不同时段的可通频率存在不一致性和不确定性，则呼叫信道表中信道频率的设置需要支持节点之间呼叫建链，而呼叫信道表中信道数量过多，则影响呼叫建链的时间，即影响远端站接入阶段耗时。

本发明中采用不同远端站与中心之间建立不同的呼叫信道表，并根据短波信道日夜频率变化的特点，设置不同时段的呼叫信道表，短波中心控制器和短波远端控制器均存储所有的呼叫信道表参数，并适时控制本地短波收发机切换扫描呼叫信道表或选择相应的呼叫信道表发起呼叫建链，避免呼叫信道表中信道成员过多导致的呼建链时间过长，影响接入效率。不同时段的可通性可以通过该时段重新呼叫建链或定时信道切换等措施实现，该部分非本发明关注内容。

本发明所提出的呼叫信道规划表如表1所示。其中G_i(i为自然数)表示不同的呼叫信道表，《规范》规定为00～99的自然数。

表1 呼叫信道规划表

步骤3：应急切换判决。因为系统为中心短波电台数量受限，则不能将短波电台值守在固定的呼叫信道表与某个远端站对应，所有不能采用常规的远端站判决链路故障，并主动申请入网的方式。

本发明采用远端站与中心之间主用链路畅通时，设置远端站处于信道扫描状态，扫描呼叫信道表参照步骤2的配置。短波中心控制器与短波远端控制器通过主用链路之间建立维护报文，短波中心控制器监测主用链路可通性，当与某远端站主用链路故障时，中心短波中心控制器根据步骤4的按需共享接入控制方法实现远端站的接入控制。

步骤4：按需共享接入控制与应急业务传输。短波中心控制器监测主用链路可通性，当远端站i与中心主用链路故障时，短波中心控制器控制中心短波收发机与远端站i实现呼叫建链，并分配一个短波接收机k作为远端站n的值守接收机；如果短波中心控制器监测远端站n主用链路恢复，则释放短波接收机k为空闲状态，并告知远端站i的收发机切换到扫描状态。如图4所示，具体步骤为：

步骤4-1：初始化参数。短波中心控制器、短波远端控制器和各短波电台均实现参数的初始化配置，短波远端控制器根据步骤2的呼叫信道规划表控制远端站n(n＝1,2,…,N)的短波收发电台驻守在呼叫信道规划表Gi的扫描状态。然后执行步骤4-2。

步骤4-2：监测主用链路可通性。短波中心控制器与短波远端控制器之间通过主用链路建立维护报文，持续监测与远端站之间的主用链路可通性状态。主用链路与应急链路之间的切换判决由短波中心控制器发起。当短波中心控制器监测到与远端站n主用链路故障时，则执行步骤4-3；如果主用链路正常，则执行步骤4-8。

步骤4-3：判断主用链路故障远端站是否已经建立短波应急链路。当短波中心控制器监测到远端站n主用链路故障，并查询该站点是否已经建立短波应急链路。如果中心与远端站n之间应急链路已经建立，则对远端站n在短波应急信道上持续进行数据传输，返回步骤4-2；如果中心与远端站n之间应急链路未建立，则执行步骤4-5。

步骤4-5：查询是否有空闲短波接收机可作为值守接收机。短波中心控制器查询本地短波接收机状态，判定是否有空闲短波接收机可供分配给远端站n作为其值守接收机。如果没有，则返回步骤4-2；如果查询到短波接收机k当前空闲，则执行步骤4-6。

步骤4-6：中心与远端站呼叫建链。本发明利用符合《规范》的短波收发机完成中心与远端站电台之间的呼叫建链。短波中心控制器根据步骤2确定远端站n的当前呼叫信道表Gi，控制中心短波收发机在Gi上对对远端站n发起呼叫建链。如果本次呼叫建链未成功，则返回步骤4-2；如果与远端站n在信道Ch上呼叫建链成功，则执行步骤4-7。

步骤4-7：分配值守短波值守接收机。短波中心控制器配置短波接收机k切换到信道Ch，作为远端站n的值守接收机，同时释放短波收发机共对其他远端站呼叫建链使用。至此，完成了远端站n接入中心，执行业务传输，同时继续检测与远端站n的主用链路状态，即返回步骤4-2。

步骤4-8：判断主用链路正常的远端站是否分配了值守短波接收机。短波中心控制器监测到远端站n的主用链路正常，则需要判决该远端站n的主用链路之前状态释放持续正常或由主用链路由故障转为恢复，即本发明监测主用链路恢复，并释放为该远端站分配的值守短波接收机。如果存在短波接收机k为远端站n的值守短波值守接收机，则释放短波接收机k，以供其他需要的远端站使用，同时控制远端站n短波收发机切换到扫描状态，返回步骤4-2；如果不存在远端站n的值守短波值守接收机，直接返回步骤4-2，继续监测远端站的主用链路状态。

下面结合实施举例对本发明做进一步详细的描述：

实施例：

下面结合一个要地监视系统的仿真场景对本发明做进一步详细描述。传感器节点，即远端站部署在距离中心约600km的范围内，实现对重点区域的监视。系统共部署1个中心和100个远端站。

每个远端站配置1部短波收发机和1部短波远端控制器；中心配置1套短波收发机、K部短波接收机和1部短波中心控制器，采用本发明系统通信设备配置如下表所示。其中，发射功率为125W短波收发机，发射状态功耗为400W，接收状态功耗为30W。

表2 采用本发明策略的通信设备配置

序号	设备	数量(部)
			1.	短波中心控制器	1
2.	中心短波收发机	1
			3.	中心短波接收机	K
4.	短波远端控制器	100
			5.	远端站短波收发机	100

为满足任意远端站在主用链路故障时接入中心，通常中心需要配置100套短波收发机。而通常主用链路故障存在概率性，如果100套远端主用链路同时出现故障的可能性为ρ，则采用本发明需要短波接收机数量将时与ρ成线性增加。图5给出了采用本发明所需的短波接收机与常规配置短波收发机的数量对比。

另外，本发明采用短波接收机作为远端站的值守信道，每增加1套发射机需要供电增加400W，而每套短波接收机功耗仅为30W，本发明大大降低中心对供电要求。同时中心通过短波收发机和多套短波接收机共用同一部天线，避免了多天线共址干扰问题。

制定如下呼叫信道规划表，考虑到短波信道的不稳定性，规划每个信道组Gi的信道成员数为4个。常规方法是远端站2的呼叫信道表需要包含不同时段的可通频率，即要完成本发明呼叫建链的成功率，则每个远端站对应的呼叫信道表需要增加5倍成员，即呼叫建链最大接入时延相应增大5倍。

表3 远端站2与中心的呼叫信道规划表

假设本发明中心配置5套短波接收机，因为可用值守接收机数量受限，则通过中心配置的短波中心控制器监测主用链路故障远端站，发起入网控制。以下描述远端站2的主用链路故障，实现按需共享接入的过程。

所有远端站的短波收发机均处于扫描状态。短波中心控制器持续监测与远端站之间的主用链路可通性状态，当短波中心控制器监测到与远端站2主用链路故障时，并判断远端站2尚未建立应急链路；然后，短波中心控制器查询存在中心存在短波接收机1空闲，则配置本地短波收发机切换到呼叫信道组Gi,然后发起对远端站2的呼叫建链；在信道Ch上建链成功后，短波中心控制器控制波接收机1切换到信道Ch，作为远端站2的值守接收机，至此，远端站2实现了按需的应急接入。

远端站2接入后，短波中心控制器还需要持续监测与远端站2的主用链路状态，如果主用链路恢复，则通过主用信道命令其短波收发机切换到扫描状态，同时释放短波接收机1为空闲状态，共其他远端站应急接入使用。

其他远端站的应急链路建立于释放同样遵守以上过程。以上结果显示，本发明提出的策略具有很高的可行性和合理性。

本发明提供了一种基于短波通信网络的共享接入系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种基于短波通信网络的共享接入系统，其特征在于，包括一个中心单元以及围绕中心单元的一组远端站，中心单元与远端站之间包括主用链路和短波应急链路；所述中心单元包括短波中心控制器、中心单元的短波收发机及一个以上的短波接收机，所述中心单元的短波收发机和一个以上的短波接收机并行连接中心控制器；所述远端站包括依次连接的短波远端控制器和远端站的短波收发机；

所述系统执行以下步骤：

步骤1：配置能够多远端站共享接入的网络结构；

步骤2：各个远端站与中心单元之间建立各个时段相互独立的呼叫信道表，短波中心控制器和短波远端控制器均存储所有的呼叫信道表参数即远端站以及其不同时段对应的呼叫信道组，并控制本地短波收发机切换扫描呼叫信道表或选择相应的呼叫信道表发起呼叫建链；

步骤3：远端站与中心单元之间的主用链路畅通时，设置远端站处于信道扫描状态，短波中心控制器监测主用链路可通性，当中心单元与一个远端站的主用链路故障时，中心单元的短波中心控制器根据步骤4实现远端站的接入控制；

步骤4：按需共享接入控制应急业务传输：短波中心控制器监测主用链路可通性，当远端站与中心单元主用链路故障时，短波中心控制器控制中心单元的短波收发机与远端站实现呼叫建链，并分配一个短波接收机作为远端站的值守短波接收机；如果短波中心控制器监测远端站主用链路恢复，则释放短波接收机为空闲状态，并告知远端站的短波收发机切换到扫描状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，步骤4包括：

步骤4-1：初始化参数即远端站以及其不同时段对应的呼叫信道组；

步骤4-2：监测主用链路可通性，当短波中心控制器监测到中心单元与远端站主用链路故障时，则执行步骤4-3；如果主用链路正常，则执行步骤4-8；

步骤4-3：判断主用链路故障的远端站是否已经建立短波应急链路，如果中心单元与对应远端站之间应急链路已经建立，则对对应远端站在短波应急信道上持续进行数据传输，返回步骤4-2；如果未建立，则执行步骤4-5；

步骤4-5：查询是否有空闲短波接收机可作为值守短波接收机，如果没有，则返回步骤4-2；如果查询到短波接收机当前空闲，则执行步骤4-6；

步骤4-6：中心单元与远端站呼叫建链，如果本次呼叫建链未成功，则返回步骤4-2；如果中心单元与远端站呼叫建链成功，则执行步骤4-7；

步骤4-7：中心单元短波中心控制器分配值守短波接收机，返回步骤4-2；

步骤4-8：中心单元短波中心控制器判断主用链路正常的远端站是否分配了值守短波接收机，如果分配了值守短波接收机，则释放该值守短波接收机，返回步骤4-2；否则，直接返回步骤4-2，继续监测远端站的主用链路状态。