CN108934020A - 基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法及*** - Google Patents

基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，包括以下步骤，网络主台接入超帧结构多跳自组网，以多跳自组网运行时间基准，发送同步信号；其他网络节点捕获同步信号；捕获成功则获得单向同步；并依据MAC地址使用广播信令时隙发送广播信号，在其他网络节点广播信令时隙上搜索，建立邻居链路关系；测距并进行路径传输时延校正；进行邻居发现和天线调整，得出最佳发送和接收天线；子频信道随机接入A时隙，每个时隙的信道接入小时隙；在周期内，M个信道接入小时隙，按照MAC地址平均分配；本发明基于微波网络和分布式窄带波束定向天线，实现在高机动场景下可靠稳定传输、定向天线快速实时调整，有效提升了网络综合通信性能。

Description

基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法及***
技术领域
本发明涉及微波网络研究领域，特别涉及基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法及***。
背景技术
海上舰艇编队将随着不同训练和作战需求而不断变化网络拓扑结构，因此其对应的分布式无线网络的信道接入协议设计一直是研究焦点，传统基于全向天线的信号广播传输模型的技术研究已经十分成熟。而使用定向天线进行信号收发的定向网络在信号传输模型方面将发生巨大变化，已有的这些基于无线信号广播模型的信道接入方案将不再适用于定向网络，需要研究匹配新信道模型的新型高效信道接入技术。
和陆地上微波接力机的高架静态组网应用不同，海上舰艇编队微波网络具备如下特性：网络节点数量较少：即使是大型编队，如一个航母打击群，其网络中舰船的数量也一般不会超过10艘；网络拓扑的多样性：在不同训练和作战模式下，不同舰艇在编队中的位置将出现较大的变化，导致出现不同的网络拓扑；网络节点的移动性：海上舰艇一般是处于行驶状态中，因此微波网络必须具备较强的动中通信能力；
目前许多的定向网络的通信技术都需要依赖卫星定位***或者其它措施提供的节点位置信息，但军事应用背景下无疑是非常危险和致命的；另外由于舰载平台甲板以上的上层建筑部分结构复杂，很难实现靠单一天线实现军舰四周360°无遮挡覆盖，这必将导致网络电台无法与周边节点进行可靠通信，同时也很难在复杂上层建筑中间找到一个制高点实现天线360°的无遮挡安装。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法。
本发明的另一目的是提供基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入***。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，包括以下步骤：
S1、网络主台开机后接入超帧结构的多跳自组网，以多跳自组网运行时间基准，占用第一子频的广播信令时隙，并轮流使用多根天线发送多跳自组网时间基准信息的同步信号；
S2、多跳自组网的其他网络节点进行同步信号捕获；其他网络节点包含已经入网的网络节点和未入网的网络节点；
S3、未接入多跳自组网的网络节点第X根天线捕获到某个已入网邻居网络节点的第y根天线发送的同步信号后，未接入多跳自组网的网络节点获得单向同步；
S4、实现单向同步的网络节点依据自身的MAC地址在超频中使用自身的广播信令时隙发送广播信号，同时在其他网络节点的广播信令时隙上继续搜索，直至建立邻居链路关系，从而能进行数据业务传输；
S5、单向同步的网络节点和其上级时间同步网络节点利用各自的广播信令时隙进行测距，进行路径传输时延校正；
S6、网络节点之间使用邻居节点互相发现机制和天线对准实时调整机制，得出最佳发送天线和最佳接收天线；
S7、基于最佳发送天线和最佳接收天线，超帧结构的一个子频的信道随机接入A时隙，每个时隙的信道接入小时隙；所述一个子频的信道有4个，所述每个A时隙的信道有4个；
S8、以个A时隙为一个信道接入周期，在一个周期内，有M个信道接入小时隙，按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点。
步骤S1中，所述超频结构的多跳自组网中，一个超频由M个子频组成，M表示网络开通前预设的网络节点数量；所述预设的网络节点数量典型设置值为：2、4、8、12；
所述子频，一个子频含三类不同功能的时隙：广播信令时隙BS、信道随机接入时隙A、数据传输时隙D；
所述广播信息时隙包含L*N个广播信令小时隙和1个时延保护时隙，供多跳自组网网络中的某个网络节点L*N根窄带波束定向天线轮流发送一次信令信号，其中一个超频中的M个广播信息时隙按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点；
所述信道随机接入时隙含4个小信令时隙和对应的4个时延保护时隙，按照MAC地址固定分配给4个不同网络节点使用；4个不同的网络节点能在自己的小时隙上发送业务建链申请信号RTS、业务建链同意信号CTS、数据时隙接收CRC结果应答；
所述数据传输时隙用于网络节点之间的数据传输，时间长度为10ms，网络节点利用信道随机时隙进行数据时隙资源预约；
一个超频的时间长度为：
Tf＝40*M+17*M*TG+(L*N+M)*M*Ts；
其中，Ts为信令信号的时间长度，TG为时延保护时间，L为扇区数量，N为每个扇区所安装的窄带波速定向天线数量；
所述网络主台为微波网络电台，所述多跳自组网运行时间基准为微波网络电台时间基准；所述微波网络电台的MAC地址为0；
步骤S2中，具体过程为：多跳自组网的其他网络节点先轮流使用奇数编号天线进行同步信号捕获，捕获失败再使用偶数天线进行同步信号捕获，一直循环，直到某根天线成功捕获同步信号；其中每根天线的接受时间为Tf+Ts，即一个超帧时间加上一个信令信号的时间长度；
步骤S3中，所述节点获得单向同步，即获取含单向传输时延的网络运行时间；
步骤S5中，具体为：下级时间同步节点D2在某个超频中成功接收了其上级时间同步节点D1在其广播时隙上第M根天线发送的携带时间信息的同步信号，随后下级时间同步节点D2也成功接收到上级时间同步节点D1在其信号广播时隙上第n根天线发送的同步信号。上级时间同步节点D1根据下级时间同步节点D2的同步信号相关峰检测时间计算出了双方的信号传输时延Td：
Td＝(TT-Tsyn-T+(M-N)Ts)/2，
其中，TT为上级时间同步节点D1的第M根天线发送信号时间和检测到下级时间同步节点D2的第N根天线的同步头信号的时间计时间隔，Tsyn为同步头信号的时间长度，T为超帧结构中上级时间同步节点D1的广播时隙和下级时间同步节点D2的广播时隙之间的间隔；
上级时间同步节点D1计算出自身和下级时间同步节点D2的距离后将在下一个超频自己的广播时隙上将距离通知给上级时间同步节点D1，上级时间同步节点D1根据距离修正自己的网络时间基准；
步骤S6中，所述邻居节点互相发现机制过程如下：
T1、按MAC地址就一个超帧包含的M个广播信令时隙分配给多跳自组网的M个预规划节点；
T2、入网后的网络节点将在自身预分配广播信令时隙中轮流使用L*N根天线发送360度全向覆盖的同步信令信号；
T3、网络节点实现单向同步后，将和网络其中M-1个节点之间的状态定义为两种：非邻居节点状态SNN和邻居节点状态SN，当邻居节点连续5个超帧没有收到对方的信令信号，则装换成非邻居节点；当非邻居节点收到对方的信令信号，则转换为邻居节点；
T4、节点1每次使用一根天线监听非邻居节点的节点2广播时隙发送的L*K°个不同方向的同步信令信号，如果全部接受失败，则在节点2的下一个广播时隙上更换天线继续监听，节点1重复接受过程，直至某根天线成功接收到节点2的某根天线发送的广播同步信令信号，即完成邻居节点单向发现，非邻居节点的节点2转换为邻居节点的节点2；使用天线的顺序从奇数编号天线开始；
T5、对于节点1，如果使用第W根天线完成对节点2的邻居节点单向发现，则使用第W根天线相邻的两根天线分别对节点2后续的2个广播时隙进行信号接收，节点1根据三根天线的信号接收质量得出对节点2的最佳接收天线，以及节点1对应最佳接收天线的最佳发射天线；
T6、节点1在自己的广播时隙上得到最佳发射天线编号信息，节点2在自己的广播时隙上得到最佳天线编号信息；
步骤S6中，所述天线对准实时调整机制，具体过程如下：
U1、节点1和节点2邻居节点相互发现后，节点1最佳接收天线为XXX，节点2最佳接收天线为YYY，节点1使用天线XXX监听节点2的广播信令信号，记录天线XXX对节点2的L*N根天线信令信号的接收结果，节点2使用天线YYY监听节点1的广播信令信号，记录天线YYY对节点1信令信号接收结果；所述接收结果为是否正确接收以及正确接收时的信号接收信噪比；
U2、节点1天线XXX连续2次正确接收节点2的另一根天线YYY'发送的同步信令信号，且接收信噪比比当前维持的天线组合XXX，YYY的信号接收信噪比高，则节点1将更新最佳接收天线及对应最佳接收天线的节点2的最佳发射天线，并在自己的广播时隙上通知节点2最佳发射天线更新信息；节点2采用相同机制更新和节点1之间的最佳接收天线和最佳发射天线；
U3、节点1连续3个超频无法正确接收节点2的广播信令信号，则在后2个超频中轮流使用天线XXX相邻的2根天线进行监听，如果能正确接收信号，则进行天线组合更新并通知节点2；如果全部接收失败，则节点1把节点2状态转换为非邻居节点，重新进行邻居节点发现机制；节点2也采用相同机制进行邻居关系维护。
步骤S8中，具体过程为：在信道接入过程，按照信道接入规则，采用RTS的A时隙、CTS的A时隙、数据传输的D时隙、ACK的A时隙机制，即业务发送方在自己预分配信道接入小时隙上向某个目的邻居节点发送业务传输建链申请信令RTS，而信令目的节点收到RTS信令后在自己预分配信道接入小时隙上反馈业务传输同意信令CTS。其中RTS信令将携带待传输数据业务的属性信息，包括业务类型、优先级和数据量大小，而CTS信令则携带业务传输速率和传输数据时隙的位置信息；业务发送方在收到目的节点的CTS应答信令后，则基于相关信令信息使用指示速率在指定数据时隙上发送业务数据；另外邻居节点之间的信道接入信令交互过程中，发送方将在自己的信道接入小时隙上使用由接收方在其广播信令时隙上通知的最佳发射天线进行信道接入信令发射，而在其它邻居节点的信道接入时隙上，则分别使用对应的最佳接收天线来接收对方可能发送的信令；
所述信道接入规则有：
只有已经互相发现的邻居节点之间才能在各自预分配信道接入小时隙上使用对方所通知使用发射天线向对方发送信令；
在自己预分配的信道接入小时隙来临时，如果信道接入信令队列中存在多个不同目的地址的待发送信令，则基于待传输业务的优先级进行信令排队，同等级时则目的MAC地址小的信令优先，其中ACK应答信令等级最高，RTS和CTS信令次之且优先级相同。考虑到定向天线的信号传输特性，多播或广播数据业务将退化为多个独立单播业务，需要和目的节点分别逐个进行业务建链和数据传输；
RTS信令发送一次后，如果在3个信道接入周期内没有收到目的节点的CTS应答信令，则重新发送。重复上述过程直至收到对方应答信令或发送次数达到规定上限K；
对于一个信道接入周期的其它M-1个其它网络节点的信令小时隙，如果该时隙是属于处于SN状态的邻居节点的，则使用与之维护的天线组合中自身的天线进行信令信号接收；如果是属于SNN状态的非邻居节点的，则在该时隙上处于空闲状态，放弃接收。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入***：包括通过光纤连接的分布式天线***和微波网络电台；
所述分布式天线***包括L个天线扇面，能实现舰载平台360°水平覆盖；所述天线扇面包含N根窄带定向天线，每个天线扇面负责K°的通信覆盖，且L*K大于360°；通过开关矩阵按需从L*N根窄带定向天线中选择一根窄带定向天线进行信号的发送和接收，即半双工工作机制；
所述微波网络电台用于与周边节点进行通信。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用超帧结构构建多跳自组网，保证舰艇节点之间在不借助卫星定位***时的实时天线对准和调整，在频率资源利用效率、组网时间、信道接入时延和网络吞吐量等指标方面可以达到较高的水平。
2、本发明采用微波通信，容量大，信道参数受外部影响小，信道特性较为稳定，且定向天线的增益高，方向性强，具有较好的空域抗干扰和抗截获能力。
3、本发明采用分布式天线***集成技术，使用窄带波束定向天线，打破传统单一天线安装方式，实现军舰360°无遮挡覆盖，并结合邻居节点互相发现机制和天线对准实时调整机制，使得微波网络电台与周边节点进行可靠通信。
附图说明
图1是本发明所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法的方法流程图。
图2是本发明所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法的超帧结构设计方案图。
图3是本发明所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法中未入网网络节点同步搜索机制示意图。
图4是本发明所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法的单向同步节点R在一个超帧的M个广播时隙上的状态示意图。
图5是本发明窄带波束定向天线的主瓣波束交叠示意图。
图6是本发明的上下级时间节点之间的测距过程原理示意图。
图7是本发明中网络节点进行业务多路无干扰并行传输示意图。
图8是本发明中节点1和节点3的一次数据传输过程示意图。
图9是本发明实施例中四个扇区窄带波束定向天线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，如图1所示，包括以下步骤：
第一步：舰艇编队的网络主台开机后接入超帧结构的多跳自组网，并以自身的时间基准作为整个网络运行时间基准，即以多跳自组网运行时间为基准，占用第一子频的广播信令时隙，并轮流使用L*N根天线发送多跳自组网时间基准信息的同步信号；
超频结构的多跳自组网中，超帧结构设计如图2所示，一个超频由M个子频组成，M表示网络开通前预设的网络节点数量；所述预设的网络节点数量典型设置值为：2、4、8、12；
一个子频含三类不同功能的时隙：广播信令时隙BS、信道随机接入时隙A、数据传输时隙D；
广播信息时隙包含L*N个广播信令小时隙和1个时延保护时隙，供多跳自组网网络中的某个网络节点L*N根窄带波束定向天线轮流发送一次信令信号，其中一个超频中的M个广播信息时隙按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点；
信道随机接入时隙含4个小信令时隙和对应的4个时延保护时隙，按照MAC地址固定分配给4个不同网络节点使用；4个不同的网络节点能在自己的小时隙上发送业务建链申请信号RTS、业务建链同意信号CTS、数据时隙接收CRC结果应答；
数据传输时隙用于网络节点之间的数据传输，时间长度为10ms，网络节点利用信道随机时隙进行数据时隙资源预约；
一个超频的时间长度为：Tf＝40*M+17*M*TG+(L*N+M)*M*Ts；
其中，Ts为信令信号的时间长度，TG为时延保护时间，L为扇区数量，N为每个扇区所安装的窄带波速定向天线数量；
网络主台为微波网络电台，多跳自组网运行时间基准为微波网络电台时间基准；所述微波网络电台的MAC地址为0；。
第二步：多跳自组网的其他网络节点进行同步信号捕获，因为相邻天线具备接收区域重叠特性，所以首先轮流使用奇数编号天线进行信号捕获，奇数编号天线信号捕获失败，则使用偶数编号天线进行信号捕获，重复进行信号捕获，直到某根天线成功捕获同步信号，如图3所示；其中每根天线的接收时间为Tf+Ts，即一个超频时间加上一个信令信号的时间长度，未接入网的网络节点能在不大于L*N*(Tf+Ts)时间里，至少成功捕获一次邻居节点发送的同步信号；
考虑到舰艇编队的网络节点较少，网络拓扑也相对稳定，所以广播信令时隙需要承载的信令比特较少(几十个比特量级)且微波信号的信号带宽较大(几十MHz量级)，因此信令信号所需的时间长度较小，Ts＝0.1毫秒是一个典型值；在传输时延保护上，作战编队中船舰之间的最大距离一般不会太大，75km(TG＝0.25毫秒)的单跳传输距离保护基本就可以满足自组织网络的通信需求了。
第三步：未接入网络的网络节点第X根天线捕获到某个已入网邻居网络节点的第Y根天线发送的同步信号后，网络节点获得单向同步，即获取含单向传输时延的网络运行时间。
第四步：实现单向同步的网络节点依据自身的MAC地址在超频中使用自身的广播信令时隙发送广播信号，如图4所示，同时在其他网络节点的广播信令时隙上继续搜索，直至建立邻居链路关系，为保障通信链路在移动场景下的收发天线无缝切换，在天线设计过程中相邻窄带波束定向天线的主瓣波束之间需要一定比例的互相重叠，如图5所示。
第五步：单向同步的网络节点和其上级时间同步网络节点利用各自的广播信令时隙进行测距，进行路径传输时延校正，如图6所示；
具体为：下级时间同步节点D2在某个超频中成功接收了其上级时间同步节点D1在其广播时隙上第M根天线发送的携带时间信息的同步信号，随后下级时间同步节点D2也成功接收到上级时间同步节点D1在其信号广播时隙上第N根天线发送的同步信号；上级时间同步节点D1根据下级时间同步节点D2的同步信号相关峰检测时间计算出了双方的信号传输时延Td：
Td＝(TT-Tsyn-T+(M-N)Ts)/2，
其中，TT为上级时间同步节点D1的第M根天线发送信号时间和检测到下级时间同步节点D2的第N根天线的同步头信号的时间计时间隔，Tsyn为同步头信号的时间长度，T为超帧结构中上级时间同步节点D1的广播时隙和下级时间同步节点D2的广播时隙之间的间隔；
上级时间同步节点D1计算出自身和下级时间同步节点D2的距离后将在下一个超频自己的广播时隙上将距离通知给上级时间同步节点D1，上级时间同步节点D1根据距离修正自己的网络时间基准；
第六步：使用网络节点之间邻居节点互相发现机制和天线对准实时调整机制，得出最佳发送天线和最佳接收天线；
所述邻居节点互相发现机制过程如下：
T1、按MAC地址就一个超帧包含的M个广播信令时隙分配给多跳自组网的M个预规划节点；
T2、入网后的网络节点将在自身预分配广播信令时隙中轮流使用L*N根天线发送360度全向覆盖的同步信令信号；
T3、网络节点实现单向同步后，将和网络其中M-1个节点之间的状态定义为两种：非邻居节点状态SNN和邻居节点状态SN，当邻居节点连续5个超帧没有收到对方的信令信号，则转换成非邻居节点；当非邻居节点收到对方的信令信号，则转换为邻居节点；
T4、节点1每次使用一根天线监听非邻居节点的节点2广播时隙发送的L*K°个不同方向的同步信令信号，如果全部接受失败，则在节点2的下一个广播时隙上更换天线继续监听，节点1重复接受过程，直至某根天线成功接收到节点2的某根天线发送的广播同步信令信号，即完成邻居节点单向发现，非邻居节点的节点2转换为邻居节点的节点2；使用天线的顺序从奇数编号天线开始；
T5、对于节点1，如果使用第W根天线完成对节点2的邻居节点单向发现，则使用第W根天线相邻的两根天线分别对节点2后续的2个广播时隙进行信号接收，节点1根据三根天线的信号接收质量得出对节点2的最佳接收天线，以及节点1对应最佳接收天线的最佳发射天线；
T6、节点1在自己的广播时隙上得到最佳发射天线编号信息，节点2在自己的广播时隙上得到最佳天线编号信息；
天线对准实时调整机制，具体过程如下：
U1、节点1和节点2邻居节点相互发现后，节点1最佳接收天线为XXX，节点2最佳接收天线为YYY，节点1使用天线XXX监听节点2的广播信令信号，记录天线XXX对节点2的L*N根天线信令信号的接收结果，节点2使用天线YYY监听节点1的广播信令信号，记录天线YYY对节点1信令信号接收结果；所述接收结果为是否正确接收以及正确接收时的信号接收信噪比；
U2、节点1天线XXX连续2次正确接收节点2的另一根天线YYY'发送的同步信令信号，且接收信噪比比当前维持的天线组合XXX，YYY的信号接收信噪比高，则节点1将更新最佳接收天线及对应最佳接收天线的节点2的最佳发射天线，并在自己的广播时隙上通知节点2最佳发射天线更新信息；节点2采用相同机制更新和节点1之间的最佳接收天线和最佳发射天线；
U3、节点1连续3个超频无法正确接收节点2的广播信令信号，则在后2个超频中轮流使用天线XXX相邻的2根天线进行监听，如果能正确接收信号，则进行天线组合更新并通知节点2；如果全部接收失败，则节点1把节点2状态转换为非邻居节点，重新进行邻居节点发现机制；节点2也采用相同机制进行邻居关系维护。
第七步：基于最佳发送天线和最佳接收天线，实现网络节点使用窄带波束定向天线进行业务多路无干扰并行传输，如图7所示，超帧结构的一个子频含4个信道，随机接入A时隙，每个时隙的信道接入小时隙；所述每个A时隙包含4个信道接入小时隙。
第八步：以个A时隙为一个信道接入周期，在一个周期内，有M个信道接入小时隙，按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点；
具体过程为：在信道接入过程，考虑到网络节点都使用窄带波束定向天线，因此信道接入过程采用RTS(A时隙)-CTS(A时隙)-数据传输(D时隙)-ACK(A时隙)的机制，按照信道接入规则，采用RTS的A时隙、CTS的A时隙、数据传输的D时隙、ACK的A时隙机制，即业务发送方在自己预分配信道接入小时隙上向某个目的邻居节点发送业务传输建链申请信令RTS，而信令目的节点收到RTS信令后在自己预分配信道接入小时隙上反馈业务传输同意信令CTS。其中RTS信令将携带待传输数据业务的属性信息，包括业务类型、优先级和数据量大小，而CTS信令则携带业务传输速率和传输数据时隙的位置信息；业务发送方在收到目的节点的CTS应答信令后，则基于相关信令信息使用指示速率在指定数据时隙上发送业务数据；另外邻居节点之间的信道接入信令交互过程中，发送方将在自己的信道接入小时隙上使用由接收方在其广播信令时隙上通知的最佳发射天线进行信道接入信令发射，而在其它邻居节点的信道接入时隙上，则分别使用对应的最佳接收天线来接收对方可能发送的信令；如图8所示，给出4个节点的网络节点1和网络节点3之间的一次数据传输流程示意图；
为了提升信贷接入方案的性能，制定以下信道接入规则：
1、只有已经互相发现的邻居节点之间才能在各自预分配信道接入小时隙上使用对方所通知使用发射天线向对方发送信令；
2、在自己预分配的信道接入小时隙来临时，如果信道接入信令队列中存在多个不同目的地址的待发送信令，则基于待传输业务的优先级进行信令排队，同等级时则目的MAC地址小的信令优先，其中ACK应答信令等级最高，RTS和CTS信令次之且优先级相同。考虑到定向天线的信号传输特性，多播或广播数据业务将退化为多个独立单播业务，需要和目的节点分别逐个进行业务建链和数据传输；
3、RTS信令发送一次后，如果在3个信道接入周期内没有收到目的节点的CTS应答信令，则重新发送。重复上述过程直至收到对方应答信令或发送次数达到规定上限K；
4、对于一个信道接入周期的其它M-1个其它网络节点的信令小时隙，如果该时隙是属于处于SN状态的邻居节点的，则使用与之维护的天线组合中自身的天线进行信令信号接收；如果是属于SNN状态的非邻居节点的，则在该时隙上处于空闲状态，放弃接收。
比起全向天线的信号广播传输导致的信道干扰模型，在网络节点全部使用窄带波束定向天线进行信号收发的情况下，网络中同时发送的信号出现互相干扰的概率将大大降低，从而明显提升频率资源的空间复用度，大幅度提高整个网络的吞吐量。
基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入***：包括通过光纤连接的分布式天线***和微波网络电台；
所述分布式天线***包括L个天线扇面，能实现舰载平台360°水平覆盖；所述天线扇面包含N根窄带定向天线，每个天线扇面负责K°的通信覆盖，且L*K大于360°；通过开关矩阵按需从L*N根窄带定向天线中选择一根窄带定向天线进行信号的发送和接收，即半双工工作机制，如图9所示；
所述微波网络电台用于与周边节点进行通信。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、网络主台开机后接入超帧结构的多跳自组网，以多跳自组网运行时间基准，占用第一子频的广播信令时隙，并轮流使用多根天线发送多跳自组网时间基准信息的同步信号；
S2、多跳自组网的其他网络节点进行同步信号捕获；
S3、未接入多跳自组网的网络节点第X根天线捕获到某个已入网邻居网络节点的第y根天线发送的同步信号后，即同步信号捕获成功，未接入多跳自组网的网络节点获得单向同步；
S4、实现单向同步的网络节点依据自身的MAC地址在超频中使用自身的广播信令时隙发送广播信号，同时在其他网络节点的广播信令时隙上继续搜索，直至建立邻居链路关系，即能进行数据业务传输；
S5、单向同步的网络节点和其上级时间同步网络节点利用各自的广播信令时隙进行测距，进行路径传输时延校正；
S6、网络节点之间使用邻居节点互相发现机制和天线对准实时调整机制，得出最佳发送天线和最佳接收天线；
S7、基于最佳发送天线和最佳接收天线，超帧结构的一个子频的信道随机接入A时隙，每个时隙的信道接入小时隙；
S8、以个A时隙为一个信道接入周期，在一个周期内，有M个信道接入小时隙，按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点。
2.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S1中，所述超频结构的多跳自组网中，一个超频由M个子频组成，M表示网络开通前预设的网络节点数量；所述预设的网络节点数量典型设置值为：2、4、8、12；
所述子频，一个子频含三类不同功能的时隙：广播信令时隙BS、信道随机接入时隙A、数据传输时隙D；
所述广播信息时隙包含L*N个广播信令小时隙和1个时延保护时隙，供多跳自组网网络中的某个网络节点L*N根窄带波束定向天线轮流发送一次信令信号，其中一个超频中的M个广播信息时隙按照MAC地址固定平均分配给M个预设网络节点；
所述信道随机接入时隙含4个小信令时隙和对应的4个时延保护时隙，按照MAC地址固定分配给4个不同网络节点使用；4个不同的网络节点能在自己的小时隙上发送业务建链申请信号RTS、业务建链同意信号CTS、数据时隙接收CRC结果应答；
所述数据传输时隙用于网络节点之间的数据传输，时间长度为10ms，网络节点利用信道随机时隙进行数据时隙资源预约；
一个超频的时间长度为：
Tf＝40*M+17*M*TG+(L*N+M)*M*Ts；
其中，Ts为信令信号的时间长度，TG为时延保护时间，L为扇区数量，N为每个扇区所安装的窄带波速定向天线数量；
所述网络主台为微波网络电台，所述多跳自组网运行时间基准为微波网络电台时间基准；所述微波网络电台的MAC地址为0。
3.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S2中，具体过程为：多跳自组网的其他网络节点先轮流使用奇数编号天线进行同步信号捕获，捕获失败再使用偶数天线进行同步信号捕获，一直循环，直到某根天线成功捕获同步信号；其中每根天线的接受时间为Tf+Ts，即一个超帧时间加上一个信令信号的时间长度；所述多跳网络的其他节点包含已经入网的节点和未入网的节点。
4.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S3中，所述节点获得单向同步，即获取含单向传输时延的网络运行时间；所述获得单向同步的网络节点为未接入网络的网络节点。
5.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S5中，具体为：下级时间同步节点D2在某个超频中成功接收了其上级时间同步节点D1在其广播时隙上第M根天线发送的携带时间信息的同步信号，随后下级时间同步节点D2也成功接收到上级时间同步节点D1在其信号广播时隙上第n根天线发送的同步信号；上级时间同步节点D1根据下级时间同步节点D2的同步信号相关峰检测时间计算出了双方的信号传输时延Td：
Td＝(TT-Tsyn-T+(M-N)Ts)/2，
其中，TT为上级时间同步节点D1的第M根天线发送信号时间和检测到下级时间同步节点D2的第N根天线的同步头信号的时间计时间隔，Tsyn为同步头信号的时间长度，T为超帧结构中上级时间同步节点D1的广播时隙和下级时间同步节点D2的广播时隙之间的间隔；
上级时间同步节点D1计算出自身和下级时间同步节点D2的距离后，在下一个超频自己的广播时隙上将计算出的距离通知给上级时间同步节点D1，上级时间同步节点D1根据距离修正自己的网络时间基准。
6.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S6中，所述邻居节点互相发现机制过程如下：
T1、按MAC地址就一个超帧包含的M个广播信令时隙分配给多跳自组网的M个预规划节点；
T2、入网后的网络节点将在自身预分配广播信令时隙中轮流使用L*N根天线发送360度全向覆盖的同步信令信号；
T3、网络节点实现单向同步后，将和网络其中M-1个节点之间的状态定义为两种：非邻居节点状态SNN和邻居节点状态SN，当邻居节点连续5个超帧没有收到对方的信令信号，则装换成非邻居节点；当非邻居节点收到对方的信令信号，则转换为邻居节点；
T4、节点1每次使用一根天线监听非邻居节点的节点2广播时隙发送的L*K°个不同方向的同步信令信号，如果全部接受失败，则在节点2的下一个广播时隙上更换天线继续监听，节点1重复接受过程，直至某根天线成功接收到节点2的某根天线发送的广播同步信令信号，即完成邻居节点单向发现，非邻居节点的节点2转换为邻居节点的节点2；使用天线的顺序从奇数编号天线开始；
T5、对于节点1，如果使用第W根天线完成对节点2的邻居节点单向发现，则使用第W根天线相邻的两根天线分别对节点2后续的2个广播时隙进行信号接收，节点1根据三根天线的信号接收质量得出对节点2的最佳接收天线，以及节点1对应最佳接收天线的最佳发射天线；
T6、节点1在自己的广播时隙上得到最佳发射天线编号信息，节点2在自己的广播时隙上得到最佳天线编号信息。
7.根据权利要求1所述的基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S6中，所述天线对准实时调整机制，具体过程如下：
U1、节点1和节点2邻居节点相互发现后，节点1最佳接收天线为XXX，节点2最佳接收天线为YYY，节点1使用天线XXX监听节点2的广播信令信号，记录天线XXX对节点2的L*N根天线信令信号的接收结果，节点2使用天线YYY监听节点1的广播信令信号，记录天线YYY对节点1信令信号接收结果；所述接收结果为是否正确接收以及正确接收时的信号接收信噪比；
U2、节点1天线XXX连续2次正确接收节点2的另一根天线YYY'发送的同步信令信号，且接收信噪比比当前维持的天线组合XXX，YYY的信号接收信噪比高，则节点1将更新最佳接收天线及对应最佳接收天线的节点2的最佳发射天线，并在自己的广播时隙上通知节点2最佳发射天线更新信息；节点2采用相同机制更新和节点1之间的最佳接收天线和最佳发射天线；
U3、节点1连续3个超频无法正确接收节点2的广播信令信号，则在后2个超频中轮流使用天线XXX相邻的2根天线进行监听，如果能正确接收信号，则进行天线组合更新并通知节点2；如果全部接收失败，则节点1把节点2状态转换为非邻居节点，重新进行邻居节点发现机制；节点2也采用相同机制进行邻居关系维护。
8.根据权利要求1所述的基于窄带波束天线的微波网络信道接入方法，其特征在于，步骤S7中，所述一个子频的信道有一个以上，所述每个A时隙的信道有一个以上。
9.根据权利要求1所述的基于窄带波束天线的微波网络信道接入方法，其特这在于，步骤S8中，具体过程为：在信道接入过程，按照信道接入规则，采用RTS的A时隙、CTS的A时隙、数据传输的D时隙、ACK的A时隙机制，即业务发送方在自己预分配信道接入小时隙上向某个目的邻居节点发送业务传输建链申请信令RTS，而信令目的节点收到RTS信令后在自己预分配信道接入小时隙上反馈业务传输同意信令CTS；其中RTS信令将携带待传输数据业务的属性信息，包括业务类型、优先级和数据量大小，而CTS信令则携带业务传输速率和传输数据时隙的位置信息；业务发送方在收到目的节点的CTS应答信令后，则基于相关信令信息使用指示速率在指定数据时隙上发送业务数据；另外邻居节点之间的信道接入信令交互过程中，发送方将在自己的信道接入小时隙上使用由接收方在其广播信令时隙上通知的最佳发射天线进行信道接入信令发射，而在其它邻居节点的信道接入时隙上，则分别使用对应的最佳接收天线来接收对方可能发送的信令；
所述信道接入规则有：
只有已经互相发现的邻居节点之间才能在各自预分配信道接入小时隙上使用对方所通知使用发射天线向对方发送信令；
在自己预分配的信道接入小时隙来临时，如果信道接入信令队列中存在多个不同目的地址的待发送信令，则基于待传输业务的优先级进行信令排队，同等级时则目的MAC地址小的信令优先，其中ACK应答信令等级最高，RTS和CTS信令次之且优先级相同；考虑到定向天线的信号传输特性，多播或广播数据业务将退化为多个独立单播业务，需要和目的节点分别逐个进行业务建链和数据传输；
RTS信令发送一次后，如果在3个信道接入周期内没有收到目的节点的CTS应答信令，则重新发送；重复上述过程直至收到对方应答信令或发送次数达到规定上限K；
对于一个信道接入周期的其它M-1个其它网络节点的信令小时隙，如果该时隙是属于处于SN状态的邻居节点的，则使用与之维护的天线组合中自身的天线进行信令信号接收；如果是属于SNN状态的非邻居节点的，则在该时隙上处于空闲状态，放弃接收。
10.基于窄带波束定向天线的微波网络信道接入***，其特征在于，包括通过光纤连接的分布式天线***和微波网络电台；
所述分布式天线***包括L个天线扇面，能实现舰载平台360°水平覆盖；所述天线扇面包含N根窄带定向天线，每个天线扇面负责K°的通信覆盖，且L*K大于360°；通过开关矩阵按需从L*N根窄带定向天线中选择一根窄带定向天线进行信号的发送和接收，即半双工工作机制；
所述微波网络电台用于与周边节点进行通信。
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