一种多用户集群组网系统的通信方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多用户集群组网系统的通信方法及系统，属于通信电子技术领域；本发明专利技术基于SDR，实现了硬件架构的“软件化配置”，能够实现灵活的硬件配置及设置；在集群组网模块通信协议设计中为满足不同通信速率、通信环境的需求，在链路层、网络层进行融合设计，采用基于TDMA的访问控制协议，对不同接入用户进行控制，同时引入逻辑信道，在逻辑信道中再引入信令通道及数据通道，实现了多个集群用户的组网通信；设计了基于主节点的无中心网络通信模式，在单个节点受到打击或损伤时不影响集群整体作战效能，提高了通信集群用户的总体生存能力。

A communication method and system of multi-user cluster networking system

【技术实现步骤摘要】
一种多用户集群组网系统的通信方法及系统
本专利技术涉及一种多用户集群组网系统的通信方法及系统，属于通信电子

技术介绍
随着空间科学技术的发展，世界各国对外部空间探索的步伐不断加快，并不断推出新的飞行器和航天器，各军事大国都在空间飞行器的低成本发射、高效率任务执行、监视与预警、快速响应、重复使用等方面展开了新的角逐，并不断拓展空间技术的应用范围。随着高速飞行器的发展，多飞行器组网通信的需求日益强烈，但目前大多应用场景多为在轨卫星或飞行器等场景，其应用条件简单、动态变化小，难以满足具有实战应用的战术条件，加之目前多数飞行器间数据链通信对通信节点、通信速率、设备信道等都有严格限制，大规模应用难以实现。同时，卫星应用场景多进行定制化设计，天基应用设备多不进行大规模的通信网络变化，不能满足移动作战应用场景。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多用户集群组网系统的通信方法及系统，解决飞行器集群通信场景下，飞行器及移动作战单元共享战场态势数据传输问题。本专利技术的技术解决方案是：一种多用户集群组网系统的通信方法，所述多用户集群组网系统包括n个集群节点，其中1个节点为主节点，其它节点为从节点，每个节点分配一个固定的ID序列号，各节点通过M个TDMA逻辑信道进行通信，每个逻辑信道包括N个时隙，主节点第1个逻辑信道中包含通知通道和自由访问通道；从节点第1个逻辑信道中包含自由访问通道；所述方法包括自组织组网阶段的步骤和自由通信阶段的步骤：(1)、自组织组网阶段的步骤如下：(1.1)、主节点和从节点均通过自由访问信道发送接入信息；所述接入信息包括配置信息、通信需求、信息类型，配置信息包括本节点的ID号，通信需求包括本节点需要发送的数据帧长度、目的节点ID号；所述信息类型包括接入、信令、数据；(1.2)、主节点和从节点均监听自由访问信道，主节点收到从节点发送的接入信息之后，根据各节点通信需求，分配各从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，所述信息传输通道包括信令通道、数据信道，形成信息传输通道分配方案，并在逻辑信道的通知信道上周期性广播该信息传输通道分配方案至各从节点；(1.3)、从节点收到通信通道分配方案之后，按照最新的该通信通道分配方案发送信息；(2)、自由通信阶段的步骤如下：(2.1)、发送节点按照最新的通信通道分配方案在数据通道上发送数据信息，所述数据信息包括源节点的ID号、数据帧长度、数据内容、目的节点ID号、发送传输是否完成标志、信息类型；(2.2)、其他节点收到数据信息后，进行解析，根据目的节点ID号判断是否为本节点是否为接收节点；(2.3)、接收节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部接收完毕；(2.4)、主节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部发送完毕，如果传输未完成，则在下一个周期继续分配数据信道给发送节点，更新通信通道分配方案。所述主节点和从节点采用随机接入控制的方式发送接入信息。所述随机接入控制的方式发送接入消息的具体实现为：(1.1.1)、发送节点检测数据链路中的候选时隙，获取候选时隙集，设置候选时隙计数器初值为候选时隙集中的可用时隙数；(1.1.2)、选择一个候选时隙，作为当前候选时隙，将候选时隙计数器的计数值减1；(1.1.3)、产生一个0到100之间的随机概率数；(1.1.4)、计算当前时隙发送概率的初始值为100除以候选时隙计数器的计数值；(1.1.5)、将步骤(1.1.2)产生的随机概率数与当前时隙发送概率进行比较，当步骤(1.1.2)产生的随机概率数小于等于当前时隙发送概率时，则允许通过当前候选时隙进行发送，结束；否则，选择新的候选时隙，将候选时隙计数器的计数值减1，进入步骤(1.1.6)；(1.1.6)、采用前一个时隙发送概率加上概率增量，更新当前时隙发送概率，重新回到步骤(1.1.5)。所述概率增量为(100-前一个时隙发送概率)/后选时隙计数器的计数值。当有新的从节点需要接入网络时，该新增从节点通过自由访问信道发送接入信息，主节点监听自由访问信道，收到该从节点发送的接入信息之后，根据该新增从节点的通信需求，分配新增从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，所述信息传输通道包括信令通道、数据信道，形成信息传输通道分配方案，并在逻辑信道的通知信道上周期性广播该信息传输通道分配方案至各从节点；当主节点检测到某一从节点工作失效时，删除该失效节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，重新分配剩余各从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，更新信息传输通道分配方案，并于下一周期在通知信道上广播该信息传输通道分配方案至各从节点。所述步骤(2.3)接收节点接收到数据信息后，实时计算到达该接收节点接收信号的信号电平、信噪比、载噪比，并将信号电平、信噪比或载噪比作为质量指示信息，在信令信道上反馈质量指示信息至发送节点，作为发送节点调整发送方案的依据。本专利技术的另一个技术解决方案是：一种多用户集群组网系统的通信系统，该系统包括n个集群节点，其中1个节点为主节点，其它节点为从节点，每个节点分配一个固定的ID序列号，各节点通过M个TDMA逻辑信道进行通信，每个逻辑信道包括N个时隙，主节点第1个逻辑信道中包含通知通道和自由访问通道；从节点第1个逻辑信道中包含自由访问通道；每个节点上设有集群组网模块，所述集群组网模块包括信道单元、数字信号处理单元、中央数据处理单元、协议控制单元；信道单元，接收其余节点发送的射频接收信号，并将其下变频为中频接收信号，将中频接收信号发送给数字信号处理单元；将数字信号处理单元发送的中频发送信号上变频为射频发射信号发送出去；数字信号处理单元，将信道单元接收得到的中频接收信号，进行解调，得到通信数据帧，发送给中央数据处理单元；将中央数据处理单元发送的待发送信息进行编码、调制，得到中频发射信号，发送给信道单元；中央数据处理单元，按照预设的协议，接收数字信号处理单元发送的数据帧，对通信数据帧进行解析；受协议控制单元控制，按照协议完成信息收发、传输与交互处理，将数据分发至本节点内部负载终端；协议控制单元，主要完成多用户集群组网模块的协议层规划，包括内部协议组织、集群网络接入、信息传输控制、自组织集群协议控制。对于从节点而言：中央数据处理单元，按照本节点的通信协议，解析收到的其他节点发送的通信数据帧，得到源节点的ID号、数据帧长度、数据内容、目的节点ID号、发送传输是否完成标志、信息类型，根据目的节点ID号判断是否为本节点是否为接收节点；如果本节点是接收节点，则根据接收到的通信数据帧作相应的数据处理；收到主节点广播的通信通道分配方案信息时，将通信通道分配方案信息转发给协议控制单元；在自组织组网阶段，受协议控制单元控制，生成接入信息；所述接入信息包括配置信息、通信需求和信息类型，配置信息包括本节点的ID号，通信需求包括本节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用户集群组网系统的通信方法，所述多用户集群组网系统包括n个集群节点，其中1个节点为主节点，其它节点为从节点，每个节点分配一个固定的ID序列号，各节点通过M个TDMA逻辑信道进行通信，每个逻辑信道包括N个时隙，主节点第1个逻辑信道中包含通知通道和自由访问通道；从节点第1个逻辑信道中包含自由访问通道；其特征在于包括自组织组网阶段的步骤和自由通信阶段的步骤：/n(1)、自组织组网阶段的步骤如下：/n(1.1)、主节点和从节点均通过自由访问信道发送接入信息；所述接入信息包括配置信息、通信需求、信息类型，配置信息包括本节点的ID号，通信需求包括本节点需要发送的数据帧长度、目的节点ID号；所述信息类型包括接入、信令、数据；/n(1.2)、主节点和从节点均监听自由访问信道，主节点收到从节点发送的接入信息之后，根据各节点通信需求，分配各从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，所述信息传输通道包括信令通道、数据信道，形成信息传输通道分配方案，并在逻辑信道的通知信道上周期性广播该信息传输通道分配方案至各从节点；/n(1.3)、从节点收到通信通道分配方案之后，按照最新的该通信通道分配方案发送信息；/n(2)、自由通信阶段的步骤如下：/n(2.1)、发送节点按照最新的通信通道分配方案在数据通道上发送数据信息，所述数据信息包括源节点的ID号、数据帧长度、数据内容、目的节点ID号、发送传输是否完成标志、信息类型；/n(2.2)、其他节点收到数据信息后，进行解析，根据目的节点ID号判断是否为本节点是否为接收节点；/n(2.3)、接收节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部接收完毕；/n(2.4)、主节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部发送完毕，如果传输未完成，则在下一个周期继续分配数据信道给发送节点，更新通信通道分配方案。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多用户集群组网系统的通信方法，所述多用户集群组网系统包括n个集群节点，其中1个节点为主节点，其它节点为从节点，每个节点分配一个固定的ID序列号，各节点通过M个TDMA逻辑信道进行通信，每个逻辑信道包括N个时隙，主节点第1个逻辑信道中包含通知通道和自由访问通道；从节点第1个逻辑信道中包含自由访问通道；其特征在于包括自组织组网阶段的步骤和自由通信阶段的步骤：
(1)、自组织组网阶段的步骤如下：
(1.1)、主节点和从节点均通过自由访问信道发送接入信息；所述接入信息包括配置信息、通信需求、信息类型，配置信息包括本节点的ID号，通信需求包括本节点需要发送的数据帧长度、目的节点ID号；所述信息类型包括接入、信令、数据；
(1.2)、主节点和从节点均监听自由访问信道，主节点收到从节点发送的接入信息之后，根据各节点通信需求，分配各从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，所述信息传输通道包括信令通道、数据信道，形成信息传输通道分配方案，并在逻辑信道的通知信道上周期性广播该信息传输通道分配方案至各从节点；
(1.3)、从节点收到通信通道分配方案之后，按照最新的该通信通道分配方案发送信息；
(2)、自由通信阶段的步骤如下：
(2.1)、发送节点按照最新的通信通道分配方案在数据通道上发送数据信息，所述数据信息包括源节点的ID号、数据帧长度、数据内容、目的节点ID号、发送传输是否完成标志、信息类型；
(2.2)、其他节点收到数据信息后，进行解析，根据目的节点ID号判断是否为本节点是否为接收节点；
(2.3)、接收节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部接收完毕；
(2.4)、主节点根据发送节点发送的传输是否完成标志，判断数据帧是否全部发送完毕，如果传输未完成，则在下一个周期继续分配数据信道给发送节点，更新通信通道分配方案。


2.根据权利要求1所述的一种多用户集群组网系统的通信方法，其特征在于所述主节点和从节点采用随机接入控制的方式发送接入信息。


3.根据权利要求2所述的一种多用户集群组网系统的通信方法，其特征在于所述随机接入控制的方式发送接入消息的具体实现为：
(1.1.1)、发送节点检测数据链路中的候选时隙，获取候选时隙集，设置候选时隙计数器初值为候选时隙集中的可用时隙数；
(1.1.2)、选择一个候选时隙，作为当前候选时隙，将候选时隙计数器的计数值减1；
(1.1.3)、产生一个0到100之间的随机概率数；
(1.1.4)、计算当前时隙发送概率的初始值为100除以候选时隙计数器的计数值；
(1.1.5)、将步骤(1.1.2)产生的随机概率数与当前时隙发送概率进行比较，当步骤(1.1.2)产生的随机概率数小于等于当前时隙发送概率时，则允许通过当前候选时隙进行发送，结束；否则，选择新的候选时隙，将候选时隙计数器的计数值减1，进入步骤(1.1.6)；
(1.1.6)、采用前一个时隙发送概率加上概率增量，更新当前时隙发送概率，重新回到步骤(1.1.5)。


4.根据权利要求1所述的一种多用户集群组网系统的通信方法，其特征在于所述概率增量为(100-前一个时隙发送概率)/后选时隙计数器的计数值。


5.根据权利要求1所述的一种多用户集群组网系统的通信方法，其特征在于当有新的从节点需要接入网络时，该新增从节点通过自由访问信道发送接入信息，主节点监听自由访问信道，收到该从节点发送的接入信息之后，根据该新增从节点的通信需求，分配新增从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，所述信息传输通道包括信令通道、数据信道，形成信息传输通道分配方案，并在逻辑信道的通知信道上周期性广播该信息传输通道分配方案至各从节点。


6.根据权利要求1所述的一种多用户集群组网系统的通信方法，其特征在于当主节点检测到某一从节点工作失效时，删除该失效节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，重新分配剩余各从节点信息传输通道占用逻辑信道内的时隙，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金龙，张德智，戴昌昊，梁君，陈朝霞，胡倩，陈玉坤，刘飞，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11