CN110324234A - 一种外场试验多方通信系统及通信方法 - Google Patents

一种外场试验多方通信系统及通信方法 Download PDF

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Abstract

一种外场试验多方通信系统及通信方法，由基于数传电台的多个通讯终端组网构成，各通讯终端由收发天线、数传电台、终端电脑组成；各终端数传电台设置为统一的通讯链路速度和通信频点，实现消息广播；各终端电脑上安装专用通讯软件，通讯软件遵从多方通讯规则，对参与通讯的各方进行时序约束，以克服数传电台半双工模式的缺点，实现多个终端之间无阻塞即时通讯。本发明可满足外场试验多方即时交互传输测试数据和调度指令的需求，具有系统规模小、成本低、功耗低、结构简单、适用性强的优点。

Description

一种外场试验多方通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及一种外场试验通信系统的设计方法，基于半双工数传电台同频组网，按照指定规则收发消息，实现多方之间的数据共享和指令消息即时通讯。
背景技术
在戈壁或海上等无人区开展某些试验活动时，涉及到相隔百公里的多个终端相互即时通信。此时传统的商业通信服务不能覆盖或适用性小，只能协调租用部队的通讯系统，或自组通信系统。租用部队通信系统需要办理繁多的审批手续、协调周期长且费用高。自组通信系统的一般方法是选用语音电台加数传电台的方式分别满足即时通信和数字数据传输，然而语音电台成本高达数十万，且需要定制，购买周期长。为兼顾便捷实用和最低化成本，去除语音电台，仅采用数传电台进行数据传输，并搭配终端电脑进行人机交互，进行指令信息和测试数据通信，可免去语音电台，而且能同时存储通讯内容，记录通讯过程，对试验结果的分析处理作用极大。半双工数传电台的优点是功耗低，传输距离远，可达100km以上，价格低廉，仅需数万元；数传电台缺点是收发共用一套天线，采用半双工模式工作，没有信息发送时默认为接收状态，发送时不能接收，如果不加约束，会出现信息漏听的情况；一般情况下，数传电台仅用于单向的，或一问一答式的交互通信，而外场试验中需要满足三方以上的自由通讯，各通讯方均需不间断地将自身获取的试验数据即时共享给其他通讯方，同时各方之间还要进行指令信息即时通讯。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：设计一套低成本的满足外场试验多方即时共享试验数据和指令消息的通信系统。它采用多数传电台同频组网，并按照一套合理的多方通信规则，使各通讯终端分时工作，以克服数传电台半双工模式的缺点，实现各终端之间无阻塞即时通讯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种外场试验多方通信系统，包括多个通讯终端，每个通讯终端包括收发天线、数传电台以及通讯处理模块；
通讯处理模块遵从多方通讯规则，对参与通讯的通讯处理模块所在的通讯终端进行时序约束，将通讯终端设置为主动工作模式或触发延时工作模式；
通讯处理模块将数据和指令信息按照预设的格式进行组合打包，并通过数传电台和收发天线发送，接收时按预定格式进行解析；
多方通讯规则如下：
(a)各个数传电台设置工作在统一的通信链路速度和工作频点；
(b)有且仅有一个通讯终端设置为主动工作模式，其他通讯终端设置为触发延时工作模式；
(c)各通讯终端按预先约定的时序轮流发送信息，主动工作终端按照指定周期对外广播触发消息，作为每一轮通讯周期的起始标志；处于延时工作模式的通讯终端默认条件下处于静默接收状态，当接收到触发消息后，触发延时工作模式的通讯终端，根据约定的通讯时序，在指定的时间片内发送信息；
(d)若预先指定的主动工作终端出现异常，其他终端可按预定规则转为主动工作模式。
通过通讯处理模块设置通讯终端工作在主动工作模式或触发延时工作模式，通讯处理模块接收操作人员输入的指令消息，和测试设备之间收发测试数据，并将指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧，通过串口与数传电台进行通信。
通讯终端的工作模式根据优先级设置，正常状态下，优先级最高的通讯终端设为主动工作模式，其他通讯终端为触发延时工作模式。
将数据和即时消息按照预设格式进行组合，若有发送需求，首先发送终端编码，主动工作终端的终端编码即为触发信息，若有需要传输的指令消息，紧跟在终端编号之后，若有需要传输的测试数据，紧跟在指令消息之后。
通信终端优先级根据通信终端具备的通讯条件设置，通信覆盖范围与优先级成正比，即通信覆盖范围越广，优先级越高。
各延时状态的通讯终端保留有强制发送功能，若选择强制发送，则立即发送信息而无需等待触发信息。
通讯处理模块为通讯终端分别建立消息队列和数据队列，用于缓存操作人员输入的指令消息和测试设备的试验数据。
一种基于所述的外场试验多方通信系统实现的通信方法，步骤如下：
(1)评估通讯终端优先级，约定终端工作模式：将各通讯终端按优先级编号num，正常状态下，优先级最高的通讯终端设为主动工作模式，其他通讯终端工作在触发延时模式；
(2)为各通讯终端分配通讯时序，约定通信周期T，将通讯周期分成若干时间片，分配给有发送需求的终端；约定时间片的起始延时Ci和时间片长度Ct，因为数传电台收发转换需要时间，故还在各时间片末尾插入保护时间B；各通讯终端只能在指定的时间片Ct内对外发送，若待发送的信息过长，不能在一个Ct内发送完毕，则分包分次发送；
(3)主动工作终端按照通讯周期T对外发送信息，即使没有信息需要发送，也须按照预定周期对外广播触发消息；
(4)触发延时工作终端默认处于接收状态，并对接收到的信息进行甄别、显示、处理；若接收到触发消息，则立即启动计时器，完成指定起始延时Ci后，在指定的时长Ct内对外发送信息；
(5)若预设时间内无法收到既定的主动模式终端的触发信息，则根据约定的优先级，将次优先级的通信终端转为主动工作模式，其他通讯终端依序尝试收取次优先级终端的触发信息，若在指定时间内未收到比自身优先级更高的触发消息，则自身转入主动工作模式。
通过通讯处理模块设置通讯终端工作在主动工作模式或触发延时工作模式，通讯处理模块接收操作人员输入的指令消息，和测试设备之间收发测试数据，并将指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧，通过串口与数传电台进行通信。
将数据和即时消息按照预设格式进行组合，若有发送需求，首先发送终端编码，主动工作终端的终端编码即为触发信息，若有需要传输的指令消息，紧跟在终端编号之后，若有需要传输的测试数据，紧跟在指令消息之后。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)每个终端只需要一套数传电台和终端电脑，同时实现测试数据交互和指令消息通讯，成本低、配置方便、实用性强；
(2)各终端电台工作在统一频点，同一时间只有一个终端向空中上传信息，其他终端均可从空中下载，按照本发明提出的多方通信规则，可实现多个终端之间无阻塞的指令消息和试验数据即时共享，极大提高试验各参与方之间的交互效率；
(3)方便以文本的形式存储通讯内容，记录通讯过程，便于事后快速进行试验数据分析，反演试验过程，评估试验结果；
(4)通讯系统自成体系，可通过通讯软件自定义通信编码格式，对通讯信息起到了加密作用，可有效防止信息外泄。
附图说明
图1为本发明通讯终端组成图。
图2为本发明通讯系统示意图。
图3为本发明分时通信时间片分块示意图。
具体实施方式
为满足多个终端共享数据信息，参与通信的数传电台应工作在同一频点，若多个数传电台同时上传信息，会导致空中信息混乱。故一般情况下，数传电台仅用于一问一答式的两方交互通信，而外场试验中需要满足三方以上的自由通讯，各通讯方均需不间断地将自身获取的测试信息即时分享给其他通讯方，同时各方之间还要进行指令信息交互。本发明基于数传电台设计一套外场试验多方通信系统，各通信终端基于数传电台构建，按照指定的多方通信规则，实现多个终端之间无阻塞的指令信息、试验数据即时通信、极大提高试验各参与方之间的交互效率；同时，系统自成体系，编码自定义，对通讯信息起到了加密作用，可有效防止信息外泄。
如图1、2所示，本发明提出一种外场试验多方通信系统，包括多个通讯终端，每个通讯终端包括收发天线、数传电台以及通讯处理模块(可采用终端电脑实现)；
通讯处理模块遵从多方通讯规则，对参与通讯所在通讯终端进行时序约束；
通讯处理模块将数据和指令信息按照预设的格式进行组合打包，并通过数传电台和收发天线发送，接收时按预定格式进行解析。
具体的，终端电脑安装专用通讯软件，专用通讯软件可设置终端工作在主动模式或触发延时模式，可接收操作人员输入的指令消息，可和测试设备之间收发测试数据，并将待发送的指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧或将接收的信息按帧格式进行解析、显示等，终端电脑通过串口(如RS232)与数传电台主机进行通信；各通信终端的数传电台设置为统一的通信链路速度和工作频点，数传电台主机通过同轴电缆与收发天线连接；收发天线将本地数传电台的数据发送出去，并接收其他电台传输的信号，回传给数传电台主机。
本发明提出的多方通讯规则如下：
(a)各个数传电台设置工作在统一的通信链路速度和工作频点；
(b)有且仅有一个通讯终端为主动工作模式，其他通讯终端为触发延时工作模式；主动工作终端按一定的通信周期向外广播触发信息，之后自动转为接收状态，其他终端在触发前默认处于接收状态；
(c)各通讯终端按预先指定的时序轮流发送信息，每一轮通讯均由主动工作终端发起(通讯周期由主动工作终端的触发信息激活)，其后的时间依次划分成多个时间片，处于延时工作模式的通讯终端默认条件下处于静默接收状态，触发延时工作模式的通讯终端，仅按照通讯时序，在预先指定的时间片内向外发送信息；
(d)若预先指定的主动工作终端出现异常，其他终端可按预定规则转为主动工作模式。
(e)触发延时工作通讯终端保留有强制发送功能，若选择强制发送，则立即发送信息而无需等待触发消息。
通过通讯处理模块设置通讯终端工作在主动工作模式或触发延时工作模式，通讯处理模块接收操作人员输入的指令消息，和测试设备之间收发测试数据，并将指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧，通过串口与数传电台进行通信。
通讯软件的工作模式是根据通信终端优先级设置的，正常状态下，优先级最高的通讯终端设为主动工作模式，其他通讯终端为触发延时工作模式。通信终端优先级是根据终端具备的通讯条件设置的，通信范围覆盖越广，通讯条件可靠性越高，优先级越高。
通讯软件为通讯终端分别建立消息队列和数据队列，操作人员输入的指令消息和测试设备的试验数据将先被暂存到对应的通讯队列中，再需要按照约定的时序对外发送；通讯软件在特定时刻检测队列内容，若队列中存在待发送数据，则将其按约定编码格式打包发送，同时可对信息进行加密处理；发送信息时，首先发送终端编号，其后发送需要传输的指令消息和测试数据。
将数据和即时消息按照预设格式进行组合，若有发送需求，首先发送终端编码，主动工作终端的终端编码即为触发信息，若有需要传输的指令消息，紧跟在终端编号之后，若有需要传输的测试数据，紧跟在指令消息之后。
本发明给出实施例如下：
本发明约定一套多方通讯规则：
如图2所示，本发明基于多套数传电台同频组网，实现多方消息和数据即时交互的外场试验通讯。
(1)评估通讯终端优先级，约定终端工作模式：将各终端按优先级编号num，正常状态下，优先级最高的终端设为主动模式，其他终端工作在触发延时模式。
(2)如图3所示，为各终端分配通讯时序，约定通信周期T，将通讯周期分成若干时间片，分配给有发送需求的终端；约定时间片的起始延时Ci和时间片长度Ct，因为数传电台收发转换需要时间，故还需在各时间片未插入一定的保护时间B。各终端只能在指定的时间片Ct内对外发送，若待发送的信息过长，不能在一个Ct内发送完毕，应该分包分次发送。
(3)主动工作终端按照通讯周期T对外发送信息，即使没有信息需要发送，也须按照预定周期对外广播触发消息；
(4)触发延时工作终端默认处于接收状态，并对接收到的信息进行甄别、显示、保存；若接收到触发消息，则立即启动计时器，完成指定起始延时Ci后，在指定的时长Ct内对外发送信息；
(5)若长时间无法收到既定的主动模式终端的触发信息，可根据约定的优先级，将次优先级的通信终端转为主动模式，其他终端依序尝试收取次优先级终端的触发信息，若未收到比自身优先级更高的触发信息，则自身转入主动模式工作。
如在对海挂飞试验中，涉及到飞机、船只、观察站三者通讯，由于飞机端具有最广的通讯覆盖，优先级最高，故设置飞机终端为主动工作模式，约定主动工作终端的终端编号即为通讯系统的触发消息。信息打包方式可自定义，比如首先发送终端编号Hnum，其中num为提前约定的通信终端的编号，如H0。其后紧跟的指令消息以标识符“：”开头，试验数据信息也以不同的标识符区分，如GPS信息，以GPGG开头，惯导信息以NAVI开头等，消息末尾以回车(0xA)作为结束标识符，此字符可作为消息读结束码。通讯帧示例如下：
H0[：指令消息……][GPGG……][NAVI……][oxA]
各终端保留有强制发送功能，若选择强制发送，则立即发送信息而无需等待触发信息。
本发明基于低成本的半双工数传电台构建多方通信系统，实现了多个终端之间无阻塞即时通信，极大提高了试验各参与方之间的信息交互效率，且便于存储通信内容及对通讯信息进行编码加密。

Claims (10)

1.一种外场试验多方通信系统，其特征在于包括多个通讯终端，每个通讯终端包括收发天线、数传电台以及通讯处理模块；
通讯处理模块遵从多方通讯规则，对参与通讯的通讯处理模块所在的通讯终端进行时序约束，将通讯终端设置为主动工作模式或触发延时工作模式；
通讯处理模块将数据和指令信息按照预设的格式进行组合打包，并通过数传电台和收发天线发送，接收时按预定格式进行解析；
多方通讯规则如下：
(a)各个数传电台设置工作在统一的通信链路速度和工作频点；
(b)有且仅有一个通讯终端设置为主动工作模式，其他通讯终端设置为触发延时工作模式；
(c)各通讯终端按预先约定的时序轮流发送信息，主动工作终端按照指定周期对外广播触发消息，作为每一轮通讯周期的起始标志；处于延时工作模式的通讯终端默认条件下处于静默接收状态，当接收到触发消息后，触发延时工作模式的通讯终端，根据约定的通讯时序，在指定的时间片内发送信息；
(d)若预先指定的主动工作终端出现异常，其他终端可按预定规则转为主动工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：通过通讯处理模块设置通讯终端工作在主动工作模式或触发延时工作模式，通讯处理模块接收操作人员输入的指令消息，和测试设备之间收发测试数据，并将指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧，通过串口与数传电台进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：通讯终端的工作模式根据优先级设置，正常状态下，优先级最高的通讯终端设为主动工作模式，其他通讯终端为触发延时工作模式。
4.根据权利要求1所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：将数据和即时消息按照预设格式进行组合，若有发送需求，首先发送终端编码，主动工作终端的终端编码即为触发信息，若有需要传输的指令消息，紧跟在终端编号之后，若有需要传输的测试数据，紧跟在指令消息之后。
5.根据权利要求4所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：通信终端优先级根据通信终端具备的通讯条件设置，通信覆盖范围与优先级成正比，即通信覆盖范围越广，优先级越高。
6.根据权利要求1所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：各延时状态的通讯终端保留有强制发送功能，若选择强制发送，则立即发送信息而无需等待触发信息。
7.根据权利要求1所述的一种外场试验多方通信系统，其特征在于：通讯处理模块为通讯终端分别建立消息队列和数据队列，用于缓存操作人员输入的指令消息和测试设备的试验数据。
8.一种基于权利要求1所述的外场试验多方通信系统实现的通信方法，其特征在于步骤如下：
(1)评估通讯终端优先级，约定终端工作模式：将各通讯终端按优先级编号num，正常状态下，优先级最高的通讯终端设为主动工作模式，其他通讯终端工作在触发延时模式；
(2)为各通讯终端分配通讯时序，约定通信周期T，将通讯周期分成若干时间片，分配给有发送需求的终端；约定时间片的起始延时Ci和时间片长度Ct，因为数传电台收发转换需要时间，故还在各时间片末尾插入保护时间B；各通讯终端只能在指定的时间片Ct内对外发送，若待发送的信息过长，不能在一个Ct内发送完毕，则分包分次发送；
(3)主动工作终端按照通讯周期T对外发送信息，即使没有信息需要发送，也须按照预定周期对外广播触发消息；
(4)触发延时工作终端默认处于接收状态，并对接收到的信息进行甄别、显示、处理；若接收到触发消息，则立即启动计时器，完成指定起始延时Ci后，在指定的时长Ct内对外发送信息；
(5)若预设时间内无法收到既定的主动模式终端的触发信息，则根据约定的优先级，将次优先级的通信终端转为主动工作模式，其他通讯终端依序尝试收取次优先级终端的触发信息，若在指定时间内未收到比自身优先级更高的触发消息，则自身转入主动工作模式。
9.根据权利要求8所述的外场试验多方通信方法，其特征在于：通过通讯处理模块设置通讯终端工作在主动工作模式或触发延时工作模式，通讯处理模块接收操作人员输入的指令消息，和测试设备之间收发测试数据，并将指令消息和测试数据按指定的格式组合成帧，通过串口与数传电台进行通信。
10.根据权利要求8所述的外场试验多方通信方法，其特征在于：将数据和即时消息按照预设格式进行组合，若有发送需求，首先发送终端编码，主动工作终端的终端编码即为触发信息，若有需要传输的指令消息，紧跟在终端编号之后，若有需要传输的测试数据，紧跟在指令消息之后。
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