CN113473394A - 一种数字对讲机及其自适应中继方法 - Google Patents

一种数字对讲机及其自适应中继方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字对讲机及其自适应中继方法，所述方法包括：发送对讲机启动随按即说通信，将对讲音频数据以时间片分段压缩形成报文后发送，其中所述报文包括参数：会话标识SessionID、报文顺序号Sequence和重发计数ReTxCount；同组的接收对讲机读取报文，同时获取接收此报文时的信号强度RSc，获取报文中的SessionID，根据SessionID进行判断，当报文中的SessionID和当前SessionID不同，则清除Sequence记录；获取报文中的Sequence，将其与Sequence记录中Sequence进行比较，若Sequence不在Sequence记录中，则执行：中继检测和中继转发；提取报文中的音频数据并解码输出；将该Sequence添加到Sequence记录中。该方法在中继时无需独立的对讲中继设备参与，且能有效抑制数据泛洪。

Description

一种数字对讲机及其自适应中继方法
技术领域
本发明涉及对讲机通信领域，尤其涉及一种数字对讲机及其自适应中继方法。
背景技术
模拟对讲机通常采用调频调制方式，对讲机的覆盖范围直接与整机的无线信号发射功率和无线信号接收灵敏度相关，发射功率越大覆盖范围越广，接收灵敏度越高覆盖范围越广；超出覆盖范围后需要部署中继站增强覆盖，因此实际使用中增强覆盖设备以及设备部署、维护都会带来成本的巨大提高。
数字对讲机接收、发送的信号都是数字化信号，数字化信号可以很方便地存储和复制。数字对讲机采用数字调制方式，把语音信号通过ADC采样后取得PCM数据再使用语音编码算法压缩后，以无线信号发送出去，其他组内对讲机收到后，通过当前对讲会话SessionID、报文顺序号Sequence、接收信号强度RSc、转发计数ReTxCounts四项数据协同判断是否需要转发此报文。以此协同判断方式尽可能降低数据转发的无效性，从而降低同频无线信号干扰，提高对讲机网络运行可靠性，最大可能增大覆盖范围。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种数字对讲机及其自适应中继方法，在中继时无需独立的对讲中继设备参与，且能有效抑制数据泛洪。
为实现上述目的，本发明提供了一种数字对讲机的自适应中继方法，包括以下步骤：
发送对讲机启动PTT(Push To Talk)通信，将对讲音频数据以固定时间片分段压缩形成报文后发送，其中所述报文包括参数：会话标识SessionID、报文顺序号Sequence和重发计数ReTxCount；
同组的接收对讲机接收报文，同时获取此报文的接收信号强度RSc，
解析报文获取报文中的SessionID，当报文中的SessionID和当前SessionID不同，则认为是重新发起的对讲同时清除Sequence记录；
获取报文中的Sequence，将其与Sequence记录中Sequence进行比较，若Sequence不在Sequence记录中，则执行：
中继检测和中继转发，在满足条件RSc<RSt下，对该Sequence报文进行中继转发，其中RSt为设定的强度阈值；
提取报文中的音频数据并解码输出；
将该Sequence添加到Sequence记录中。
进一步的，所述中继检测和中继转发过程包括：比较RSc和RSt，在满足条件RSc<RSt下，重发计数ReTxCount加1；更新报文中的重发计数ReTxCount然后重组报文；延时随机时间后发送报文。
进一步的，所述随机时间的时间长度区间为1毫秒－8毫秒之间。
进一步的，所述RSt的取值是所述数字对讲机无线信号在自由空间中的有效通信距离的0.5-0.8倍时的接收信号强度值。
进一步的，所述固定时间片的长度为50毫秒－200毫秒。
进一步的，所述压缩的方式是基于PCM编码的语音压缩算法，所述PCM编码的参数包括：8K采样频率、16Bits分辨率。
进一步的，所述重发计数ReTxCount设置有最大重发次数MaxRetransmit，当重发计数ReTxCount达到最大重发次数MaxRetransmit时，丢弃报文而不进行转发。
进一步的，所述转发最大重发次数为3或4或5。
进一步的，所述报文的格式被定义为：
Figure BDA0003172513990000021
Figure BDA0003172513990000031
其中，Data[1]表示不定长度的音频数据。
本发明还提供一种数字对讲机，所述数字对讲机执行以上任一技术方案所述的自适应中继方法。
本发明的数字对讲机的自适应中继方法，通过对报文中对话标识SessionID、报文顺序号Sequence、重发计数ReTxCount和接收信号强度共同判定，执行自适应中继，在中继时无需独立的对讲中继设备参与，且能有效抑制数据泛洪。
附图说明
图1是本发明实施例的数字对讲机的报文接收处理流程图；
图2是本发明实施例的数字对讲机的对讲中继示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
数字对讲机使用相同的信道(频点相同)，相同的调制方式，相同的前导码和同步码。所有使用相同信道的对讲机在有效通信范围内都可以收到数据报文。收到数据报文后，接收器硬件先进行CRC校验，校验通过后再与本机的NodeID作比较，如果与本机NodeID相同，则认为是有效报文继续处理；NodeID与本机不相同则丢弃。因此使用NodeID区分是否是同组的对讲机。在本实施例中，涉及的各数字对讲机均被设置为同组，具有相同的物理信道和NodeID。
根据无线信号自由空间衰落公式Lbf＝32.5+20lgF+20lgD以及射频信号发射功率、天线效率和线损，可大致估计数字对讲机在自由空间中的通信距离La。在本实施例中，以0.8倍La处的信号强度为阈值RSt，当前信号强度RSc<RSt时，表明当前对讲机处于和信源对讲机的有效对讲距离的后段0.2La处，则重新发送已接收的数据报文，进行数据中继；使与当前对讲机处于有效对讲距离、但与信源对讲机处于有效对讲距离之外的对讲机能接收到报文。以此机制避免全面洪泛导致的空口冲突问题，提高对讲机中继转发的有效性，尽最大可能扩大对讲覆盖范围。
在本实施例中，为实现数字对讲机自身的中继功能，对数字对讲机的报文做如下定义：
Figure BDA0003172513990000041
在该报文中包括：报文顺序号Sequence、会话标识SessionID和ReTxCounts。
本发明提出了一种数字对讲机的自适应中继方法，包括以下步骤：
发送对讲机启动PTT(Push To Talk，随按即说)通信，将对讲音频数据以时间片分段压缩后形成报文逐个发送(所述对讲语音数据是以固定时间片分段，所述固定时间片的长度为50毫秒－200毫秒，并以8K采样频率、16Bits分辨率的PCM编码(脉冲编码调制)方式进行语音压缩形成一个数据报文)；
同组的接收对讲机读取报文，同时通过RSSI(Received Signal StrengthIndication接收信号强度指示，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度)获取此报文的接收信号强度RSc；
解析报文获取报文中的SessionID，根据SessionID进行判断，当报文中的SessionID和当前SessionID不同，则认为是新发起的对讲同时清除Sequence记录；
解析报文获取报文中的Sequence，将其与Sequence记录中Sequence进行比较，若Sequence不在Sequence记录中，则执行：中继检测和中继转发，在满足条件RSc<RSt下，对该Sequence报文进行中继转发，其中RSt为设定的强度阈值；提取报文中的音频数据并解码输出；将该Sequence添加到Sequence记录中。
如图1、图2所示，给出了一种数字对讲机的自适应中继方法的具体处理流程，发送对讲机启动PTT通信，接收对讲机接收报文，并做如下处理：
步骤S1：读取对讲报文，同时获取收到此报文时的信号强度RSc。
步骤S2：读取报文中的会话标识SessionID。
步骤S3：检查报文中的会话标识SessionID和上一次接收到的报文的会话标识SessionID是否一致，若一致，表示此报文为本次对讲的数据，转步骤S5；否则，转步骤S4。
步骤S4：清除Sequence记录中的所有Sequence；当SessionID与上次不同，则认为是新发起的对讲，故需清除Sequence记录中的所有Sequence。
步骤S5：获取报文中的Sequence。
步骤S6：检测此Sequence的报文是否被处理(即该Sequence未被添加到Sequence记录中)，若已被处理(即该Sequence已被添加到Sequence记录中)，则转步骤S7；否则转步骤S16。通过该方式，将接收的重复报文丢弃。
步骤S7：比较RSc和RSt，当Rsc<Rst时，进入步骤S8；否则转步骤S13。当接收到此报文时的信号强度Rsc小于一个设定阈值Rst时，说明当前接收对讲机与发送对讲机距离在设定范围内，适合作为中继点进行数据中继，重新发送所收到的报文。在实际应用中Rst的取值以数字对讲机在自由空间中有效通信距离La的0.5-0.8倍时的信号强度为宜。
步骤S8：比较重发计数ReTxCounts和最大重发次数MaxRetransmit，当ReTxCounts<MaxRetransmit时，转步骤S9，否则转步骤S13。在本实施例中通过限制最大重发次数以防止数据泛洪。通常最大重发次数MaxRetransmit被设置为整数3或4或5。
步骤S9：重发计数ReTxCounts加1。
步骤S10：重组报文，更新报文中的重发计数ReTxCounts。
步骤S11：延时随机时间；该随机时间的长度通常被设置为1毫秒到8毫秒，以保证重发计数少的报文被优先接收处理。
步骤S12：发送报文。
步骤S13：从报文解包获取音频数据。
步骤S14：对音频数据进行解码并输出。
步骤S15：将该Sequence添加到Sequence记录中，表示该Sequence的报文已被处理。
步骤S16：结束。
从图2的示例所示，对讲机12、16进行了一次中继，其接收报文的ReTxCounts＝0，其转发报文的ReTxCounts＝1；对讲23进行了二次中继；其接收报文的ReTxCounts＝1，其转发报文的ReTxCounts＝2。
本实施例的数字对讲机的自适应中继方法，通过对报文中对话标识SessionID、报文顺序号Sequence、重发计数ReTxCount和接收信号强度共同判定，执行自适应中继，在中继时无需独立的对讲中继设备参与，且能有效抑制数据泛洪。
通过本实施例，本发明还提出了一种数字对讲机，所述数字对讲机执行如上技术方案所述的自适应中继方法。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，包括以下步骤：
发送对讲机启动随按即说通信，将对讲音频数据以固定时间片分段压缩形成报文后发送，其中所述报文包括参数：会话标识SessionID、报文顺序号Sequence和重发计数ReTxCount；
同组的接收对讲机接收报文，同时获取接收信号强度RSc，
解析报文获取报文中的SessionID，根据SessionID进行判断，当报文中的SessionID和当前SessionID不同，则认为是新发起的对讲并且清除Sequence记录；
解析报文获取报文中的Sequence，将其与Sequence记录中Sequence进行比较，若Sequence不在Sequence记录中，则执行：
中继检测和中继转发，在满足条件RSc<RSt下，对该Sequence报文进行中继转发，其中RSt为设定的强度阈值；
提取报文中的音频数据并解码输出；
将该Sequence添加到Sequence记录中。
2.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述中继检测和中继转发过程包括：
比较RSc和RSt，在满足条件RSc<RSt下，重发计数ReTxCount加1；
更新报文中的重发计数ReTxCount并且重组报文；
延时随机时间后发送重组的报文。
3.如权利要求2所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述随机时间的时间长度区间为1毫秒－8毫秒之间。
4.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述RSt的取值是所述数字对讲机无线信号在自由空间中的有效通信距离的0.5-0.8倍时的接收信号强度值。
5.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述固定时间片的长度为50毫秒－200毫秒。
6.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述压缩的方式是基于PCM编码的语音压缩算法，所述PCM编码的参数包括：8K采样频率、16Bits分辨率。
7.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述重发计数ReTxCount设置有最大重发次数MaxRetransmit，当重发计数ReTxCount达到最大重发次数MaxRetransmit时，丢弃报文而不进行重发。
8.如权利要求7所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述转发最大重发次数为3或4或5。
9.如权利要求1所述的数字对讲机的自适应中继方法，其特征在于，所述报文的格式被定义为：
Figure FDA0003172513980000021
其中，Data[1]表示不定长度的音频数据。
10.一种数字对讲机，其特征在于，所述数字对讲机执行如权利要求1-9任一项所述的数字对讲机的自适应中继方法。
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