CN111147090B - 一种基于软件无线电的智能自组网通信系统 - Google Patents

一种基于软件无线电的智能自组网通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，属无线自组网技术领域。它包括业务信道、控制信道，业务信道频段包括三个跳频图案、两个频点，控制信道由一般控制信道频段、专用控制信号频点、专用控制信道发送时隙和专用控制信号构成，专用控制信道的所有入网节点在每个专用控制信道发送时隙内经竞争方式通信、采用长伪随机序列达最大抗干扰性；一般控制信道频段采用频分结合码分方式分配给入网节点；每个频点对应的用户组A或B或C或D内的不同用户采用码分方式通信；实现业务信道+控制信道通信模式，可自适应实时动态修改调制方式，抗干扰性能强，保证通信在强干扰条件下不崩溃，且被干扰后可恢复，提升整个系统抗干扰及安全性能。

Description

一种基于软件无线电的智能自组网通信系统
技术领域
本发明涉及一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，属无线自组网技术领域。
背景技术
自组网通信系统具有去中心化、灵活组网、可动态配置等特点，广泛应用于应急抢险救援、公安、消防、军事专网通信领域。尤其是公安和军事专网通信，不仅对通信传输的数据率有要求，而且对通信安全及抗干扰指标的要求也非常严格。目前的自组网通信系统多采用跳频、智能移频等技术来对抗恶意干扰和保障通信安全,但其物理层基本通信的调制方式是固定的，无法做到高可靠对抗干扰；此外，一旦通信信号被截获，传输信息也存在被破解的风险。因此，设计一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，以充分利用软件无线电灵活配置和可自适应调整的优点，通过DSR按需路由协议设置两种不同的通信信道，以及对不同信道自适应采用不同的调制格式，保证整个自组网系统在恶意干扰环境下仍能进行基本通信，有效提升自组网通信系统的抗干扰及安全性能是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种实现业务信道+控制信道双轨组合通信，可自适应实时动态修改调制方式，抗干扰性能强，有效防止信号被截获和破解，切实保证基本通信在强干扰条件下不崩溃，且被干扰后可恢复，极大增强自组网系统的抗干扰能及安全性能的基于软件无线电的智能自组网通信系统；以解决传统自组网系统无法实时动态修改调制方式，难以防止信号被截获和破解，抗干扰性能和安全性能差的问题。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，它包括业务信道、控制信道，其特征在于：业务信道由业务信道频段构成，所述业务信道频段包括跳频图案A、跳频图案B、跳频图案C、频点1、频点2；控制信道由一般控制信道频段、专用控制信号频点、专用控制信道发送时隙和专用控制信号构成，所述一般控制信道频段包含四个频点，每个频点对应一个用户组，所述用户组包括用户组A、用户组B、用户组C、用户组D；所述专用控制信道的所有入网节点在每个专用控制信道发送时隙内通过竞争方式进行通信；所述专用控制信号采用长伪随机序列，达到最大抗干扰性能；所述一般控制信道频段采用频分结合码分方式分配给入网节点；一般控制信道频段包含四个频点，每个频点对应的用户组A或用户组B或用户组C或用户组D内的不同用户采用码分方式通信；所述业务信道包括已入网节点，所述控制信道包括新入网节点。
所述的业务信道和控制信道通过DSR按需路由协议构建。
所述的专用控制信号采用的长伪随机序列包括：PN码、Golden码、扩频通信。
所述的专用控制信道采用固定频点和专用扰码方式进行通信。
所述的跳频图案A、跳频图案B、跳频图案C及户组A、用户组B、用户组C、用户组D不是唯一固定的。
所述的控制信道的新节点入网同步建立的流程包括：
1) 新节点首先在业务信道上尝试建立同步；
2) 如果因强干扰导致同步过程无法建立，新节点则立即在专用控制信道发起同步建立流程。否则直接进入步骤3；
3）对新节点进行安全认证，以防止针对业务信道或专用控制信道上的安全攻击。
4）当前已入网节点经过协商后，对新入网节点分配一个专用的一般控制信道，并向其广播。
5）新入网节点获得业务信道及一个专用的一般控制信道；至此，新节点入网同步过程建立完成。
所述的业务信道的已入网节点自适应修改调制方式以及跳频方式的过程包括：
1）当已入网节点检测到强干扰、导致业务信道无法正常通信时，已入网节点立即在专用控制信道发起竞争性指令传输；
2）当已入网节点需要自适应修改调制参数以对抗安全攻击时，已入网节点立即在一般控制信道发起非竞争性指令传输；
3）对于专用控制信道，所有节点采用竞争、泛洪广播方式传递对应指令，直至所有节点都获得此专用控制信道上的传输指令；
4）对于一般控制信道，如果指令得到所有节点的响应，则一般控制信道同步建立完成。
5）当专用控制信道同步完成，或者一般控制信道所有节点响应完成之后，信令发起节点即可发送新的跳频方式或调制方式。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该基于软件无线电的智能自组网通信系统，采用软件无线电，构建业务信道+控制信道双轨组合通信模式，在通信过程中可根据干扰情况、安全性要求，实时动态自适应修改调制方式，抗干扰性能强，有效防止信号被截获和破解，切实保证基本通信在强干扰条件下不崩溃，且被干扰后可恢复，相比于传统自组网系统是基于硬件实现基本的物理层调制方式的，因此无法实时动态修改其调制方式，调制格式数量受限，在实际通信过程中无法更改事先确定的跳频图案及跳频频点，一旦遭遇强干扰，通信过程将被严重破坏，甚至导致通信链路崩溃且不可恢复。抗干扰能力差，难以实现安全可靠通信的缺陷来说，本发明的智能自组网通信系统极大增强了整个系统的抗干扰性能及安全性能。完善解决了传统自组网系统无法实时动态修改调制方式，难以防止信号被截获和破解，抗干扰性能和安全性能差的问题。
附图说明
图1为一种基于软件无线电的智能自组网通信系统的整体信道结构示意图；
图2为控制信道的结构示意图；
图3为控制信道新入网节点同步建立的流程示意图；
图4为业务信道已入网节点自适应修改调制方式以及跳频方式的流程示意图。
图中：1、跳频图案A，2、跳频图案B，3、跳频图案C，4、用户组A，5、用户组B，6、用户组C，7、用户组D，8、专用控制信号。
具体实施方式
下面结合附图对该基于软件无线电的智能自组网通信系统的实施方式作进一步详细说明（参见图1～4）：
一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，它包括业务信道、控制信道，其特征在于：业务信道由业务信道频段构成，所述业务信道频段包括跳频图案A1、跳频图案B2、跳频图案C3、频点1、频点2；控制信道由一般控制信道频段、专用控制信号频点、专用控制信道发送时隙和专用控制信号8构成，所述一般控制信道频段包含四个频点，每个频点对应一个用户组，所述用户组包括用户组A4、用户组B5、用户组C6、用户组D7；所述专用控制信道的所有入网节点在每个专用控制信道发送时隙内通过竞争方式进行通信；所述专用控制信号采用长伪随机序列，达到最大抗干扰性能；所述一般控制信道频段采用频分结合码分方式分配给入网节点；一般控制信道频段包含四个频点，每个频点对应的用户组A4或用户组B5或用户组C6或用户组D7内的不同用户采用码分方式通信；所述业务信道包括已入网节点，所述控制信道包括新入网节点。
所述跳频图案A、跳频图案B、跳频图案C及户组A、用户组B、用户组C、用户组D不是唯一固定的。即：跳频图案和用户组的个数不是唯一固定只有跳频图案A、跳频图案B、跳频图案C及户组A、用户组B、用户组C、用户组D。（参见图1、图2）图1、图2仅对一个具体实施例画出了三组跳频图案和四组用户组。
（参见图1），图1为业务信道和控制信道的信道划分具体实施例。其中，业务信道采用传统的跳频通信方式以对抗干扰，而传统方式中，跳频图案及跳频频点一旦事先确定，那么在随后的通信过程中就无法更改，因此无法做到对干扰的高对抗性及高安全防护性。因此，设计出控制信道。
（参见图2），所述控制信道被进一步分为专用控制信道以及一般控制信道。其中，所述专用控制信道采用固定频点和专用扰码的方式进行通信，所有已入网节点在每个专用控制信道时隙内采用竞争方式进行通信。为保证高可靠、安全通信，所述的专用控制信号采用长伪随机序列：如PN码、Golden码、扩频通信方式，使专用控制信道达到最强的抗干扰能力。
一般控制信道采用频分和码分相结合的方式分配给已入网节点，如图2所示，一般控制信道包含四个频点，每个频点对应的用户组内的不同用户采用码分方式通信。
所述的业务信道和控制信道通过DSR按需路由协议构建。
（参见图3），图3描述了本系统新节点入网同步建立的过程。
所述的控制信道的新节点入网同步建立的流程包括：
一、新节点首先在业务信道上尝试建立同步；
二、如果因强干扰导致同步过程无法建立，新节点则立即在专用控制信道发起同步建立流程，否则直接进入步骤3；
三、对新节点进行安全认证，以防止针对业务信道或专用控制信道上的安全攻击；
四、当前已入网节点经过协商后，对新入网节点分配一个专用的一般控制信道，并向其广播；
五、新入网节点获得业务信道及一个专用的一般控制信道；至此，新节点入网同步过程建立完成。
（参见图4），图4描述了本系统自适应修改调制方式以及跳频方式的过程。
所述的业务信道的已入网节点自适应修改调制方式以及跳频方式的过程包括：
一、当已入网节点检测到强干扰、导致业务信道无法正常通信时，已入网节点立即在专用控制信道发起竞争性指令传输；
二、当已入网节点需要自适应修改调制参数以对抗安全攻击时，已入网节点立即在一般控制信道发起非竞争性指令传输；
三、对于专用控制信道，所有节点采用竞争、泛洪广播方式传递对应指令，直至所有节点都获得此专用控制信道上的传输指令；
四、对于一般控制信道，如果指令得到所有节点的响应，则一般控制信道同步建立完成。
五、当专用控制信道同步完成，或者一般控制信道所有节点响应完成之后，信令发起节点即可发送新的跳频方式或调制方式。
本发明申请人的设计思路是：目前的自组网通信系统，多采用跳频、智能移频技术来对抗恶意干扰和保障通信安全，但是由于其物理层基本通信的调制方式是固定的，故无法做到高可靠性对抗干扰。同时，一旦通信信号被截获，传输信息也存在被破解的风险。
软件无线电作为一种新兴技术，打破了有史以来实现设备的通信功能只能依赖于硬件发展的格局。而SDR (Software Defined Radio) 是一种无线电广播通信技术，它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现通信。目前已广泛应用于民用、军用通信领域。传统的业务通信方式中，跳频图案及跳频频点一旦事先确定，（参见图1），在随后的通信过程中就无法更改，如果存在强干扰，通信过程将被严重破坏、甚至导致通信链路崩溃。且由于业务信道作为普通业务通信链路使用，采用的物理层调制方式如宽带跳频、智能移频等，其跳频图案及跳频频点一旦事先确定，那么在随后的通信过程中就无法更改，即调制方式是固定的不易修改、调制格式数量受限，使得业务信道无法自适应根据干扰情况、安全性要求，实时动态地修改调制方式，从而很难保证整个系统的抗干扰性能及不能有效防止信号被截获和破解。
因此本发明申请人设计出一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，通过SDR构建业务信道和控制信道双轨结合通信模式，其中业务信道作为传统的自组网通信业务信道使用，控制信道作为自组网通信系统的控制信道使用。通过软件无线电技术，在业务信道通信过程中实现根据干扰情况、安全性要求，实时动态地自适应修改调制方式，有效增强本发明智能自组网通信系统的抗干扰性能和安全性能。同时，通过控制通道，实现对不同信道进行不同的调制格式，切实保证了本发明智能自组网通信系统在恶意干扰、强干扰情况下仍能进行基本通信，通信过程不崩溃，且被干扰后能够恢复。极大提升本发明智能自组网通信系统的抗干扰性能及安全性能。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，它包括业务信道、控制信道，其特征在于：业务信道包括跳频图案A（1）、跳频图案B（2）、跳频图案C（3）、频点1、频点2；控制信道由一般控制信道、专用控制信道和专用控制信号（8）构成，所述一般控制信道的频段包含四个频点，每个频点对应一个用户组，所述用户组包括用户组A（4）、用户组B（5）、用户组C（6）、用户组D（7）；所述专用控制信号（8）采用长伪随机序列，达到最大抗干扰性能；所述一般控制信道的频段采用频分结合码分方式分配给入网节点；一般控制信道的频段包含四个频点，每个频点对应的用户组A（4）或用户组B（5）或用户组C（6）或用户组D（7）内的不同用户采用码分方式通信；所述业务信道包括已入网节点，所述控制信道包括新入网节点；充分利用软件无线电灵活配置和可自适应调整的优点，通过DSR 按需路由协议设置两种不同的通信信道，以及对不同信道自适应采用不同的调制格式。
2.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的业务信道和控制信道通过DSR按需路由协议构建。
3.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的专用控制信号采用的长伪随机序列包括：PN码、Golden码。
4.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的专用控制信道采用固定频点和专用扰码方式进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的跳频图案A（1）、跳频图案B（2）、跳频图案C（3）及户组A（4）、用户组B（5）、用户组C（6）、用户组D（7）不是唯一固定的。
6.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的控制信道的新节点入网同步建立的流程包括：
1）新节点首先在业务信道上尝试建立同步；
2）如果因强干扰导致同步过程无法建立，新节点则立即在专用控制信道发起同步建立流程；否则直接进入步骤3；
3）对新节点进行安全认证，以防止针对业务信道或专用控制信道上的安全攻击；
4）当前已入网节点经过协商后，对新入网节点分配一个专用的一般控制信道，并向其广播；
5）新入网节点获得业务信道及一个专用控制信道；至此，新节点入网同步过程建立完成。
7.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的智能自组网通信系统，其特征在于：所述的业务信道的已入网节点自适应修改调制方式以及跳频方式的过程包括：
1）当已入网节点检测到强干扰、导致业务信道无法正常通信时，已入网节点立即在专用控制信道发起竞争性指令传输；
2）当已入网节点需要自适应修改调制参数以对抗安全攻击时，已入网节点立即在一般控制信道发起非竞争性指令传输；
3）对于专用控制信道，所有节点采用竞争、泛洪广播方式传递对应指令，直至所有节点都获得此专用控制信道上的传输指令；
4）对于一般控制信道，如果指令得到所有节点的响应，则一般控制信道同步建立完成；
5）当专用控制信道同步完成，或者一般控制信道所有节点响应完成之后，信令发起节点即可发送新的跳频方式或调制方式。
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