一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种基于TDMA(时分多址)技术跳频组网的实现方法，该方法在确定网络容纳最大节点数之后，根据各节点地址进行固定时隙分配，以避免通信碰撞。跳频组网过程分为初始同步、数据传输和迟入网三个阶段。初始同步和迟入网阶段在固定信道发送携带时间信息的协议帧，完成网内节点的初始入网、迟入网和掉网重连；数据传输阶段定时跳频传输有效数据，并定时通过勤务同步减小时间误差。网内各从节点校准自身时间与主节点对齐，频率的跳变只与时间信息有关。本方法使用协议帧维持网络的运行，协议帧包括：初始同步帧、迟入同步帧、同步确认帧、勤务同步帧和有效数据帧。发送时隙前后各有等时长保护间隔，以增强时间误差容错率，提升网络稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法
本专利技术涉及一种基于TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多址)技术跳频组网的实现方法。跳频通信是扩频通信的重要分支，属于无线通信领域。跳频通信具有很强的抗截获、抗干扰能力，主要应用于军事通信，并越来越广泛的应用在民用通信中。
技术介绍
跳频通信是一种双方在约定规律进行频率跳变的通信方式，与定频通信相比，跳频通信具有很强的抗截获、抗干扰能力。跳频电台在实际应用中通常要组成跳频通信网，使得网中任意两个通信终端均能进行点对点正常通信。随着跳频电台数量的增加，网内电台的同道干扰、阻塞干扰等也相应增加。采用时分多址技术(TDMA)确保时隙同步以避免发生网内节点的通信冲突。时分多址技术(TDMA)将时间划分成时隙，分配给不同的节点使用，网络内节点通过使用时隙分时共享无线信道，以解决网络节点间的碰撞问题，提高通信效率。采用跳频的多址通信网具有抗干扰能力强、截获概率低、抑制衰落等作用。本专利技术提出的基于TDMA技术跳频组网实现方法要求所有节点拥有独立运行的实时时钟，以主节点时钟为网络时间基准，从节点校准自身时间与主节点对齐完成同步。同步过程采用独立信道法与同步头法相结合的方式，具有建立同步时间短的特点；同时对网内节点进行固定时隙分配避免通信碰撞，并定时对网内节点进行掉网重连和迟入网处理，增强网络的稳健性和连续性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法，能够实现网内节点间的分时隙点对多点跳频通信，频率跳变只与时间信息有关，定时对网内节点进行掉网重连和迟入网处理。具有建立同步时间短、失步概率低、抗干扰性强、抗截获性强等特点。本专利技术是采用以下技术手段实现的：一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法，其组网方式如下：1.1网络包含有1个主节点，设置容纳最大从节点数为M，并为所有M+1个节点设置固定地址，根据TDMA技术为M+1个节点分配等间隔的时间长度称为时隙，每个地址映射到一个时隙；1.2初始同步过程所有节点处于独立信道进行通信；首先进入主节点发送时隙，主节点在网内广播包含有自身时间信息的初始同步帧，主节点发送时隙结束，在后续的M个时隙变为接收状态；从节点开机便处于接收状态，如果接收到主机初始同步帧，提取主机时间信息校准自身实时时钟与其对齐，完成同步，在自身地址映射的时隙中发送同步确认帧；初始同步过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+1个时隙称为1个初始同步TDMA时帧，其结构为1个主节点发送时隙和M个从节点发送时隙；1.3如果主节点在M个接收时隙接收到从节点发送的同步确认帧，表明存在节点入网并已同步，建网成功，如果未接收到同步确认帧，则表明建网失败，继续进入初始同步TDMA时帧，直到主节点接收到有从节点同步确认帧；建网成功后在当前初始同步TDMA时帧结束后开始进行有效数据传输；1.4有效数据传输阶段每一个时隙跳频一次，所有节点的频率根据统一的伪随机序列进行跳变；此阶段开始的第1个时隙为勤务同步时隙，主节点在此时隙发送勤务同步帧，从节点在此时隙接收勤务同步帧，接收到后校准自身时间信息；第2时隙为主节点发送时隙，主节点在此时隙发送包含有自身有效数据的数据帧；接下来的M个时隙为各从节点的发送时隙，从节点根据自身地址映射的时隙，依次发送包含自身有效数据的数据帧；此过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+2个时隙称为一个数据传输TDMA时帧；当一个数据传输TDMA时帧结束继续进入下一个TMDA时帧，时帧内第1个勤务同步时隙的作用为减少各节点因时间推移产生的时间漂移和偏移；1.5每完成一个数据传输TDMA时帧，时帧计数器加1，当时帧计数器为N时，进入迟入网同步阶段；迟入网同步过程所有节点处于独立信道进行通信；主节点在第1时隙发送包含自身时间的迟入网同步帧，迟入节点开机在独立信道一直处于接收状态，当接收到主节点迟入网同步帧后，提取时间信息进行校准完成同步，之后迟入节点在自身地址对应时隙发送同步确认帧，如果未收到则等待下一个迟入网过程进行入网；1.6之前已入网节点在收到迟入网同步帧后，同样在自身时隙发送同步确认帧，如果未收到则表明自身掉网，不发送同步确认帧，掉网节点一直处于独立信道等待下一个迟入网过程重新入网；迟入网过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+1个时隙称为迟入网TDMA时帧，迟入网TDMA时帧结束后，继续进行1.4过程；前述1.2、1.3、1.4、1.5、1.6中的初始同步帧、迟入同步帧、同步确认帧、勤务同步帧和数据帧，其作用为：2.1初始同步帧和迟入同步帧在独立信道发送，携带有主节点时间信息和频率信息，完成网络的时间同步和频率同步，同步确认帧包含从节点地址信息，告知主节点网络的成功建立；2.3勤务同步帧携带主节点时间信息，定时对网内节点进行校准，减少时钟漂移误差，提高网络稳健性；2.4数据帧为包含动态长度有效数据，提高系统应用的灵活性；前述1.2、1.4、1.6的时隙计数器对初始同步时帧、数据传输时帧、迟入网时帧三个阶段内的时隙进行计数；前述1.4中的频率跳变只与实时时钟信息有关，频率在一个时隙结束后才发生跳变；前述1.5的时帧计数器对数据传输时帧进行计数，每完成1个数据传输TDMA时帧加1，当计数为N时清零进入迟入网TDMA时帧；前述1.2、1.3、1.4、1.5、1.6的发送时隙开始与结尾留有等时间长度的保护间隔。本专利技术一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法，具有以下优势：1.组网过程使用独立信道法和同步头法结合的方式，在独立信道建立同步，数据传输过程的频率跳变只与时间信息有关，即使某些频点受到干扰，其他频点仍然可以正常进行数据传输，并定时进行勤务校准，消除随着时间推移各节点因使用不同时钟源而产生的时间漂移和时间偏移，具有同步能力快、稳定性好、失步率低、抗干扰能力强的特点。2.跳频组网根据固定TDMA时隙分配技术减少网络运行的复杂性，提高了网络通信效率，降低了硬件设施对网络协议的处理时间，可以适用于更多的硬件设备，为跳频电台的小型化和轻便化提供基础；同时网内最大节点数和迟入网同步的时间间隔可以根据具体应用进行设定，扩大了方法的实际场景范围。附图说明图1为跳频组网时序结构图；图2为初始/迟入网同步流程图；图3为数据传输流程图；图4为初始同步与迟入网同步过程时间校准图；图5为勤务同步时间校准图；图6为时隙保护间隔图；图7为帧格式图；具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术的实施做进一步的说明：图1是整个跳频组网的时隙结构图，组网方法使用基于TDMA技术的固定时隙分配方法，包含有初始同步、数据传输、迟入网三个阶段。设置最大网络支持从节点数为M。设置时隙长度为5ms，主节点和从节点在一个时隙内只能完成一次发送操作或者一次接收操作。组网的每个阶段由固定数目的时隙构成对应的TDMA时帧，具体为初始同步TDMA时帧、数据传输TDMA时帧、迟入网同步TDMA时帧。如图1所示，首先网络处于初始同步阶段，初始同步TDMA时帧内部结构包含有M+1个时隙，第一时隙为主节点广播初始同步帧时隙，剩余M时隙为各从节点反馈时隙，主节点在独立信道F0发送初始同步帧，从节点同样处于F0频点接收，收到后调整自身时钟与主节点对齐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法，其组网方式如下：1.1网络包含有1个主节点，设置容纳最大从节点数为M，并为所有M+1个节点设置固定地址，根据TDMA(时分多址)技术为M+1个节点分配等间隔时间长度称为时隙，每个地址映射到一个时隙；1.2初始同步过程所有节点处于独立信道进行通信；首先进入主节点发送时隙，主节点在网内广播包含有自身时间信息的初始同步帧，主节点发送时隙结束，在后续的M个时隙变为接收状态；从节点开机便处于接收状态，如果接收到主机初始同步帧，提取主机时间信息校准自身实时时钟与其对齐，完成同步，在自身地址映射的时隙中发送同步确认帧；初始同步过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+1个时隙称为1个初始同步TDMA时帧，其结构为1个主节点发送时隙和M个从节点发送时隙；1.3如果主节点在M个接收时隙接收到从节点发送的同步确认帧，表明存在节点入网并已同步，建网成功，如果未接收到同步确认帧，则表明建网失败，继续进入初始同步TDMA时帧，直到主节点接收到有从节点同步确认帧；建网成功后在当前初始同步TDMA时帧结束后开始进行有效数据传输；1.4有效数据传输阶段每一个时隙跳频一次，所有节点的频率根据统一的伪随机序列进行跳变；此阶段开始的第1个时隙为勤务同步时隙，主节点在此时隙发送勤务同步帧，从节点在此时隙接收勤务同步帧，接收到后校准自身时间信息；第2时隙为主节点发送时隙，主节点在此时隙发送包含有自身有效数据的数据帧；接下来的M个时隙为各从节点的发送时隙，从节点根据自身地址映射的时隙，依次发送包含自身有效数据的数据帧；此过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+2个时隙称为一个数据传输TDMA时帧；当一个数据传输TDMA时帧结束继续进入下一个TMDA时帧，时帧内第1个勤务同步时隙的作用为减少各节点因时间推移产生的时间漂移和偏移；1.5每完成一个数据传输TDMA时帧，时帧计数器加1，当时帧计数器为N时，进入迟入网同步阶段；迟入网同步过程所有节点处于独立信道进行通信；主节点在第1时隙发送包含自身时间的迟入网同步帧，迟入节点开机在独立信道一直处于接收状态，当接收到主节点迟入网同步帧后，提取时间信息进行校准完成同步，之后迟入节点在自身地址对应时隙发送同步确认帧，如果未收到则等待下一个迟入网过程进行入网；1.6之前已入网节点在收到迟入网同步帧后，同样在自身时隙发送同步确认帧，如果未收到则表明自身掉网，不发送同步确认帧，掉网节点一直处于独立信道等待下一个迟入网过程重新入网；迟入网过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+1个时隙称为迟入网TDMA时帧，迟入网TDMA时帧结束后，继续进行1.4过程。...

【技术特征摘要】
1.一种基于TDMA技术跳频组网的实现方法，其组网方式如下：1.1网络包含有1个主节点，设置容纳最大从节点数为M，并为所有M+1个节点设置固定地址，根据TDMA(时分多址)技术为M+1个节点分配等间隔时间长度称为时隙，每个地址映射到一个时隙；1.2初始同步过程所有节点处于独立信道进行通信；首先进入主节点发送时隙，主节点在网内广播包含有自身时间信息的初始同步帧，主节点发送时隙结束，在后续的M个时隙变为接收状态；从节点开机便处于接收状态，如果接收到主机初始同步帧，提取主机时间信息校准自身实时时钟与其对齐，完成同步，在自身地址映射的时隙中发送同步确认帧；初始同步过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+1个时隙称为1个初始同步TDMA时帧，其结构为1个主节点发送时隙和M个从节点发送时隙；1.3如果主节点在M个接收时隙接收到从节点发送的同步确认帧，表明存在节点入网并已同步，建网成功，如果未接收到同步确认帧，则表明建网失败，继续进入初始同步TDMA时帧，直到主节点接收到有从节点同步确认帧；建网成功后在当前初始同步TDMA时帧结束后开始进行有效数据传输；1.4有效数据传输阶段每一个时隙跳频一次，所有节点的频率根据统一的伪随机序列进行跳变；此阶段开始的第1个时隙为勤务同步时隙，主节点在此时隙发送勤务同步帧，从节点在此时隙接收勤务同步帧，接收到后校准自身时间信息；第2时隙为主节点发送时隙，主节点在此时隙发送包含有自身有效数据的数据帧；接下来的M个时隙为各从节点的发送时隙，从节点根据自身地址映射的时隙，依次发送包含自身有效数据的数据帧；此过程每经过一个时隙，时隙计数器加1，共计数M+2个时隙称为一个数据传输TDMA时帧；当一个数据传输TDMA时帧结束继续进入下一个TMDA时帧，时帧内第1个勤务同步时隙的作用为减少各节点因时间推移产生的时间漂移和偏移；1.5每完成一个数据传输TDMA时帧，时帧计数器加1，当时帧计数器为N时，进入迟入网同步阶段；迟入网同步过程所有节点处于独立信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金准，何苏勤，王小庆，翟绪经，王泽，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11