一种基于TDMA的无线电智能感知网络设计方法

摘要

本发明公开了一种基于TDMA的无线电智能感知网络设计方法，该方法中通信电台网络的通信节点分成骨干节点和用户节点，每一个子网有1个骨干节点和多个用户节点，骨干节点有2部电台，1部用作信令台，1部用作业务台；用户节点只有1部电台，在获得业务通信频点前为信令台，获得业务通信频点后自动转到业务台，智能感知网络就是通过运行在信令台上，自动进行网络拓扑维护，并能协调各个子网进行无线电探测和决策，以保证每个子网都能找到最好的业务通信频率。本发明的方法能够保证网络迅速建立，并最快的探测出各子网的业务通信频率，另外本发明整个探测和频点选择过程由决策算法自动进行处理，保证探测过程以及选择出的频点不会冲突。

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电研究领域，特别涉及一种基于TDMA的无线电智能 感知网络设计方法。

背景技术

无线电通信在人们中生活中使用的越来越多，还有就是广播、电视等等。 空间传播的电磁波越来越复杂，频率作为一种资源，越来越稀缺。无线电智能 感知设备就是感知和发现在允许的通信频段范围内最干净的频率，进行通信， 以获得最佳的通信效果。而对于多子网的网络通信除了感知最干净的频率之外， 还需要协调不同子网的频率，以免网络内部发生冲突。一般来讲，利用无线传 感器节点组成的无线传感器网络中无线通信技术的理想选择是ZigBee技术，基 于其节约能源，成本也较低，适合节点数量较多的无线传感器网络。虽然ZigBee 技术是实现无线传感器网络的理想解决方案，但在实际的工程应用中也有不足 的一面。ZigBee在全球范围内使用的频率是2.4GHz，属于微波范畴，特点是频 率高、波长短、直线传播，在传播方向上几乎绕不开障碍物，再加上ZigBee节 点的射频发射功率非常低，因此ZigBee无线信号的穿透障碍物能力非常有限。 虽然可以通过增加布置ZigBee路由节点来绕开障碍物，但这将会增加网络的容 量以及网络的成本，而且有的场合是不允许再布置一个网络节点的。此外，当 网络节点密度较大时，采用单独的ZigBee频段，可能会导致传输效率下降、网 络拥塞等情况。

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，提供一种基于TDMA 的无线电智能感知网络设计方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于TDMA的无线电智能感知网络设计方法，该方法包括下述步骤：

通信电台网络的通信节点分成骨干节点和用户节点，每个子网包括骨干节 点和用户节点；

智能感知网络以TDMA模式组网，每个时隙由三跳组成，三跳分别采用通 信频段的高、中、低三个频率；

将时隙帧分为骨干网帧和接入网分帧，所述骨干网帧用于骨干节点发射， 目标对象为其它骨干节点或本子网的用户节点，接入网分帧用于用户节点发射， 目标对象为本子网的骨干节点；

骨干网分帧使用三个频率，称为信令频率，接入网分帧每个子网选择三个 子网接入频率；

骨干节点信令台在骨干网帧每帧相应时隙均发射信令，

由骨干节点的业务电台对本子网用户节点发起探测；

用户台支持智能感知网络的迟入网，用户节点在子网探测结束后发送入网 申请，骨干节点感知台可以将先前探测的频点直接回复到用户节点。

作为优选的，在所述通信电台网络的通信节点分成骨干节点和用户节点， 每个子网包括骨干节点和用户节点的步骤中：

每个子网包括1个骨干节点和多个用户节点，所述骨干节点包括2部电台， 其中一部电台用作信令台，不参与业务通信，另一部电台作为业务台；所述用 户节点包括1部电台，在获得业务通信频点前为信令台，获得业务通信频点后 自动转到业务台，该智能感知网络运行在信令台上。

作为优选的，将0号骨干节点设置为主骨干节点。

作为优选的，在所述将时隙帧分为骨干网帧和接入网分帧，所述骨干网帧 用于骨干节点发射，目标对象可以为其它骨干节点，也可以为本子网的用户节 点，接入网分帧用于用户节点发射，目标对象为本子网的骨干节点的步骤中：

所述接入网使用频分复用模式。

作为优选的，在所述骨干网分帧使用三个频率，称为信令频率，接入网分 帧每个子网选择三个子网接入频率的步骤中：

每个子网使用不同的子网接入频率，并且子网接入频率通过信令频率和骨 干节点编号进行运算获得，所述子网接入频率的获得方法具体为：

骨干网分帧使用的信令频率选择通信频段内的高、中、低各一个频点组成， 设三个信令频率为F1、F2、F3，则对于第n个子网的子网接入频率为：

F1+n*25、F2+n*25、F3+n*25，其中n为自然数。

作为优选的，在所述骨干网分帧使用三个频率，称为信令频率，接入网分 帧每个子网选择三个子网接入频率的步骤中：

所述骨干网分帧每个时隙只能有1个骨干节点发射，所述接入网分帧每个 时隙多个子网相同用户号的用户节点可以同时发射。

作为优选的，智能感知网络所有信令采用扩频加跳频的低速数据通信方式。

作为优选的，在所述骨干节点信令台在骨干网帧每帧相应时隙均会发射的 步骤中：

发送的信令包括探测公告、业务频率公告以及对子网的入网应答，在无信 令发射时，发射默认同步信息，用户节点支持随机接入，按照接收到各个骨干 节点信令的信噪比选择信噪比最好的骨干节点进行接入。

作为优选的，在所述由骨干节点的业务电台对本子网用户节点发起探测的 步骤中：

所述探测过程包括探测同步、探测以及决策三个过程；探测过程直接由骨 干节点对用户节点探测，以保证探测的物理条件与业务通信的物理条件一致； 探测的决策取决于骨干节点与下级各用户节点之间探测信令的信噪比，同时剔 除信令频率、所有子网接入频率和其它子网业务频率。

作为优选的，在所述由骨干节点的业务电台对本子网用户节点发起探测的 步骤中：

子网最佳频点取决于骨干节点与下级各用户节点之间探测信令的信噪比， 同时剔除信令频率、所有子网接入频率和其它子网业务频率，获得业务频率之 后，骨干节点业务台及子网内用户电台均转到业务模式。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明智能感知网络设计方法能够保证网络建立迅速，并最快的探测出 各子网的业务通信频率，整个探测和频点选择过程由决策算法自动进行处理， 保证探测过程以及选择出的频点不会冲突。

2、本发明中无线电智能感知网络中骨干节点包含信令台和业务台，既能完 成子网用户电台的初始入网，又能保证用户电台迟入网。

3、本发明中无线电智能感知网络中骨干节点的业务电台对本子网用户节点 直接发起双向探测，保证了探测选择出的频点的准确性。

附图说明

图1本发明无线电智能感知网络节点组成结构示意图。

图2本发明无线电智能感知网络时隙帧结构图。

图3本发明无线电智能感知网络信令台频率图。

图4本发明无线电智能感知网络探测过程图。

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

本实施例一种基于TDMA的无线电智能感知网络设计方法，包括下述步骤：

(1)通信电台网络的通信节点分成骨干节点和用户节点，如图1所示。每 一个子网有1个骨干节点和多个用户节点。骨干节点有2部电台，1部用作信令 台，1部作为业务台；用户节点只有1部电台，在获得业务通信频点前为信令台， 获得业务通信频点后自动转到业务台。本实施例中所述智能感知网络运行在信 令台上。

(2)智能感知网络以TDMA模式组网。每个时隙由三跳组成，三跳分别 采用通信频段的高、中、低三个频率，将0号骨干节点设置为主骨干节点。

(3)一个完整时隙帧包括骨干网帧和接入网分帧，如图2所示。骨干网帧 只能用于骨干节点发射，目标对象可以为其它骨干节点，也可以为本子网的用 户节点。接入网分帧只能用于用户节点发射，目标对象为本子网的骨干节点。

(4)骨干网分帧使用三个频率，称为信令频率；接入网分帧每个子网选择 三个子网接入频率，这三个频率通过信令频率和骨干节点编号进行运算获得。 骨干网分帧每个时隙只能有1个骨干节点发射，接入网分帧每个时隙多个子网 相同用户号的用户节点可以同时发射。如果网络包括8个子网，每个子网包括8 个用户节点，则使用了3个信令频率和24个子网接入频率，如图3所示。

本实施例中骨干网分帧使用的信令频率选择通信频段内的高、中、低各一 个频点组成，设三个信令频率为F1、F2、F3，则对于第n个子网的子网接入频 率为：

F1+n*25、F2+n*25、F3+n*25，其中n为自然数。

(5)骨干节点信令台在骨干网帧每帧相应时隙均会发射，发送的信令包括 探测公告、业务频率公告以及对子网的入网应答。在无信令发射时，发射默认 同步信息。用户节点支持随机接入，按照接收到各个骨干节点信令的信噪比选 择信噪比最好的骨干节点进行接入。

(6)智能感知网络所有信令采用扩频加跳频的低速数据通信方式，保证信 令的可靠传输。

(7)由骨干节点的业务电台对本子网用户节点发起探测；探测过程包括探 测同步、探测以及决策三个过程，探测过程直接由骨干节点对用户节点探测， 以保证探测的物理条件与业务通信的物理条件一致；探测的决策取决于骨干节 点与下级各用户节点之间探测信令的信噪比，同时剔除信令频率、所有子网接 入频率和其它子网业务频率，如图4所示。子网最佳频点取决于骨干节点与下 级各用户节点之间探测信令的信噪比，同时剔除信令频率、所有子网接入频率 和其它子网业务频率。获得业务频率之后，骨干节点业务台及子网内用户电台 均转到业务模式，

(8)用户台支持智能感知网络的迟入网；用户节点在子网探测结束后发送 入网申请，骨干节点感知台可以将先前探测的频点直接回复到用户节点。

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。