CN114793356B - 基于定向天线的动态组网接入方法、装置和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于定向天线的动态组网接入方法、装置、计算机设备和存储介质。方法包括：当处于同步状态的第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口向各方向发送同步信息，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步，根据第二节点搜索到的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立单向链路进行通信，通过向多个方向分散发送同步信息增加了信令发送频度，提高了传输效率，采用点对点预约的方式建立单向链路，充分利用了定向天线的空分复用能力，传输效率高且时延低。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于定向天线的动态组网接入方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
天线包括全向天线和定向天线。其中，全向天线是指在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。定向天线是指在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。
天线的组网接入方式会影响通信传输，现有的天线动态组网接入方法中，一般采用“定向+全向”的天线组合，或者集中发送同步的时序设计，存在无法同时具备高传输效率和低时延的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够同时具备高传输效率和低时延的基于定向天线的动态组网接入方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于定向天线的动态组网接入方法，方法包括：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；
确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；
根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；
控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
在其中一个实施例中，当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送与第一节点对应的同步信息包括：
当第一节点启动时，根据时序结构以及第一节点的MAC地址(Media AccessControl Address,媒体接入控制地址)，确定第一节点对应的TDMA(time divisionmultiple access，时分多址)子帧；
在TDMA子帧的同步窗口中，根据TDMA子帧所属的帧号，使用与帧号对应的波束发送与第一节点对应的同步信息。
在其中一个实施例中，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步包括：
控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙；
当搜索到的同步信息为第一节点对应的同步信息时，将未同步节点作为第二节点；
控制第二节点根据同步信息中携带的时间信息，与第一节点进行节点同步。
在其中一个实施例中，根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网包括：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向；
若第一节点为第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对第二节点进行测距补偿并入网。
在其中一个实施例中，根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向包括：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，通过统计同步信息的质量，确定第二节点的最佳接收波束以及第一节点的最佳发送波束；
根据最佳接收波束和最佳发送波束，计算第一节点到第二节点的波达方向。
在其中一个实施例中，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信包括：
基于时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制源节点向目标节点发送预约信息进行预约；
当目标节点接收到预约信息时，向源节点发送相应的应答信息；
根据应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立主叫方和被叫方之间的单向链路。
在其中一个实施例中，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信之后，还包括：
基于建立的单向链路，控制主叫方和被叫方周期性的发送正向信令和反向信令；
根据正向信令，确定主叫方到被叫方的当前波达方向；
根据反向信令，确定被叫方到主叫方的当前波达方向。
一种基于定向天线的动态组网接入装置，装置包括：
同步信息发送模块，用于当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；
节点同步模块，用于确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；
节点入网模块，用于根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；
节点单向链路建立模块，用于控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；
确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；
根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；
控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；
确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；
根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；
控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
上述基于定向天线的动态组网接入方法、装置、计算机设备和存储介质，当处于同步状态的第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步，通过向多个方向分散发送同步信息的方式增加了信令的发送频度，提高了传输效率。根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并且控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信，采用点对点预约的方式进行单向链路建立，充分利用了定向天线的空分复用能力，极大的提升了数据传输效率，同时具备高传输效率和低时延的特点。
附图说明
图1为一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的应用环境图；
图2为一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的流程示意图；
图3为一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的时序结构示意图；
图4为再一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的流程示意图；
图5为又一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的流程示意图；
图6为还一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的流程示意图；
图7为一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的测距补偿原理示意图；
图8为又一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的流程示意图；
图9为还一个实施例中基于定向天线的动态组网接入方法的正向信令和反向信令示意图；
图10为一个实施例中基于定向天线的动态组网接入装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的基于定向天线的动态组网接入方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，当第一节点102启动时，第一节点102基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送同步信息；第二节点104搜索到同步信息后与第一节点102进行节点同步；第二节点104根据搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定与第一节点102之间的波达方向，并根据波达方向进行测距补偿并入网。入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。其中，第一节点102可以是网络主台对应的节点，第二节点104可以是众多节点中的任意一个，节点可以但不限于是各种配置有定向天线具有通信功能的终端设备，例如，车载终端以及船载终端等移动设备。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于定向天线的动态组网接入方法，包括以下步骤202至步骤208。
步骤202，当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息。
第一节点为处于同步状态的节点，具体可以是预先设置为网络主台的节点。在实施例中，第一节点可以是组网网络是由一组带有无线通信收发装置的移动定向节点组成的临时性无中心网络中的一个预设节点，节点具体是各种配置有定向天线具有通信功能的终端设备，例如，车载终端以及船载终端等移动设备。
在实施例中，第一节点可以是网络主台，网络主台开机启动后本地逻辑时间从0开始计数，每个时隙增加1。网络主台根据时序结构在其对应的同步窗口发送同步信息，且每个同步窗口只向一个方向发送。
如图3所示，时序结构可以是一个超帧中包含S*W个帧，其中S表示定向天线的扇区个数，W表示定向天线一个扇区内的固定波束个数，所有扇区上的固定波束完成360°的水平方向覆盖。一帧由N个TDMA子帧和1个数据子帧组成，N为网络中预设的节点个数，每个节点根据Mac编号占用相应的TDMA子帧。基于时序结构中的同步窗口，可以向各个方向发送第一节点的同步信息。
步骤204，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步。
第二节点为处于未同步状态的节点。第一节点的同步信息是向各个不同方向发送的，因此可能存在1个或是至少2个搜索到同步信息的未同步节点。搜索到第一节点的未同步节点即为第二节点。未同步节点是指除第一节点以外的刚开机启动的其他节点。其他节点开机后处于未同步状态，其本地逻辑时间从0开始计数，每个时隙增加1。第二节点通过切换天线扇区捕获同步信息，捕获到同步信息后根据其携带的系统逻辑时间进行同步。
步骤206，根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网。
由于第一节点向多个不同的方向发送了同步信息，第二节点也通过从多个方向对同步信息进行了搜索，第二节点可能从多个不同方向捕获到了第一节点的同步信息，在确定第二节点之后，第二节点从下个超帧开始统计每次收到的同步信号的信号质量，且每个超帧依旧切换一次接收扇区，直到统计完本地所有的接收扇区。然后从统计结果中寻找出信号质量最优的同步信息，根据信号质量最优的同步信息可以确定第一节点到第二节点的波达方向。
测距补偿是指在节点同步后，根据节点时间等级和测距信息对第二节点进行距离时延的调整的过程。第二节点根据第一节点到第二节点的距离时延，对第二节点进行时延补偿后入网。
步骤208，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
节点入网后若有数据需要发送，则根据数据量向目标节点进行预约，被叫方收到预约信息后向主叫方发送相应的应答。主叫方根据应答占用相应的时隙块资源，并在重新预约之前长期占有，由此完成单向链路的建立。
上述基于定向天线的动态组网接入方法，当处于同步状态的第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步，通过向多个方向分散发送同步信息的方式增加了信令的发送频度，提高了传输效率。根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并且控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信，采用点对点预约的方式进行单向链路建立，充分利用了定向天线的空分复用能力，极大的提升了数据传输效率，同时具备传输效率高和低时延的特点。
在其中一个实施例中，如图4所示，当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送与第一节点对应的同步信息包括步骤402至步骤404。
步骤402，当第一节点启动时，根据时序结构以及第一节点的MAC地址，确定第一节点对应的TDMA子帧。
步骤404，在TDMA子帧的同步窗口中，根据TDMA子帧所属的帧号，使用与帧号对应的波束发送与第一节点对应的同步信息。
在一个实施例中，每个TDMA子帧固定由6个时隙组成，依次为1个距离保护、2个同步窗口、1个AGC(自动增益控制)保护、2个信令窗口。
基于时序结构，第一节点根据其Mac地址在对应的TDMA子帧内的同步窗口按帧号使用不同的固定波束发送同步信息。同一个扇区的各个帧对应的波束可以不同。如一个扇区内的固定波束个数W＝5，则帧1使用扇区1的波束1发送同步信息、帧2使用扇区1的波束2发送同步信息、帧3使用扇区1的波束3发送同步信息、帧4使用扇区1的波束5发送同步信息，帧5使用扇区1的波束1发送同步信息、帧6使用扇区2的波束1发送同步信息，依次循环直到下一个超帧重头开始，一个超帧中包含的帧数＝定向天线的扇区个数*一个扇区内的固定波束个数。通过使用不同的波束，能够便于进行波束的快速追踪并且便于基于波束进行信息的接收。
在其中一个实施例中，如图5所示，确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步包括步骤502至步骤506。
步骤502，控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙。
步骤504，当搜索到的同步信息为第一节点对应的同步信息时，将未同步节点作为第二节点。
步骤506，控制第二节点根据同步信息中携带的时间信息，与第一节点进行节点同步。
在实施例中，未同步的节点以1个超帧加1个时隙的时间为单位进行同步搜索。每经过一个单位的搜索时间就切换一次定向天线的接收扇区，直至收到任一节点的同步信息，实现同步信息的捕获。捕获到同步信息之后，可以将未同步节点作为第二节点，基于同步信息中携带的时间信息，更新第二节点的本地的逻辑时间和发中断位置，实现第一节点与第二节点之间的节点同步。
在其中一个实施例中，如图6所示，根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网包括步骤602至步骤604。
步骤602，根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向。
步骤604，若第一节点为第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对第二节点进行测距补偿并入网。
第二节点与第一节点同步后，需要根据时间等级和测距信息对发中断进行调整，原则上只向一个时钟等级高的节点进行对准，即若第一节点为第二节点的上级时间节点，则第二节点向第一节点进行对准。第二节点收到第一节点的同步信息后，将相对于本地发中断的时延信息嵌入同步信息中发送出去。对于低时钟等级节点，其收到的时延信息和本地接收时延的平均值即为实际距离时延。具体来说，测距补偿的原理如图7所示。假设第一节点为节点A，第二节点为节点B，首先节点A发送第一同步信息，节点B捕获到第一同步信息，然后节点B发送第二同步信息，节点A捕获可以第二同步信息，从节点A发送第一同步信息到捕获到第二同步信息之间的时延即为距离时延。
在其中一个实施例中，根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向包括：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，通过统计同步信息的质量，确定第二节点的最佳接收波束以及第一节点的最佳发送波束。根据最佳接收波束和最佳发送波束，计算第一节点到第二节点的波达方向。
已同步的第二节点在TDMA子帧进行同步搜索，每个超帧切换一次接收扇区。具体来说，首次发现第二节点后，从下个超帧开始统计每次收到的同步信号的信号质量，且每个超帧依旧切换一次接收扇区，直到统计完本地所有的接收扇区。然后从统计结果中寻找出信号质量最优的同步，则其对应的接收波束和发送波束即为第二节点的最佳接收波束和第一节点的最佳发送波束。之后每个超帧内都用最佳接收波束接收第一节点的同步信息并统计同步信息的信号质量。当第一节点使用上一个超帧内统计得出的最佳发送波束发送同步信息时，根据同步信息相应的信号和波束赋形计算第一节点到第二节点的波达方向，即DOA(Direction Of Arrival)。
在其中一个实施例中，如图8所示，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信包括步骤802至步骤806。
步骤802，基于时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制源节点向目标节点发送预约信息进行预约。
步骤804，当目标节点接收到预约信息时，向源节点发送相应的应答信息。
步骤806，根据应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立主叫方和被叫方之间的单向链路。
在实施例中，主叫方可以基于要发送的数据量以及时隙块预约规则向被叫方发起预约。其中，时隙块预约规则包括：
(1)主叫方节点发起预约时需要给出本地的时隙块占用情况，目的节点依据本节点忙闲情况以及空口冲突情况，在源节点限定范围内进行建链应答。
(2)当主叫方到被叫方的业务量高于已预约时隙块的承载能力时，主叫方需要在TDMA子帧内向被叫方进行增量预约，预约数量根据现有业务量决定；主叫方到被叫方的业务量连续一段时间低于已预约时隙块的承载能力时，主叫方需要适当降低占用的资源并在TDMA子帧内向被叫方进行减量预约；主叫方到被叫方连续长时间无业务时，主叫方需要在TDMA子帧内向被叫方预约释放。以上3种情况均以被叫方的应答为准。
(3)任一节点同时维持的单向链路数量不超过预设数量。以预设数量为8条为例，当节点检测到本地的链路数量到达8条时，不再向其他节点进行预约或者应答；当节点检测到其他节点链路数量到达8条时，亦不再向相应节点进行预约。
(4)当节点的时隙资源已经占满，若此时有未建链的节点向其进行预约或本地向未建链的节点预约，则需要让占用资源最多的链路释放部分资源，具体的资源释放规则可以是根据预约信息确定，最大释放一半现有的资源，优先释放靠后的时隙块，若本地为主叫方则直接在TDMA子帧内发送预约信令以减少预约量，若本地为被叫方则在TDMA子帧内发送强制释放信令。
数据子帧使用规则包括：
(1)节点通过预约获得的时隙资源长期有效，直至节点重新发送预约信令。
(2)节点在使用数据子帧时，每个时隙块中的第一个时隙用作距离保护，若节点占用多个连续的时隙块且目标节点相同，则仅第一个时隙块需要保护时隙。
(3)节点通过预约获得时隙资源后，若无需调整对相应目标节点的时隙占用情况，则不再于TDMA子帧内向其发送预约信令。在此情况之下，主被叫双方通过预约获得的时隙资源进行交互，用以计算DOA。
主被叫双方的交互规则如下：
(1)主叫方每隔L帧(L≈200ms/T_f,T_f为一帧的时长)，在相应被叫方的第一个时隙块的第二个时隙发送维持信令，若存在多个被叫方则分开计数；
(2)被叫方在主叫方发送维持信令的下一帧，于相同的位置向主叫方发送维持信令(包括正向信令和反向信令)，此时第一个时隙块的第三个时隙需要用作距离保护；
(3)当主叫方的发送速率改变时，需要在正向信令中携带相应信息，主被叫双方在下一帧完成相应速率变更。
在其中一个实施例中，控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信之后，还包括：
基于建立的单向链路，控制主叫方和被叫方周期性的发送正向信令和反向信令。根据正向信令，确定主叫方到被叫方的当前波达方向，根据反向信令，确定被叫方到主叫方的当前波达方向。
具体来说，如图9所示，单向链路建立后，主被叫双方周期性的发送正向信令和反向信令，用以计算主被叫双方之间的当前波达方向。同时若链路质量发生变化需要切换传输速率，主叫方可以在正向信令中携带相应的信息，双方在下一帧完成传输速率的变更。
在一个实施例中，取定向天线的扇区个数S＝4，一个扇区内的固定波束个数W＝5，网络中预设节点个数N＝6，时隙块个数M＝16。则一个超帧内的时隙总数为slotN＝S*W*(N*6+M*8)＝3280，在不考虑空分复用的情况下，数据传输效率为(M*8)/(N*6+M*8)＝78％。
网络主台开机后本地逻辑时间从0开始计数，每个时隙增加1。然后根据网络主台的Mac地址，在Mac地址对应的TDMA子帧内的同步窗口按帧号使用不同的固定波束发送同步信息。如，帧1使用扇区1的波束1、帧2使用扇区1的波束2，帧3使用扇区1的波束3、帧4使用扇区1的波束5，帧5使用扇区5的波束1、帧6使用扇区2的波束1，依次循环直到下一个超帧重头开始。
其他节点开机后处于未同步状态，本地逻辑时间从0开始计数，每个时隙增加1。每隔(slotN+1)＝3281个时隙切换一次扇区进行搜索，直至收到任一节点发出的同步信息，然后将本地发中断与收到的同步信息进行对齐，并将本地逻辑时间更新为同步信息中携带的逻辑时间，实现节点同步。
节点同步后，在该同步节点的TDMA子帧按超帧切换接收扇区进行同步搜索。搜索到该同步节点的同步信息后，从下个超帧开始统计每次收到的同步信息的信号质量，每统计一个超帧切换一次本地的接收扇区。当完成本地全部扇区，即4个超帧的统计后，根据统计信息判决出本地的最佳接收波束和目标节点的最佳发送波束。之后每个超帧内都用最佳波束接收相应节点的信息并统计同步的信号质量。当目标节点使用上一个超帧内统计得出的最佳发送波束发送同步信息时，根据相应的同步信号计算DOA。
节点在收到目标节点发送的同步信息后检索其中的时延信息，判断是否包含本地的，若有则根据收到本次同步信息的时延计算出相应的距离时延并保存。若同步信息来源为上级时间节点则根据距离时延调整本地发中断并上报入网。
节点入网后若有数据需要发送，则根据数据量和预约规则向目标节点进行预约，被叫方收到预约信息后向主叫方发送相应的应答。主叫方根据应答占用相应的时隙块资源，并在重新预约之前长期占有。由此完成单向链路的建立。
单向链路建立后，主被叫双方周期性的发送正向信令和反向信令，用以计算DOA。同时若链路质量发生变化需要切换传输速率，主叫方可以在正向信令中携带相应的信息，双方在下一帧完成传输速率的变更。
应该理解的是，虽然上述实施例涉及的各流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述实施例涉及的各流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种基于定向天线的动态组网接入装置，包括：同步信息发送模块1002、节点同步模块1004、节点入网模块1006和节点单向链路建立模块1008，其中：
同步信息发送模块1002，用于当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点。
节点同步模块1004，用于确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步。
节点入网模块1006，用于根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网。
节点单向链路建立模块1008，用于控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
在其中一个实施例中，同步信息发送模块还用于当第一节点启动时，根据时序结构以及第一节点的MAC地址，确定第一节点对应的TDMA子帧；在TDMA子帧的同步窗口中，根据TDMA子帧所属的帧号，使用与帧号对应的波束发送与第一节点对应的同步信息。
在其中一个实施例中，节点同步模块还用于控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙；当搜索到的同步信息为第一节点对应的同步信息时，将未同步节点作为第二节点；控制第二节点根据同步信息中携带的时间信息，与第一节点进行节点同步。
在其中一个实施例中，节点入网模块还用于根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向；若第一节点为第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对第二节点进行测距补偿并入网。
在其中一个实施例中，节点入网模块还用于根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，通过统计同步信息的质量，确定第二节点的最佳接收波束以及第一节点的最佳发送波束；根据最佳接收波束和最佳发送波束，计算第一节点到第二节点的波达方向。
在其中一个实施例中，节点单向链路建立模块还用于基于时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制源节点向目标节点发送预约信息进行预约；当目标节点接收到预约信息时，向源节点发送相应的应答信息；根据应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立主叫方和被叫方之间的单向链路。
在其中一个实施例中，基于定向天线的动态组网接入装置还包括正反向信令发送模块，用于基于建立的单向链路，控制主叫方和被叫方周期性的发送正向信令和反向信令；根据正向信令，确定主叫方到被叫方的当前波达方向，根据反向信令，确定被叫方到主叫方的当前波达方向。
关于基于定向天线的动态组网接入装置的具体限定可以参见上文中对于基于定向天线的动态组网接入方法的限定，在此不再赘述。上述基于定向天线的动态组网接入装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于定向天线的动态组网接入方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
当第一节点启动时，根据时序结构以及第一节点的MAC地址，确定第一节点对应的TDMA子帧；在TDMA子帧的同步窗口中，根据TDMA子帧所属的帧号，使用与帧号对应的波束发送与第一节点对应的同步信息。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙；当搜索到的同步信息为第一节点对应的同步信息时，将未同步节点作为第二节点；控制第二节点根据同步信息中携带的时间信息，与第一节点进行节点同步。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向；若第一节点为第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对第二节点进行测距补偿并入网。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，通过统计同步信息的质量，确定第二节点的最佳接收波束以及第一节点的最佳发送波束；根据最佳接收波束和最佳发送波束，计算第一节点到第二节点的波达方向。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
基于时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制源节点向目标节点发送预约信息进行预约；当目标节点接收到预约信息时，向源节点发送相应的应答信息；根据应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立主叫方和被叫方之间的单向链路。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
基于建立的单向链路，控制主叫方和被叫方周期性的发送正向信令和反向信令；根据正向信令，确定主叫方到被叫方的当前波达方向，根据反向信令，确定被叫方到主叫方的当前波达方向。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送第一节点的同步信息，第一节点为处于同步状态的节点；确定搜索到同步信息的第二节点，控制第二节点与第一节点进行节点同步；根据第二节点搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向，并对第二节点进行测距补偿并入网；控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立主叫方和被叫方之间的单向链路进行通信。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
当第一节点启动时，根据时序结构以及第一节点的MAC地址，确定第一节点对应的TDMA子帧；在TDMA子帧的同步窗口中，根据TDMA子帧所属的帧号，使用与帧号对应的波束发送与第一节点对应的同步信息。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙；当搜索到的同步信息为第一节点对应的同步信息时，将未同步节点作为第二节点；控制第二节点根据同步信息中携带的时间信息，与第一节点进行节点同步。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，确定第一节点到第二节点的波达方向；若第一节点为第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对第二节点进行测距补偿并入网。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据第二节点通过切换天线扇区搜索到的与第一节点对应的同步信息，通过统计同步信息的质量，确定第二节点的最佳接收波束以及第一节点的最佳发送波束；根据最佳接收波束和最佳发送波束，计算第一节点到第二节点的波达方向。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制源节点向目标节点发送预约信息进行预约；当目标节点接收到预约信息时，向源节点发送相应的应答信息；根据应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立主叫方和被叫方之间的单向链路。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于建立的单向链路，控制主叫方和被叫方周期性的发送正向信令和反向信令；根据正向信令，确定主叫方到被叫方的当前波达方向，根据反向信令，确定被叫方到主叫方的当前波达方向。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于定向天线的动态组网接入方法，其特征在于，所述方法包括：
当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送所述第一节点的同步信息，所述第一节点为处于同步状态的节点；所述时序结构为一个超帧中包含S*W个帧，其中S表示定向天线的扇区个数，W表示定向天线一个扇区内的固定波束个数，所有扇区上的固定波束完成360°的水平方向覆盖；
确定通过切换天线扇区搜索到所述同步信息的第二节点，控制所述第二节点与所述第一节点进行节点同步；
根据所述第二节点搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，确定所述第一节点到所述第二节点的波达方向，并对所述第二节点进行测距补偿并入网；
控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于所述时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立所述主叫方和所述被叫方之间的单向链路进行通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送与所述第一节点对应的同步信息包括：
当第一节点启动时，根据时序结构以及所述第一节点的MAC地址，确定所述第一节点对应的TDMA子帧；
在所述TDMA子帧的同步窗口中，根据所述TDMA子帧所属的帧号，使用与所述帧号对应的波束发送与所述第一节点对应的同步信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定搜索到所述同步信息的第二节点，控制所述第二节点与所述第一节点进行节点同步包括：
控制未同步节点按预设的单位搜索时间进行同步搜索，直至搜索到任一节点的同步信息，所述预设的单位搜索时间为一个超帧加一个时隙；
当搜索到的同步信息为所述第一节点对应的同步信息时，将所述未同步节点作为第二节点；
控制所述第二节点根据所述同步信息中携带的时间信息，与所述第一节点进行节点同步。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二节点搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，确定所述第一节点到所述第二节点的波达方向，并对所述第二节点进行测距补偿并入网包括：
根据所述第二节点通过切换天线扇区搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，确定所述第一节点到所述第二节点的波达方向；
若所述第一节点为所述第二节点的上级时间节点，则根据搜索到的同步信息中的时延信息，对所述第二节点进行测距补偿并入网。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二节点通过切换天线扇区搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，确定所述第一节点到所述第二节点的波达方向包括：
根据所述第二节点通过切换天线扇区搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，通过统计所述同步信息的质量，确定所述第二节点的最佳接收波束以及所述第一节点的最佳发送波束；
根据所述最佳接收波束和所述最佳发送波束，计算所述第一节点到所述第二节点的波达方向。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于所述时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立所述主叫方和所述被叫方之间的单向链路进行通信包括：
基于所述时序结构中的信令窗口以及被叫方对应的目标节点到主叫方对应的源节点的波达方向表征的节点相对位置，控制所述源节点向所述目标节点发送预约信息进行预约；
当所述目标节点接收到所述预约信息时，向所述源节点发送相应的应答信息；
根据所述应答信息在数据子帧中占用的时隙块，建立所述主叫方和所述被叫方之间的单向链路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于所述时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立所述主叫方和所述被叫方之间的单向链路进行通信之后，还包括：
基于建立的单向链路，控制所述主叫方和所述被叫方周期性的发送正向信令和反向信令；
根据所述正向信令，确定所述主叫方到所述被叫方的当前波达方向；
根据所述反向信令，确定所述被叫方到所述主叫方的当前波达方向。
8.一种基于定向天线的动态组网接入装置，其特征在于，所述装置包括：
同步信息发送模块，用于当第一节点启动时，基于时序结构中的同步窗口，向各个方向发送所述第一节点的同步信息，所述第一节点为处于同步状态的节点；所述时序结构为一个超帧中包含S*W个帧，其中S表示定向天线的扇区个数，W表示定向天线一个扇区内的固定波束个数，所有扇区上的固定波束完成360°的水平方向覆盖；
节点同步模块，用于确定通过切换天线扇区搜索到所述同步信息的第二节点，控制所述第二节点与所述第一节点进行节点同步；
节点入网模块，用于根据所述第二节点搜索到的与所述第一节点对应的同步信息，确定所述第一节点到所述第二节点的波达方向，并对所述第二节点进行测距补偿并入网；
节点单向链路建立模块，用于控制入网的节点中的主叫方和被叫方基于所述时序结构中的信令窗口和波达方向表征的节点相对位置进行预约和应答，建立所述主叫方和所述被叫方之间的单向链路进行通信。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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