CN106559103A - 一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统 - Google Patents

一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线电台通信领域，公开了一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，包括：N个子网，每个子网包含M个电台节点，N*M个电台节点采用分层式组网结构进行组网，且不同子网采用相互正交的跳频图案，子网之间通信采用统一的跳频图案；每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取；每个电台节点开机后，获取精确的北斗实时时间，采用逐级扩散的方式完成跳频同步；当某个电台节点收不到北斗授时信号或北斗信号中断时，则该电台节点将其所属子网的主节点作为对时参考节点，实现子网内的跳频同步；能够在扩大网络规模、减小业务时延、提升网络吞吐量的同时，增强网络抗毁性和抗干扰性。

Description

一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统
技术领域
本发明属于无线电台通信领域，尤其涉及一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统。
背景技术
随着大规模网络场景的应用愈发普遍，网络结构的复杂性急剧增加。与传统的单级网络结构相比，分层式网络结构由于其组网的灵活性，更适用于大规模网络场景。目前，鉴于无线自组网具有快速部署、无需固定基础设施、自组织以及自修复等特点，其广泛应用于军事通信、灾后救助等场合。由于网络应用环境的复杂多变、网络任务的多样性以及网络规模不断扩大，大规模分层式无线自组网结构更能满足实际需求。然而，面对复杂性日益增加的无线自组网结构，传统的组网方法已无法满足网络应用需求。
当前，多址接入协议应用最为广泛的是传统的TDMA(Time Division MultipleAccess，时分多址)协议。在该协议中，把一个节点作为主节点，网络中其他节点以主节点为参考节点进行时间同步，以树状逐级扩散方式实现全网同步。此外，给网络中每一个节点固定分配时隙，每个节点只在自己的时隙内发送数据，在其他节点的时隙内处于扫描状态，等待接收其他节点发送的数据。
传统的TDMA同步方法对收发节点之间的时间差有所限制(不能超过某个上限)，然而在大规模组网时，尤其在电子对抗或电磁环境恶劣的通信条件下，很难保证收发节点的时差在要求范围内。
传统的TDMA时隙分配方法并不适用于大规模网络场景。为每一个节点分配固定时隙虽然可以保证数据发送无碰撞产生，但是随着节点数目增加会导致时隙调度间隔变长，从而数据在缓存队列中排队时延增大，导致端到端时延急剧增加。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，能够在扩大网络规模、减小业务时延、提升网络吞吐量的同时，增强网络抗毁性和抗干扰性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，所述大规模跳频组网系统包括：N个子网，每个子网包含M个电台节点，N×M个电台节点采用分层式组网结构进行组网，M、N分别为大于或者等于2的正整数；且同一个子网内部采用固定的跳频图案进行子网内部通信，不同子网采用相互正交的跳频图案，子网之间通信采用统一的跳频图案；
每个子网包含的M个电台节点中至少有一个电台节点为主节点，且至少有一个电台节点为网关节点；每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取；
每个电台节点开机后，通过扫描北斗授时信号，获取精确的北斗实时时间，并将北斗实时时间转换为电台TOD(time of day)时间，采用逐级扩散的方式完成跳频同步；
当某个电台节点收不到北斗授时信号，或者北斗授时信号中断时，则该电台节点将其所属子网的主节点作为对时参考节点，实现子网内的跳频同步。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：(1)每个子网具有不同的子网号，且每个电台节点具有唯一的地址编号，所述地址编号由网络号与主机号联合编码组成，所述地址编号中的网络号用于表征对应的电台节点应当初始接入的子网对应的子网号，所述主机号用于表征对应的电台节点在接入的子网中的节点编号；电台节点完成跳频同步后，根据其地址编号选择接入的子网。
(2)所述大规模跳频组网系统采用TDMA超帧结构进行网络时隙分配，所述TDMA超帧结构中包括：网内SOP时隙、网内备用SOP时隙、网内业务时隙、网内勤务时隙、网内预约时隙、网间SOP时隙、网间业务时隙；
其中，所述大规模跳频组网系统根据同一子网内每个电台节点的地址编号，为每个电台节点分配唯一的网内SOP时隙；所述网内SOP时隙用于同一子网内的电台节点之间交互网内SOP包，所述网内SOP包至少包含了发送该网内SOP包的电台节点的位置信息；
由于不同子网之间采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用所述网内SOP时隙；
所述网内SOP备用时隙用于漫游节点重入网后发送网内SOP包，且所述漫游节点通过竞争机制使用网内SOP备用时隙；
所述网内业务时隙用于每个子网内的电台节点进行网内业务交互，且同一子网内的每个电台节点使用为其固定分配的网内业务时隙交互网内业务；
所述网内勤务时隙用于在电台节点入网时获得时间信息，且同一子网的每个电台节点依次轮询占用该时隙，位于不同子网的电台节点由于采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用网内勤务时隙；
所述网内预约时隙用于漫游节点发送网内业务，且入网的漫游节点通过CSMA协议竞争使用网内预约时隙；
所述网间SOP时隙用于不同子网的网关节点交互网间SOP包，所述网间SOP包至少包含了发送该网间SOP包的网关节点的可达子网信息，用于建立网间拓扑连接关系；每个子网依次占用若干个网间SOP时隙，且所述若干个网间SOP时隙依次分配给该子网内的网关节点；
所述网间业务时隙用于各子网间的网关节点发送网间业务，网间业务时隙依次分配给每个子网的网关节点，不同子网对应的网关节点复用同一网间业务时隙。
(3)每个子网内所有电台节点的位置信息存储在该子网内每个电台节点的本地路由表中，每个子网包含东西南北四个网关节点，每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取，具体包括：
获取主节点的本地路由表中所有电台节点的位置信息，所述位置信息为对应电台节点在所述大规模跳频组网系统的二维坐标系中的位置，确定本子网的地理范围(Xmin，Xmax，Ymin，Ymax)，并根据所述地理范围确定本子网的地理中心(X0，Y0)，其中，其中，Xmin为本子网内所有电台节点X坐标的最小值，Xmax为本子网内所有电台节点X坐标的最大值，Ymin为本子网内所有电台节点Y坐标的最小值，Ymax为本子网内所有电台节点Y坐标的最大值；
以所述地理中心为原点按照东南西北四个方向建立四个坐标轴，将本子网划分为四个区域；
在以原点为顶点，以东西南北四个坐标轴分别为对称轴，顶角为Θ的四个区域内，分别依次选取到每个坐标轴的投影距离最大的节点为对应方向的网关节点，从而得到东西南北四个网关节点；其中，Θ∈[0，π/2]。
(4)当某个电台节点在初始所属子网的跳频图样上接收不到该子网内其他电台节点的任何SOP信息时，则该电台节点为漫游节点；
漫游节点重新接入子网的方法为：
漫游节点在一个网内复帧使用第一子网的跳频图样，在网内勤务时隙侦听第一子网内各个电台节点的网内勤务信息；所述第一子网为所述大规模跳频组网系统中除该漫游节点初始所属子网之外的任何一个子网；
若所述漫游节点在一个网内复帧没有侦听到第一子网内电台节点的网内勤务信息，则所述漫游节点在下一个网内复帧采用第二子网的跳频图案继续侦听；所述第二子网为所述大规模跳频组网系统中不同于所述第一子网的任何一个子网；
若所述漫游节点在第一子网的网内勤务时隙侦听到了该子网的电台节点的网内勤务信息，则所述漫游节点在该子网完成跳频同步；
所述漫游节点完成跳频同步之后，采用CSMA协议竞争使用网内SOP备用时隙发送网内SOP包，且竞争使用网内预约时隙发送网内业务；
若漫游节点在两个TDMA超帧时间内，接收到的所述第一子网内其他电台节点的网内SOP包中没有该漫游节点的路由信息，则所述漫游节点使用下一个子网的跳频图样继续侦听下一个子网的网内勤务信息；否则，所述漫游节点接入第一子网，停止侦听。
本发明提供的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，(1)TDMA时隙同步技术采用基于北斗授时的跳频同步，不受收发时差限制，显著提升跳频初始同步效率，并且在北斗授时信号出现短时中断情况下，各子网以本子网主节点为参考，采用逐级扩散方式完成跳频同步；(2)本发明提供的超帧结构扩展了网络规模，使得网络容量和通信距离都得到了大幅度提升，更适用于大规模分层自组网；(3)与传统的TDMA技术相比，本发明提供的技术方案在提高网络吞吐量、减小业务时延的同时，通过不同子网的网内通信采用正交的跳频图案，有效避免了相邻子网之间的干扰；(4)与传统的TDMA技术相比，本发明中的漫游节点重入网方法支持节点漫游情况，保障网络健壮性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统的大规模分层式自组网结构示意图；
图2为本发明实施例提供的超帧结构示意图；
图3为本发明实施例提供的时间同步方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的主节点选取网关节点的位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
TDMA：时分多址；CSMA：载波侦听多址接入；TOD：电台时间；(time of day)SOP：拓扑消息。
本发明实施例提供一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，所述大规模跳频组网系统包括：N个子网，每个子网包含M个电台节点，N×M个电台节点采用分层式组网结构进行组网，M、N分别为大于或者等于2的正整数；且同一个子网内部采用固定的跳频图案进行子网内部通信，不同子网采用相互正交的跳频图案，子网之间通信采用统一的跳频图案；
每个子网包含的M个电台节点中至少有一个电台节点为主节点，且至少有一个电台节点为网关节点；每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取；
每个电台节点开机后，通过扫描北斗授时信号，获取精确的北斗实时时间，并将北斗实时时间转换为电台TOD时间，采用逐级扩散的方式完成跳频同步；
当某个电台节点收不到北斗授时信号，或者北斗授时信号中断时，则该电台节点将其所属子网的主节点作为对时参考节点，实现子网内的跳频同步。进一步的，每个子网具有不同的子网号，且每个电台节点具有唯一的地址编号，所述地址编号由网络号与主机号联合编码组成，所述地址编号中的网络号用于表征对应的电台节点应当初始接入的子网对应的子网号，所述主机号用于表征对应的电台节点在接入的子网中的节点编号；电台节点完成跳频同步后，根据其地址编号选择接入的子网。
进一步的，所述大规模跳频组网系统采用TDMA超帧结构进行网络时隙分配，所述TDMA超帧结构中包括：网内SOP时隙、网内备用SOP时隙、网内业务时隙、网内勤务时隙、网内预约时隙、网间SOP时隙、网间业务时隙；
其中，所述大规模跳频组网系统根据同一子网内每个电台节点的地址编号，为每个电台节点分配唯一的网内SOP时隙；所述网内SOP时隙用于同一子网内的电台节点之间交互网内SOP包，所述网内SOP包至少包含了发送该网内SOP包的电台节点的位置信息；
由于不同子网之间采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用所述网内SOP时隙；
所述网内SOP备用时隙用于漫游节点重入网后发送网内SOP包，且所述漫游节点通过竞争机制使用网内SOP备用时隙；
所述网内业务时隙用于每个子网内的电台节点进行网内业务交互，且同一子网内的每个电台节点使用为其固定分配的网内业务时隙交互网内业务；
所述网内勤务时隙用于在电台节点入网时获得时间信息，且同一子网的每个电台节点依次轮询占用该时隙，位于不同子网的电台节点由于采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用网内勤务时隙；
所述网内预约时隙用于漫游节点发送网内业务，且入网的漫游节点通过CSMA协议竞争使用网内预约时隙；
所述网间SOP时隙用于不同子网的网关节点交互网间SOP包，所述网间SOP包至少包含了发送该网间SOP包的网关节点的可达子网信息，用于建立网间拓扑连接关系；每个子网依次占用若干个网间SOP时隙，且所述若干个网间SOP时隙依次分配给该子网内的网关节点；
所述网间业务时隙用于各子网间的网关节点发送网间业务，网间业务时隙依次分配给每个子网的网关节点，不同子网对应的网关节点复用同一网间业务时隙。
具体的，每个子网内所有电台节点的位置信息存储在该子网内每个电台节点的本地路由表中，每个子网包含东西南北四个网关节点，每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取，具体包括：
获取主节点的本地路由表中所有电台节点的位置信息，所述位置信息为对应电台节点在所述大规模跳频组网系统的二维坐标系中的位置，确定本子网的地理范围(Xmin，Xmax，Ymin，Ymax)，并根据所述地理范围确定本子网的地理中心(X0，Y0)，其中，其中，Xmin为本子网内所有电台节点X坐标的最小值，Xmax为本子网内所有电台节点X坐标的最大值，Ymin为本子网内所有电台节点Y坐标的最小值，Ymax为本子网内所有电台节点Y坐标的最大值；
以所述地理中心为原点按照东南西北四个方向建立四个坐标轴，将本子网划分为四个区域；
在以原点为顶点，以东西南北四个坐标轴分别为对称轴，顶角为Θ的四个区域内，分别依次选取到每个坐标轴的投影距离最大的节点为对应方向的网关节点，从而得到东西南北四个网关节点；其中，Θ∈[0，π/2]。
具体的，当某个电台节点在初始所属子网的跳频图样上接收不到该子网内其他电台节点的任何SOP信息时，则该电台节点为漫游节点；
漫游节点重新接入子网的方法为：
漫游节点在一个网内复帧使用第一子网的跳频图样，在网内勤务时隙侦听第一子网内各个电台节点的网内勤务信息；所述第一子网为所述大规模跳频组网系统中除该漫游节点初始所属子网之外的任何一个子网；
若所述漫游节点在一个网内复帧没有侦听到第一子网内电台节点的网内勤务信息，则所述漫游节点在下一个网内复帧采用第二子网的跳频图案继续侦听；所述第二子网为所述大规模跳频组网系统中不同于所述第一子网的任何一个子网；
若所述漫游节点在第一子网的网内勤务时隙侦听到了该子网的电台节点的网内勤务信息，则所述漫游节点在该子网完成跳频同步；
所述漫游节点完成跳频同步之后，采用CSMA协议竞争使用网内SOP备用时隙发送网内SOP包，且竞争使用网内预约时隙发送网内业务；
若漫游节点在两个TDMA超帧时间内，接收到的所述第一子网内其他电台节点的网内SOP包中没有该漫游节点的路由信息，则所述漫游节点使用下一个子网的跳频图样继续侦听下一个子网的网内勤务信息；否则，所述漫游节点接入第一子网，停止侦听。
示例性的，以下通过建立一个具体的大规模跳频组网系统，对本发明技术方案进行详细阐述：
建立具有10个子网，每个子网初始化为20个节点的大规模分层式自组网，具体如图1所示。设置每个子网具备4个网关节点和1个主节点，所以一个子网至少由5个节点构成。在满足网络维护开销和物理层传输能力匹配的情况下，子网节点数目可以动态增加，因此该网络结构具有动态可扩展性。
则针对该大规模分层式自组网结构，其对应的超帧结构如图2所示，其各个时隙的分配方法如下：
(1)网内SOP时隙：网内SOP时隙用于子网拓扑维护。根据节点ID每个节点分配唯一的网内SOP时隙。每个子网1号节点占用网内SOP1，2号节点占用网内SOP2，以此类推。不同子网之间由于频率不同，可以复用该时隙。
(2)网内SOP备用时隙：网内SOP备用时隙用于漫游节点重入网后发送网内SOP包。漫游节点通过竞争机制使用该时隙。
(3)网内业务时隙：每个子网节点占用固定分配的网内业务时隙，子网节点占用对应各自SOP时隙的同一列网内业务时隙，例如，节点0101占用网内SOP1时隙，则其固定占用网内业务1时隙，同理，节点0102占网内业务2时隙，以此类推。
(4)网内勤务时隙：网内勤务时隙用于统一网内时间基准，以及在没有北斗授时情况下，节点入网获得时间信息。每个子网节点依次轮询占用该时隙，不同子网之间由于跳频图样不同，可以同时复用该时隙。
(5)网内预约时隙：网内预约时隙用于漫游节点发送网内业务，新入网的漫游节点通过CSMA协议竞争使用网内预约时隙。
(6)网间SOP时隙：该时隙主要用于交互可达子网信息，建立网间拓扑连接关系。第一个网间复帧中的第一行网间SOP时隙依次分配给5个子网的网关节点，每个子网依次占4个时隙，第一个网间复帧中的第一列网间SOP时隙依次分配给其他5个子网的网关节点，每个子网依次占用4个时隙。第二个网间复帧中的网间SOP时隙占用情况和第一个复帧中的类似。
(7)网间业务时隙：网间业务时隙用于网关节点发送网间业务。网间业务时隙依次分配给子网的4个网关节点，不同子网对应的网关节点复用同一时隙。网关节点采用基于节点位置的概率接入方法发送网间业务。
在上述本发明实施例提供的大规模跳频组网系统的应用场景下，其时间同步方法过程如图3所示，具体为：
节点开机后，全网节点搜索北斗授时信号。如果全网节点都能扫描到北斗授时信号，那么网络节点通过北斗授时信号获取精确时间，并将实时时间转换为TOD，然后通过传统的逐级扩散方式完成跳频同步。不同子网选择正交的跳频图案，网间选取统一的跳频图案。如果出现部分节点收不到北斗授时信号或者北斗授时信号短时中断，那么各子网节点以所在子网的主节点为参考，采用传统的TDMA跳频同步方法实现各子网内部同步。
又示例性的，基于上述大规模跳频组网系统的应用场景，在有北斗的情况下，可以通过北斗获取节点的地理位置信息。此时采用基于地理位置信息的网关节点选取方法。具体方法如下：
(1)在网节点在自己分配的网内SOP时隙广播网内SOP包，通过交互网内SOP信息从而收集本子网其他所有节点的位置信息；
(2)主节点根据本地路由表中的节点位置信息确定本子网范围(Xmin，Xmax，Ymin，Ymax)，并根据子网范围确定子网中心(X0，Y0)，其中
(3)主节点以子网中心为原点按照东西南北四个方向建立4个坐标轴，将子网分成4个区域，具体如图4所示；
(4)主节点根据本地节点位置信息表，在以各个坐标轴为对称轴，顶角为Θ的区域内，分别选取到4个坐标轴投影最大的节点为东西南北方向的网关节点，其中Θ角初始值为π/2，其大小可以动态调整；
(5)网关节点选取结束后，由主节点在子网内进行声明。
又示例性的，基于上述大规模跳频组网系统的应用场景，漫游节点加入新子网的具体方法为：
(1)节点在所属子网的跳频图样上收不到该子网任何其他节点的SOP信息，则发现自己是孤立漫游节点，需要重新入网；
(2)漫游节点依次使用各子网的跳频图样，在一个网内复帧使用一个子网的跳频图样，在网内勤务1～网内勤务20上侦听子网节点的网内勤务信息；
(3)如果漫游节点在某个网内勤务时隙侦听到了某个子网节点的网内勤务信息，则使用本发明实施例提供的同步方法完成初始同步；
(4)漫游节点完成同步之后，通过CSMA协议竞争使用网内SOP备用时隙发送网内SOP包，竞争使用网内预约时隙发送网内业务；
(5)经过两个超帧，如果漫游节点收到该子网其他节点的网内SOP包中没有漫游节点的路由信息，那么漫游节点使用其他子网的跳频图样继续侦听其他子网的网内勤务信息，否则停止侦听。
需要说明的是，本发明实施例所提供的基于北斗授时的大规模跳频组网系统可用于任意规模的跳频组网系统，同时对于大规模跳频组网(所述大规模跳频组网为包含10个子网，每个子网20个节点的系统至包含40个子网，每个子网40个节点的组网系统)具有明显的优势。
本发明提供的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，(1)TDMA时隙同步技术采用基于北斗授时的跳频同步，不受收发时差限制，显著提升跳频初始同步效率，并且在北斗授时信号出现短时中断情况下，各子网以本子网主节点为参考，采用逐级扩散方式完成跳频同步；(2)本发明提供的超帧结构扩展了网络规模，使得网络容量和通信距离都得到了大幅度提升，更适用于大规模分层自组网；(3)与传统的TDMA技术相比，本发明提供的技术方案在提高网络吞吐量、减小业务时延的同时，通过不同子网的网内通信采用正交的跳频图案，有效避免了相邻子网之间的干扰；(4)与传统的TDMA技术相比，本发明中的漫游节点重入网方法支持节点漫游情况，保障网络健壮性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，其特征在于，所述大规模跳频组网系统包括：N个子网，每个子网包含M个电台节点，N×M个电台节点采用分层式组网结构进行组网，M、N分别为大于或者等于2的正整数；且同一个子网内部采用固定的跳频图案进行子网内部通信，不同子网采用相互正交的跳频图案，子网之间通信采用统一的跳频图案；
每个子网包含的M个电台节点中至少有一个电台节点为主节点，且至少有一个电台节点为网关节点；每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取；
每个电台节点开机后，通过扫描北斗授时信号，获取精确的北斗实时时间，并将北斗实时时间转换为电台TOD时间，采用逐级扩散的方式完成跳频同步；
当某个电台节点收不到北斗授时信号，或者北斗授时信号中断时，则该电台节点将其所属子网的主节点作为对时参考节点，实现子网内的跳频同步。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，其特征在于，每个子网具有不同的子网号，且每个电台节点具有唯一的地址编号，所述地址编号由网络号与主机号联合编码组成，所述地址编号中的网络号用于表征对应的电台节点应当初始接入的子网对应的子网号，所述主机号用于表征对应的电台节点在接入的子网中的节点编号；电台节点完成跳频同步后，根据其地址编号选择接入的子网。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，其特征在于，所述大规模跳频组网系统采用TDMA超帧结构进行网络时隙分配，所述TDMA超帧结构中包括：网内SOP时隙、网内备用SOP时隙、网内业务时隙、网内勤务时隙、网内预约时隙、网间SOP时隙、网间业务时隙；
其中，所述大规模跳频组网系统根据同一子网内每个电台节点的地址编号，为每个电台节点分配唯一的网内SOP时隙；所述网内SOP时隙用于同一子网内的电台节点之间交互网内SOP包，所述网内SOP包至少包含了发送该网内SOP包的电台节点的位置信息；
由于不同子网之间采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用所述网内SOP时隙；
所述网内SOP备用时隙用于漫游节点重入网后发送网内SOP包，且所述漫游节点通过竞争机制使用网内SOP备用时隙；
所述网内业务时隙用于每个子网内的电台节点进行网内业务交互，且同一子网内的每个电台节点使用为其固定分配的网内业务时隙交互网内业务；
所述网内勤务时隙用于在电台节点入网时获得时间信息，且同一子网的每个电台节点依次轮询占用该时隙，位于不同子网的电台节点由于采用正交的跳频图案，因此不同子网的电台节点将复用网内勤务时隙；
所述网内预约时隙用于漫游节点发送网内业务，且入网的漫游节点通过CSMA协议竞争使用网内预约时隙；
所述网间SOP时隙用于不同子网的网关节点交互网间SOP包，所述网间SOP包至少包含了发送该网间SOP包的网关节点的可达子网信息，用于建立网间拓扑连接关系；每个子网依次占用若干个网间SOP时隙，且所述若干个网间SOP时隙依次分配给该子网内的网关节点；
所述网间业务时隙用于各子网间的网关节点发送网间业务，网间业务时隙依次分配给每个子网的网关节点，不同子网对应的网关节点复用同一网间业务时隙。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，其特征在于，每个子网内所有电台节点的位置信息存储在该子网内每个电台节点的本地路由表中，每个子网包含东西南北四个网关节点，每个子网内的网关节点由该子网的主节点根据该子网内所有电台节点的位置进行选取，具体包括：
获取主节点的本地路由表中所有电台节点的位置信息，所述位置信息为对应电台节点在所述大规模跳频组网系统的二维坐标系中的位置，确定本子网的地理范围(Xmin,Xmax,Ymin,Ymax)，并根据所述地理范围确定本子网的地理中心(X0,Y0)，其中，其中，Xmin为本子网内所有电台节点X坐标的最小值，Xmax为本子网内所有电台节点X坐标的最大值，Ymin为本子网内所有电台节点Y坐标的最小值，Ymax为本子网内所有电台节点Y坐标的最大值；
以所述地理中心为原点按照东南西北四个方向建立四个坐标轴，将本子网划分为四个区域；
在以原点为顶点，以东西南北四个坐标轴分别为对称轴，顶角为Θ的四个区域内，分别依次选取到每个坐标轴的投影距离最大的节点为对应方向的网关节点，从而得到东西南北四个网关节点；其中，Θ∈[0,π/2]。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗授时的大规模跳频组网系统，其特征在于，假设所述大规模跳频组网系统包含N个子网，N为大于2的正整数，当某个电台节点在初始所属子网的跳频图样上接收不到该子网内其他电台节点的任何SOP信息时，则该电台节点为漫游节点；
将所述漫游节点初始所属子网记为第1个子网，其他N-1个子网依次记为第2个子网至第N个子网；
所述漫游节点重新接入子网的方法为：
步骤1，漫游节点在一个网内复帧使用第i个子网的跳频图样，在网内勤务时隙侦听第i个子网内各个电台节点的网内勤务信息；其中，i的初始值为2，且i为小于或者等于N的正整数；
步骤2，若所述漫游节点在一个网内复帧没有侦听到第i个子网内电台节点的网内勤务信息，则令i的值加1，并重复执行步骤1；
步骤3，若所述漫游节点在第i个子网的网内勤务时隙侦听到了该子网的电台节点的网内勤务信息，则所述漫游节点在该子网完成跳频同步；
步骤4，所述漫游节点完成跳频同步之后，采用CSMA协议竞争使用网内SOP备用时隙发送网内SOP包，且竞争使用网内预约时隙发送网内业务；
步骤5，若漫游节点在两个TDMA超帧时间内，接收到的所述第i个子网内其他电台节点的网内SOP包中没有该漫游节点的路由信息，则令i的值加1，并返回步骤1；否则，所述漫游节点接入第i个子网，停止侦听。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070498A (zh) * 2017-04-17 2017-08-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于跳频tdma系统的分簇多级自组网时间同步方法
CN108347261A (zh) * 2018-02-07 2018-07-31 成都泰格微电子研究所有限责任公司 一种基于北斗授时的同步跳频正交组网方法
CN108366385A (zh) * 2018-02-07 2018-08-03 成都泰格微电子研究所有限责任公司 一种基于频点分组的同步跳频正交组网方法
CN109412921A (zh) * 2018-11-09 2019-03-01 上海无线电设备研究所 一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法
CN112867036A (zh) * 2021-02-07 2021-05-28 吉林省科学技术信息研究所 Ad-HOC自组网系统及方法
CN114337894A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 跳频通信方法及系统
CN115567145A (zh) * 2022-11-30 2023-01-03 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 一种基于电网多源数据融合的时间校正方法及终端
WO2023045987A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 华为技术有限公司 一种通信方法、通信装置和终端

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0808532A1 (en) * 1995-02-08 1997-11-26 Stanford Telecommunications, Inc Frequency hopped return link with net entry channel for a satellite personal communications system
EA002604B1 (ru) * 1998-03-27 2002-06-27 Уорлдспэйс Менеджмент Корпорейшн Цифровая вещательная система, использующая спутниковое прямое вещание и наземный ретранслятор
CN102264146A (zh) * 2011-06-24 2011-11-30 浙江大学 基于TDMA/FDMA的WSN网络mac层调度方法
CN202798695U (zh) * 2012-09-04 2013-03-13 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于北斗卫星授时系统的无线电台跳频同步控制装置
CN105119632A (zh) * 2015-07-20 2015-12-02 北京理工大学 基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法
CN105511257A (zh) * 2015-12-30 2016-04-20 柳州天运寰通科技有限公司 北斗可驯授时方法及北斗自动授时手表
CN106100696A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 中国航空无线电电子研究所 一种基于tod时间信息的非线性跳频图案生成系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0808532A1 (en) * 1995-02-08 1997-11-26 Stanford Telecommunications, Inc Frequency hopped return link with net entry channel for a satellite personal communications system
EA002604B1 (ru) * 1998-03-27 2002-06-27 Уорлдспэйс Менеджмент Корпорейшн Цифровая вещательная система, использующая спутниковое прямое вещание и наземный ретранслятор
CN102264146A (zh) * 2011-06-24 2011-11-30 浙江大学 基于TDMA/FDMA的WSN网络mac层调度方法
CN202798695U (zh) * 2012-09-04 2013-03-13 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于北斗卫星授时系统的无线电台跳频同步控制装置
CN105119632A (zh) * 2015-07-20 2015-12-02 北京理工大学 基于多跳频图案的适用于无线移动自组织网的通信方法
CN105511257A (zh) * 2015-12-30 2016-04-20 柳州天运寰通科技有限公司 北斗可驯授时方法及北斗自动授时手表
CN106100696A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 中国航空无线电电子研究所 一种基于tod时间信息的非线性跳频图案生成系统

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070498B (zh) * 2017-04-17 2019-01-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于跳频tdma系统的分簇多级自组网时间同步方法
CN107070498A (zh) * 2017-04-17 2017-08-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于跳频tdma系统的分簇多级自组网时间同步方法
CN108366385B (zh) * 2018-02-07 2022-04-01 成都泰格微电子研究所有限责任公司 一种基于频点分组的同步跳频正交组网方法
CN108347261A (zh) * 2018-02-07 2018-07-31 成都泰格微电子研究所有限责任公司 一种基于北斗授时的同步跳频正交组网方法
CN108366385A (zh) * 2018-02-07 2018-08-03 成都泰格微电子研究所有限责任公司 一种基于频点分组的同步跳频正交组网方法
CN109412921A (zh) * 2018-11-09 2019-03-01 上海无线电设备研究所 一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法
CN109412921B (zh) * 2018-11-09 2021-01-19 上海无线电设备研究所 一种多簇星型网络节点的入网退网设计方法
CN112867036A (zh) * 2021-02-07 2021-05-28 吉林省科学技术信息研究所 Ad-HOC自组网系统及方法
WO2023045987A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 华为技术有限公司 一种通信方法、通信装置和终端
CN114337894A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 跳频通信方法及系统
CN114337894B (zh) * 2021-12-30 2023-08-11 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 跳频通信方法及系统
CN115567145A (zh) * 2022-11-30 2023-01-03 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 一种基于电网多源数据融合的时间校正方法及终端
CN115567145B (zh) * 2022-11-30 2023-03-28 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 一种基于电网多源数据融合的时间校正方法及终端

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