一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法。該方法首先結(jié)合系統(tǒng)需求和短波信道特點(diǎn)，規(guī)劃星型短波通信網(wǎng)絡(luò)地理覆蓋區(qū)域；對(duì)中心與節(jié)點(diǎn)短波通信設(shè)備配置，構(gòu)建下行全雙工配置和上行半雙工配置的收、發(fā)異頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；通過輪詢的異步組網(wǎng)方式，采用無等待，連續(xù)廣播輪詢報(bào)文，達(dá)到短波同步組網(wǎng)信道利用率，避免同步組網(wǎng)的時(shí)鐘精確同步需求和建網(wǎng)過程；通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文，避免單獨(dú)傳輸業(yè)務(wù)報(bào)文帶來的信道消耗，提高窄帶短波信道利用率；通過下行業(yè)務(wù)廣播一次重傳，避免上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)造成的下行業(yè)務(wù)接收丟包，保證下行業(yè)務(wù)傳輸可靠性。
【專利說明】—種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，特別是一種利用短波作為通信手段的輪詢傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]短波通信網(wǎng)絡(luò)主要利用電離層反射實(shí)現(xiàn)有限數(shù)據(jù)或話音低速傳輸，是一種典型的窄帶通信手段，具有建設(shè)成本低、部署靈活、抗毀性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，不需要建立中繼站即可實(shí)現(xiàn)中、遠(yuǎn)距離通信，特別適合通信基礎(chǔ)設(shè)施受限，且傳輸業(yè)務(wù)量較小的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。
[0003]數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)通常通過部署短波星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)(以下簡稱節(jié)點(diǎn))各部署一部半雙工短波電臺(tái)，數(shù)據(jù)收集中心(以下簡稱中心)部署一部或多部半雙工短波電臺(tái)，完成數(shù)據(jù)的上行收集(節(jié)點(diǎn)到中心)和下行廣播(中心到節(jié)點(diǎn))。傳統(tǒng)的短波通信網(wǎng)絡(luò)半雙工結(jié)構(gòu)配置約束了系統(tǒng)通信容量，限制了關(guān)鍵中心節(jié)點(diǎn)的傳輸和接收能力。
[0004]根據(jù)短波網(wǎng)絡(luò)是否具有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，可為異步組網(wǎng)和同步組網(wǎng)方式。同步組網(wǎng)方式具有信道利用率高的明顯優(yōu)勢，但在建網(wǎng)時(shí)需要所有的網(wǎng)內(nèi)的短波電臺(tái)都響應(yīng)相同同步信號(hào)，建網(wǎng)速度比較慢；節(jié)點(diǎn)需要頻繁交換時(shí)鐘信息以實(shí)現(xiàn)同步保持，增大了窄帶信道開銷；而通過中心和節(jié)點(diǎn)短波電臺(tái)配置高精度時(shí)鐘完成同步保持，實(shí)現(xiàn)難度更大。相對(duì)短波同步組網(wǎng)方式，通常異步組網(wǎng)下信道得不到充分利用。但具有組網(wǎng)速度快；組網(wǎng)靈活(通常采用競爭或輪詢)，用戶入網(wǎng)方便；對(duì)定時(shí)精度的要求低等明顯優(yōu)勢。
[0005]競爭傳輸方法下，由于多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)共享相同窄帶短波信道，在業(yè)務(wù)量較大時(shí)容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)碰撞，造成上報(bào)收集數(shù)據(jù)丟失；半雙工結(jié)構(gòu)還會(huì)造成上報(bào)收集數(shù)據(jù)和下行廣播數(shù)據(jù)傳輸沖突，因此，競爭傳輸方法的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘貌坏奖Ｕ稀?br>
[0006]對(duì)于數(shù)據(jù)可靠性要求較高的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，更適合采用輪詢傳輸方法。采用輪詢的異步組網(wǎng)方式通過中心廣播輪詢報(bào)文，節(jié)點(diǎn)僅在被輪詢時(shí)隙上報(bào)數(shù)據(jù)，可以有效避免碰撞造成的數(shù)據(jù)丟失，提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。但半雙工配置的輪詢周期至少為節(jié)點(diǎn)數(shù)量乘以報(bào)文時(shí)長的兩倍，輪詢周期較長，造成節(jié)點(diǎn)較大的傳輸時(shí)延和窄帶資源得不到充分利用。且下行業(yè)務(wù)報(bào)文占用輪詢時(shí)隙，進(jìn)一步增大輪詢周期。
[0007]因此，有必要研究一種短波星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高短波信道的傳輸帶寬。同時(shí)針對(duì)高傳輸可靠性的輪詢異步組網(wǎng)傳輸方法，研究如何縮短其輪詢周期，提高輪詢效率，實(shí)現(xiàn)同步組網(wǎng)性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)通信中基于雙工結(jié)構(gòu)短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，包括如下步驟:
[0010]步驟1:點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短波通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。根據(jù)短波信道特性，規(guī)劃星型短波通信網(wǎng)絡(luò)地理覆蓋區(qū)域，使中心到各節(jié)點(diǎn)具有類似的信道特性，保證星型網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)可通性一致。通信網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)數(shù)據(jù)收集中心和N個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，與數(shù)據(jù)收集中心連接的一個(gè)短波輪詢控制器，所述短波輪詢控制器連接一臺(tái)短波接收機(jī)和一臺(tái)短波發(fā)射機(jī)，每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)連接一臺(tái)短波收發(fā)機(jī)與所述短波接收機(jī)和短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行無線傳輸，N為自然數(shù)；其中，短波輪詢控制器硬件采用嵌入式處理平臺(tái)，并提供分別連接電臺(tái)的兩個(gè)異步串行接口和連接中心局域網(wǎng)的以太網(wǎng)接口，軟件開發(fā)采用Linux操作系統(tǒng)。
[0011]步驟2:中心與節(jié)點(diǎn)短波通信設(shè)備配置。對(duì)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的短波通信網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備部署，構(gòu)成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短波信道共享網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)下行(中心到節(jié)點(diǎn))全雙工配置和上行(節(jié)點(diǎn)到中心)半雙工配置的收、發(fā)異頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0012]步驟3:輪詢報(bào)文字段填充。中心生成并查詢輪詢序列，確定當(dāng)前輪詢的節(jié)點(diǎn)對(duì)象，將輪詢對(duì)象地址寫入輪詢報(bào)文字段；
[0013]步驟4:輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文使能。查詢發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列，判斷是否有下行業(yè)務(wù)報(bào)文需要廣播；如果沒有，則廣播單獨(dú)輪詢報(bào)文，返回執(zhí)行步驟3，如果有，則執(zhí)行步驟5，進(jìn)行輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文處理；
[0014]步驟5:業(yè)務(wù)報(bào)文重發(fā)判決。判斷從發(fā)送緩存中讀出的業(yè)務(wù)報(bào)文是否已經(jīng)被重傳過，如果已被重傳過，則從緩存中刪除該報(bào)文，返回執(zhí)行步驟4，查詢新的業(yè)務(wù)報(bào)文；如果沒有被重傳過，則通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文廣播下發(fā)，返回執(zhí)行步驟3。
[0015]本發(fā)明采用中心雙工配置星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輪詢的異步組網(wǎng)傳輸方式，達(dá)到短波同步組網(wǎng)信道利用率，避免同步組網(wǎng)的時(shí)間同步需求。
[0016]步驟4中采用輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文傳輸?shù)姆绞?，短波?bào)文采用固定長度短觸發(fā)形式，報(bào)文包含短波網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段、輪詢報(bào)文字段和業(yè)務(wù)報(bào)文字段；短波輪詢控制器生成輪詢報(bào)文字段后，讀取發(fā)送業(yè)務(wù)緩存，判斷是否為空:如果此刻發(fā)送業(yè)務(wù)緩存空閑，則將業(yè)務(wù)報(bào)文字段空置，廣播該單獨(dú)輪詢報(bào)文，否則，則將業(yè)務(wù)報(bào)文寫入報(bào)文的業(yè)務(wù)報(bào)文字段，通過輪詢報(bào)文捎帶廣播。
[0017]步驟5短波輪詢控制器從發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列中讀到的業(yè)務(wù)報(bào)文，判斷該報(bào)文是否已被重發(fā)，如果該業(yè)務(wù)報(bào)文為新產(chǎn)生報(bào)文或只被發(fā)送過一次，則將該報(bào)文寫入報(bào)文的業(yè)務(wù)報(bào)文字段，通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文廣播下發(fā)；如果短波輪詢控制器從發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列中讀到的業(yè)務(wù)報(bào)文已經(jīng)被進(jìn)行了一次重傳，則從緩存區(qū)中刪除該報(bào)文。
[0018]步驟4、5中短波輪詢控制器廣播單獨(dú)輪詢報(bào)文和廣播輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文后，不進(jìn)行等待，立即進(jìn)行對(duì)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)輪詢操作；節(jié)點(diǎn)通過接收輪詢報(bào)文，啟動(dòng)上行業(yè)務(wù)傳輸。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:(1)中心采用短波接收機(jī)和發(fā)射機(jī)分離，通過有限代價(jià)的雙工配置結(jié)構(gòu)，提高窄帶網(wǎng)絡(luò)的信道容量；(2)通過輪詢的異步組網(wǎng)方式，采用無等待，連續(xù)廣播輪詢報(bào)文，達(dá)到短波同步組網(wǎng)信道利用率，避免同步組網(wǎng)的時(shí)鐘精確同步需求和建網(wǎng)過程；(3)通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文，避免單獨(dú)傳輸業(yè)務(wù)報(bào)文帶來的信道消耗，進(jìn)一步提高窄帶短波信道利用率；(4)通過下行業(yè)務(wù)廣播一次重傳，避免上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)造成的下行業(yè)務(wù)接收丟包，保證下行業(yè)務(wù)傳輸可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0021]圖1為本發(fā)明的應(yīng)用場景示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的中心和節(jié)點(diǎn)短波設(shè)備配置。
[0023]圖3為本發(fā)明的輪詢傳輸方法的實(shí)施步驟。
[0024]圖4為本發(fā)明的輪詢傳輸方法的短波輪詢控制器處理協(xié)議流程圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的短波路徑傳輸路徑示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明中廣播報(bào)文字段組成示意圖。
[0027]圖7為相對(duì)本發(fā)明采用傳統(tǒng)半雙工配置輪詢方式的報(bào)文傳輸時(shí)序圖。
[0028]圖8為本發(fā)明中心與節(jié)點(diǎn)報(bào)文傳輸時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例
[0030]結(jié)合圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的一種基于雙工結(jié)構(gòu)短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，包括以下步驟:
[0031]步驟1:點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短波通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。短波網(wǎng)絡(luò)通過短波信號(hào)的天波傳輸實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信，電離層反射傳播是短波天波傳輸?shù)闹饕獋鞑シ绞?，而電離層的不穩(wěn)定性決定了短波信道參數(shù)的不斷變化。
[0032]在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃時(shí)，需要充分考慮短波信道的特點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)分布在相對(duì)中心較為集中的一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)中心到各節(jié)點(diǎn)的距離基本一致，本實(shí)施例設(shè)置中心到節(jié)點(diǎn)距離約為600km，節(jié)點(diǎn)分布在45度的扇區(qū)內(nèi)，從而保證中心到各節(jié)點(diǎn)的短波信道質(zhì)量和變化規(guī)律基本一致。如圖1為一個(gè)典型的監(jiān)控系統(tǒng)仿真場景，中心到各傳節(jié)點(diǎn)具有類似的信道特性，保證星型網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)可通性一致。
[0033]步驟2:中心與節(jié)點(diǎn)短波通信設(shè)備配置。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)配置I部半雙工短波電臺(tái)，與傳感器節(jié)點(diǎn)連接，獲取監(jiān)視數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)收集中心配置I套短波發(fā)射機(jī)、I部短波接收機(jī)和I部短波輪詢控制器，并通過短波輪詢控制器連接數(shù)據(jù)收集中心網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備配置如圖2所示。
[0034]短波輪詢控制器硬件采用嵌入式處理平臺(tái)，并提供分別連接電臺(tái)的兩個(gè)異步串行接口和連接中心局域網(wǎng)的以太網(wǎng)接口，軟件開發(fā)采用Linux操作系統(tǒng)，短波輪詢控制器處理協(xié)議流程如圖4所示，詳細(xì)邏輯描述對(duì)應(yīng)步驟3到步驟5。
[0035]短波通信網(wǎng)絡(luò)上行和下行信道采用不同的頻率，并保持必要的頻率間隔，避免干擾，完成中心全雙工配置，詳細(xì)中心和節(jié)點(diǎn)短波參數(shù)配置如下表所示。
[0036]表1中心與節(jié)點(diǎn)短波主要配置參數(shù)
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短波通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，規(guī)劃星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的短波通信網(wǎng)絡(luò)地理覆蓋區(qū)域；通信網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)數(shù)據(jù)收集中心和N個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，與數(shù)據(jù)收集中心連接的一個(gè)短波輪詢控制器，所述短波輪詢控制器連接一臺(tái)短波接收機(jī)和一臺(tái)短波發(fā)射機(jī)，每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)連接一臺(tái)短波收發(fā)機(jī)與所述短波接收機(jī)和短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行無線傳輸，N為自然數(shù)；步驟2:數(shù)據(jù)收集中心與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)短波通信設(shè)備配置:對(duì)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的短波通信網(wǎng)絡(luò)各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備部署，構(gòu)成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短波信道共享網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集中心到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)下行的全雙工配置和數(shù)據(jù)收集中心到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上行的半雙工配置的收、發(fā)異頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；步驟3:輪詢報(bào)文字段填充:數(shù)據(jù)收集中心生成并查詢輪詢序列，確定當(dāng)前輪詢的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)象，將輪詢對(duì)象地址寫入輪詢報(bào)文字段； 步驟4:輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文使能:查詢發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列，判斷是否有下行廣播業(yè)務(wù)報(bào)文需要傳輸；如果沒有，則廣播單獨(dú)輪詢報(bào)文，返回步驟3，如果有，則執(zhí)行步驟5，進(jìn)行輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文處理； 步驟5:業(yè)務(wù)報(bào)文重發(fā)判決:判斷從發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列中讀出的業(yè)務(wù)報(bào)文是否已經(jīng)被重傳過，如果已被重傳過，則從緩存中刪除該報(bào)文，返回執(zhí)行步驟4 ;如果沒有被重傳過，則通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文廣播下發(fā)，返回步驟3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，其特征在于，步驟4中采用輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文傳輸?shù)姆绞?，短波?bào)文采用固定長度短觸發(fā)形式，報(bào)文包含短波網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段、輪詢報(bào)文字段和業(yè)務(wù)報(bào)文字段；短波輪詢控制器生成輪詢報(bào)文字段后，讀取發(fā)送業(yè)務(wù)緩存，判斷是否為空:如果此刻發(fā)送業(yè)務(wù)緩存空閑，則將業(yè)務(wù)報(bào)文字段空置，廣播該單獨(dú)輪詢報(bào)文，否則，則將業(yè)務(wù)報(bào)文寫入報(bào)文的業(yè)務(wù)報(bào)文字段，通過輪詢報(bào)文捎帶廣播。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，其特征在于，步驟5短波輪詢控制器從發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列中讀到的業(yè)務(wù)報(bào)文，判斷該報(bào)文是否已被重發(fā)，如果該業(yè)務(wù)報(bào)文為新產(chǎn)生報(bào)文或只被發(fā)送過一次，則將該報(bào)文寫入報(bào)文的業(yè)務(wù)報(bào)文字段，通過輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文廣播下發(fā)；如果短波輪詢控制器從發(fā)送業(yè)務(wù)緩存序列中讀到的業(yè)務(wù)報(bào)文已經(jīng)被進(jìn)行了一次重傳，則從緩存區(qū)中刪除該報(bào)文。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙工結(jié)構(gòu)的短波網(wǎng)絡(luò)輪詢傳輸方法，其特征在于，步驟4、5中短波輪詢控制器廣播單獨(dú)輪詢報(bào)文和廣播輪詢報(bào)文捎帶業(yè)務(wù)報(bào)文后，不進(jìn)行等待，立即進(jìn)行對(duì)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)輪詢操作；節(jié)點(diǎn)通過接收輪詢報(bào)文，啟動(dòng)上行業(yè)務(wù)傳輸。
【文檔編號(hào)】H04L5/14GK104135357SQ201410406310
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】范賢學(xué), 金興華, 王一峰, 高承志 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所