CN106900024B - 用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超远程战术通信方法，尤其涉及一种用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法。各节点首先按照自组网协议进行自组网，生成路由表；然后，发送节点判断与网内各节点的距离是否在最大通信距离内，对于在最大通信距离内的节点，则直接按照收发协议与其进行通信；对于在最大通信距离外的节点，则按照转信协议与其进行通信。本发明通过设计转信路由实现了自组网数传电台间的超远距离数据通信，并且对电台的收发过程进行有效控制，降低了数据传输的错误率。本发明方法成本低、易实现，通信效率高，且占用频率资源少。

Description

用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法
技术领域
本发明涉及一种超远程战术通信方法，尤其涉及一种用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法。
背景技术
数传电台利用固定频率进行远距离战术通信。数传电台具有通信距离远，成本低，可自组网等优势，在有线通信设施遭到破坏、移动IP机制无法使用的恶劣通信环境中可快速建立应急通信满足特殊需求任务，有助于战场上部队快速展开和推进，在地震、水灾、台风等自然灾害后的救援以及野外边远地区作战指挥中可发挥重要作用。数传电台通信方式为半双工，数据的收、发需要加以控制，否则会造成数据碰撞。多个数传电台间的无序数据通信会使得电台之间数据传输错误率较高，制约数传电台组网通信作为一种实用通信手段的推广应用。另外，若想利用数传电台自组网、超传输距离通信，不仅需要对电台收、发进行控制，以高效完成网内通信，还需要对转信路由进行设计，以便达到超传输距离通信的目的。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种数传电台在组网状态下的通信方法，并提供了一种超远距离通信的转信方法，实现了数传电台的超远程数据传输。
本发明的技术方案如下：
一种用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，各节点首先按照自组网协议进行自组网，生成路由表；然后，发送节点判断与网内各节点的距离是否在最大通信距离内，对于在最大通信距离内的节点，则直接按照收发协议与其进行通信；对于在最大通信距离外的节点，则按照转信协议与其进行通信。
所述节点包括控制电台和传输电台，分别用于收发控制信息和数据信息。
各节点间利用帧传输控制信息、数据信息和路由信息，分别对应状态帧、数据帧和路由帧。状态帧携带路由信息及转信内容，数据帧用于传输电台之间通信，携带信息长度、信息内容等，路由帧用于自组网时构建路由表。
所述的自组网协议过程为：
(1)各节点开始工作时或空闲超过规定时间时广播当前路由表；
(2)各节点将收到的路由帧的设备号与自身设备号形成连接关系
写入路由表中，同时对比自身路由表与收到的路由表，已存在的
路由不再写入。
所述的收发协议过程为：
(1)发送节点控制电台发送传输请求；
(2)接收节点控制电台响应传输请求，检测该节点传输电台的空闲状态；若不空闲，接收节点控制电台向发送节点反馈其传输电台的状态，发送节点等待一定时间后再发送传输请求；若空闲，发送节点传输电台修改其频率，使之与接收节点传输电台频率一致，接收节点向发送节点反馈其传输电台的状态；
(3)发送节点传输电台创建数据帧，并利用AES加密算法对数据帧内容字段进行加密，发送节点传输电台发送数据帧；
(4)接收节点传输电台接收并校验数据帧，若有错帧，接收节点控制电台将错帧索引号发回发送节点；
(5)发送节点传输电台重新发送出错的数据帧，并重复步骤(4)过程，直至无错帧；
(6)接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容字段进行解密，获得完整信息。
所述的转信协议过程为：
(1)发送节点检索其路由表中与接收节点相关的路由，将检索到的各条路由初始化权值为1；
(2)分别按照相关路由回溯上一级路由，各条路由权值加1；
(3)在各条路由中查找是否存在发送节点，若存在，则记录此路由为转信路由之一；若不存在，则重复步骤(2)过程；
(4)在各转信路由中查找权值最小的作为转信路由，封装入状态帧中；
(5)发送节点按照转信路由发送状态帧，并逐节点按照所述收发协议过程(1)-(5)进行通信，直至转信路由结束；
(6)接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容字段进行解密，获得完整信息。
进一步，所述控制电台和传输电台均为数传电台。工作时所有节点控制电台使用统一的广播频率，而每部传输电台工作在指定收发频率上。
上文所述状态帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧转信路由表字段，用于存储转信路由信息；
帧内容字段，用于存储数据信息；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；
帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
上文所述数据帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧总包长度字段，用于存储数据拆分为数据包后总包长度；
帧索引号长度字段，用于存储索引号长度；
帧索引号字段，用于存储索引号；
帧内容字段，用于存储数据包；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；
帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
上文所述路由帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧路由表字段，用于存储发送设备路由表信息；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
本发明通过设计转信路由实现了自组网数传电台间的超远距离数据通信，并且对电台的收发过程进行有效控制，降低了数据传输的错误率。本发明方法成本低、易实现，通信效率高，且占用频率资源少。
附图说明
图1是本发明方法的整体流程图；
图2是状态帧结构图；
图3是数据帧结构图；
图4是路由帧结构图；
图5是本发明实施例组网通信连接示意图；
图6是本发明实施例组网拓扑图；
图7是本发明实施例的转信协议过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的整体实施过程进行详细描述，并结合一实施例加以说明。以下描述和实施例仅为了使本发明的技术方案更清楚明确，便于本领域技术人员理解，但不能作为对本发明保护范围的限制。
一种用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，该方法所涉及系统包含多个通信节点，每个节点由两部数传电台组成，一台作为控制电台，用于收发控制信息，工作时所有节点控制电台使用统一的广播频率；另一台作为传输电台，用于收发数据信息，每部传输电台工作在指定收发频率上。各节点间利用帧传输控制信息、数据信息和路由信息，具体包括状态帧、数据帧和路由帧，各类帧用特定格式封装。状态帧携带路由信息及转信内容，数据帧用于传输电台之间通信，携带信息长度、信息内容等，路由帧用于自组网时构建路由表。
图2所示为状态帧的结构。开头1个字节存放帧开始命令字；1个字节存放操作命令字；1个字节存放设备号；n个字节存放转信路由；32个字节存放信息；1个字节存放校验码；1个字节存放帧结束命令字。帧总长度不大于50字节。以下表1为操作字节各命令字的定义方法。
表1
Figure BDA0001232462820000061
Figure BDA0001232462820000071
图3所示为数据帧的结构。开头1个字节存放帧开始命令字；1个字节存放操作命令字；1个字节存放设备号；2个字节存放信息拆包后总长度；2个字节存放索引号长度；根据拆包总长度生成相应的n个字节的索引号；32个字节存放信息包；1个字节存放校验码；1个字节存放帧结束命令字。帧总长度不大于50字节。
图4所示为路由帧的结构，开头开头1个字节存放帧开始命令字；1个字节存放操作命令字；1个字节存放设备号；使用n个字节存放路由表；1个字节存放校验码；1个字节存放帧结束命令字。帧总长度不大于50字节。
参照图1，该方法包括以下过程：
首先，各节点电台开始工作时(或空闲超过规定时间时，用户可自行设定时间)按照自组网协议进行自组网，生成路由表：
1.1各节点控制电台广播路由帧，路由帧携带本节点路由表，在网内广播；
1.2各节点控制电台收到路由帧后，识别设备号，与本节点设备号形成路由，与当前路由表对比，将未记录的路由写入路由表；同时，识别收到的路由表内容，将其与当前路由表进行对比，将未记录的路由写入路由表。
然后，发送节点判断与网内各节点的距离是否在最大通信距离内，对于在最大通信距离内的节点，其状态标为“在线”，对于在最大通信距离外的节点，其状态标为“离线”。
之后，发送节点选择状态为“在线”的节点作为接收节点，按照下述收发协议过程进行通信，选择状态为“离线”的节点作为接收节点，按照下述转信协议过程进行通信。
所述收发协议过程如下：
3.1发送节点控制电台发送状态帧；
3.2询问接收节点传输电台是否空闲；若不空闲，则向发送节点反馈其传输电台的状态，发送节点等待一定时间后再发送状态帧；若空闲，若空闲，发送节点传输电台修改其频率，使之与接收节点传输电台频率一致，接收节点并向发送节点反馈其传输电台的状态；
3.3发送节点传输电台创建数据帧，并利用AES加密算法对数据帧内容字段进行加密，发送节点传输电台发送数据帧；
3.4接收节点传输电台接收并校验数据帧，若有错帧，接收节点控制电台将错帧索引号发回发送节点；
3.5发送节点传输电台重新发送出错的数据帧，并重复步骤3.4过程，直至无错帧，收发结束；
3.6接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容字段进行解密，获得完整信息。
所述转信协议过程如下：
4.1发送节点检索其路由表中与接收节点相关的路由，将检索到的各条路由初始化权值为1；
4.2分别按照相关路由回溯上一级路由，各条路由权值加1；
4.3在各条路由中查找是否存在发送节点，若存在，则记录此路由为转信路由之一；若不存在，则重复步骤4.2过程；
4.4在各转信路由中查找权值最小的作为转信路由，封装入状态帧中；
4.5发送节点控制电台按照转信路由发送状态帧，询问第一接收节点传输电台是否空闲；若不空闲，则向发送节点反馈其传输电台的状态，发送节点等待一定时间后再发送状态帧；若空闲，发送节点传输电台修改其频率，使之与第一接收节点传输电台频率一致，第一接收节点向发送节点反馈其传输电台的状态；
4.6发送节点传输电台创建数据帧，并利用AES加密算法对数据帧内容字段进行加密，发送节点传输电台发送数据帧；
4.7第一接收节点传输电台接收并校验数据帧，若有错帧，第一接收节点控制电台将错帧索引号发回发送节点；
4.8发送节点传输电台重新发送出错的数据帧，并重复步骤4.7过程，直至无错帧；
4.9检查转信路由是否结束；若未结束，则返回步骤4.5，按照转信路由与下一接收节点进行通信，直至转信路由结束；
4.10最后的接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容
字段进行解密，获得完整信息。
下面以四个节点组网为例来说明本发明的具体实施过程。
图5所示为四节点组网通信的连接示意图，四个节点标记为节点A、节点B、节点C、节点D，每个节点能够在10公里以内进行无线通信。节点A与节点D、节点B与节点C之间进行超传输距离通信时，可分别利用节点B/C、节点A/D进行转信。即节点A将信息发送给节点B/C，节点B/C将信息发送给节点D；节点B同理。
图6所示为四节点组网的范例，表2为图6所示组网范例下各节点路由表的生成过程。其中节点A的路由表包含A-B、A-C、B-C、C-D。
表2
Figure BDA0001232462820000101
图7展示了在图6所示组网方式下，实现A与D通信的转信协议工作过程。发送节点检索路由表，找到节点D相关路由：C-D，同时权值初始化为1；判断该路由上有无节点A；没有，回溯C-D上一路由：A-C、B-C，同时两条路由权值分别加1；判断路由上有无节点A；有，确定转信路由之一为A-C、C-D，权值为2；没有，回溯B-C上一路由：A-B，同时权值加1；判断路由上有无节点A；有，确定转信路由之二为：A-B、B-C、C-D，权值为3；比较权值大小，选择权值最小的路由为转信路由，封装入状态帧，利用AES加密算法对状态帧内容字段进行加密；节点A发送状态帧，状态帧按照路由表将信息转信至节点D；节点D利用AES加密算法对状态帧内容字段进行解密，完成转信通信。其他组网方式下的转信过程类比上述过程。

Claims (6)

1.一种用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于包括以下过程：各节点首先按照自组网协议进行自组网，生成路由表；然后，发送节点判断与网内各节点的距离是否在最大通信距离内，对于在最大通信距离内的节点，则直接按照收发协议与其进行通信；对于在最大通信距离外的节点，则按照转信协议与其进行通信；
所述节点包括控制电台和传输电台，分别用于收发控制信息和数据信息；各节点间利用帧传输控制信息、数据信息和路由信息，分别对应状态帧、数据帧和路由帧；
所述的收发协议过程为：
(1)发送节点控制电台发送传输请求；
(2)接收节点控制电台响应传输请求，检测该节点传输电台的空闲状态；若不空闲，接收节点控制电台向发送节点反馈其传输电台的状态，发送节点等待一定时间后再发送传输请求；若空闲，发送节点传输电台修改其频率，使之与接收节点传输电台频率一致，接收节点向发送节点反馈其传输电台的状态；
(3)发送节点传输电台创建数据帧，并利用AES加密算法对数据帧内容字段进行加密，发送节点传输电台发送数据帧；
(4)接收节点传输电台接收并校验数据帧，若有错帧，接收节点控制电台将错帧索引号发回发送节点；
(5)发送节点传输电台重新发送出错的数据帧，并重复步骤(4)过程，直至无错帧；
(6)接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容字段进行解密，获得完整信息；
所述的转信协议过程为：
(1)发送节点检索其路由表中与接收节点相关的路由，将检索到的各条路由初始化权值为1；
(2)分别按照相关路由回溯上一级路由，各条路由权值加1；
(3)在各条路由中查找是否存在发送节点，若存在，则记录此路由为转信路由之一；若不存在，则重复步骤(2)过程；
(4)在各转信路由中查找权值最小的作为转信路由，封装入状态帧中；
(5)发送节点按照转信路由发送状态帧，并逐节点按照所述收发协议过程(1)-(5)进行通信，直至转信路由结束；
(6)接收节点传输电台利用AES加密算法对数据帧内容字段进行解密，获得完整信息。
2.根据权利要求1所述的用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于：所述的自组网协议过程为：
(1)各节点开始工作时或空闲超过规定时间时广播当前路由表；
(2)各节点将收到的路由帧的设备号与自身设备号形成连接关系写入路由表中，同时对比自身路由表与收到的路由表，已存在的路由不再写入。
3.根据权利要求1或2所述的用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于：所述控制电台和传输电台均为数传电台。
4.根据权利要求1或2所述的用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于：所述状态帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧转信路由表字段，用于存储转信路由信息；
帧内容字段，用于存储数据信息；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；
帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
5.根据权利要求1或2所述的用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于：所述数据帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧总包长度字段，用于存储数据拆分为数据包后总包长度；
帧索引号长度字段，用于存储索引号长度；
帧索引号字段，用于存储索引号；
帧内容字段，用于存储数据包；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；
帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
6.根据权利要求1或2所述的用于数传电台自组网超远程数据传输的战术通信方法，其特征在于：所述路由帧包括：
帧开始字段，用于存储帧开始命令字；
帧操作字段，用于存储帧操作命令字，使帧实现不同功能；
帧设备号字段，用于存储发送设备识别ID；
帧路由表字段，用于存储发送设备路由表信息；
帧校验字段，用于存储校验码，以便判断该帧传输过程是否出错；
帧结束字段，用于存储帧结束命令字。
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