CN111970648A - 一种无中心自组网的通信方法 - Google Patents

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王仁智
杨继超
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何志明
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王振超
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Abstract

本发明提供了一种无中心自组网的通信方法，包括以下步骤：S1：设置各节点的识别码和识别码的优先级；S2：根据接入网络的各节点的顺序和识别码优先级，动态分配时隙顺序，传输速率自适应调节；S3：各节点按照时隙顺序收发数据，同一时隙，只有一个节点发送数据，其余节点接收数据，数据采用广播的形式发送。本发明专门设计了通用时隙结构，在节点增减时，方便在网节点的收发控制和信息识别，快速响应；动态分配各节点的时隙顺序，通过时隙重新分配，扩展到多个节点的无中心自组网，能实现多节点之间信息的互通互联；采用MSK调制方式，可更灵活划分时隙长度，适用于多至上百个窄带组网节点或十个以上的宽带组网节点的无中心自组网通信。

Description

一种无中心自组网的通信方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种无中心自组网的通信方法。
背景技术
将无人机机载数据链和弹载数据链实现链路组网，能够实现包括监视监测、航空侦察、通信中继、精确制导等作用，使得无人机和制导导弹实现有效的察打一体化，形成有效控制局势、占领主动权的决定性力量。目前世界各国均对其的发展给予了高度关注，致力于发展新型协同组网数据链装备，积极打造空-地一体化数据链平台，把“信息化、一体化、网络化”作为无人机测控协同数据链系统的发展目标，提高大容量、抗干扰、网络化、互操作的信息分配及通信能力。未来的社会是信息化社会，空间电磁环境复杂，数据传输设备的高效工作将面临巨大的挑战。为适应世界新平台变革需要，满足新时期科技战略要求，我国必须依靠自主创新技术，发展传输性能先进、功能配套齐全、系统组成一致的多模可重构集群组网数据链通信系统，从而实现空地信息的无缝链接和信息共享，追求力量动态重组，实现自适应分布；追求体系间深度融合，实现空天地飞行平台信息共享。
目前国外无人机集群通信研究处于初级阶段，国内要就较少。无人机集群通信方式主要有两种，第一种就是利用无人机地面控制站或借助4G/5G公共网络的地面基站进行集群组网通信，各集群网络节点通过地面控制站或基站进行数据中继转发，集群节点不能进行直接通信；另一种是通过网络算法的无中心通信，各集群节点通过时隙分配和路由路径规划，实现集群网络节点的多跳、无中心和自组织的无线网络。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无中心自组网的通信方法，特别适用于无人机集群通信，有效解决4G/5G网络等覆盖范围不足和对空传输距离近等问题，另外可通过自身的“自愈”能力和鲁棒性能有效解决现有单机系统的不足。
本发明采用的技术方案是：一种无中心自组网的通信方法，包括以下步骤：
S1：设置各节点的识别码和识别码的优先级；
S2：根据接入网络的各节点的顺序和识别码优先级，动态分配时隙顺序，传输速率自适应调节；
S3：各节点按照时隙顺序收发数据，同一时隙，只有一个节点发送数据，其余节点接收数据，数据采用广播的形式发送。
作为优选，步骤S2中，传输带宽不变，传输速率根据接入网络的节点数量自适应调节。
作为优选，所述节点包括一个地面节点和至少一个机载节点，各所述机载节点在1个时帧中的时隙数量相同，且至少具有1个发送时隙和1个接收时隙，所述地面节点的接收时隙数量与所有机载节点发送时隙的数量的总和相同。
作为优选，所述机载节点在1个时帧中具有16个发送时隙和至少1个接收时隙。每个机载节点接收时隙的数量随着接入网络的机载节点数量的增加而增加。
作为优选，数据的时隙结构包括同步头、节点识别码、时隙编号、数据段和保护段；其中：所述同步头采用伪随机序列，用于判断时隙是否同步；所述时隙编号用于确定收发时隙顺序。
作为优选，所述同步头由m序列组成。
作为优选，所述时隙编号用两个相同的数据表示。
作为优选，所述保护段的时长取决于节点间的最大距离。
作为优选，步骤S3中，数据信号采用MSK基带调制和MSK非相干解调方式。
作为优选，MSK解调方式采用MSK信号的差分数字解调算法或MSK相关检测算法。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本发明专门设计了通用时隙结构，在节点增减时，方便在网节点的收发控制和信息识别，快速响应；
本发明动态分配各节点的时隙顺序，通过时隙重新分配，扩展到多个节点的无中心自组网，能实现多节点之间信息的互通互联；
本发明采用MSK非相干调制解调方式，可更灵活划分时隙长度，适用于多至上百个窄带组网节点或十个以上的宽带组网节点的无中心自组网通信。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2为本发明实施例的时隙结构图；
图3为本发明实施例的点对点地面节点时隙分配图；
图4为本发明实施例的一控二地面节点时隙分配图；
图5为本发明实施例的基带信号流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例提供了一种无中心自组网的通信方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1：设置各节点的识别码和识别码的优先级；
S2：根据接入网络的各节点的顺序和识别码优先级，动态分配时隙顺序，传输速率自适应调节；传输总带宽不变，传输速率根据接入网络的节点数量自适应调节；
S3：各节点按照时隙顺序收发数据，同一时隙，只有一个节点发送数据，其余节点接收数据，数据采用广播的形式发送。
各节点的收发数据采用通用时隙，即上下行用同样的时隙结构，每个时隙相互独立，但也有一定的关联。时隙结构划分如图1所示，时隙结构包括同步头、节点识别码、时隙编号、数据段和保护段。
同步头是每个时隙同步的关键，由256bit的m序列组成。接收端根据m序列良好的自相关性和互相关性能，根据相关值的大小来判断时隙是否同步。
节点识别码是在一个地面节点控制多个机载节点的情况下，区别下行不同设备数据的关键依据，当地面站设备接收到不同设备的数据时，需把数据放入相应的缓存区，根据一定的识别码优先级分别处理每个设备的数据信息。上行数据采用广播的形式发送，机载设备都同时接收并解析地面设备所发出的控制数据，利用信源在组帧过程中所占的不同通道来识别自己相应的控制信息。节点识别码用两个相同的8bit数据表示，一共占16bit。
时隙编号，是上下行时隙统一的关键，只有机载设备解析出地面时隙编号后，并把自己的收发时隙和地面站保持一致，才能使系统有条不紊的进行收发控制。时隙编号用两个相同的8bit数据表示，一共占16bit。
数据段就是载荷数据经过组帧、加扰、信道编码等处理过的数据。
保护段时间的长短，取决于设计的节点间的最大距离。例如，设计为50公里，所以最小时间是50000m/(3*10^8m/s)＝0.17ms。
各节点在1个时帧中的时隙收发数量可以根据需要设定。在点对点的情况下(一个地面节点控制一个机载节点)，地面节点采用1发16收，机载节点采用1收16发，1个时帧长度为17个时隙，34ms。地面节点的时隙分配如图3所示，时隙1发送，时隙2-17接收。机载节点的时隙分配则是时隙2-17发送，时隙1接收。
在一控二的情况下(一个地面节点控制二个机载节点)，可设计为：地面节点2发32收，每个机载节点18收16发，一个时帧的长度为34个时隙，68ms，但是传输速率是点对点的两倍。地面节点的时隙分配如图4所示，时隙1和18发送，时隙2-17和19-34接收。机载节点A1的时隙分配则是时隙2、4、6、8、10、12、14、16、19、21、23、25、27、29、31和33发送，其余时隙接收；机载节点A2的时隙分配则是时隙3、5、7、9、11、13、15、17、20、22、24、26、28、30、32和34发送，其余时隙接收。机载节点的发送时隙交替分布。
基带信号采用MSK基带调制和MSK非相干解调方式，基带信号处理流程如图5所示。例如，机载节点将N个信源组帧，经信道编码、时隙控制、MSK调制、成型滤波后，在其16个发送隙时发送出去。地面节点接收到后，经过MSK解调、信号采样同步、时隙同步、时隙解帧、信道译码、解帧，还原出N道信号。其中，上行信道编码采用卷积编码，下行信道选用LDPC编码。优选的，MSK解调方式采用MSK信号的差分数字解调算法或MSK相关检测算法。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无中心自组网的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：设置各节点的识别码和识别码的优先级；
S2：根据接入网络的各节点的顺序和识别码优先级，动态分配时隙顺序，传输速率自适应调节；
S3：各节点按照时隙顺序收发数据，同一时隙，只有一个节点发送数据，其余节点接收数据，数据采用广播的形式发送。
2.如权利要求1所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：步骤S2中，传输带宽不变，传输速率根据接入网络的节点数量自适应调节。
3.如权利要求1所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：所述节点包括一个地面节点和至少一个机载节点，各所述机载节点在1个时帧中的时隙数量相同，且至少具有1个发送时隙和1个接收时隙，所述地面节点的接收时隙数量与所有机载节点发送时隙的数量的总和相同。
4.如权利要求3所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：所述机载节点在1个时帧中具有16个发送时隙和至少1个接收时隙。
5.如权利要求1-4中任一所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：数据的时隙结构包括同步头、节点识别码、时隙编号、数据段和保护段；其中：
所述同步头采用伪随机序列，用于判断时隙是否同步；
所述时隙编号用于确定收发时隙顺序。
6.如权利要求5所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：所述同步头由m序列组成。
7.如权利要求5所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：所述时隙编号用两个相同的数据表示。
8.如权利要求5所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：所述保护段的时长取决于节点间的最大距离。
9.如权利要求1所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：步骤S3中，数据信号采用MSK基带调制和MSK非相干解调方式。
10.如权利要求9所述的无中心自组网的通信方法，其特征在于：MSK解调方式采用MSK信号的差分数字解调算法或MSK相关检测算法。
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