宽带跳频无线通信网络的多级同步方法技术

宽带跳频无线通信网络的多级同步方法，本发明专利技术公开了一种宽带跳频无线通信网络的多级同步方法，所述方法主要包括下述步骤：同步信息构造步骤：包括同步头和同步信息两部分，其中同步头采用固定扩频码传输同步信息部分的扩频码类型码；节点同步与全网同步步骤，采用基于时间级别的分级方式构建扁平网络;同步维持步骤，监听并统计各节点的同步消息；同步软切换步骤，根据同步信息统计结果实现父节点动态软切换。本发明专利技术对于节点数量多的宽带跳频无线通信网络可快速实现全网同步，提高了指挥控制信令信息的传输效率及网络的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信网络
，涉及一种无线通信网络的同步方法，特别是在宽带跳频无线通信网络中的多级同步方法。
技术介绍
随着无线通信系统向网络化发展，无线通信设备均需组网应用。无线自组网作为一种重要的组网形式，因具有无需基础设施、自组织、自恢复，高动态等优点，在军事、应急通信等领域，常与宽带跳频抗干扰手段综合应用。对于当节点数量较多、网络规模较大的应用条件，宽带跳频无线自组网在同步机制与业务传输方面存在如下问题：首先，跳频无线自组网中传统的同步方法基于时分多址(TDMA)策略，根据网络节点数将信道资源划分为若干个时间单位，为网络中每个用户节点分配专享的时间资源广播同步信息。对于节点数较少的情况(例如16或32个节点)，该方法是可行的；但对于网络节点数量较多的情况（例如上百个节点）,上述方法将造成每个节点发送同步的时间间隔很长，大大增加了节点的同步时间。其次，对于存在多跳中继的无线自组网，节点同步通常主要根据收到同步的先后顺序与距离远近，若距离较近且先收到的节点时间精度较差，容易造成被同步节点的时间偏差较差，受到干扰时更容易因时间偏差而失去同步。再则，跳频无线自组织网采用较复杂的路由算法，当网络规模比较大时，在多跳自组网中寻找路由的时延往往比较大，对于时延要求不高的普通业务尚不存在问题，但难以满足指挥控制类业务低时延、高实时性的应用需求。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的问题，可提供一种适用于较多节点宽带跳频无线通信网的快速、可靠的同步方法，可减少全网同步时间，提高网络稳定性，以及控制信令的传输效率。本专利技术所采用的技术方案包括以下实现步骤：（1）信道资源划分步骤：基于时分多址划分的信道资源，以时元为基本单位，每个时元包括F0至FN-1共N个时帧周期，每个时帧内包括1个同步时隙(标记为BS)、K个位置连续的信令时隙(标记为CS0-CSK-1)，其它为业务时隙(标记为DS)，其中K为网络支持的最大跳数，典型值为6。为便于程序内部元运算，每个时元的时帧数N的最佳选择为2的幂次方值，典型值为32或64。同步时隙的可处于时帧中的任一位置，但不同时帧中保持一致，例如均位于每个时帧的第6个时隙；信令时隙要求分配连续K个时隙。（2）同步信息构造步骤：确定同步信息发送的频率、内容及位置，具体方法为：（21）同步信息在固定的保护信道频率上采用扩频码发送，可使收方避免频率搜索快速同步，同时采用扩频方式传输具有较好的隐蔽性；该固定的保护信道频率与频率表挂钩，可直接设置为跳频频率表的某一个频率；（22）同步信息发送的扩频码包括同步引导扩频码PNHead1和8组同步信息扩频码PN0至PN7，同步信息扩频码对应的类型码为0x0至0x7； （23） 同步时隙发送内容包括同步头与同步信息两部分:同步信息部分传输内容包括节点跳频时间TOD信息、发送节点ID和节点时间级别TL，采用的扩频码从PN0至PN7中选择一种，方法为：由发节点ID整除时帧周期N的商Q确定为第Q组扩频码；同步头部分传输内容为同步信息部分采用的扩频码类型码，采用同步引导扩频码PNHead1进行扩频；上述步骤中引入的时间级别TL，取决于节点的时间精度，TL值越低，时间精度越高；网络中主台的时间级别TL=0,其时间由具有高精度的GPS或北斗或原子钟时钟源产生；。（24）同步时隙发送时帧位置根据本节点ID模N的余数P决定为第P个时帧；若两个不同节点ID不同且模N的余数P相同，可通过节点ID整除时帧周期N的商Q选择不同的扩频码传输，两个节点可在相同的同步时隙采用不同的信息扩频码发送同步信息，支持节点数量较多的跳频无线网络中节点快速接收同步信息，减少了全网节点同步时间。（3）  节点同步步骤：网络中各节点采用以下方法实现同步：（31）网络中所有节点分为主台和属台，主台一开机即为已同步状态，且时间级别TL=0；属台一开机为未同步状态，时间级别TL=0xFFFF，将未同步接收各发节点同步信息次数计数器NoSyncRxTODCnt[M]、各发节点时间级别NoSyncRxTL[M]两个数组中各元素清零，其中两个数组第t个元素的内容对应于发节点ID=t，数组大小M为网络最大节点数；（32）属台在固定信道相关搜索固定扩频码PNHead1；（33）一旦属台搜索到PNHead1后，通过扩频相关解析同步头部分携带的扩频码类型码，并根据该类型码选择特定的扩频码解析同步信息部分内容，提取出同步信息中的发节点跳频时间TOD、发节点ID值t及其对应的时间级别TL，同时将同步信息次数计数器NoSyncRxTODCnt[t]递增1，将发节点的时间级别TL值赋给NoSyncRxTL[t]，用发节点跳频时间TOD更新自身跳频时间；（34）逐个统计收到各节点发送的同步消息次数；当收到2次同一ID节点发送的同步消息后，选取NoSyncRxTL[M]数组中时间级别最低且ID值最小的节点为自身的父节点，将自身的时间级别TL值设置为该父节点时间级别TL值加1；同时将同步后接收各节点同步信息的计数器SyncedRxTODCnt[M]中所有元素清零，记录各节点时间级别的数组SyncedRxTL[M]中所有元素设置为0xFFFF。时间级别TL的最高值不超过网络支持最大跳数K，若接收节点收到TL级别为K的节点发送的同步信息，则认定该次同步信息无效。（4）  全网同步步骤：所有节点重复步骤(3),直至所有节点均与某一父节点同步。（5）  信令时隙构造步骤：确定信令信息传输的扩频码类型与位置，具体方法为：（51）信令时隙发送频率根据自身跳频时间TOD与通信前指定的传输密钥确定；（52）信令时隙发送内容包括同步头部分与信令信息部分，信令信息部分采用可变类型扩频码PN0-PN7，对应的扩频码类型码为0x0至0x7，扩频码类型码由发节点ID整除时帧数N的商Q确定为第Q组扩频码；同步头部分采用固定扩频码PNHead2，传输内容为信令信息部分采用的扩频码类型码；（6）  信令信息发送步骤：本节点同步后根据时间级别TL的值在特定时帧的特定信令时隙发送指控信令，具体方法为：（61）发送时帧位置根据发节点ID模时帧周期N的余数P决定为第P个时帧；若两节点ID不同，但节点ID模时帧周期N的余数P相同，可通过节点ID整除时帧周期N的商Q作为扩频类型码，来选择不同的扩频码传输信令信息；（62）发送时隙位置根据节点时间级别TL=i选择Ci时隙;若时间级别TL为i的节点在Ci-1时隙收到指控信令，则在Ci时隙转发指控信令。本步骤中，网络控制信令通过连续K个时隙组成的时隙块传输，发送节点可在不超过K个时隙内将信令信息传输至网络中任一节点，减少了信令信息在网络中的路由时间，提高了信令传输效率。（7）  同步维持步骤：本节点同步后，监听并按照发节点ID统计接收同步消息次数与各发节点时间级别，收到ID为t的节点发送的同步信息，则将数组SyncedRxTODCnt[M]中第t元素的值SyncedR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带跳频无线通信网络的多级同步方法,其特征在于包括以下步骤：信道资源划分步骤：基于时分多址划分的信道资源，以时元为基本单位，每个时元包括F0至FN‑1共N个时帧周期，每个时帧内包括1个同步时隙(标记为BS)、K个位置连续的信令时隙(标记为CS0‑CSK‑1)，其它为业务时隙(标记为DS)，其中K为网络支持的最大跳数，典型值为6。

【技术特征摘要】
2013.10.23 CN 20131050277161.一种宽带跳频无线通信网络的多级同步方法,其特征在于包括以下步骤：
信道资源划分步骤：基于时分多址划分的信道资源，以时元为基本单位，每个时元包括F0至FN-1共N个时帧周期，每个时帧内包括1个同步时隙(标记为BS)、K个位置连续的信令时隙(标记为CS0-CSK-1)，其它为业务时隙(标记为DS)，其中K为网络支持的最大跳数，典型值为6。
2.同步信息构造步骤：确定同步信息发送的频率、内容及位置，具体方法为：
（21）同步信息在固定的保护信道频率上采用扩频码发送，可使收方避免频率搜索快速同步，同时具有较好的隐蔽性；
（22）同步信息发送的扩频码包括同步引导扩频码PNHead1和8组同步信息扩频码PN0至PN7，同步信息扩频码对应的类型码为0x0至0x7； 
（23） 同步时隙发送内容包括同步头与同步信息两部分:同步信息部分传输内容包括节点跳频时间TOD信息、发送节点ID和节点时间级别TL，采用的扩频码从PN0至PN7中选择一种，方法为：由发节点ID整除时帧周期N的商Q确定为第Q组扩频码；同步头部分传输内容为同步信息部分采用的扩频码类型码，采用同步引导扩频码PNHead1进行扩频；
（24）同步时隙发送时帧位置根据本节点ID模N的余数P决定为第P个时帧；若两个不同节点ID不同且模N的余数P相同，可通过节点ID整除时帧周期N的商Q选择不同的扩频码传输，两个节点可在相同的同步时隙采用不同的信息扩频码发送同步信息，支持节点数量较多的跳频无线网络中节点快速接收同步信息，减少了全网节点同步时间。
3.节点同步步骤：网络中各节点采用以下方法实现同步：
（31）网络中所有节点分为主台和属台，主台一开机即为已同步状态，且时间级别TL=0；属台一开机为未同步状态，时间级别TL=0xFFFF，将未同步接收各发节点同步信息次数计数器NoSyncRxTODCnt[M]、各发节点时间级别NoSyncRxTL[M]两个数组中各元素清零，其中两个数组第t个元素的内容对应于发节点ID=t，数组大小M为网络最大节点数；
（32）属台在固定信道相关搜索固定扩频码PN Head1；
（33）一旦属台搜索到PN Head1后，通过扩频相关解析同步头部分携带的扩频码类型码，并根据该类型码选择特定的扩频码解析同步信息部分内容，提取出同步信息中的发节点跳频时间TOD、发节点ID值t及其对应的时间级别TL，同时将同步信息次数计数器NoSyncRxTODCnt[t]递增1，将发节点的时间级别TL值赋给NoSyncRxTL[t]，用发节点跳频时间TOD更新自身跳频时间；
（34）逐个统计收到各节点发送的同步消息次数；当收到2次同一ID节点发送的同步消息后，选取NoSyncRxTL[M]数组中时间级别最低且ID值最小的节点为自身的父节点，将自身的时间级别TL值设置为该父节点时间级别TL值加1；同时将同步后接收各...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴克平，罗英靓，潘维东，
申请(专利权)人：北京海格神舟通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11