基于半双工信道的虚拟载波侦听组网通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于半双工信道的应用层组网通信方法，包括虚拟载波侦听组网算法和虚拟载波侦听组网协议；虚拟载波侦听组网算法，其共享半双工信道的网络节点逻辑上划分成主节点和从节点，主节点采用滴流定时器周期性发送虚拟载波侦听报文给从节点，从节点将接收到的虚拟载波侦听报文的目的地址与自身的组网节点地址进行匹配。虚拟载波侦听组网协议，确定协议报文传输采用的板间接口；定义协议报文格式，并规定应用层和链路层之间接口消息的组成元素；定义组网控制协议消息类型；实现滴流定时器。本发明应用于数话同传网络中组网控制软件，能提高半双工信道的利用率，进而为数话同传应用提供足够的吞吐量，完成网络环境下可靠的数话同传功能。
【专利说明】基于半双工信道的虚拟载波侦听组网通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及组网通信【技术领域】，具体涉及基于半双工信道的虚拟载波侦听组网通 "[目方法。
【背景技术】
[0002] 在野外固定或移动指挥通信系统中，通常利用电力线或电台等低速的半双工信道 进行多节点组网。无论组建串型网络，还是星型网络或混合型网络，所有通信节点均共享同 一传输媒介，基于共享的半双工信道组网通信引入不可忽视的分组碰撞率和媒介竞争。传 统网络中基于物理载波侦听的CSMA/CD方法因信道的半双工特性无法完成可靠的碰撞检 测，采用划分时隙传输的方法会严重降低网络的吞吐量，且难以实现时延敏感的话传或数 话同传。一些基于MAC层改良协议的组网思想是，MAC层在真实数据传输开始之前，通过发 送两个短控制帧来完成信道竞争。当一个节点想要向其他邻居节点发送分组时，它首先发 送一个名为请求发送（RTS)的短控制帧，用来宣布即将发生的帧发送。在接收到RTS帧后， 目的节点通过回复一个名为允许发送（CTS)的短控制帧来同意这次通信。发送方通过侦听 CTS，可发送它的真实数据分组。这种"一问一答"的方式人为的降低了信道利用率。而且 当应用层业务较重时，由于RTS/CTS分组的碰撞丢失或MAC层退避等待时间过长引起MAC 层数据缓存溢出，仍会导致真实数据发生丢失。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决数话同传网络中因媒介竞争导致丢包和数话同传不好实现的问 题，提出一种基于半双工信道的应用层组网通信方法及其软件实现，在不降低信道利用率 的前提下，基于应用层避免共享媒介上的分组碰撞，实现多个节点组网环境下可靠的数话 同传功能。
[0004] 本发明采用以下技术方案实现上述目的。基于半双工信道的应用层组网通信方 法，其特征在于，包括虚拟载波侦听组网算法和虚拟载波侦听组网协议； 所述虚拟载波侦听组网算法，其步骤如下： 1) 共享半双工信道的网络节点逻辑上划分成主节点和从节点，主节点负责虚拟载波侦 听报文的主动发送，从节点被动侦听；网络中任何时刻，只允许存在一个主节点，主节点可 通过组网协议动态配置； 2) 主节点采用滴流定时器周期性发送虚拟载波侦听报文给从节点，报文中的目的地址 从1到N周而复始，从节点将接收到的虚拟载波侦听报文的目的地址，与自身的组网节点地 址进行匹配，如果匹配，则开始发送自身就绪的真实数据； 3) 当从节点准备发送数话同传包或无就绪的应用数据时，所述数话同传包等同纯话音 包，从节点必须事先发送PTT占用请求消息并等待PTT占用证实消息；从节点侦听到证实消 息后，由从节点切换成主节点，同时原来的主节点接收到PTT占用请求消息并发送PTT占用 证实消息后，将自己由主节点切换成从节点； 所述虚拟载波侦听组网协议，其步骤如下： 1) 确定协议报文传输采用的板间接口； 2) 定义协议报文格式，并规定应用层和链路层之间接口消息的组成元素； 3) 定义组网控制协议消息类型； 4) 实现滴流定时器，包括：确定分组传输时间；根据定时周期配置定时精度；滴流策略 选择。
[0005] 进一步地，所述虚拟载波侦听报文分为真实数据侦听报文和空闲侦听报文；真实 数据侦听报文承载信令包、数话同传包和数据包；空闲侦听报文承载空闲包。
[0006] 进一步地，所述板间接口采用网口或串口。
[0007] 进一步地，所述接口消息由报文头、收发地址、类型、长度、正文和校验要素组成。
[0008] 进一步地，所述消息类型占用1字节，字节的高4位保留，低4位由链路层解析，协 同完成组网控制。
[0009] 进一步地，所述分组传输时间受线路理论传输速率、应用层和链路层接口速率和 链路层包处理时间影响。
[0010] 进一步地，所述定时周期配置定时精度小于分组传输时间。
[0011] 进一步地，所述滴流策略采用加速网络收敛的滴流策略或按需传输的滴流策略。
[0012] 进一步地，所述加速网络收敛的滴流策略，即当网络拓扑相当稳定时，发送空闲包 的定时周期变长；当网络拓扑变化需同步参数时，发送空闲包的定时周期变短，但大于分组 传输时间。
[0013] 进一步地，所述按需传输的滴流策略，即任一时刻需传输话音包，定时周期变短减 少话音延时，但大于分组传输时间；任一时刻需传输数据包，定时周期变长提高传输效率。
[0014] 本发明提出基于半双工信道的虚拟载波侦听组网方法是应用于数话同传网络中 组网控制软件，能提高半双工信道的利用率，进而为数话同传应用提供足够的吞吐量，完成 网络环境下可靠的数话同传功能，适用于基于电力线或无线半双工信道进行组网完成多个 节点间数话同传场合，如野外固定指挥通信系统或移动指挥通信系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明中的串行连接下半双工信道网络拓扑结构图。
[0016] 图2是本发明中的星形连接下半双工信道网络拓扑结构图。
[0017] 图3是本发明中的网络节点硬件和软件接口示意图。
[0018] 图4是本发明中的虚拟载波侦听组网算法流程图。
[0019] 图5是本发明中的组网协议软件实现流程图。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图5,基于半双工信道 的虚拟载波侦听组网通信方法，适用于基于电力线传输的野外固定指挥通信系统或基于无 线电台的移动指挥通信系统，通过组网完成多个节点间数话同传。虚拟载波侦听组网算法 及其组网协议适用于串行连接100或星型连接200的网络拓扑。
[0021] 如图1所示，串行连接100时，主节点101和从节点102挂接到同一条电力线上； 如图2所示，星型连接200时，主节点101通过多条电力线连接点对点连接到从节点102。
[0022] 如图3所示，所述的虚拟载波侦听组网协议通过通信节点软件实现并在硬件上运 行，通信节点软件和硬件均分为应用层311、链路层312和物理层313。硬件上位于应用层 311的应用CPU 301与位于链路层312的链路CPU 302通过板间接口互连，物理层313提 供电力线接线柱或电台天线接口等线路接口 303,线路接口 303包括接线柱和天线。应用 CPU软件304包括信令包、数据包和数话同传包，主要完成真实数据侦听报文的封装、解析， 并控制真实数据侦听报文和空闲侦听报文的发送；同时接收链路CPU软件305发送过来的 信道状态报文。链路CPU软件305包括链接状态机和滴流定时器，负责链路状态和滴流定 时器的维护，控制空闲侦听报文的和真实数据侦听报文的透明传输。芯片固件306控制电 力线或电台信号的调制和解调。
[0023] 如图4所示，虚拟载波侦听组网的工作原理是：主节点101在应用层311发送开始 401后，判断真实数据侦听报文是否就绪402,未就绪时由链路层312通过滴流定时器广播 空闲侦听报文404,并通过状态报文通知应用层313当前链路层312处于闲状态；如果有真 实数据侦听报文就绪，则链路层通过滴流定时器广播真实数据侦听报文403,同时通过状态 报文通知应用层311当前链路层312处于忙状态，然后目的地址自增准备下一个虚拟载波 侦听报文405。从节点102上电进入收发处理414后，接收侦听报文415。当收到主节点102 的侦听报文后，判断侦听报文的目的地址是否与本节点地址匹配416,如果不匹配，则继续 接收侦听报文415 ;如果匹配，则进一步判断本节点是否有真实数据侦听报文就绪417,有 就绪的真实数据侦听报文时通过滴流定时器广播真实数据侦听报文418,无就绪的真实数 据侦听报文时判断是否有PTT占用请求消息就绪419,如果有PTT占用请求消息就绪则通过 滴流定时器广播PTT占用请求消息就绪420,如果没有，则继续接收侦听报文415。主节点 101接收开始406后，判断是否收到真实数据侦听报文408,没有收到则继续判断；如果收到 则判断报文是否PTT占用请求消息409,如果不是PTT占用请求消息，则处理数话同传包和 数据包407,如果是是PTT占用请求消息，则在本节点无数话同传包时发送PTT占用证实消 息410,然后应用层发送令牌释放消息给链路层411，并切换成从节点412。整个主节点接收 处理过程结束413。
[0024] 所述算法的软件实现接口协议适用于应用CPU软件304和链路CPU软件305,两个 软件根据表1定义的消息格式进行信息交互。
[0025] 表1接口消息格式定义
【权利要求】
1. 基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，包括虚拟载波侦听组网算法 和虚拟载波侦听组网协议； 所述虚拟载波侦听组网算法，其步骤如下： 1) 共享半双工信道的网络节点逻辑上划分成主节点和从节点，主节点负责虚拟载波侦 听报文的主动发送，从节点被动侦听；网络中任何时刻，只允许存在一个主节点，主节点可 通过组网协议动态配置； 2) 主节点采用滴流定时器周期性发送虚拟载波侦听报文给从节点，报文中的目的地址 从1到N周而复始，从节点将接收到的虚拟载波侦听报文的目的地址，与自身的组网节点地 址进行匹配，如果匹配，则开始发送自身就绪的真实数据； 3) 当从节点准备发送数话同传包或无就绪的应用数据时，所述数话同传包等同纯话音 包，从节点必须事先发送PTT占用请求消息并等待PTT占用证实消息；从节点侦听到证实消 息后，由从节点切换成主节点，同时原来的主节点接收到PTT占用请求消息并发送PTT占用 证实消息后，将自己由主节点切换成从节点； 所述虚拟载波侦听组网协议，其步骤如下： 1) 确定协议报文传输采用的板间接口； 2) 定义协议报文格式，并规定应用层和链路层之间接口消息的组成元素； 3) 定义组网控制协议消息类型； 4) 实现滴流定时器，包括：确定分组传输时间；根据定时周期配置定时精度；滴流策略 选择。
2. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 虚拟载波侦听报文分为真实数据侦听报文和空闲侦听报文；真实数据侦听报文承载信令 包、数话同传包和数据包；空闲侦听报文承载空闲包。
3. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 板间接口可采用网口或串口。
4. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 接口消息由报文头、收发地址、类型、长度、正文和校验要素组成。
5. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 消息类型占用1字节，字节的高4位保留，低4位由链路层解析，协同完成组网控制。
6. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 分组传输时间受线路理论传输速率、应用层和链路层接口速率和链路层包处理时间影响。
7. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 定时周期配置定时精度小于分组传输时间。
8. 根据权利要求1所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 滴流策略采用加速网络收敛的滴流策略或按需传输的滴流策略。
9. 根据权利要求9所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 加速网络收敛的滴流策略，即当网络拓扑相当稳定时，发送空闲包的定时周期变长；当网络 拓扑变化需同步参数时，发送空闲包的定时周期变短，但大于分组传输时间。
10. 根据权利要求9所述的基于半双工信道的应用层组网通信方法，其特征在于，所述 按需传输的滴流策略，即任一时刻需传输话音包，定时周期变短减少话音延时，但大于分组 传输时间；任一时刻需传输数据包，定时周期变长提高传输效率。
【文档编号】H04B3/54GK104320411SQ201410630168
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】李石兵, 康靖, 黄福莲, 黄光华, 郭小荣, 董均榆 申请人:北方联创通信有限公司