CN110034942A - 一种基于半双工电台的组网通信控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种基于半双工电台的组网通信控制方法，其中，该方法的步骤包括：判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。本申请所述技术方案针对星型拓扑结构的通信特点，采用点播应答的机制，通过将先验信息和位图控制相结合，有效降低对无效从节点的频繁调度，提高了通信组网的控制效率。

Description

一种基于半双工电台的组网通信控制方法和系统
技术领域
本申请涉及网络通信领域，特别涉及一种基于半双工电台的组网通信控制方法和系统。
背景技术
半双工电台受其收发体制的限制，在同一时刻只能单向进行接收或发送，无法同时进行收发操作。多部半双工电台要实现“一主多从”的星型组网，可采用TDMA技术，将不同节点的业务分配到不同的时隙上，通过时隙的划分来实现对无线信道的复用。
在一点对多点的星型拓扑结构网络组网过程中，主节点对多个从节点的轮询点播是网络节点间连接状态确认和建立心跳维持的基本过程。基于TDMA技术实现半双工电台轮询点播时，需要对主从节点之间的收发操作进行严格的时序控制，以避免轮询点播时多部电台同时发送，出现无线信道竞争干扰，影响通信质量。对网络内的多部半双工电台进行时序控制，一方面要考虑半双工电台自身PTT信号的建立、释放时间，同步时间等因素，另一方面还要考虑对业务数据的支持情况，包括传输延时、通信模式、网络规模等等，多个因素之间往往会存在着不同程度的制约关系。
发明内容
为解决上述问题之一，本申请提供了一种基于半双工电台的组网通信控制方法和系统。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于半双工电台的组网通信控制方法，该方法的步骤包括：
判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；
定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；
待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。
优选地，该方法的步骤还包括：在接收数据时，判断是否接收到目标数据，若接收到目标数据，则将接收到的数据包存入接收队列。
优选地，在发送数据时，判断是否发送目标数据，若发送目标数据，则将发送的目标数据存入发送队列。
优选地，该方法的步骤还包括：根据传输过程中主从控制关系和从站的位数与ID号，计算传输时隙；第m个从节点自收到主节点点播报文到获得信道的时隙起始时间为t＝(m-1)·tτ；主站的两次发送操作之间的间隔为t＝t0+n·tτ；其中，n为当前在位数量，tτ为每个从节点分配时隙，t0为半双工电台自身PTT信号转换时间。
优选地，该方法的步骤还包括：主站在广播发出一条报文后，插入相应数目的空闲状态，等待接收来自于从站的应答报文；
从站在接收到一条来自于主站的报文后，同样插入相应数量的空闲状态，每个从站在插入相应的空闲状态时隙延时后再回应主节点的状态码。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于半双工电台的组网通信控制系统，该系统包括：
超短波电台，用于发送和接收数据；
通信控制器，判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。
优选地，所述通信控制器还执行如下步骤：在接收数据时，判断是否接收到目标数据，若接收到目标数据，则将接收到的数据包存入接收队列。
优选地，所述通信控制器还执行如下步骤：在发送数据时，判断是否发送目标数据，若发送目标数据，则将发送的目标数据存入发送队列。
优选地，所述通信控制器还执行如下步骤：
根据传输过程中主从控制关系和从站的位数与ID号，计算传输时隙；第m个从节点自收到主节点点播报文到获得信道的时隙起始时间为t＝(m-1)·tτ；主站的两次发送操作之间的间隔为t＝t0+n·tτ；其中，n为当前在位数量，tτ为每个从节点分配时隙，t0为半双工电台自身PTT信号转换时间。
优选地，所述通信控制器还执行如下步骤：主站在广播发出一条报文后，插入相应数目的空闲状态，等待接收来自于从站的应答报文；
从站在接收到一条来自于主站的报文后，同样插入相应数量的空闲状态，每个从站在插入相应的空闲状态时隙延时后再回应主节点的状态码。
本申请所述技术方案针对星型拓扑结构的通信特点，结合业务需求，采用广播数据，点播应答的机制，通过将先验信息和位图控制相结合，有效降低对无效从节点的频繁调度，提高了通信组网的控制效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本方案所述基于半双工电台的组网通信控制系统的示意图；
图2示出本方案所述基于半双工电台的组网通信控制方法的示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本方案的核心思路是考虑到由于半双工电台不可同时收发且无时隙分配控制，在同一时刻只允许一个通信节点发送，其余通信节点只能处于接收状的这种问题，采用点播应答的机制，将先验信息和位图控制相结合，在综合考虑网络规模，超短波电台PPT信号等因素下，支持半双工电台实现星型拓扑结构中一点对多点的组网通信需求。
如图1所示，本方案所述组网通信控制方法适用于对半双工超短波电台的组网进行控制，例如，组网包括1个主节点和若干从节点，每个节点由通控器、半双工超短波电台和业务端机组成，通信控制器控制整个网络的组网过程。该方法的实现主要分三个部分，具体如下：
1、利用网络中在位从节点数量的先验信息，实现精确的组网接入时延控制；
当前网络中从节点的在位数量可以看作网络的先验信息，在躲避信道冲突和时隙分配过程中可以精确对延时进行预判和预设，解决了由于从节点数量动态变化造成的组网过程延时过长，和组网过程延时不确定的问题。
2、利用状态队列和时序状态机的架构实现对超短波电台的时序控制和组网调度；
根据半双工超短波电台的特性和网络功能需求，对每一个通信过程的控制流程可以抽象表示为一组固定的状态码字，有限状态机负责软件的状态管理，从状态队列中读取状态码字，根据码子内容顺序执行相应的控制动作。状态队列和时序状态机的架构增强了网络控制流程的鲁棒性，可有效防止控制流程争夺时隙而造成的时序控制混乱现象，防止在通控器处于某一个未完成的时序控制过程中，由于操作或链路抖动引起的报文嵌套，可以实现对网络中节点时序的稳定控制。
3、在考虑超短波电台收发状态转换的基础上，提高网络调度效率，缩短多个从节点在位条件下，整个网络的轮询点播周期。
经过统计分析可知，半双工超短波电台的组网延时的影响因素，包括超短波电台的收发转化时间，躲避冲突时间和业务处理时间几个部分，因此，本方案通过最小化设计每一个环节，提高了网络调度效率，缩短了组网的接入时间。
下面通过实例对本方案作进一步说明。
本实施例中，组网通信控制方法主要采用状态队列和时序状态机的架构形式实现。
主从通控器根据当前的从站在位数和从站自身的ID号，计算时隙的分配方案，进行时隙冲突控制和延时控制。当前在位数量为n，每个从节点分配时隙为tτ，半双工电台自身PTT信号转换时间为t0，则主站的两次发送操作之间的间隔为t＝t0+n·tτ。第m个从节点自收到主节点点播报文到获得信道的时隙起始时间为t＝(m-1)·tτ。
组网控制状态机维护一个固定长度的组网状态队列，通控器的每一个报文响应过程都由状态队列中一系列连续的状态码(如延时、发数据等)表示，如“IDLE-IDLE-IDLE-SEND”表示延时三个时隙后启动一次发送操作。
主通控器在广播发出一条报文后，插入相应数目的空闲状态，等待接收来自于从通控器的应答报文。从通信控制器在接收到一条来自于主通控器的报文后，同样插入相应数量的空闲状态,每个从站在插入相应的空闲状态时隙延时后再回应主节点的状态码，可以有效防止多个从台同时共用无线信道而产生的碰撞。
组网控制定时器负责通信控制器的时序控制，按照固定的定时节拍读取状态队列中的系统状态控制码，通控器根据相应的状态码进行相应的控制指令下发或响应，控制发送和接收线程完成单工超短波电台的信令和业务数据通信。
如图2所示，控制框架包括组网控制定时器线程和组网控制状态机，发送线程和接收线程。发送接收线程控制半双工超短波电台完成数据的发送和接收。主要工作流程如下：
1.组网控制状态机在未收到控制指令的情况下处于空闲状态，根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；
2.组网控制状态机在收到控制指令后，发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；
3.组网控制定时器定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；
4.待定时器延时相应的时延后，响应相应状态码字的操作(发送或接收)；
5.发送线程负责将发送的目标数据存入发送队列；
接收线程负责将接收到的数据包存入接收队列。
本方案进一步公开了一种基于半双工电台的组网通信控制系统，该系统包括：超短波电台，用于发送和接收数据；通信控制器，判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。
本方案中，所述组网通信控制方法也可以通过电子设备实现其控制功能，所述电子设备包括：存储器，一个或多个处理器；存储器与处理器通过通信总线相连；处理器被配置为执行存储器中的指令；所述存储介质中存储有用于执行如上所述方法中各个步骤的指令。
本方案中，所述组网通信控制方法也可以记载于计算机可读存储介质中，通过计算机可读存储介质上存储有计算机程序实现控制功能，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于半双工电台的组网通信控制方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；
定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；
待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。
2.根据权利要求1所述的组网通信控制方法，其特征在于，该方法的步骤还包括：在接收数据时，判断是否接收到目标数据，若接收到目标数据，则将接收到的数据包存入接收队列。
3.根据权利要求1或2所述的组网通信控制方法，其特征在于，在发送数据时，判断是否发送目标数据，若发送目标数据，则将发送的目标数据存入发送队列。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的步骤还包括：根据传输过程中主从控制关系和从站的位数与ID号，计算传输时隙；第m个从节点自收到主节点点播报文到获得信道的时隙起始时间为t＝(m-1)·tτ；主站的两次发送操作之间的间隔为t＝t0+n·tτ；其中，n为当前在位数量，tτ为每个从节点分配时隙，t0为半双工电台自身PTT信号转换时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法的步骤还包括：主站在广播发出一条报文后，插入相应数目的空闲状态，等待接收来自于从站的应答报文；
从站在接收到一条来自于主站的报文后，同样插入相应数量的空闲状态，每个从站在插入相应的空闲状态时隙延时后再回应主节点的状态码。
6.一种基于半双工电台的组网通信控制系统，其特征在于，该系统包括：
超短波电台，用于发送和接收数据；
通信控制器，判断是否收到控制指令，若未收到控制指令的情况下处于空闲状态，则根据一定的周期进行链路状态查询，周期地将链路状态心跳码字序列放入状态队列中；若收到控制指令，则发生状态跳转，将控制字所对应的状态码字序列放入状态队列中；定时从状态队列中提取状态码字并解析，对于与延时有关的状态码字操作，同时根据当前网络拓扑情况计算时序间隔；待延时相应的时延后，响应相应状态码字的发送或接收。
7.根据权利要求6所述的组网通信控制系统，其特征在于，所述通信控制器还执行如下步骤：在接收数据时，判断是否接收到目标数据，若接收到目标数据，则将接收到的数据包存入接收队列。
8.根据权利要求7所述的组网通信控制系统，其特征在于，所述通信控制器还执行如下步骤：在发送数据时，判断是否发送目标数据，若发送目标数据，则将发送的目标数据存入发送队列。
9.根据权利要求7所述的组网通信控制系统，其特征在于，所述通信控制器还执行如下步骤：
根据传输过程中主从控制关系和从站的位数与ID号，计算传输时隙；第m个从节点自收到主节点点播报文到获得信道的时隙起始时间为t＝(m-1)·tτ；主站的两次发送操作之间的间隔为t＝t0+n·tτ；其中，n为当前在位数量，tτ为每个从节点分配时隙，t0为半双工电台自身PTT信号转换时间。
10.根据权利要求7所述的组网通信控制系统，其特征在于，所述通信控制器还执行如下步骤：主站在广播发出一条报文后，插入相应数目的空闲状态，等待接收来自于从站的应答报文；
从站在接收到一条来自于主站的报文后，同样插入相应数量的空闲状态，每个从站在插入相应的空闲状态时隙延时后再回应主节点的状态码。
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