CN117793840B - 一种融合宽带自组网*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自组网技术领域，具体说是一种融合宽带自组网***。它的特点是包括路由层、WiFi‑Mesh和SDR‑Mesh、主控模块和无线网络模块，WiFi‑Mesh和SDR‑Mesh共用所述路由层，主控模块含有处理单元PS和可编程逻辑单元PL，无线网络模块用作WiFi‑Mesh的WiFi数据链路层和WiFi物理层，主控模块的可编程逻辑单元PL用作SDR‑Mesh的SDR数据链路层和SDR物理层，处理单元PS用于运行所述路由层。采用该***实现两种技术体制的宽带自组网设备，便于现场管理。
Description
技术领域
本发明涉及自组网技术领域，具体说是融合宽带自组网***。
背景技术
近年来，随着应急通信需求的日益增长，市场上出现了越来越多的宽带自组网设备，由于其不依赖任何基础设施，具备很高的便捷性、灵活性，广泛应用于多种领域，如抢险救灾、电力巡检、森林防火等。
目前，行业内常见的宽带自组网设备主要采用2种技术体制，一种是采用IEEE802.11也就是WiFi技术的，称为WiFi-Mesh，另一种是采用SDR也就是软件无线电技术的，称为SDR-Mesh。两种技术体制的宽带自组网设备无法互通，当应用现场同时出现两种设备时，难以管理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种融合宽带自组网***，采用该***实现两种技术体制的宽带自组网设备，便于现场管理。
为解决上述问题，提供以下技术方案：
本发明的融合宽带自组网***的特点是包括路由层、WiFi-Mesh和SDR-Mesh；所述WiFi-Mesh和SDR-Mesh共用所述路由层。所述路由层用于控制WiFi-Mesh和SDR-Mesh产生射频信号或接收射频信号。发送数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh产生射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh产生射频信号。接收数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh接收射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh接收射频信号。
还含有主控模块、无线网络模块和射频捷变收发模块；所述主控模块含有处理单元PS和可编程逻辑单元PL；所述无线网络模块与主控模块相连，无线网络模块用作所述WiFi-Mesh的WiFi数据链路层和WiFi物理层；所述射频捷变收发模块与主控模块相连，主控模块的可编程逻辑单元PL用作所述SDR-Mesh的SDR数据链路层和SDR物理层；所述处理单元PS用于运行所述路由层；所述无线网络模块和射频捷变收发模块均连接有射频前端，用于对射频信号进行放大和滤波，所述射频前端均连接有天线，用于接收或发送射频信号。
所述主控模块的处理单元PS连接有DDR和Flash，形成最小***。
所述处理单元PS连接有以太网收发器，形成以太网口。
所述主控模块采用型号为XC7Z045的芯片，其设置为PCI Express Root Complex模式以支持无线网络模块。
所述无线网络模块采用型号为AR9580的芯片，无线网络模块通过PCIe接口与主控模块相连。
所述射频捷变收发模块采用型号为AD9361的芯片，射频捷变收发模块通过LVDS接口与主控模块相连。
所述以太网收发器采用型号为AR8033的芯片，以太网收发器通过RGMII接口与主控模块的处理单元PS相连。
采取以上方案，具有以下优点：
由于本发明的融合宽带自组网***的WiFi-Mesh和SDR-Mesh共用路由层，路由层用于控制WiFi-Mesh和SDR-Mesh产生射频信号或接收射频信号，发送数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh产生射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh产生射频信号，接收数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh接收射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh接收射频信号。通过的WiFi-Mesh和SDR-Mesh共用路由层实现两者技术体制的宽带自组网设备的互通，从而便于管理同时出现两种设备的现场。
附图说明
图1是宽度自组网的结构原理图；
图2是本发明的融合宽带自组网***原理框图；
图3是本发明的融合宽带自组网***的硬件原理框图；
图4是本发明的融合宽带自组网***的结构原理图；
图5是本发明的融合宽带自组网***软件构架示意图；
图6是本发明的融合宽带自组网***在16台***同时组网时的结构拓扑图；
图7是本发明的融合宽带自组网***在发送数据时的流程图。
具体实施方式
如图1所示，无论是WiFi-Mesh还是SDR-Mesh，其底层都包含三大功能模块组成，即物理层（PHY），数据链路层（MAC）与路由层。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，本发明的融合宽带自组网***包括路由层、WiFi-Mesh和SDR-Mesh。WiFi-Mesh和SDR-Mesh共用路由层。路由层用于控制WiFi-Mesh和SDR-Mesh产生射频信号或接收射频信号。发送数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh产生射频信号，WiFi-Mesh故障时，路由层通过SDR-Mesh产生射频信号。接收数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh接收射频信号，WiFi-Mesh故障时，路由层通过SDR-Mesh接收射频信号。
如图3所示，本实施例的融合宽带自组网***含有主控模块、无线网络模块和射频捷变收发模块。主控模块选用Xilinx公司Zynq-7000系列的型号为XC7Z045的芯片。无线网络模块采用Qualcomm公司推出的高集成度IEEE 802.11 a/b/g/n无线收发芯片，型号为AR9580。射频捷变收发模块采用DI公司推出的高集成度宽带无线收发芯片，号为AD9361。
如图3所示，XC7Z045的内部成了双核ARM Cortex-A9处理器，最高主频可达1GHz，支持DDR2/DDR2L/DDR3/DDR3L SDRAM并具备丰富的***接口，同时其内部集成了XilinxKintex-7系列FPGA，具备350K逻辑单元并支持PCI Express Root Complex或Endpoint接口，本实施例中将XC7Z045设置PCI Express Root Complex模式以支持AR9580。XC7Z045分为两部分，一是处理单元PS（Processing System），即ARM SoC部分；二是可编程逻辑单元PL（Programmable Logic），即FPGA，也就是可编程逻辑部分。XC7Z045的处理单元PS负责运行路由层。
如图3所示，本实施例中，无线网络模块即AR9580用作WiFi-Mesh的WiFi数据链路层和WiFi物理层。AR9580支持2.4/5GHz工作频率，支持3*3 MIMO，支持5/10/20/40MHz信道带宽，物理层速率可达450Mbps。AR9580内部集成了WiFi-MAC与WiFi-PHY，即形成WiFi-Mesh的WiFi数据链路层和WiFi物理层。AR9580具备PCIe接口，并具有较低的功耗。AR9580通过PCIe接口与XC7Z045连接，即无线网络模块通过PCIe接口与主控模块相连。本实施例中，AR9580负责将XC7Z045发送过来的数字基带信号转变为射频信号，并将接收到的射频信号转变为数字基带信号送至XC7Z045。
如图3所示，AD9361集ADC、DAC、数字滤波器、模拟滤波器、频率合成器、正交调制解调器、自动增益控制电路等功能模块，并为基带处理器提供可配置数字接口。AD9361接收器本振工作频率范围为70MHz至6GHz，发射器本振工作频率范围为47MHz至6GHz，支持的通道带宽范围为200kHz至56MHz。本实施例中，射频捷变收发模块与主控模块相连，XC7Z045的可编程逻辑单元PL配合AD9361芯片实现了SDR-Mesh的SDR数据链路层和SDR物理层。AD9361负责将XC7Z045 PL发送过来的数字基带信号进行数字滤波，插值，DA转换，正交调制最终发送出去；并将接收到的射频信号进行正交解调，AD转换，抽取，数字滤波，最终转变为数字基带信号送至XC7Z045 的PL。AD9361通过LVDS接口与XC7Z045连接。
如图4所示，无线网络模块和射频捷变收发模块均连接有射频前端，用于对射频信号进行放大和滤波，射频前端均连接有天线，用于接收或发送射频信号。
如图4所示，本实施例中，XC7Z045配合DDR3与NAND Flash组成最小***，并通过RGMII接口与Qualcomm AR8033以太网PHY相连，实现2个千兆以太网口。3路WiFi射频前端负责对WiFi-Mesh射频信号进行放大与滤波，2路SDR射频前端负责对SDR-Mesh射频信号进行放大与滤波。电源管理模块为各模块提供稳定的电源。
如图5所示，本实施例的融合宽带自组网***的Linux操作***运行于XC7Z045之上，BATMAN-ADV (Better Approach To Mobile Ad-Hoc Networking Advanced)协议以Linux内核模块的方式在OSI模型的数据链路层运行，通过以太网帧的方式传递路由信息，每个节点通过MAC地址进行标识，根据链路状况择优选择路由信息。Ath9k是一种开源的无线网络驱动，可以直接支持AR9580芯片，BATMAN-ADV通过ath9k驱动与AR9580芯片进行数据交互，SDR-驱动则作为BATMAN-ADV与SDR-MAC之间的数据交互通道。
如图6所示，有16台本发明的实施例的融合宽带自组网***同时组网，分别标记为节点1，节点2…节点16。如图7所示，在接收数据时：
第一步，***启动并配置可编程逻辑单元PL；
第二步，***自动运行并注册WiFi-Mesh和SDR-Mesh物理设备；
第三步，各个节点建立网络连接；
第四步，BATMAN-ADV判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，进入第五步；WiFi-Mesh不能正常运行，进入第六步。
第五步，BATMAN-ADV将数据发送至Ath9k驱动，Ath9k驱动将数据发送至AR9580，AR9580将封装后的数据进行调制解调并通过射频前端和天线发送出去。
第六步，BATMAN-ADV将数据发送至SDR-驱动，SDR-驱动将数据发送至SDR-MAC，SDR-MAC将封装后的数据发送至SDR-调制解调模块，SDR-调制解调模块将数据发送至AD9361，AD9361对数据进行数字滤波，插值，DA转换，正交调制后通过射频前端和天线发送出去。
接收数据的过程与之类似，不再赘述。
本发明的融合宽带自组网***融合了市场主流的WiFi-Mesh与SDR-Mesh，并且SDR-Mesh可以根据实际情况装载不同的波形，可以大大提升兼容能力。
Claims (7)
1.一种融合宽带自组网***，其特征在于，包括路由层、WiFi-Mesh、SDR-Mesh、主控模块、无线网络模块和射频捷变收发模块；所述WiFi-Mesh和SDR-Mesh共用所述路由层；所述路由层用于控制WiFi-Mesh和SDR-Mesh产生射频信号或接收射频信号；发送数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh产生射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh产生射频信号；接收数据时，路由层判断WiFi-Mesh是否正常运行，WiFi-Mesh正常运行时，路由层通过WiFi-Mesh接收射频信号，WiFi-Mesh不能正常运行时，路由层通过SDR-Mesh接收射频信号；所述主控模块含有处理单元PS和可编程逻辑单元PL；所述无线网络模块与主控模块相连，无线网络模块用作所述WiFi-Mesh的WiFi数据链路层和WiFi物理层；所述射频捷变收发模块与主控模块相连，主控模块的可编程逻辑单元PL用作所述SDR-Mesh的SDR数据链路层和SDR物理层；所述处理单元PS用于运行所述路由层；所述无线网络模块和射频捷变收发模块均连接有射频前端，用于对射频信号进行放大和滤波，所述射频前端均连接有天线，用于接收或发送射频信号。
2.如权利要求1所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述主控模块的处理单元PS连接有DDR和Flash，形成最小***。
3.如权利要求1所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述处理单元PS连接有以太网收发器，形成以太网口。
4.如权利要求3所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述主控模块采用型号为XC7Z045的芯片，其设置为PCI Express Root Complex模式以支持无线网络模块。
5.如权利要求4所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述无线网络模块采用型号为AR9580的芯片，无线网络模块通过PCIe接口与主控模块相连。
6.如权利要求4所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述射频捷变收发模块采用型号为AD9361的芯片，射频捷变收发模块通过LVDS接口与主控模块相连。
7.如权利要求4所述的融合宽带自组网***，其特征在于，所述以太网收发器采用型号为AR8033的芯片，以太网收发器通过RGMII接口与主控模块的处理单元PS相连。
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