CN114302445B - 基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法及系统，以通用软件无线电外设USRP为单元搭建无线通信平台内各站点，平台内每个站点均分配有唯一地址码；组网过程中，站点类型为主站的通用软件无线电外设USRP依据设定的轮询工作模式按预设轮询列表依次发送信号，站点类型为从站的其他通用软件无线电外设USRP来接收信号并进行信号处理来获取信号中返回参数，将返回参数中地址码与自身地址码进行比对，若接收信号中的地址码与自身地址码相同，则执行回复动作，否则，保持静默。本发明解决现有数据链通信平台之间组网困难问题，实现所有入网单元之间的网络数据高效通信、及设备之间实时数据处理、交换与分发，便于实施。

Description

基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法及系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法及系统。

背景技术

随着通信系统的更新换代，传统的通信方式已日益无法满足现代信息交换需求。数据链通信作为传感器与传感器、传感器与信息平台、信息平台与信息平台之间的中介，采用无线网络通信技术和通信协议，在机载、路基和舰载通信系统之间的数据信息交换上有着广泛的应用。相对于国外，我国在数据链通信方面的研究开始时间较晚，而且参与组网的各单元之间信息的互联互通也存在一定的困难。

发明内容

为此，本发明提供一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法及系统，解决现有数据链通信平台之间组网困难问题，实现所有入网单元之间的网络数据高效通信、及设备之间的实时数据处理、交换与分发。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，包含如下内容：

以通用软件无线电外设USRP为单元搭建无线通信平台内各站点，平台内每个站点均分配有唯一地址码；

组网过程中，站点类型为主站的通用软件无线电外设USRP依据设定的轮询工作模式按预设轮询列表依次发送信号，站点类型为从站的其他通用软件无线电外设USRP来接收信号并进行信号处理来获取信号中返回参数，将返回参数中地址码与自身地址码进行比对，若接收信号中的地址码与自身地址码相同，则执行回复动作，否则，保持静默。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，利用软件编程来生成用于创建信号发送数据流、信号接收数据流及信号处理数据流的函数，并将生成的各函数写入动态函数库中；各站点在进行组网过程中从动态函数库中调用相应的函数来完成信号发送、接收或处理过程。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，发送信号时，站点依据发送线程标识符来生成信号波形并写入数据流缓冲区，通过发射通道进行发送信号的发射，当已发样点数与预设样点数相等，则结束发送信号，发送线程进入休眠状态；接收信号时，依据接收线程标识符，通过调用UHD函数将收到的信号写入接收数据流，当已写入接收数据流点数与接收样点数相等，则结束本次信号接收，接收线程进入休眠状态。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，信号处理中，通过对接收信号进行解译分析，获取信号中返回参数，其中，返回参数至少包含：工作模式、地址码及以结构体表示的输出信息。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，组网过程中的轮询工作模式下，依据主站和从站接收信号来判定主站和从站工作状态。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，轮询工作模式下，若接收信号波形由主站报告长波形和从站应答短波形组成的长短两类信号波形时，则判定该接收信号的站点为主站，若接收信号波形由主站报告长波形和从站询问短波形组成的长短周期性信号波形时，则判定为从站；并根据主站接收信号波形来判定主站未接收到任一从站的应答的异常情形。

作为本发明基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，进一步地，异常情形判定过程中，依据主站接收信号波形呈现周期性信号，且周期性信号波形由从站发送的询问短波形和主站针对询问回复的主站报告长波形组成，则判定为异常情形。

进一步地，本发明还提供一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，基于上述的方法实现，包含：用于信号发射和接收的收发天线，用于各站点无线通信组网的通用软件无线电外设USRP平台，及与通用软件无线电外设USRP平台连接用于创建与各站点变化状态相对应线程的主机，其中，各站点变化状态包含：信号发送状态、信号接收状态和信号处理状态。

作为本发明中基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，进一步地，主机利用软件编程来生成用于创建信号发送数据流、信号接收数据流及信号处理数据流的函数，并将生成的各函数写入动态函数库中；各站点在进行组网过程中从动态函数库中调用相应的函数来完成信号发送、接收或处理过程。

作为本发明中基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，进一步地，所述主机还连接有用于组网设置和站点状态显示的人机交互界面，其中，组网设置中，通过人机交互界面设置通用软件无线电外设USRP平台的唯一地址码、工作频率、收发增益及轮询工作模式；站点状态显示中，利用人机交互界面显示各站点信号收发状态及信号处理中实时获取的地址码信息。

本发明的有益效果：

本发明以USRP为基础单元搭建的通信平台，通过轮询组网的工作方式实现各个单元之间数据链通信，解决现有数据链通信平台之间的组网困难问题，可实现高效的Link-11数据链信号的收发，便于实际场景应用。

附图说明：

图1为实施例中基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法流程示意；

图2为实施例中基于USRP的Link11数据链模拟的无线信号收发系统示意；

图3为实施例中主站工作流程示意；

图4为实施例中从站工作流程示意；

图5为实施例中主站和从站接收反馈信号显示示意。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例，提供一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，参见图1所示，包含如下内容：

S101、以通用软件无线电外设USRP为单元搭建无线通信平台内各站点，平台内每个站点均分配有唯一地址码；

S102、组网过程中，站点类型为主站的通用软件无线电外设USRP依据设定的轮询工作模式按预设轮询列表依次发送信号，站点类型为从站的其他通用软件无线电外设USRP来接收信号并进行信号处理来获取信号中返回参数，将返回参数中地址码与自身地址码进行比对，若接收信号中的地址码与自身地址码相同，则执行回复动作，否则，保持静默。

以USRP(Universal Software Radio Peripheral，通用软件无线电外设)为基础单元搭建的通信平台，通过轮询组网的工作方式实现各个单元之间数据链通信。每个参与单元都分配了唯一地址码，单元之间的工作模式为轮询呼叫模式，解决现有数据链通信平台之间的组网困难问题，可实现高效的Link-11数据链信号的收发，便于实际场景中的部署和实施。

进一步地，基于上述的方法，本发明实施例还提供一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，包含：用于信号发射和接收的收发天线，用于各站点无线通信组网的通用软件无线电外设USRP平台，及与通用软件无线电外设USRP平台连接用于创建与各站点变化状态相对应线程的主机，其中，各站点变化状态包含：信号发送状态、信号接收状态和信号处理状态。

参见图2所示，硬件部分包括USRP平台及天线，利用USRP平台实现信号的实际发送和接收，功能主要包括所有入网单元的网络数据通信、工作状态反馈等。硬件部分可利用USRP B210进行信号收发，USRP具有硬件通用化和功能软件化的特点，对目标系统的工作频段、通信协议等功能和参数都可便捷控制。平台间的通信采用Link-11数据链进行，利用单音波形体制(SLEW)进行组网，实现了Link-11数据链信号的正确收发解译功能。平台的软件部分基于C++的编程语言环境实现，在C++编程环境下编写包含信号生成、发送、接收、处理等过程的函数库。将各个信号生成、处理、解译的过程编写成函数，写入自定义动态函数库。各站状态随着时间发生变化，归结起来即信号接收状态、信号发送状态、信号处理状态，同时创建三个线程与状态一一对应。系统实现的开发环境可为Linux系统，相对于常用的Windows系统来说具有更加稳定、漏洞少、可以快速修补等优势，且工具链更加完整。利用UHD(4.0.0版本)对USRP进行驱动，实现软硬件之间的交互。本案实施例中，采用轮询组网工作模式时，使用一个USRP平台作为主站，按建立的轮询列表依次呼叫，发送询问或报告波形；使用另一个USRP平台作从站，接收解译信号并比对自身地址码，相同则作出回复、发送波形，不同则保持静默。界面可实时反映各站点接收与发送情况，解决现有数据链通信平台之间的组网困难问题，可实现高效的Link-11数据链信号的收发。

进一步地，利用软件编程来生成用于创建信号发送数据流、信号接收数据流及信号处理数据流的函数，并将生成的各函数写入动态函数库中；各站点在进行组网过程中从动态函数库中调用相应的函数来完成信号发送、接收或处理过程。发送信号时，站点依据发送线程标识符来生成信号波形并写入数据流缓冲区，通过发射通道进行发送信号的发射，当已发样点数与预设样点数相等，则结束发送信号，发送线程进入休眠状态；接收信号时，依据接收线程标识符，通过调用UHD函数将收到的信号写入接收数据流，当已写入接收数据流点数与接收样点数相等，则结束本次信号接收，接收线程进入休眠状态。信号处理中，通过对接收信号进行解译分析，获取信号中返回参数，其中，返回参数至少包含：工作模式、地址码及以结构体表示的输出信息。组网过程中的轮询工作模式下，依据主站和从站接收信号来判定主站和从站工作状态。进一步地，轮询工作模式下，若接收信号波形由主站报告长波形和从站应答短波形组成的长短两类信号波形时，则判定该接收信号的站点为主站，若接收信号波形由主站报告长波形和从站询问短波形组成的长短周期性信号波形时，则判定为从站；并根据主站接收信号波形来判定主站未接收到任一从站的应答的异常情形。进一步地，异常情形判定过程中，依据主站接收信号波形呈现周期性信号，且周期性信号波形由从站发送的询问短波形和主站针对询问回复的主站报告长波形组成，则判定为异常情形。系统中的主机还可通过连接人机交互界面来实现组网设置和站点状态显示，其中，组网设置中，通过人机交互界面设置通用软件无线电外设USRP平台的唯一地址码、工作频率、收发增益及轮询工作模式；站点状态显示中，利用人机交互界面显示各站点信号收发状态及信号处理中实时获取的地址码信息。

参见图2所示，通过设置有1个主站和3个从站来组成信号收发平台系统，其中，主站地址码设置为1，从站地址码分别为2,3,4，利用两个USRP分别模拟主站和从站。

首先，可在工程中创建的类UnitComPro，初始的输入参数包括USRP的地址、工作频率、发射增益、接收增益。然后通过调用UHD库函数，新建USRP实体，取出USRP的地址信息。接着创建发送数据流、接收数据流，设置cpu_format和wire_format的类型分别为fc32和sc16。用set_rx_freq、set_tx_freq、set_tx_gain、set_rx_gain分别将频率与增益导入USRP中。可通过限定只有当站点类型为NCS(主站)或PU(从站)，工作模式输入为Roll_Call(轮询)时才进入下一步接收或发送信号。

参见图3和4所示，平台模块间信号发送与接收中，当信号发送中识别到发送线程标志符为真时，若是主站则用函数GenNCS_Wave生成波形，若是从站则用函数GenPU_Wave生成波形。然后写入数据流缓存区d_tx_buff，打开发射通道，实现信号的发射。信号结束发送的标志为已发的样点数与设定样点数相等。在识别到d_tx_enable值为false时，这一线程进入休眠状态。当信号接收模块识别到接收线程标志符为真时，调用UHD函数将收到的信号写入接收数据流。当已写入点数等于接收样点数，则跳出循环结束本次接收。在识别到d_rx_enable值为false时，这一线程进入休眠状态。轮询组网通信中，首先信号处理模块对接收到的信号进行处理，当信号处理模块识别到d_rx_process_enable的值为真时，则对接收到的信号进行解译分析。接收处理函数为自定义函数RecSLEW，定义为bool型，返回的参数有工作模式、地址码以及以结构体表示的输出有效信息(如帧类型)。根据信号解析的结果，决定本站点下一状态是信号发送还是接收。

然后对信号处理结果进行分析，实现对工作模式及站点类别的判断，进一步决定每一线程是否执行。在轮询工作过程中，主站可收到一长一短两类信号——主站报告和从站应答，从站可收到时域波形为一长五短的周期性信号。若系统没有正常工作，即主站未接收到任一从站的应答，则波形呈现一长六短的周期(3个从站，每个从站发送2次询问，询问完毕后1次主站报告)，可以此为判断方式来确定主站是否询问正常、从站是否应答正常。参见图5所示，信号解译得到的地址码信息实时呈现在显示界面中，方便分析系统运作状况。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

基于上述的方法和/或系统，本发明实施例还提供一种服务器，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

基于上述的方法和/或系统，本发明实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现上述的方法。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，其特征在于，包含如下内容：

以通用软件无线电外设USRP为单元搭建无线通信平台内各站点，平台内每个站点均分配有唯一地址码；其中，利用软件编程来生成用于创建信号发送数据流、信号接收数据流及信号处理数据流的函数，并将生成的各函数写入动态函数库中；

组网过程中，站点类型为主站的通用软件无线电外设USRP依据设定的轮询工作模式按预设轮询列表依次发送信号，站点类型为从站的其他通用软件无线电外设USRP来接收信号并进行信号处理来获取信号中返回参数，将返回参数中地址码与自身地址码进行比对，若接收信号中的地址码与自身地址码相同，则执行回复动作，否则，保持静默；且各站点在进行组网过程中从动态函数库中调用相应的函数来完成信号发送、接收或处理过程；发送信号时，站点依据发送线程标识符来生成信号波形并写入数据流缓冲区，通过发射通道进行发送信号的发射，当已发样点数与预设样点数相等，则结束发送信号，发送线程进入休眠状态；接收信号时，依据接收线程标识符，通过调用UHD函数将收到的信号写入接收数据流，当已写入接收数据流点数与接收样点数相等，则结束本次信号接收，接收线程进入休眠状态；信号处理中，通过对接收信号进行解译分析，获取信号中返回参数，其中，返回参数至少包含：工作模式、地址码及以结构体表示的输出信息。

2.根据权利要求1所述的基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，其特征在于，组网过程中的轮询工作模式下，依据主站和从站接收信号来判定主站和从站工作状态。

3.根据权利要求2所述的基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，其特征在于，轮询工作模式下，若接收信号波形由主站报告长波形和从站应答短波形组成的长短两类信号波形时，则判定该接收信号的站点为主站，若接收信号波形由主站报告长波形和从站询问短波形组成的长短周期性信号波形时，则判定为从站；并根据主站接收信号波形来判定主站未接收到任一从站的应答的异常情形。

4.根据权利要求3所述的基于轮询组网工作方式的无线信号收发方法，其特征在于，异常情形判定过程中，依据主站接收信号波形呈现周期性信号，且周期性信号波形由从站发送的询问短波形和主站针对询问回复的主站报告长波形组成，则判定为异常情形。

5.一种基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，其特征在于，基于权利要求1所述的方法实现，包含：用于信号发射和接收的收发天线，用于各站点无线通信组网的通用软件无线电外设USRP平台，及与通用软件无线电外设USRP平台连接用于创建与各站点变化状态相对应线程的主机，其中，各站点变化状态包含：信号发送状态、信号接收状态和信号处理状态。

6.根据权利要求5所述的基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，其特征在于，主机利用软件编程来生成用于创建信号发送数据流、信号接收数据流及信号处理数据流的函数，并将生成的各函数写入动态函数库中；各站点在进行组网过程中从动态函数库中调用相应的函数来完成信号发送、接收或处理过程。

7.根据权利要求5所述的基于轮询组网工作方式的无线信号收发系统，其特征在于，所述主机还连接有用于组网设置和站点状态显示的人机交互界面，其中，组网设置中，通过人机交互界面设置通用软件无线电外设USRP平台的唯一地址码、工作频率、收发增益及轮询工作模式；站点状态显示中，利用人机交互界面显示各站点信号收发状态及信号处理中实时获取的地址码信息。