CN109067497A - 一种适用于超短波tdma无线信道的高效组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述方法通过预设的高效组网协议进行组网，所述高效组网协议包括：时隙分配方案和组网传输协议；所述时隙分配包括数话同传方式方案和数话兼容方案；所述组网传输协议包含有普通分组携带回执的设计。本发明通过采取可选的时隙分配方案可满足分组话音传输的带宽需求，同时仍能为正常数据业务的传输提供良好保障。通过普通分组携带回执的优化协议设计，减少了回执报文的数量，减少了信道资源浪费，保证了数据可靠传输时的传输效率。

Description

一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法

技术领域

本发明涉及超短波通信领域，更具体地，涉及一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法。

背景技术

超短波通信采用视距传播方式，电台结构简单，设备尺寸较小，可靠性高，组织应用灵活，视距以外的不同网络电台可以使用相同频率工作而不会互相干扰，通常适用军事、勘探等野外无依托环境下的移动通信保障，上述环境中超短波通信的特点是：通信容量小，传输速率低，传输不可靠，组网使用困难，超短波电台采用CSMA实现多址接入时，由于存在信道竞争，难以保证快速可靠的传输，因此新一代超短波数据传输大多采用TDMA体制。

当前，超短波电台TDMA组网应用主要有以下不足：

(1)不能很好的适应话音分组传输的需要

超短波TDMA信道资源有限，单用户可供分配的时隙资源很少，不能满足分组话音传输的带宽需求。

例如，当前典型的超短波电台传输速率为9.6kbit/s，每秒有8个时隙分别固定分配给一个用户。则每个用户可用的数据量为1.2kbit/s，对于编码器编码速率1.2kbit/s以上的编码器，由于分组传输必然要增加一些分组协议的信息开销，因此语音分组的业务量大于1.2kbit/s，因此不能正常传输这种类型的分组话。另一方面，其他用户并不是每时每刻都在传输信息，也就是说网内还存在空闲时隙，即使有数据需要传输，也应当适当调度传输的时机，以保证话音优先进行传输。

(2)数据分片传输不可靠导致较大传输时延

采用TDMA体制时，每个时隙只能传输有限的数据量。较大的分组被分成多个小块以适配时隙传输能力，现有的组网协议将ARQ确认信息作为一个分组进行传输，因此ARQ确认信息报文很小，但是数量较多。

如电台网的速率为9.6kbit/s，每个TDMA周期(一般为1秒)分为8个时隙(假设编号为0～7)，即每个时隙可传输1200bit(150字节)数据，站点A业务量较大分配了第0、第4个时隙，站点B业务量较少只分配了第7个时隙。考虑站点A向站点B发送一个500字节分组，同时站点B向站点A发送一个100字节分组的情况。

若站点B只对整个分组进行确认，情况如下：首先，为了适配时隙传输能力，站点A将500字节的分组分为3个150字节和一个50字节的子分组，分别在第一个、第二个时隙周期的时隙1、时隙4进行发送，站点B在第一个周期想站点A发送100字节。在接收无误的条件下，在第二个时隙周期的时隙8，站点B向站点A发送ARQ信息，站点A在第三个时隙周期的第一个时隙发送ARQ，发送过程结束。

由于超短波信道存在传输不可靠的现象，如果传输时任意一个子分组传输失败，由于站点A并不知道哪一个子分组传输有误，只能全部重新传输，导致传输时间加倍，大大浪费了宝贵的传输资源。

当前解决的思路是对每个子分组均需进行确认，站点A将500字节的分组分为4个子分组发送后，站点B逐个进行ARQ确认，站点B需要4个时隙周期才能完成ARQ确认信息的发送。第5个周期的时隙8才能发送自身的数据，效率很低。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，通过时隙配置、运用方式和协议格式，使得分组话音和数据传输业务可以合理的分配资源，并提高业务传输的效率和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，所述方法通过预设的高效组网协议进行组网，所述高效组网协议包括：时隙分配方案和组网传输协议；

所述时隙分配方案包括数话同传方案和数话兼容方案；

所述组网传输协议包含有普通分组携带回执的设计。

进一步地，所述数话同传方案是将超短波电台的一个TDMA周期的部分时隙固定分配给话音业务使用，数据业务传输在除去已分配给话音业务之外的时隙中由网络管理员进行分配。

进一步地，所述话音业务使用的部分时隙为超短波电台1个TDMA周期内的偶数时隙，所述数据业务使用的时隙为超短波电台1个TDMA周期内的奇数时隙，当1个TDMA周期内的奇数时隙不足以分配给数据业务传输时，则在多个TDMA周期内进行配置。

进一步地，所述数话兼容方案为将超短波电台的一个TDMA周期的时隙固定分配给用户用于传输数据业务，话音业务可以使用所述TDMA周期的内任何时隙进行传输。

进一步地，所述组网传输协议包括以下字段：

a)Pro_type表示协议类型，字段数据量为3比特，取值范围0～7，可表示最多8种协议类型，1表示话音、2表示数据、其他数值保留；

b)Flag_ack表示应答标志，字段数据量为1比特，0表示无需回执，1表示需要回执；

c)Flag_end表示末子帧标志，字段数据量为1比特，0表示不是最后一个子帧，1表示当前是最后一个子帧，与Subframe_sn相结合能够指示一个数据帧分为子帧后的子帧数量、以及指示最后一个子帧；

d)Rec_cnt表示携带回执个数，字段数据量为3比特，取值范围0～7，含义为每个子帧携带的回执数量；

e)Addr_Src表示发方地址，字段数据量为1字节，含义为发送方的网络地址；

f)Addr_Dst表示收方地址，字段数据量为1字节，含义为指定接收方的网络地址，其中255表示广播；

g)Frame_sn表示帧序号，分组的帧序号，各站点执行维护，每发送一个分组后加一，用于区分不同的帧；

h)Subframe_sn表示子帧序号，字段数据量为1字节，指示当前子帧的序号，从0开始编号；

i)Length表示数据长度，字段数据量为2字节，含义为子帧数据的长度；

j)Rec_data表示携带的回执数据，字段数据量为4·Rec_cnt字节，可携带Rec_cnt个回执，每个回执4字节，信息为发方地址、收方地址、帧序号、子帧序号，可对一个子帧进行确认；

k)Data表示子帧数据，含义为子帧的数据载荷；

Crc表示CRC校验，字段数据量为2字节，含义为从协议类型到子帧数据的CRC校验值，接收时用于校验子帧数据的正确性，不正确的子帧将被丢弃。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过采取可选的时隙分配方案可满足分组话音传输的带宽需求，同时仍能为正常数据业务的传输提供良好保障。通过普通分组携带回执的优化协议设计，减少了回执报文的数量，减少了信道资源浪费，保证了数据可靠传输时的传输效率。

附图说明

图1为组网应用示意图。

具体实施方式

首先针对本发明中用到的缩略语及关键术语进行说明：

CSMA：Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多址接入；

TDMA：Time Division Multiple Access，时分多址接入；

ARQ：Automatic Repeat Request，自动重传请求；

CRC：Cyclic Redundancy Check，循环冗余码校验。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明包括两部分：一是时隙的分配方案，二是组网传输协议的设计。

根据使用场景的不同设计两种时隙分配方案，分别命名为：数话同传方案和数话兼容方案。

(1)数话同传

将超短波电台的部分时隙固定分配给话音业务使用，用户的数据传输业务传输在其余时隙进行分配。如电台每个TDMA周期(一般为1秒)分为8个时隙(假设编号为0～7)，则时隙0、2、4、6分配给话音传输使用，其余用户由网络管理员指配相应的时隙，当一个周期内的奇数时隙不足以分配时，可在多个TDMA周期的时隙内配置。例如有8个用户，则分别分配第2n和2n+1(n＝0，1，2，……)周期的1、3、5、7时隙。

该分配方式采用专门的话音信道，数据业务和话音业务分开传输、互不干扰，适合数据和业务的业务量比较均衡，同时可靠性要求都很高的场合，在话音业务较少时会浪费一定的时隙资源。

(2)数话兼容

将超短波电台的时隙固定分配给用户用于传输数据业务，但是话音业务可以使用TDMA周期内任何时隙进行传输。如电台每个TDMA周期(一般为1秒)分为8个时隙(假设编号为0～7)，如有8个用户，则分别指配0～7时隙。当传输话音时则不受此限制，这可以使用TDMA周期内任意时隙。

该分配方式没有采用专用的话音时隙，提高了数据传输可用的资源，但是数据业务和话音业务使用相同的时隙传输，相互之间有一定的概率会相互干扰，造成数据或话音数据的丢包，此时通过数据重传提高传输可靠性，适合数据业务大而话音业务量小的场合。

组网传输协议的设计基于以下考虑：

a)协议开销尽可能小；

b)支持多种业务类型，如信令、话音分组、业务分组等；

c)支持大数据包的分片传输和确认；

d)可在数据帧中携带一定数量的回执；

e)采用CRC校验对传输是否存在错误进行检测。

综上所述，本方案协议典型设计如表1所示。

表1协议格式

协议各字段说明如下：

a)Pro_type(协议类型)：3比特，取值范围0～7，可表示最多8种协议类型，典型有话音、数据、信令等；

b)Flag_ack(应答标志)：1比特，0表示无需回执(如话音一般无需回执)，1表示需要回执；

c)Flag_end(末子帧标志)：1比特，0表示不是最后一个子帧，1表示当前是最后一个子帧，与后面的Subframe_sn可指示一个数据帧分为子帧后的子帧数量、以及指示最后一个子帧；

d)Rec_cnt(携带回执个数)：3比特，取值0～7，每个子帧携带的回执数量；

e)Addr_Src(发方地址)：1字节，发送方的网络地址；

f)Addr_Dst(收方地址)：1字节，指定接收方的网络地址，其中255表示广播；

g)Frame_sn(帧序号)：分组的帧序号，各站点执行维护，一般每发送一个分组后加一，用以以区分不同的帧；

h)Subframe_sn(子帧序号)：1字节，指示当前子帧的序号，从0开始编号，例如一个较大帧被分为4个子帧传输，依次编号为0～3，其中0～2子帧传输时的Flag_end为0，第3子帧Flag_end为1；

i)Length(数据长度)：2字节，子帧内数据(Data)的长度；

j)Rec_data(携带的回执数据)：4·Rec_cnt字节，可携带Rec_cnt个回执，每个回执4字节，信息为发方地址、收方地址、帧序号、子帧序号，可对一个子帧进行确认；

k)Data(子帧数据)：Length字节，子帧的数据载荷；

l)Crc(CRC校验)：2字节，从Pro_type到data的CRC校验值，接收时用于校验子帧数据的正确性，不正确的子帧将被丢弃。

Pro_type、Flag_ack、Flag_end、Rec_cnt合计一个字节，加上Addr_Src、Addr_Dst、Frame_sn、Subframe_sn、Length、Crc合计9字节为协议开销。

实施例1

以三个站点组网为例说明本组网协议运行的过程。在网络运行之前，应统一规划各网络站点的话音策略(数话同传、数话兼容)、网络地址、时隙等参数，如图1所示。本实施例中，超短波电台传输速率为9.6kbit/s，每秒分为8个时隙，每个时隙可传输的数据量为1.2kbit，即150字节。网络站点由网络控制器和超短波电台组成，网络控制器实现协议的处理，并通过通用的超短波电台实现数据收发。

(1)广播：站点A向网内所有站点发送500字节的数据包

由于每个时隙传输容量为150字节，除了9字节的协议开销，500字节的数据包分为3个141字节、一个77字节的子帧。网络站点A发送各子帧取值如下表2所示。

表2广播子帧格式

站点A在每个周期的0、4时隙发送一个子帧，网络站点B、C的超短波电台均能收到数据并送到各自的组网控制器，组网控制器对于收方地址为255的广播报文进行接收，当收齐同一发方地址、同一收方地址、同一帧序号的4个子帧后组成一个完整的数据包。

(2)话音：站点A向网内所有站点发送2.4kbit/s的分组语音数据

分组语音编码器按照2.4kbit/s的码流速率产生语音数据，即每秒产生300字节语音数据，可将400ms的语音数据(120字节)作为一个数据分组进行发送,表3所示话音子帧格式。

表3话音子帧格式

站点A在每个400ms产生一个数据分组数据包，该数据包可容纳整个话音分组数据因此无需分为更小的子帧，按照语音传输的策略分两种情况：

当采用“数话同传”时，语音分组在到来的下一个偶数编号的时隙进行传输；

当采用“数话兼容”时，语音分组在到来的下一个时隙进行传输，不受预先指定时隙限制；

网络站点B、C的超短波电台均能收到数据并送到各自的组网控制器，组网控制器对于收方地址为255的广播报文进行接收，并把语音分组数据送到话音解码器进行解码。

(3)数据传输

以站点A向站点B传输500字节数据分组，同时站点B、站点C向站点A分别传输100字节分组为例说明。

a)周期0时隙0：站点A发送

在这个时隙，站点A向站点B传输第一个子帧，如表4所示。

表4站点A向站点B发送数据内容

站点B接收并进行校验，判断为正确后生成一个回执进入“待发送回执队列”，回执数据内容如表5所示。

表5回执1数据内容

项目	取值
		发放地址	1
收方地址	2
		帧序号	100
子帧序号	0

同样，站点C接收并进行校验，数据正确但是由于收方地址不是自身地址，因此该子帧丢弃。

b)周期0时隙1：站点B发送

站点B除了发送100字节分组外，还要发送一个回执，因此其数据如表6所示。

表6站点B发送数据内容

站点A接收并进行校验，判断为正确后，读取其中携带的回执，对应的子帧为“发送成功”，因此从发送队列中删除，同时，接收该数据并生成一个回执进入“待发送回执队列”，回执数据内容如表7所示。

表7回执2数据内容

项目	取值
		发放地址	2
收方地址	1
		帧序号	45
子帧序号	0

同样，站点C接收但不处理。

c)周期0时隙2：站点C发送

站点C发送100字节分组，其数据如表8所示。

表8站点C发送数据内容

站点A接收并进行校验，判断为正确后，接收该数据并生成一个回执进入“待发送回执队列”，回执数据内容如表9所示。

表9回执3数据内容

项目	取值
		发放地址	3
收方地址	1
		帧序号	60
子帧序号	0

d)周期0时隙4：站点A发送

站点A除了自身到站点B的数据外，还携带两个回执，其数据如下。

表10站点A发送数据内容

站点B接收并进行校验，判断为正确后，读取其中携带的回执，其中一个匹配的子帧为“发送成功”，因此从发送队列中删除。另一个回执未找到匹配子帧将被忽略，同时，接收该数据并生成一个回执进入“待发送回执队列”。

站点C接收并进行校验，判断为正确后，读取其中携带的回执，其中一个匹配的子帧为“发送成功”，因此从发送队列中删除。另一个回执未找到匹配子帧将被忽略，同时，由于收方地址不是自身地址，因此该子帧数据丢弃。

此后的收发过程类似，此不赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述方法通过预设的高效组网协议进行组网，所述高效组网协议包括：时隙分配方案和组网传输协议；

所述时隙分配方案包括数话同传方案和数话兼容方案；

所述组网传输协议包含有普通分组携带回执的设计。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述数话同传方案是将超短波电台的一个TDMA周期的部分时隙固定分配给话音业务使用，数据业务传输在除去已分配给话音业务之外的时隙中由网络管理员进行分配。

3.根据要求2所述的一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述话音业务使用的部分时隙为超短波电台1个TDMA周期内的偶数时隙，所述数据业务使用的时隙为超短波电台1个TDMA周期内的奇数时隙，当1个TDMA周期内的奇数时隙不足以分配给数据业务传输时，则在多个TDMA周期内进行配置。

4.根据权利要求1所述的一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述数话兼容方案为将超短波电台的一个TDMA周期的时隙固定分配给用户用于传输数据业务，话音业务可以使用所述TDMA周期的内任何时隙进行传输。

5.根据权利要求1所述的一种适用于超短波TDMA无线信道的高效组网方法，其特征在于，所述组网传输协议包括以下字段：

a)Pro_type表示协议类型，字段数据量为3比特，取值范围0～7，可表示最多8种协议类型，1表示话音、2表示数据、其他数值保留；

b)Flag_ack表示应答标志，字段数据量为1比特，0表示无需回执，1表示需要回执；

c)Flag_end表示末子帧标志，字段数据量为1比特，0表示不是最后一个子帧，1表示当前是最后一个子帧，与Subframe_sn相结合能够指示一个数据帧分为子帧后的子帧数量、以及指示最后一个子帧；

d)Rec_cnt表示携带回执个数，字段数据量为3比特，取值范围0～7，含义为每个子帧携带的回执数量；

e)Addr_Src表示发方地址，字段数据量为1字节，含义为发送方的网络地址；

f)Addr_Dst表示收方地址，字段数据量为1字节，含义为指定接收方的网络地址，其中255表示广播；

g)Frame_sn表示帧序号，分组的帧序号，各站点执行维护，每发送一个分组后加一，用于区分不同的帧；

h)Subframe_sn表示子帧序号，字段数据量为1字节，指示当前子帧的序号，从0开始编号；

i)Length表示数据长度，字段数据量为2字节，含义为子帧数据的长度；

j)Rec_data表示携带的回执数据，字段数据量为4·Rec_cnt字节，可携带Rec_cnt个回执，每个回执4字节，信息为发方地址、收方地址、帧序号、子帧序号，可对一个子帧进行确认；

k)Data表示子帧数据，含义为子帧的数据载荷；

l)Crc表示CRC校验，字段数据量为2字节，含义为从协议类型到子帧数据的CRC校验值，接收时用于校验子帧数据的正确性，不正确的子帧将被丢弃。