寬帶跳頻無線通信網(wǎng)絡的多級同步方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信網(wǎng)絡技術領域，涉及一種無線通信網(wǎng)絡的同步方法，特別是在寬帶跳頻無線通信網(wǎng)絡中的多級同步方法。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信系統(tǒng)向網(wǎng)絡化發(fā)展，無線通信設備均需組網(wǎng)應用。無線自組網(wǎng)作為一種重要的組網(wǎng)形式，因具有無需基礎設施、自組織、自恢復，高動態(tài)等優(yōu)點，在軍事、應急通信等領域，常與寬帶跳頻抗干擾手段綜合應用。對于當節(jié)點數(shù)量較多、網(wǎng)絡規(guī)模較大的應用條件，寬帶跳頻無線自組網(wǎng)在同步機制與業(yè)務傳輸方面存在如下問題:
首先，跳頻無線自組網(wǎng)中傳統(tǒng)的同步方法基于時分多址(TDMA)策略，根據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)將信道資源劃分為若干個時間單位，為網(wǎng)絡中每個用戶節(jié)點分配專享的時間資源廣播同步信息。對于節(jié)點數(shù)較少的情況(例如16或32個節(jié)點)，該方法是可行的；但對于網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量較多的情況(例如上百個節(jié)點)，上述方法將造成每個節(jié)點發(fā)送同步的時間間隔很長，大大增加了節(jié)點的同步時間。
[0003]其次，對于存在多跳中繼的無線自組網(wǎng)，節(jié)點同步通常主要根據(jù)收到同步的先后順序與距離遠近，若距離較近且先收到的節(jié)點時間精度較差，容易造成被同步節(jié)點的時間偏差較差，受到干擾時更容易因時間偏差而失去同步。
[0004]再則，跳頻無線自組織網(wǎng)采用較復雜的路由算法，當網(wǎng)絡規(guī)模比較大時，在多跳自組網(wǎng)中尋找路由的時延往往比較大，對于時延要求不高的普通業(yè)務尚不存在問題，但難以滿足指揮控制類業(yè)務低時延、高實時性的應用需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明針對上述存在的問題，可提供一種適用于較多節(jié)點寬帶跳頻無線通信網(wǎng)的快速、可靠的同步方法，可減少全網(wǎng)同步時間，提高網(wǎng)絡穩(wěn)定性，以及控制信令的傳輸效率。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案包括以下實現(xiàn)步驟:
(I)信道資源劃分步驟:基于時分多址劃分的信道資源，以時元為基本單位，每個時元包括H)至FN-1共N個時幀周期，每個時幀內(nèi)包括I個同步時隙(標記為BS)、K個位置連續(xù)的信令時隙(標記為CS0-CSK-1)，其它為業(yè)務時隙(標記為DS)，其中K為網(wǎng)絡支持的最大跳數(shù)，典型值為6。
[0007]為便于程序內(nèi)部元運算，每個時元的時幀數(shù)N的最佳選擇為2的冪次方值，典型值為32或64。
[0008]同步時隙的可處于時幀中的任一位置，但不同時幀中保持一致，例如均位于每個時幀的第6個時隙；信令時隙要求分配連續(xù)K個時隙。
[0009](2)同步信息構造步驟:確定同步信息發(fā)送的頻率、內(nèi)容及位置，具體方法為:
(21)同步信息在固定的保護信道頻率上采用擴頻碼發(fā)送，可使收方避免頻率搜索快速同步，同時采用擴頻方式傳輸具有較好的隱蔽性；該固定的保護信道頻率與頻率表掛鉤，可直接設置為跳頻頻率表的某一個頻率；
(22)同步信息發(fā)送的擴頻碼包括同步引導擴頻碼PNlteadl和8組同步信息擴頻碼PNO至PN7，同步信息擴頻碼對應的類型碼為0x0至0x7 ；
(23)同步時隙發(fā)送內(nèi)容包括同步頭與同步信息兩部分:同步信息部分傳輸內(nèi)容包括節(jié)點跳頻時間TOD信息、發(fā)送節(jié)點ID和節(jié)點時間級別TL，采用的擴頻碼從PNO至PN7中選擇一種，方法為:由發(fā)節(jié)點ID整除時幀周期N的商Q確定為第Q組擴頻碼；同步頭部分傳輸內(nèi)容為同步信息部分采用的擴頻碼類型碼，采用同步引導擴頻碼PNlfeadl進行擴頻；
上述步驟中引入的時間級別TL，取決于節(jié)點的時間精度，TL值越低，時間精度越高；網(wǎng)絡中主臺的時間級別TL=O,其時間由具有高精度的GPS或北斗或原子鐘時鐘源產(chǎn)生；。
[0010](24)同步時隙發(fā)送時幀位置根據(jù)本節(jié)點ID模N的余數(shù)P決定為第P個時幀；若兩個不同節(jié)點ID不同且模N的余數(shù)P相同，可通過節(jié)點ID整除時幀周期N的商Q選擇不同的擴頻碼傳輸，兩個節(jié)點可在相同的同步時隙采用不同的信息擴頻碼發(fā)送同步信息，支持節(jié)點數(shù)量較多的跳頻無線網(wǎng)絡中節(jié)點快速接收同步信息，減少了全網(wǎng)節(jié)點同步時間。
[0011](3)節(jié)點同步步驟:網(wǎng)絡中各節(jié)點采用以下方法實現(xiàn)同步:
(31)網(wǎng)絡中所有節(jié)點分為主臺和屬臺，主臺一開機即為已同步狀態(tài)，且時間級別TL=O；屬臺一開機為未同步狀態(tài)，時間級別TL=OxFFFF,將未同步接收各發(fā)節(jié)點同步信息次數(shù)計數(shù)器NoSyncRxTODCnt [M]、各發(fā)節(jié)點時間級別NoSyncRxTL[M]兩個數(shù)組中各元素清零,其中兩個數(shù)組第t個元素的內(nèi)容對應于發(fā)節(jié)點ID=t，數(shù)組大小M為網(wǎng)絡最大節(jié)點數(shù)；
(32)屬臺在固定信道相關搜索固定擴頻碼PNlteadl；
(33)一旦屬臺搜索到PNlteadl后，通過擴頻相關解析同步頭部分攜帶的擴頻碼類型碼，并根據(jù)該類型碼選擇特定的擴頻碼解析同步信息部分內(nèi)容，提取出同步信息中的發(fā)節(jié)點跳頻時間T0D、發(fā)節(jié)點ID值t及其對應的時間級別TL，同時將同步信息次數(shù)計數(shù)器NoSyncRxTODCnt [t]遞增1，將發(fā)節(jié)點的時間級別TL值賦給NoSyncRxTL[t]，用發(fā)節(jié)點跳頻時間TOD更新自身跳頻時間；
(34)逐個統(tǒng)計收到各節(jié)點發(fā)送的同步消息次數(shù)；當收到2次同一ID節(jié)點發(fā)送的同步消息后，選取NoSyncRxTL[M]數(shù)組中時間級別最低且ID值最小的節(jié)點為自身的父節(jié)點，將自身的時間級別TL值設置為該父節(jié)點時間級別TL值加I ;同時將同步后接收各節(jié)點同步信息的計數(shù)器SyncedRxTODCnt [M]中所有元素清零,記錄各節(jié)點時間級別的數(shù)組SyncedRxTL[M]中所有元素設置為OxFFFF。
[0012]時間級別TL的最高值不超過網(wǎng)絡支持最大跳數(shù)K，若接收節(jié)點收到TL級別為K的節(jié)點發(fā)送的同步信息，則認定該次同步信息無效。
[0013](4)全網(wǎng)同步步驟:所有節(jié)點重復步驟(3)，直至所有節(jié)點均與某一父節(jié)點同步。
[0014](5)信令時隙構造步驟:確定信令信息傳輸?shù)臄U頻碼類型與位置，具體方法為:
(51)信令時隙發(fā)送頻率根據(jù)自身跳頻時間TOD與通信前指定的傳輸密鑰確定；
(52)信令時隙發(fā)送內(nèi)容包括同步頭部分與信令信息部分,信令信息部分米用可變類型擴頻碼PN0-PN7，對應的擴頻碼類型碼為0x0至0x7，擴頻碼類型碼由發(fā)節(jié)點ID整除時幀數(shù)N的商Q確定為第Q組擴頻碼；同步頭部分采用固定擴頻碼PNlfead2，傳輸內(nèi)容為信令信息部分采用的擴頻碼類型碼；
(6)信令信息發(fā)送步驟:本節(jié)點同步后根據(jù)時間級別TL的值在特定時幀的特定信令時隙發(fā)送指控信令，具體方法為:
(61)發(fā)送時幀位置根據(jù)發(fā)節(jié)點ID模時幀周期N的余數(shù)P決定為第P個時幀；若兩節(jié)點ID不同，但節(jié)點ID模時幀周期N的余數(shù)P相同，可通過節(jié)點ID整除時幀周期N的商Q作為擴頻類型碼，來選擇不同的擴頻碼傳輸信令信息；
(62)發(fā)送時隙位置根據(jù)節(jié)點時間級別TL=i選擇Ci時隙；若時間級別TL為i的節(jié)點在C1-1時隙收到指控信令，則在Ci時隙轉(zhuǎn)發(fā)指控信令。
[0015]本步驟中，網(wǎng)絡控制信令通過連續(xù)K個時隙組成的時隙塊傳輸，發(fā)送節(jié)點可在不超過K個時隙內(nèi)將信令信息傳輸至網(wǎng)絡中任一節(jié)點，減少了信令信息在網(wǎng)絡中的路由時間，提高了信令傳輸效率。
[0016](7)同步維持步驟:本節(jié)點同步后，監(jiān)聽并按照發(fā)節(jié)點ID統(tǒng)計接收同步消息次數(shù)與各發(fā)節(jié)點時間級別，收到ID為t的節(jié)點發(fā)送的同步信息，則將數(shù)組SyncedRxTODCnt [M]中第t元素的值SyncedRxTODCnt [t]遞增I,同時由SyncedRxTL[t]記錄I