CN1992656A - 一种用于无线数字通讯的入网组网方法 - Google Patents

Abstract

一种用于无线数字通讯的入网组网方法，由多个无线通讯模块组成一个无线通信系统，每个无线通讯模块具有自己的基带控制器和无线电发收机，并具有独立的本地时钟，其特征在于一个或多个上述的无线通讯模块组成基站，每个无线通讯模块占据一个频段，把该频段分为一个管理信道和多个业务信道；另外单个无线通讯模块成为用户终端，用户终端既可以工作在管理信道上又可以工作在业务信道上，通过跳频来实现，基站中的无线通讯模块通过本地时钟定义的时隙收发信息，与一个或多个的用户终端进行无线通信，它具有高度灵活性，扩展性和可移植性等优点，可用在个人通讯、局域网通信和工业控制等领域。

Description

一种用于无线数字通讯的入网组网方法

技术领域

本发明涉及一种无线局域网中用于无线数字通讯的入网组网方法。

背景技术

无线局域网(WLAN)是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能。无线局域网具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展的优点，所以在越来越多的领域中使用。

随着无线电通信模块的成本下降，越来越多的无线通信技术将多个无线电通信模块集成到单一通信设备并以此作为一个无线局域网络的基本单元，从而增加整个系统的容量。

现有技术中，GSM，GPRS，CDMA等作为无线通讯的主流，已经广泛应用，并已经拥有大量的用户。但作为小型局域网络，类似的无线通讯模块及组网模式就显得过于复杂，昂贵。并且对于国人来说，以上所述的各类技术都是封闭的，我们难以对其进行改动，使之适应我们业务的需要。

如专利号为00808585.4的中国专利“特别用于网状拓扑无线网络中的分组数据的通信协议”，它在一种类型的无线分组无线电网状拓扑通信系统中，所述类型具有在通信节点之间的多个带有视线布局的互连节点，一种节点之间的通信方法，包括下列步骤：把时间分成已知长度的同步帧；在每个帧中，为控制信息提供时隙，从而提供同步控制信道；在通信节点之间，用在每个通信节点处的控制信息调度在控制信道时隙之间的异步数据发送或接收，从而提供数据信道，它优点在于：(1)区域的信号高度覆盖，(2)网络的带宽容量增加，(3)多路由导致路由分集和负载平衡成为可能，缺陷在于对比文献中公开的网状结构，网站结构中的一个节点可以和多个节点通信，而且没有统一的上层控制中心，分级不明显，其通信调度容易造成混乱，其复杂程度也比较高，实施方案成本也更高，实施过程中调试相对比较困难，可靠性下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于无线数字通讯的入网组网方法，它非常适合用于组建小型无线局域网落，且该方案方便灵活，根据实际情况的不同，可以非常方便的进行修改调整，以适合各种场合的需要，实施简便容易，成本低，实施过程中更容易调试，更容易实现通信，可靠性也更高。

发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于无线数字通讯的入网组网方法，由多个无线通讯模块组成一个无线通信系统，每个无线通讯模块具有自己的基带控制器和无线电发收机，并具有独立的本地时钟，其特征在于一个或多个上述的无线通讯模块组成基站，每个无线通讯模块占据一个频段，把该频段分为一个管理信道和多个业务信道；另外单个无线通讯模块成为用户终端，用户终端既可以工作在管理信道上又可以工作在业务信道上，通过跳频来实现，基站中的无线通讯模块通过本地时钟定义的时隙收发信息，与一个或多个的用户终端进行无线通信。

所述的基站将管理信道的单位时间对等地分成发送区和接收区两部分，把发送区和接收区对应的首部划出预备间隙作为无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，将其它区域分成多个已知长度的基本时隙，根据功能不同，分为帧听时隙，它用于鉴权服务，使用户终端通过帧听时隙接入网络，管理时隙，它用于实现已接入网络的用户终端与基站的同步，基站对该用户终端的呼叫与应答，该用户终端对基站的呼叫、应答各类管理信息的交互以及少量数据信息的传输，数据时隙，使基站与用户终端可以在该数据时隙进行少量信息的传输，查询时隙，它用来向工作在业务信道的用户终端，提供所需查询状态。

所述的基站将把业务信道的单位时间对等的分成发送区与接收区两部分，把业务信道的发送区和接收区的首部划出预备时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，其他时间都对应的分成若千个已知长度的基本时隙，根据功能不同，分为数据时隙，用来传输语音、文字或图像大数据量信息使用，查询时隙，它用来向工作在业务信道的用户终端，提供所需查询状态。

所述的用户终端通过该无线通讯模块本身具有的本地定时器进行定时，与基站保持同步，在基站分配给定的时隙与基站交互信息，传输数据信息。

所述的用户终端将通讯模块的工作信道的一个单位时间，也被分为发送区和接受区两部分，该用户终端的通讯模块的信道的发送区对应的是基站信道的接受区，该工作信道的接受区对应的是基站信道的发送区。

所述的用户终端将工作信道划分为预备时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，查询时隙，用户终端在查询基站的广播信息，工作时隙，用户终端的无线通讯模块的收发机能够在该时隙中进行工作。

最后，所述的用户终端在管理信道工作时，用户终端的无线通讯模块的可以进行网络搜索，与网络进行关联，去关联，同步，控制信息、管理信息的传输，以及少量数据的传输；在业务信道工作时，用户终端的无线通讯模块可以与基站进行大数据量数据的传输。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供一种相对廉价的用于无线数字通讯的入网、组网协方案，非常适合用于组建小型无线局域网落，且该方案方便灵活，根据实际情况的不同，可以非常方便的进行修改调整，以适合各种场合的需要，采用的分层分级的结构，每一个子机只能和对应的主机进行通信，因此便于管理，层级分明，而且数据在传输时不容易发生混乱，对比文献公开的方案，其复杂程度远远高于我方的方案，实施本发明的方案成本更低，实施简便。由于复杂程度降低，在实施过程中也更容易调试，更容易实现通信，可靠性也更高。

附图说明

图1为采用本发明方法的通信系统示意图；

图2为基站管理信道的时隙分配示意图；

图3为基站业务信道的时隙分配示意图；

图4为用户终端的工作信道时隙分配示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

见图1，本发明提供一种无线通讯模块，

(1)其具有独立的本地时钟(该时钟独立于任何其它无线通讯模块)，

(2)每个无线通讯模块还具有独立的基带控制器以及无线电收发机，

并且适合于通过在该无线通讯模块的本地时钟定义的一定时间周期的对称时隙中收发信息，与一个或多个用户终端进行无线通信。

多个上述无线通讯模块集成组成一个基站，见图1，占据几个可用频段(几个信道)，每个无线通讯模块占据一个信道。把该频段分为一个管理信道，见图2，和多个业务信道，见图3。

终端既工作在管理信道上又工作在业务信道上，通过跳频来实现。

(一)基站

将频段分为一个管理信道和多个业务信道。

基站通过管理信道与用户终端进行管理信息交互来完成对用户终端的管理，其交互的主要内容包括：

(1)基站与用户终端的连接、释放，

(2)基站对用户终端呼叫及基站对用户终端的响应(下行)、

(3)用户终端对基站的呼叫及用户终端对基站的响应(上行)。

所有管理信道的数据传输在一个周期内是对称的

通过业务信道传输基站与用户终端之间的大量数据业务。

基站把该频段分为一个管理信道和多个业务信道，见图2、3，具体描述如下：

(a)管理信道

把管理信道的单位时间对等的分成发送区与接收区两部分。把发送区与接收区对应的在首部划出一个预备时隙外，(在发送区与接收区对应的首部划出一个预备时隙外，)将其他区域分成若干个已知长度基本时隙(时隙的划分可以根据具体应用设定)，根据该基本时隙的功能不同，该基本时隙又可分为帧听时隙、管理时隙、数据时隙、查询时隙，见图2。

预备时隙是在发送区和接收区之首部划分出的两个独立的时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动等所用，而不作为数据传输使用。

帧听时隙用于鉴权服务，用户终端通过该帧听时隙接入网络。基站通过该帧听时隙与用户终端的信息交互来识别该用户终端，最终确认该用户终端是否具有入网的合法身份。具有合法身份的用户终端通过该帧听时隙接入网络后，基站将分配一个管理时隙给该用户终端。

管理时隙用于实现已接入网络的用户终端与基站的同步，基站对该用户终端的呼叫与应答，该用户终端对基站的呼叫、应答等各类管理信息的交互以及少量数据信息的传输。

数据时隙采用动态复用的方式用来传输短数据帧。当基站与已接入网络的用户终端需要传输少量信息而管理时隙的容量又不足时，基站可以动态得分配几个数据时隙给该用户终端，基站与该用户终端可以在该数据时隙进行少量信息的传输。

查询时隙用来向工作在业务信道的用户终端，提供所需查询状态。

(b)业务信道

业务信道主要是用来传输基站与处于业务信道的用户终端之间的大数据量。把业务信道的单位时间对等的分成发送区与接收区两部分。把业务信道的发送区和接收区的首部划出一个时隙，作为预备时隙，其他时间都对应的分成若干个数据时隙(为保证语音数据的传输，该数据时隙最小要满足64Kbit/s的传输速率)及若干查询时隙(基本时隙)，见图3。

预备时隙，此处的预备时隙跟管理信道的预备时隙一样，是在该业务信道的发送区和该接收区之首部划分出的两个独立的时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动等所用，而不作为数据传输使用。

数据时隙，用来传输语音、文字、图像等大数据量信息。每个数据时隙对应一个处于业务信道的用户终端。

时隙(基本时隙)：其作用同管理信道中的查询时隙。

(二)用户终端

本发明提供的无线通讯模块也是该方案用户终端(图1-02)主要组成部分。用户终端通过该无线通讯模块自己具有的本地定时器进行定时，与基站保持同步，在基站分配给定的时隙(以下称其为”工作时隙”)与基站交互信息，传输数据。

基于基站的原理，该用户终端的无线通讯模块具有两种工作模式，工作于不同的信道中(管理信道与业务信道)，工作时隙的大小和个数也根据工作模式的不同而有所不同。与基站的各个信道相同，该用户终端的通讯模块的信道(称为”工作信道”)的一个单位时间，也被分为发送区和接收区两部分。不同的是，该用户终端的通讯模块的信道的发送区对应的是基站信道的接收区，该工作信道的接收区对应的是基站信道的发送区。

用户终端将工作信道划分为预备时隙、查询时隙和工作时隙，见图4。

预备时隙：在该工作信道的接受区和发送区对应的在首部划出一个预备时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动等所用，而不作为数据传输使用。

查询时隙(基本时隙)：即对应管理信道中的查询时隙，在该时隙中，各终端在查询基站的广播信息。

工作时隙：该用户终端的无线通讯模块的收发机只在该信道的工作时隙工作，其他时间不工作。

用户终端在两种工作方式下的具体工作情况

(1)在管理信道工作时，

该用户终端的无线通讯模块的主要功能是：进行网络搜索，与网络进行关联，去关联，同步，控制信息、管理信息的传输，以及少量数据的传输等。

(2)在业务信道工作时，

该用户终端的无线通讯模块主要是与基站进行大数据量数据的传输。

本发明入网组网中基站与用户终端的相互通信过程基本上有：

网络的搜索：用户终端在开机后，进行网络搜索。该用户终端的无线通讯模块的收发机在基站的管理信道每半个周期搜索网络，接收信息。接收到相关信息后，该用户终端的该无线通讯模块的基带进行即时解析，由接收到的信息调整该用户终端的无线通讯模块的本地时钟，使工作信道与基站的管理信道的边缘对齐，与网络达到同步。

网络的关联与去关联：该用户终端与网络实现同步以后，就与网络进行关联。该用户终端依靠本地定时器定时，在基站管理信道接受区的帧听时隙向基站发送相关信息。基站在接收到该信息后，如果确认其身份的合法性，则在该基站管理信道发送区对应的帧听时隙向用户终端发送确认信息，并将一个管理时隙分配给该用户终端，该用户终端与网络进入关联，以后该用户终端将在所述管理时隙与基站进行信息的交互。如果该用户终端想脱离网络(例如关机)，该用户终端在该管理时隙向基站发送一个相关信息，基站在收到相关信息后，与该用户终端进行相应处理，释放该管理信道，从而达到去关联的目的。

网络的同步：与网络关联上的用户终端，主要依靠本地时钟的计时来实现与网络的同步。并由在基站分配给该用户终端的管理时隙上交互的信息来校准该用户终端的本地时钟的计时。

管理信息的交互：所述用户终端与基站通过在该基站分配给用户终端管理信道的管理时隙传输的信息来实现管理信息的交互。

少量数据的传输：少量的数据信息可以在该基站分配给用户终端管理信道的管理时隙中传输，如果不能在该管理时隙内实现传输，基站可以分配几个管理信道的数据时隙给用户终端，用户终端相应多开几个工作时隙，在该工作时隙上传输数据，以实现少量数据的完全传输。

大数据量传输：当数据量非常大时(例如语音数据)，管理信道就不能满足数据的传输速率，那么用户终端必须切换到业务信道中工作，以实现大数据量的传输。

当用户终端需要与基站进行大数据量传输时，基站就分配其中一个业务信道的一个数据时隙给用户终端。相关信息由基站分配给用户终端管理信道的管理时隙传送给该用户终端，该用户终端收到相关信息后就将信道切换到基站分配的业务信道，首先建立该用户终端与该业务信道的同步，然后在分配的该业务信道的一个数据时隙中进行数据的传输。该用户终端与业务信道的同步依靠该用户终端的无线通讯模块的本地时钟计时来维持，并根据所传数据信息进行同步校准。数据传输完毕后，用户终端释放该基站分配给它的该业务信道的数据时隙并将信道切换到基站的管理信道，进行搜索、同步后回到原先基站分配给该用户终端的管理时隙。即所谓的通过跳频来实现终端在业务信道和管理信道之间的切换。

本发明的基站与用户终端之间的信息是以帧为单位来传输的，每个时隙发送的一组数据为一单位帧，所以根据信道和时隙的不同，帧的结构也有所不同，根据不同信道中不同时隙传输的内容可分为控制帧，管理帧和数据帧。

每一帧的内容是一个MEP(Message Exchange Protocol)消息，该MEP消息都包括一个信息头部和命令正文。信息头部包括了无线通讯模块基带的相关信息，基站和用户终端通过这个信息头部给对方发送和接收基带的基本信息。命令正文则表示本条MEP消息所携带的若干条请求或应答命令。

本发明的无线媒体访问采用

(1)分时预留多址访问

(2)双工传输(一个频段内是分时半双工模式)；

(3)RF调制方式为GFSK/FSK；

(4)基带协议是电路交互与分组交互结合。

(5)无线网络部分采用星形结构。

(6)选用所谓的ISM(Industrial Scientific Medical)中的2.4～2.484GHz频段(该频段主要是开放给工业、科学和医学三个主要机构使用的，无须提出专门申请即可使用)，

(6.1)分为83个频段，

(6.2)当然，根据实际情的需要，该方案可选用其它无线传输媒介。

综合上述，本发明提供一种相对廉价的用于无线数字通讯的入网、组网协方案，非常适合用于组建小型无线局域网落，且该方案方便灵活，根据实际情况的不同，可以非常方便的进行修改调整，以适合各种场合的需要。

本方案可用在个人通讯、局域网通信和工业控制等领域，具有高度灵活性，扩展性和可移植性，同时又具有价格低廉(易控制)，功耗低等优点。

下面举一个例子说明该技术在无绳电话项目中的应用：

为了实现无绳电话语音数据的传输，设置每个单位时间周期为100ms(主要考虑到在双工状态下，语音传输延迟不能过大，而100ms恰能很好的满足要求)。发射区跟接收区各为50ms，如前所述，根据硬件设备的需要，把接收发射区的首部都单独的划分出一个时隙，作为状态设置与设备驱动所用。其他的时间被划分为若干个时隙(这里为了满足在一个时隙中能够完全传送100ms的语音数据，分为6个时隙)，每个时隙对应一个子机，这些时隙在时间上通常是相等的。

子机的工作情况与主机类似，仅仅是子机的工作时隙收发都依照各自与主机约定的对应的时隙，且子机的接收区与发射区主机相反(子机的接收区对应子机的发射区，子机的发射区对应主机的接收区)。

工作流程：主机一开机，就开始搜索附近有没有相同频段的主机在工作，如果有主机则换一个频段，继续搜索，直到搜到一个未用频段。接着主机就在每一个时隙发送数据(在没有子机注册的情况下，相应的时隙仍然发送特定数据)，而在每个时隙都准备接收数据。当任意一个子机开机时，首先就是搜索网络，子机在任何时刻开始搜索，进入接收状态，当主机发送出一个时隙的信息时，可以被子机接收到，子机通过判断该信息来调整当前的状态和定时器设置，从而进入正常工作状态，加入网络。子机的工作时隙将依据协议由主机分配。

之后，主机与子机通过在固定时隙中信息的交互来实现呼叫、呼叫响应和大数据量传输(主要指通话中语音数据的传输)等等业务：

(1)电话呼入：当主机采集到电话线上有电话呼入信号时，发呼入信号给注册过的子机。子机按接听键返回一个信号就可以与主机建立起通话连接。通话完毕以后子机必须按切断键发送一个切断信号给主机。

(2)电话呼出：子机拨号以后按发送键即可发送一个呼出信号给主机，同时把要拨的号码发送给主机。主机接收到相关信息以后，返回一个信号，与子机建立一个连接，同时往电话线上拨号。通话完毕以后子机必须按切断键发送一个切断信号给主机。

(3)子机间通话：注册在线的其中一个子机拨特定内线号码，按发送键即可把信号发给主机。主机接收到相关信息后，返回一个信号，与该子机建立一个连接，同时向其他注册在线子机发送一个呼叫信息。其他子机按接听键，发送一个信号返回给主机即可建立起子机之间的通话。只需建立通话的一个子机按切断键发送一个切断信号给主机即可断开连接。

Claims (9)

1、一种用于无线数字通讯的入网组网方法，由多个无线通讯模块组成一个无线通信系统，每个无线通讯模块具有自己的基带控制器和无线电发收机，并具有独立的本地时钟，其特征在于一个或多个上述的无线通讯模块组成基站，每个无线通讯模块占据一个频段，把该频段分为一个管理信道和多个业务信道；另外单个无线通讯模块成为用户终端，用户终端既可以工作在管理信道上又可以工作在业务信道上，通过跳频来实现，基站中的无线通讯模块通过本地时钟定义的时隙收发信息，与一个或多个的用户终端进行无线通信。

2、根据权利要求1所述的入网组网方法，其特征在于：基站将管理信道的单位时间对等地分成发送区和接收区两部分，把发送区和接收区对应的首部划出预备间隙作为无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，将其它区域分成多个已知长度的基本时隙，根据功能不同，分为帧听时隙，它用于鉴权服务，使用户终端通过帧听时隙接入网络，管理时隙，它用于实现已接入网络的用户终端与基站的同步，基站对该用户终端的呼叫与应答，该用户终端对基站的呼叫、应答各类管理信息的交互以及少量数据信息的传输，数据时隙，使基站与用户终端可以在该数据时隙进行少量信息的传输，查询时隙，它用来向工作在业务信道的用户终端，提供所需查询状态。

3、根据权利要求2所述的入网组网方法，其特征在于：数据时隙采用动态复用的方式用来传输短数据帧。

4、根据权利要求1所述的入网组网方法，其特征在于：基站将把业务信道的单位时间对等的分成发送区与接收区两部分，把业务信道的发送区和接收区的首部划出预备时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，其他时间都对应的分成若干个已知长度的基本时隙，根据功能不同，分为数据时隙，用来传输语音、文字或图像大数据量信息使用，查询时隙，它用来向工作在业务信道的用户终端，提供所需查询状态。

5、根据权利要求4所述的入网组网方法，其特征在于：数据时隙为保证语音数据的传输，该数据时隙最小要满足64Kbit/s的传输速率。

6、根据权利要求1所述的入网组网方法，其特征在于：用户终端通过该无线通讯模块本身具有的本地定时器进行定时，与基站保持同步，在基站分配给定的时隙与基站交互信息，传输数据信息。

7、根据权利要求1所述的入网组网方法，其特征在于：用户终端将通讯模块的工作信道的一个单位时间，也被分为发送区和接受区两部分，该用户终端的通讯模块的信道的发送区对应的是基站信道的接受区，该工作信道的接受区对应的是基站信道的发送区。

8、根据权利要求7所述的入网组网方法，其特征在于：用户终端将工作信道划分为预备时隙，作为该无线通讯模块状态设置以及设备驱动使用，查询时隙，用户终端在查询基站的广播信息，工作时隙，用户终端的无线通讯模块的收发机能够在该时隙中进行工作。

9、根据权利要求1所述的入网组网方法，其特征在于：用户终端在管理信道工作时，用户终端的无线通讯模块的可以进行网络搜索，与网络进行关联，去关联，同步，控制信息、管理信息的传输，以及少量数据的传输；在业务信道工作时，用户终端的无线通讯模块可以与基站进行大数据量数据的传输。

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