CN109510658B - 应用于多浮空平台场景下的组网接入方法、***及平台 - Google Patents

应用于多浮空平台场景下的组网接入方法、***及平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法、***及平台，该方法包括如下步骤：选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程。相对于单个浮空平台，本发明是由点及面的组网，并实现浮空平台快速组网、快速通信的目的。

Description

应用于多浮空平台场景下的组网接入方法、***及平台
技术领域
本发明涉及浮空平台中继通信***领域，具体涉及一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法、***及浮空平台。
背景技术
随着全球各大领域对中继通信业务需求的增加，尤其是军事信息化作战领域，这就对中继通信***快速组建的能力提出了更高的要求。目前卫星中继***容量有限、延时较大、信号弱、易受干扰，而近年来对浮空平台的研究也越来越多，多浮空平台组网实现通信中继是一种可靠、大容量、低成本、低时延的多媒体通信的方式，且应急能力强，能够应对突发事件。快速、高效构建在浮空平台下的自组网，实现浮空平台之间的相互通信，感知周围环境信息，并交换各自状态信息，是未来战场的必然需求。
基于浮空平台的局域通信网是针对信息化作战对侦察情报信息实时传输与分发、作战单元信息实时交互等需求而构成的一体化网络，不仅可传输各作战单元发送的视频、图像、话音、遥控、遥测等信息至浮空平台，浮空平台还能对战场信息进行共享和分发。多浮空平台下，实现浮空平台的快速组网是应对战场瞬息变化的一种必须技术手段。
目前在浮空平台研究领域，主要是单个浮空平台如热气球中继试验为主，尤其是在军事领域应用背景下的研究与试验鲜有。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，达到浮空平台快速组网、快速通信的目的。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，包括如下步骤：
选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；
从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；
所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；
所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程。
进一步地，从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台，具体包括如下步骤：
A1：在第一时间窗内，所述浮空平台随机选择一个第一退避时间，在第一退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入A2；
A2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则在第一退避时间结束后，该浮空平台向其他所述浮空平台广播竞争帧，完成竞争帧的广播后，在第二时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A3；若否，则转入A4；
A3：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将该浮空平台作为中心平台；若否，则转入A4；
A4：该浮空平台接收其他所述浮空平台广播的竞争帧，并判断是否接收成功，若接收成功，则在第三时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A5；若接收失败，则返回A1；
A5：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将广播该浮空平台所接收的竞争帧的浮空平台作为中心平台；若否，则返回A4。
进一步地，所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程，具体包括如下步骤：
B1：在第四时间窗中，所述辅助平台随机选择一个第二退避时间，在第二退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入B2；
B2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则该辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并在第五时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入B3；若该辅助平台接收到其他辅助平台的时间同步申请，则返回B1；
B3：判断是否收到中心平台回复的信标帧，若收到，则时间同步成功，若未收到，则返回B1。
进一步地，所述信标帧的结构包括PN帧同步头、帧类型、源节点ID、目标节点ID、发送时间戳、信息段、备用段和CRC校验段，所述辅助平台读取发送时间戳，并完成时间同步。
进一步地，所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程，具体包括如下步骤：
C1：在第六时间窗中，所述用户随机选择一个第三退避时间，在第三退避时间内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，并转入C2；
C2：判断浮空平台与相应的用户之间的第二链路是否均空闲，若是，则该用户向相应的浮空平台发出同步入网请求包，并在第七时间窗内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，转入C3；若否，则转入C5；
C3：判断是否收到相应的浮空平台回复的应答包，若收到，则同步入网成功；若未收到，则转入C4；
C4：判断是否存在冲突事件，若存在冲突事件，则转入C5；若不存在冲突事件，则返回C1；
C5：该用户在第八时间窗中，随机选择一个第四退避时间进行退避等待，退避等待结束后，返回C1。
进一步地，创建定时器，步骤C4中，若不存在冲突事件，则在定时器的定时周期内，返回C1，重新发起同步入网申请，若重新发起同步入网申请的次数超过设定次数，则相应的浮空平台未在网或无线链路不可达。
进一步地，所述冲突事件包括该用户接收到其它用户发出的同步入网请求包、该用户相应的浮空平台回复给其它用户的应答包中的一种。
本发明还提供了一种应用于多浮空平台场景下的组网接入***，其包括：
第一模块，其用于选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；
第二模块，其用于从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；
第三模块，其用于所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；
第四模块，其用于所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程。
本发明还提供了一种浮空平台，其包括：
同步模块，其用于向其他浮空平台发出时间同步请求，并与其他浮空平台进行时间同步；
监听模块，其用于在第一时间窗内随机选择一个第一退避时间，并在所述第一退避时间内监听各浮空平台之间的第一链路；
判断模块，其用于判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲；
发送模块，其用于在第一退避时间结束时，在各浮空平台之间的第一链路均空闲的前提下广播用于竞争中心平台的竞争帧；同时，
所述监听模块还用于在广播竞争帧后，在第二时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，所述判断模块判断在第二时间窗内各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将本浮空平台设为中心平台。
进一步地，所述浮空平台还还包括接收模块，所述接收模块用于在判断模块判断在第二时间窗内各浮空平台之间的第一链路繁忙后，接收来自其他浮空平台的竞争帧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
相对于单个浮空平台，本发明是由点及面的组网，并实现浮空平台快速组网、快速通信的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用于多浮空平台场景下的组网接入方法流程图；
图2为本发明实施例提供的多浮空平台场景示意图；
图3为本发明实施例提供的各浮空平台竞争中心平台流程图；
图4为本发明实施例提供的竞争帧结构示意图；
图5为本发明实施例提供的辅助平台向中心平台进行时间同步流程图；
图6为本发明实施例提供的RTT双向时间同步原理图；
图7为本发明实施例提供的用户向浮空平台进行同步入网流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，包括如下步骤：
S1：选择一组正交PN扩频码以区别浮空平台级和用户级两层网络，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路，参见图2所示的应用场景，假设该场景下的最大通信距离为1000km，则最大通信延时为3.3ms，最小时隙宽度X＞＞3.3ms；
S2：各浮空平台竞争中心平台：从所有的浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；
参见图3所示，具体包括如下步骤：
S20：浮空平台上电后，该浮空平台在宽度为1X～5X(X为最小时隙宽度)的第一时间窗内，随机选择一个第一退避时间(比如100ms，100ms＞＞3.3ms)，在第一退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入S21；
S21：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，转入S22；若否，则转入S24；
S22：在第一退避时间结束后，该浮空平台向其他浮空平台广播竞争帧，以竞争中心平台，竞争帧的帧结构包括PN帧同步头、帧类型、源节点ID、目标节点ID、发送时间戳、信息段、备用段和CRC校验段，总长度为2kbit，参见图4所示；该浮空平台完成竞争帧的广播后，在宽度为2X的第二时间窗内(比如50ms，50ms＞＞3.3ms)持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入S23；
S23：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则判定该浮空平台本次的竞争帧广播成功，转入S28；若否，则判定该浮空平台本次竞争帧广播失败，转入S24；
S24：该浮空平台尝试接收其他浮空平台广播的竞争帧，并转入S25；
S25：判断是否接收成功，若该浮空平台成功接收了其他浮空平台广播的竞争帧，则该浮空平台在竞争帧接收结束后转入S26；若接收失败，则等待各浮空平台之间的第一链路均恢复空闲后，返回S20；
S26：在宽度为2X的第三时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入S27；
S27：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则转入S29；若否，则返回S24；
S28：将该浮空平台作为中心平台，其余的浮空平台作为辅助平台；
S29：将广播该浮空平台所接收的竞争帧的浮空平台作为中心平台，其余的浮空平台作为辅助平台。
各浮空平台在明确了中心平台后，各个辅助平台均向中心平台进行时间对齐，对齐的基准是中心平台回复的信标帧中的发送时间戳。
S3：浮空平台组网同步：辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；
参见图5所示，具体包括如下步骤：
S30：辅助平台在第四时间窗中，随机选择一个第二退避时间，在第二退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入S31；
S31：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则认为可以发起时间同步申请，转入S32；若在监听过程中，该辅助平台接收到其他辅助平台发起的时间同步申请，则认为当前各浮空平台之间的第一链路繁忙，返回S30；
S32：该辅助平台向中心平台发起时间同步申请，在第五时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入S33；
S33：判断该辅助平台是否收到中心平台回复的信标帧，若收到，则转入S34；若未收到，则返回S30；
S34：时间同步成功。
原理如附图6所示，A、B两点间钟差ΔAB，传播时延dAB。依据附图6先后发送关系，且每次发送数据包中依次包含t1、t2、t3、t4时间戳信息，有如下关系：
t2＝t1+ΔAB+dAB (1)
t4＝t3-ΔAB+dAB (2)
通过式(1)和(2)可求得ΔAB和dAB。
信标帧的结构包括PN帧同步头、帧类型、源节点ID、目标节点ID、发送时间戳、信息段、备用段和CRC校验段，辅助平台读取发送时间戳，并完成时间同步，信标帧与竞争帧的帧类型、填充内容不尽相同，结构相同。
S4：用户节向相应的浮空平台同步入网：用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程。
参见图7所示，具体包括如下步骤：
S40：用户上电后，该用户在第六时间窗中，随机选择一个第三退避时间，在第三退避时间(比如50ms，50ms＞＞3.3ms)内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，并转入S41；
S41：判断浮空平台与相应的用户之间的第二链路是否均空闲，若是，则转入S42；若否，则转入S45；
S42：该用户向相应的浮空平台发出同步入网请求包，此时该用户并不知道其相应的浮空平台是否在网，因此，在第七时间窗(比如5ms)内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，并接收相应的浮空平台回复的应答包，转入S43；
S43：判断该用户在第七时间窗内是否收到相应的浮空平台回复的应答包，若收到，则转入S46；若未收到，则转入S44；
S44：判断是否存在冲突事件，冲突事件包括该用户接收到其它用户发出的同步入网请求包、该用户相应的浮空平台回复给其它用户的应答包中的一种，若存在冲突事件，则转入S45；若不存在冲突事件，则返回S40，重新发起同步入网申请；
S45：该用户在第八时间窗中，随机选择一个第四退避时间进行退避等待，比如第八时间窗的宽度为600ms，该用户在600ms内随机选择一个整数值进行退避等待，退避等待结束后，返回S40，重新发起同步入网申请；
S46：该用户向相应的浮空平台进行同步入网成功。
步骤S4中还包括创建定时器，步骤S44中，若不存在冲突事件，则在定时器的定时周期内，返回S40，重新发起同步入网申请，在定时器的定时周期内重新发起同步入网申请时，通过变量count进行记录重新发起同步入网申请的次数，每次重新发起申请，都对count进行加1操作，若重新发起同步入网申请的次数超过设定次数(比如3次)依旧未收到相应的浮空平台回复的应答包，则判定相应的浮空平台未在网或无线链路不可达。每次重新发起同步入网申请时，将第八时间窗依次指数增大，上限为30s。
相对于单个浮空平台，本发明是由点及面的组网，实现浮空平台快速组网、快速通信的目的。
本发明实施例还提供了一种应用于多浮空平台场景下的组网接入***，其包括：
第一模块，其用于选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；
第二模块，其用于从所有的浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；
第三模块，其用于辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；
第四模块，其用于用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程。
本发明实施例还提供了一种浮空平台，其包括：
同步模块，其用于向其他浮空平台发出时间同步请求，并与其他浮空平台进行时间同步；
监听模块，其用于在第一时间窗内随机选择一个第一退避时间，并在第一退避时间内监听各浮空平台之间的第一链路；
判断模块，其用于判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲；
发送模块，其用于在第一退避时间结束时，在各浮空平台之间的第一链路均空闲的前提下广播用于竞争中心平台的竞争帧；同时，
监听模块还用于在广播竞争帧后，在第二时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，判断模块判断在第二时间窗内各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将本浮空平台设为中心平台。
浮空平台还还包括接收模块，接收模块用于在判断模块判断在第二时间窗内各浮空平台之间的第一链路繁忙后，接收来自其他浮空平台的竞争帧。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；
从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；
所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程；
所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程；其中，
从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台，具体包括如下步骤：
A1：在第一时间窗内，所述浮空平台随机选择一个第一退避时间，在第一退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入A2；
A2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则在第一退避时间结束后，该浮空平台向其他所述浮空平台广播竞争帧，完成竞争帧的广播后，在第二时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A3；若否，则转入A4；
A3：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将该浮空平台作为中心平台；若否，则转入A4；
A4：该浮空平台接收其他所述浮空平台广播的竞争帧，并判断是否接收成功，若接收成功，则在第三时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A5；若接收失败，则返回A1；
A5：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将广播该浮空平台所接收的竞争帧的浮空平台作为中心平台；若否，则返回A4；
所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程，具体包括如下步骤：
B1：在第四时间窗中，所述辅助平台随机选择一个第二退避时间，在第二退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入B2；
B2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则该辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并在第五时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入B3；若该辅助平台接收到其他辅助平台的时间同步申请，则返回B1；
B3：判断是否收到中心平台回复的信标帧，若收到，则时间同步成功，若未收到，则返回B1；
所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程，具体包括如下步骤：
C1：在第六时间窗中，所述用户随机选择一个第三退避时间，在第三退避时间内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，并转入C2；
C2：判断浮空平台与相应的用户之间的第二链路是否均空闲，若是，则该用户向相应的浮空平台发出同步入网请求包，并在第七时间窗内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，转入C3；若否，则转入C5；
C3：判断是否收到相应的浮空平台回复的应答包，若收到，则同步入网成功；若未收到，则转入C4；
C4：判断是否存在冲突事件，若存在冲突事件，则转入C5；若不存在冲突事件，则返回C1；
C5：该用户在第八时间窗中，随机选择一个第四退避时间进行退避等待，退避等待结束后，返回C1。
2.如权利要求1所述的应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，其特征在于：所述信标帧的结构包括PN帧同步头、帧类型、源节点ID、目标节点ID、发送时间戳、信息段、备用段和CRC校验段，所述辅助平台读取发送时间戳，并完成时间同步。
3.如权利要求1所述的应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，其特征在于：创建定时器，步骤C4中，若不存在冲突事件，则在定时器的定时周期内，返回C1，重新发起同步入网申请，若重新发起同步入网申请的次数超过设定次数，则相应的浮空平台未在网或无线链路不可达。
4.如权利要求1所述的应用于多浮空平台场景下的组网接入方法，其特征在于：所述冲突事件包括该用户接收到其它用户发出的同步入网请求包、该用户相应的浮空平台回复给其它用户的应答包中的一种。
5.一种应用于多浮空平台场景下的组网接入***，其特征在于，其包括：
第一模块，其用于选择一组正交PN扩频码，其包括第一链路扩频码和第二链路扩频码，通过第一链路扩频码建立各浮空平台之间的第一链路，通过第二链路扩频码建立浮空平台与相应的用户之间的第二链路；
第二模块，其用于从所有的所述浮空平台中，选择一个作为中心平台，其余作为辅助平台；具体包括：A1：在第一时间窗内，所述浮空平台随机选择一个第一退避时间，在第一退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入A2；
A2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则在第一退避时间结束后，该浮空平台向其他所述浮空平台广播竞争帧，完成竞争帧的广播后，在第二时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A3；若否，则转入A4；
A3：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将该浮空平台作为中心平台；若否，则转入A4；
A4：该浮空平台接收其他所述浮空平台广播的竞争帧，并判断是否接收成功，若接收成功，则在第三时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入A5；若接收失败，则返回A1；
A5：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则将广播该浮空平台所接收的竞争帧的浮空平台作为中心平台；若否，则返回A4；
第三模块，其用于使所述辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并完成时间同步过程，具体包括如下步骤：
B1：在第四时间窗中，所述辅助平台随机选择一个第二退避时间，在第二退避时间内持续监听各浮空平台之间的第一链路，并转入B2；
B2：判断各浮空平台之间的第一链路是否均空闲，若是，则该辅助平台向中心平台发起时间同步申请，并在第五时间窗内持续监听各浮空平台之间的第一链路，转入B3；若该辅助平台接收到其他辅助平台的时间同步申请，则返回B1；
B3：判断是否收到中心平台回复的信标帧，若收到，则时间同步成功，若未收到，则返回B1；
第四模块，其用于使所述用户向相应的浮空平台发起同步入网申请，并完成同步入网过程，具体包括如下步骤：
C1：在第六时间窗中，所述用户随机选择一个第三退避时间，在第三退避时间内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，并转入C2；
C2：判断浮空平台与相应的用户之间的第二链路是否均空闲，若是，则该用户向相应的浮空平台发出同步入网请求包，并在第七时间窗内持续监听浮空平台与相应的用户之间的第二链路，转入C3；若否，则转入C5；
C3：判断是否收到相应的浮空平台回复的应答包，若收到，则同步入网成功；若未收到，则转入C4；
C4：判断是否存在冲突事件，若存在冲突事件，则转入C5；若不存在冲突事件，则返回C1；
C5：该用户在第八时间窗中，随机选择一个第四退避时间进行退避等待，退避等待结束后，返回C1。
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