CN203761587U - 基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，包括中央处理、协议交换、基带处理及多频段射频收发、天线切换、天线扫描与切换控制处理、天线、时钟同步、话音接入、高速互联转换、防雷处理、电源等单元。所述时钟同步单元采用GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块有机结合组成的复合同步时钟，向中央处理单元提供长期稳定的同步时钟信号，实现BN/GN节点长期稳定的时钟同步，进而实现全网的时钟同步，有效避免了现有异步Mesh网中支持的用户数量少、无线信道中存在大量的竞争和冲突等问题。采用“空分复用”+“时分复用”+“频分复用”的组网技术体制，解决了现有无线Mesh网中多跳之后通信带宽急剧下降的问题。

Description

基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备

技术领域

本实用新型涉及一种基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，属于通信技术领域。

背景技术

无线Mesh网络（Wireless Mesh Network）是一种高容量、高带宽的分布式网络，可以看成是无线局域网WLAN和Ad hoc移动自组织网络的融合，且发挥了两者的优势。

无线Mesh网络强调的是在一个广阔的区域中实现多跳（Multi-Hops）的无线通信，基于这种多跳的无线信道特点，网络系统组建灵活，稳定性和可靠性强。在任意时刻，网络中一些带有无线收发装置的网络节点间都可以通过无线信道连接形成一个任意网状的拓扑结构。当两个网络节点之间由于功率、距离、遮挡或其它原因导致无法实现通信链路直接相连时，网内的其它节点可以提供中继转发，进而实现网络内各节点间的相互通信，可解决微波通信中的非视距传输难题。因此，无线Mesh网络可以在没有或不便利用现有的网络基础设施的情况下提供一种机动的或移动的通信支撑环境，从而拓宽了移动通信网络的应用环境。其组网快速、布网灵活、抗毁性强、维护容易、稳定度高，是网络技术发展的必然趋势。

基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络不同于一般的无线Mesh网络，它是无线Mesh网络的一种高级形态，基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络中，主要有两大类节点：网关节点GN（Gateway Node）和骨干节点BN（Backbone Node）。网关节点GN主要实现全网的系统管理，包括网络的时钟同步与时隙同步、网络拓扑管理、地址分配，同时还可以实现有线接入功能，提供到上级网络的接入能力。骨干节点BN密切配合网关节点GN，协调其上下游节点的时隙分配，但主要是负责延伸网络的覆盖范围，提供用户的有线/ 无线接入功能。骨干节点BN与网关节点GN硬件配置方面一致，只是软件部署上略有差别。

公开号为CN101754474A的专利文献公开了一种应急救援通信基站，由无线Mesh接入模块、天线、电池、外壳组成，所述基站通过内部的无线Mesh接入点模块实现基站至地面的无线数据传输与网络互连，同时实现基站本地的无线覆盖，天线连接无线Mesh接入模块的射频输出端口，其采用的是异步Mesh技术体制，组成的无线Mesh网络是异步Mesh网络，有着异步Mesh技术体制的固有缺点：因为缺乏严格的收发调度和协调机制，导致网内存在大量的收发竞争冲突现象，从而使得无线信道的利用率随着用户数量的增加而急剧下降，只适应于用户数量很少的使用场合，支持的网络用户数量少、无线信道中存在大量的竞争和冲突。

为了避免异步Mesh技术存在的上述缺陷，可以采用现有的同步方式，现有的同步Mesh网络节点设备的时钟同步模块采用GPS/北斗卫星同步方式或采用晶振同步方式，若采用采用GPS/北斗卫星同步方式，容易受到信号干扰；若采用晶振同步方式，晶振本身又存在频率漂移的问题，上述两种同步方式均会产生影响同步时钟的稳定性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中同步Mesh网络采用GPS/北斗卫星同步方式容易受到干扰以及采用晶振同步方式产生频率漂移的问题，影响同步时钟的稳定性，从而提供一种具有采用时钟稳定性高、可伸缩性和开放性好的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，包括

天线单元，用于发射和接收无线信号；

天线切换单元，接受所述天线扫描与切换控制处理单元的控制，实现对 所述天线单元及其相应射频收发通路的选通与关闭，所述天线切换单元与所述天线单元连接；

天线扫描与切换控制处理单元，接受所述中央处理单元的控制，向所述天线切换单元发布天线扫描与切换控制的指令；另外，用于向所述中央处理单元反馈天线切换的结果信息；所述天线扫描与切换控制处理单元与所述天线切换单元连接；

基带处理及多频段的射频收发单元，用于各频段的基带处理以及射频收发，所述基带处理及多频段的射频收发单元的两个射频收发前端都与所述天线切换单元连接；

协议交换单元，用于实现所述基带处理及多频段的射频收发单元与所述中央处理单元的互联，所述协议交换单元与所述基带处理及多频段的射频收发单元、中央处理单元连接；

时钟同步单元，用于向中央处理单元提供稳定的同步时钟信号；

中央处理单元，用于完成无线Mesh协议的处理，与所述天线扫描与切换控制处理单元、协议交换单元和时钟同步单元分别连接。

所述时钟同步单元包括时钟同步处理模块、GPS/北斗接收模块和高稳晶振；所述GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块组成复合同步时钟，向所述中央处理单元提供长期稳定的同步时钟信号；所述时钟同步处理模块的输入端分别与所述GPS/北斗接收模块的输出端和所述高稳晶振的输出端连接；所述时钟同步处理模块的输入/输出端与所述中央处理单元的输入/输出端连接。

所述基带处理及多频段的射频收发单元包括两个基带处理模块和两个射频收发前端组件。

所述天线单元为N扇区宽带阵列天线，其中N等于3、4、6、8、10、12、15、18。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点为网关节点GN和骨 干节点BN。

所述协议交换单元为8口100/1000Mbps以太网交换机。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括高速互联转换单元，用于对外提供E1接口的功能，所述高速互联转换单元与所述协议交换单元连接。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括话音接入单元，用于对外提供话音的接入功能，所述话音接入单元与所述协议交换单元连接。

所述高速互联转换单元为100Mbps/4E1转换器。

所述话音接入单元为100Mbps/话音FXO/FXS转换器。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括防雷处理单元，用于保护BN/GN节点的设备免受二次感应雷的冲击。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括电源单元，所述电源单元提供+24v、+5v、+3.3v以及+12v/-12v电源。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，包括中央处理单元、协议交换单元、基带处理及其多频段的射频收发单元、天线切换单元、天线扫描与切换控制处理单元、天线单元、时钟同步单元、话音接入单元、高速互联转换单元、防雷处理单元以及电源单元。所述时钟同步单元包括时钟同步处理模块、GPS/北斗接收模块和高稳晶振。采用GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块有机结合组成的复合同步时钟，向中央处理单元提供长期稳定的同步时钟信号；同步处理模块和GPS/北斗接收模块同时抑制了卫星授时的干扰及晶振频率的漂移，驯服了高稳晶振，减小了卫星授时的干扰及晶振频率的漂移，解决了晶振频率的温漂问题，实现BN/GN节点时钟的长期稳定的同步，进而实现全网的时钟同步。上述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备有效避免了现有采用异步 Mesh技术体制构成的Mesh网络中支持的用户数量少、无线信道中存在大量的竞争和冲突的问题。

（2）本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，所述基带处理及其多频段的射频收发单元包括两个基带处理模块和两个频段的射频收发前端，即两个收发信机（4.9GHz/5.8GHz、或3.5GHz/4.9GHz、或700MHz/900MHz），结合N扇区宽带天线阵列（覆盖4.9GHz和5.8GHz两个频段，或3.5GHz和4.9GHz两个频段、或700MHz和900MHz两个频段），避免了单收发信机技术方案中多跳之后网络带宽下降的趋势，确保了该同步Mesh网络多跳之后网络带宽的基本不变，实现了宽带的无线接入与全面覆盖。

（3）本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，采用开放的、可伸缩的硬件架构。利用8口100/1000Mbps以太网交换单元，作为经济又可靠的高速交换互联总线，实现所述中央处理单元与所述基带处理及多频段的射频收发单元、话音接入单元、高速互联转换单元的高速互联，确保BN/GN节点上下业务的可扩展性，方便话音、数据、图像等业务的快速接入。

（4）本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，采用N扇区宽带阵列天线，一方面提高了单个扇区天线的增益大小，另一方面，N个扇区天线组阵后可完成3600的全方位覆盖，结合扇区天线的高速扫描与切换技术之后，便于提高整个同步Mesh网络节点BN/GN的单跳远距离通信能力和网络的易部署性。

（5）本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，组网技术体制采用“空分复用”+“时分复用”+“频分复用”相结合的技术体制。采用多扇区宽带阵列天线技术和高速天线扫描与切换技术，使得它具有“空分复用”的特征；采用同步组网技术，使得它具有“时分复用”的特征；采用双收发信机和N扇区宽带阵列天线（双频段）技术，使得它又具有“频分复用”的特征。这三大特征的有机结合使得这种无线同步Mesh网络有别于其它无线Mesh网络技术，它具有网络吞吐量大、多跳之后网络带 宽下降缓慢、网络覆盖区域大、单跳通信距离远、网络部署快捷方便、频谱利用率高等优点。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中，

图1是本实用新型所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络架构图；

图2是实施例1所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备的结构示意图；

图3是实施例2所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备的结构示意图；

图4是实施例3所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备的结构示意图；

图5是实施例4所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备的防雷处理单元示意图；

图6是所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备的电源单元示意图。

图中附图标记表示为：1-中央处理单元，2-协议交换单元，3-基带处理及多频段的射频收发单元，4-天线切换单元，5-天线扫描与切换控制处理单元，6-天线单元，7-时钟同步单元，8-高速互联转换单元，9-话音接入单元，10-防雷处理单元，11-电源单元。

具体实施方式

本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络架构图如图1所示，其包括网关节点GN和骨干节点BN。所述网关节点GN主要实现全网的系统管理，包括网络的时钟同步与时隙同步、网络拓扑管理、地址分配，同时还可以实现有线接入功能，提供与上级网络的接入能力。所述骨干节点BN密切配合所述网关节点GN，协调其上下级节点的时隙分配，但主要是负责 延伸网络的覆盖范围，提供用户设备的接入功能。

实施例1：

本实施例提供一种基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其结构如图2所示，包括：

天线单元6，用于发射和接收无线信号。所述天线单元6为N扇区宽带阵列天线，在本实施例中N等于12，即为12扇区宽带阵列天线。

在其他实施例中，所述N可以取3、4、6、8、15或18等值，N值的大小根据网络用户数量、单跳通信覆盖范围、设备应用场合、节点移动性要求、设备成本等综合因素考虑来选择。

天线切换单元4，接受天线扫描与切换控制处理单元5的控制，实现对天线单元6与基带处理及多频段的射频收发单元3的射频收发通路的选通与关闭。

天线扫描与切换控制处理单元5，接受中央处理单元1的控制，接收中央处理单元1发来的天线扇区选择代码、天线收发控制等信息，并向天线切换单元4发布天线扫描与切换控制的指令。另外，所述天线扫描与切换控制处理单元5向所述中央处理单元1反馈天线切换的结果信息。

基带处理及多频段的射频收发单元3，用于不同频段的基带处理以及射频收发，所述基带处理及多频段的射频收发单元3的两个射频收发前端都与所述天线切换单元5连接。

在本实施例中，所述基带处理及多频段的射频收发单元3为双频段基带处理及射频收发单元，所述基带处理及多频段的射频收发单元3包括两个频段的基带处理模块和两个射频收发前端组件。因此，所述多扇区宽带阵列天线覆盖4.9Hz和5.8Hz两个频段，或3.5GHz和4.9Hz两个频段，或700MHz和900MHz两个频段。结合12扇区宽带天线阵列之后，有效避免了单收发信机技术方案中多跳之后网络带宽逐跳急剧下降的趋势，确保了该同步Mesh网络多跳之后网络带宽的基本不变，实现了宽带的无线接入与全面覆盖。

在其他实施例中，所述多频段基带处理及射频收发单元3可以为三频段基带处理及射频收发单元、四频段基带处理及射频收发单元或更频段的基带处理及射频收发单元，与多扇区宽带阵列天线的天线带宽指标高低和天线生产与安装工艺等有关。

协议交换单元2，用于实现所述基带处理及多频段的射频收发单元3与中央处理单元1的互联，所述协议交换单元2与所述基带处理及多频段的射频收发单元3连接。本实施例中所述协议交换单元2为8口100/1000Mbps以太网交换机，利用100/1000Mbps以太网接口技术实现中央处理单元1与基带处理及多频段的射频收发单元3、话音接入单元9、高速互联转换单元8的高速互联。

时钟同步单元7，用于向中央处理单元1提供稳定的同步时钟信号。所述时钟同步单元7包括时钟同步处理模块、GPS/北斗接收模块和高稳晶振，所述GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块组成复合的同步时钟，

向中央处理单元1提供长期稳定的同步时钟信号。所述时钟同步处理模块的输入端分别与所述GPS/北斗接收模块的输出端和所述高稳晶振的输出端连接，所述时钟同步处理模块的输入/输出端与所述中央处理单元1的输入/输出端连接。

中央处理单元1，用于完成同步Mesh协议的处理，与天线扫描与切换控制处理单元5、协议交换单元2和时钟同步单元7分别连接。所述中央处理单元1实现同步Mesh协议的处理（包括二层路由、带宽分配、时隙调度、同步收发等）。中央处理单元1的硬件平台采用嵌入式低功耗处理器，软件方面基于嵌入式实时操作系统基础之上实现。

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括电源单元11，其结构示意图如图6所示，所述电源单元11提供+24v、+5v、+3.3v以及+12v/-12v，给BN/GN节点设备提供稳定的工作电压。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上还包括高速互联转换单元8，其结构示 意图如图3所示，所述高速互联转换单元8用于对外提供E1接口的功能，所述高速互联转换单元8与所述协议交换单元2连接。

本实施例中所述高速互联转换单元8为100Mbps/4E1转换器。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上还包括话音接入单元9，其结构示意图如图4所示，所述话音接入单元用于对外提供话音接入功能。所述话音接入单元9与所述协议交换单元2连接。

本实施例中所述话音接入单元9为100Mbps/话音FXO/FXS转换器模块。

本实施例所提供的的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，采用开放的、可伸缩的硬件架构，利用8口100/1000Mbps以太网交换单元，作为经济又可靠的高速交换互联总线，实现中央处理单元1与基带处理及多频段的射频收发单元3、话音接入单元9、高速互联转换单元8的高速连接，确保BN/GN节点上下业务的可扩展性，方便话音、数据、图像等业务的快速接入。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上还包括防雷处理单元10，其结构示意图如图5所示.所述防雷处理单元10用于保护BN/GN节点的设备免受二次感应雷的冲击。

本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，包括中央处理单元、协议交换单元、基带处理及多频段的射频收发单元、天线切换单元、天线扫描与切换控制处理单元、天线单元、时钟同步单元、话音接入单元、高速互联转换单元以及防雷处理单元。所述时钟同步单元包括时钟同步处理模块、GPS/北斗接收模块和高稳晶振，采用GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块有机结合组成的复合同步时钟，向中央处理单元提供长期稳定的同步时钟信号，同步处理模块和GPS/北斗接收模块同时抑制了卫星授时的干扰及晶振频率的漂移，驯服了高稳晶振，减小了卫星授时的干扰及晶振频率的漂移，解决了晶振频率的温漂问题，实现BN/GN节点时 钟的长期稳定的同步，进而实现全网的时钟同步。上述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备有效避免了现有采用异步Mesh技术体制构成的Mesh网络中支持的用户数量少、无线信道中存在大量的竞争和冲突的问题。

本实用新型所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，采用N扇区宽带阵列天线，一方面提高了单个扇区天线的增益大小，另一方面，N个扇区天线组阵后可完成3600的全方位覆盖，结合扇区天线的高速扫描与切换技术之后，便于提高整个同步Mesh网络节点BN/GN的单跳远距离通信能力和网络的易部署性。同时组网技术层面采用“空分复用”+“时分复用”+“频分复用”相结合的技术体制。采用多扇区宽带阵列天线技术和高速天线扫描与切换技术，使得它具有“空分复用”的特征；采用同步组网技术，使得它具有“时分复用”的特征；采用双收发信机和N扇区宽带阵列天线（双频段）技术，使得它又具有“频分复用”的特征。这三大特征的有机结合使得这种无线同步Mesh网络有别于其它无线Mesh网络技术，它具有网络吞吐量大、多跳之后网络带宽下降缓慢、网络覆盖区域大、单跳通信距离远、网络部署快捷方便、频谱利用率高等优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，包括天线单元、天线切换单元、天线扫描与切换控制处理单元、两个基带处理模块和两个射频收发前端组件、以太网交换机、时钟同步单元和中央处理单元，

其特征在于：

所述时钟同步单元包括时钟同步处理模块、GPS/北斗接收模块和高稳晶振；所述GPS/北斗接收模块、高稳晶振与时钟同步处理模块组成复合同步时钟，向所述中央处理单元提供长期稳定的同步时钟信号；所述时钟同步处理模块的输入端分别与所述GPS/北斗接收模块的输出端和所述高稳晶振的输出端连接；所述时钟同步处理模块的输入/输出端与所述中央处理单元的输入/输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：所述天线单元为N扇区宽带阵列天线，其中N等于3、4、6、8、10、12、15、18。

3.根据权利要求1所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点为网关节点GN和骨干节点BN。

4.根据权利要求1或3所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括高速互联转换单元，用于对外提供E1接口的功能，所述高速互联转换单元与所述协议交换单元连接。

5.根据权利要求4所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：

所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括话音接入单元，用于对外提供话音的接入功能，所述话音接入单元与所述协议交换单 元连接。

6.根据权利要求5所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：

所述高速互联转换单元为100Mbps/4E1转换器；

所述话音接入单元为100Mbps/话音FXO/FXS转换器。

7.根据权利要求1或3所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括防雷处理单元，用于保护BN/GN节点的设备免受二次感应雷的冲击。

8.根据权利要求1或3所述的基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备，其特征在于：所述基于多扇区宽带阵列天线的同步Mesh网络节点设备还包括电源单元，所述电源单元提供+24v、+5v、+3.3v以及+12v/-12v电源。