一种快速同步跳频电台的组网实现方法与流程

本发明涉及一种快速同步跳频电台组网的实现方法，属于无线通信领域。利用跳频电台组网进行信息的传输，可以满足实际应用中对多点通信的要求，同时有效的保障通信的可靠性以及安全性，提高通信的抗干扰能力。

背景技术：

跳频通信是指收发双方的载波频率根据预定规律在一定频带范围内进行随机跳变的通信方式。相较于传统的定频通信，跳频通信具有较强的抗干扰能力。同时跳频技术以其频率利用率高、组网方便、易于多址通信以及兼容性好等特点被广泛的应用于在军事或民用领域。

为了满足现代通信过程中多个终端之间实现点对点跳频通信，需要对终端进行统一管理，根据预先约定好的规则进行相互通信，优化信道资源、提高通信效率。对于跳频通信由于其通信频点随跳频图案不断变换，因此可以根据跳频图案扩展网络。目前跳频技术与TDMA时分多址技术相结合的同步正交网络以其组网数量大、网间干扰小、抗侦查等优点受到广泛应用。

目前很多基于TDMA技术的跳频电台采用独立信道单一频点建立同步的方式，同步建立过程虽然迅速但是易受干扰，组网过程相对简单，部分终端被干扰后，无法动态调节时隙，造成资源浪费，降低通信效率。本发明提供一种基于TDMA时分多址技术的快速同步跳频电台组网方法。该方法通过中心节点建立时间基准，完成组网同步；同步过程中采用快跳扫描慢跳跟踪的方式，同时通过对网内电台时隙的动态分配以及迟入网电台的处理，该方法较之上述同步正交网络法能够提高同步过程的抗干扰能力、以及跳频网络的通信效率和稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种快速同步跳频电台的组网实现方法，能实现多电台之间分时隙点对多点通信，实现电台时隙的动态分配以及迟入网处理。具有同步稳定、通信效率高、抗干扰能力强、抗截获能力强等特点。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种快速同步跳频电台的组网实现方法，其组网方式如下：

1.1 网络的同步过程以主机快速跳频扫描，从机慢速跳频跟踪的方式建立握手通信，主从机采用一组专门用于同步的跳频图案；建立同步后的通信过程则采用另外一组具有良好自相关性、互相关性的跳频图案；

1.2 同步过程中主机根据接收到的从机的反馈信息，动态监控网内电台数量，对通信时隙进行实时分配，去掉多余时隙；从机根据分配到的时隙，在各自时隙发送数据，整个网络保持严格的时隙同步，并进行正常通信；

1.3 迟入网的电台循环慢速跳频跟踪主机的扫描信息，主机调控整个网络，每隔一定时间发送迟入网扫描信息，剔除掉网电台，加入迟入网申请电台，重新分配时隙，组织通信网络；

前述步骤中1.1、1.2的同步建立步骤如下：

2.1主机开机后按照同步跳频图案快速扫描，在每个频点发送相同的信道同步信息，同步信息包含反馈时隙信息；从机开机后按照与主机相同的跳频图案进行慢扫描跟踪，在每个频点上驻留固定时间接收主机的同步信息；

2.2 如果从机接收到主机发送的信道同步头帧，则等待反馈时隙到来时发送反馈确认帧，每个从机根据自己的编号反馈时隙有所不同；如果从机没有接收到主机发送的信道同步头帧，则从机继续慢跳跟踪；主机循环发送完同步信息进入接收状态，接收各从机发送的反馈确认帧；

2.3 如果主机接收到各从机的反馈确认帧，则主机根据接收到的反馈信息建立一个从机列表，记录网内从机数量以及从机号；主机转而进入时隙分配状态，向网内从机发送时隙分配帧；从机发送完反馈确认帧后进入接收状态，接收主机的时隙分配帧；如果主机没有接收到任何从机的反馈确认帧，则返回2.1的主从机开机后的过程；

2.4 主机发送完时隙分配帧后进入接收状态，接收各从机的时隙确认帧；从机接收到时隙分配帧后进入发送状态，按分配的时隙发送时隙确认帧；如果主机没有收到所有从机的时隙确认帧，则返回2.3的过程；如果没有收到任何从机的时隙确认帧，则返回2.1的过程；

2.5如果主机接收到所有网内从机的时隙确认帧，则建网同步成功，进入发送状态；主机发送通信确认帧，从机接收到通信确认帧后进入接收状态；整个网络开始分时隙通信，每个电台在各自时隙发送数据，在非本机时隙接收数据；

前述步骤中1.3对迟入网电台和掉网电台申请处理过程如下：

3.1 如果迟入网检测计时器计时到M（M为迟入网计时器的计数最大值），则由2.5返回2.1的过程，迟入网电台接收主机的同步信息，网络重新建立，加入迟入网电台，剔除掉网电台；

3.2 跳频电台网络进入通信状态后，掉网检测计时器以及迟入网检测计时器开始计时；若掉网检测计时器计时到N（N为掉网检测计时器的计数最大值），则由2.5返回2.4的过程，由主机再次接收从机的时隙确认帧；

前述步骤3.2中所述的掉网检测计时器用于对掉网电台检测时间间隔进行计数，当网内主从机循环发送完一次数据后计时器加1；

前述步骤中3.1、3.2中所述的迟入网检测计时器用于对迟入网电台检测时间间隔进行计数，当网内主从机循环发送完一次数据后计时器加1。

本发明一种快速同步跳频电台的组网实现方法，具有以下优势：

1.跳频组网同步过程采用快跳同步扫描以及慢跳同步跟踪的方式，结合独立信道法、同步头法以及精准时钟法实现，组网同步稳定性好、失步率低、同步过程的抗截获能力强。

2.跳频组网系统基于时分多址技术，实现网内电台的精准分时隙跳频通信。组网中心节点可以对电台时隙进行动态分配，动态处理迟入网电台的入网申请。组网时隙利用率高、通信效率高、抗干扰性强、抗截获能力强。

附图说明

图1为组网方法实现过程图；

图2为快跳扫描和慢跳跟踪过程图；

图3为主机通信流程图；

图4为从机通信流程图；

图5为组网时隙分配图；

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的实施做进一步的说明：

组网方法中首先规定一个终端为主机，作为中心节点，用于发送同步信息、时隙分配信息等以建立网络同步，其他终端为从机。

图1是组网方法的实现过程图，①过程使用快速跳频扫描方式，采用同步过程的跳频图案；①②过程采用同步头法，通过对同步头帧的收发达到电台之间的同步；②③④⑤过程采用固定信道法，所有电台都是在约定信道收发数据；③④过程对电台时隙进行动态分配；⑥⑦⑧过程组网电台分时隙通信，采用另外一组用于通信过程的跳频图案。

图2是建立同步过程中主机快跳扫描和从机慢跳跟踪的过程图。采用同步组网方式时，网内终端建立同步是组网方法实现过程的核心之一。如图2所示，同步过程中以采用8个频点的跳频图案为例。主机的频率切换周期为T，主机在每个周期T内发送相同的同步信息帧，以8T为一个循环，发送8个循环，总共是64T。主机扫描发送时隙后是反馈时隙，如图2中所示，如果有n个从机，则设置n个从机反馈时隙，用于主机接收从机反馈确认帧。从机的频率切换周期是主机切换频点周期的8倍为8T，接收主机的同步信息帧；若从机接收到主机的同步信息帧，则根据同步信息帧中的信息在反馈时隙发送反馈确认帧，各从机根据本机ID号依次在反馈时隙发送反馈确认帧。若主机没有收到任何从机的反馈确认帧，则返回快跳扫描状态，重复以上过程，直到跳频电台组网同步建立。以上过程结合了同步头法、独立信道法。

图3和图4分别详细描述了网内主机和从机的同步建立以及通信过程，如前述步骤2.1~2.5和3.1~3.2所述。组网过程中包括了主机快跳扫描、从机慢跳跟踪的跳频建立同步过程；主机根据反馈信息按需动态分配时隙的过程；定时监测网内电台数量，以及迟入网处理、电台掉网处理的过程；网内电台按照用于通信过程的跳频图案分时隙跳频通信的过程。

主机上电后进入快跳扫描状态，从机上电后进入慢跳跟踪状态，主从机按照图2所述步骤跳频建立同步，然后主机根据从机的反馈信息，编制从机列表，记录反馈的从机电台数量以及电台ID号，制定时隙分配方案，然后发送时隙分配帧。如果主机没有接收到任何从机的反馈确认信息，则主机返回快跳扫描状态。从机接收时隙分配帧，提取出与本机匹配的时隙信息，然后按照顺序在本机时隙向主机发送时隙确认帧。从机发送完时隙确认帧后随即进入接收状态，如果接收到通信确认帧，则可随主机进入跳频通信状态；如果依旧接收到主机的时隙分配帧，则继续发送时隙确认帧。在等待时隙确认过程中，主机如果没有接收到所有从机的时隙确认帧，则会再次发送时隙分配帧，如果依旧没有收到所有从机的时隙确认帧，则返回快跳扫描过程重新建立同步；如果主机接收到所有从机的时隙确认帧，则发送通信确认帧，组网系统进入跳频通信状态。

该组网方法基于时分多址技术，首先是主机时隙，主机发送数据，其他从机都处于接收状态，然后依次是从机1时隙、从机2时隙、直至从机n时隙。依照此方式达到半双工目的，网内所有电台之间都能实现数据通信。通信过程中加入了对迟入网电台的处理以及对电台掉网的处理。具体处理方式是分别加入迟入网检测计时器M和掉网检测计时器N。

设跳频系统的跳速设置为500跳每秒，则每个时隙的持续时长为2毫秒，那么整个同步过程不超过120毫秒，掉网检测过程需要从机反馈确认，耗时8毫秒。假设网内已有1台主机和3台从机入网，则得到如下三个数据：

1）每个通信周期是4个通信时隙，即8毫秒；

2）迟入网时间占用率为迟入网处理时长与迟入网通信持续时长的比值，为120/8M；

3）掉网检测时间占用率为掉网处理时长与掉网通信持续时长的比值，为8/8N；

为了在满足迟入网电台快速入网的同时能够保证较高的通信效率，根据对多次实验结果的分析将迟入网时间占用率的值设置为5，将掉网检测时间占用率的值设置为10，则M取75，N取10。实际设计中可根据对通信速率以及对迟入网反应速度的要求将M和N的数值进行适当修改。

主机发送完通信确认帧进入跳频通信状态时，两个计时器分别加1。主机通信时隙结束后，对两个计时器进行判别：

1、如果计时N到，计时M未到：组网内电台中断数据通信，主机发送对时同步头帧，从机在各自时隙反馈确认，如果反馈的电台数与上次确认的网内电台数一致表示没有电台掉网，则继续从机时隙通信，如果反馈的电台数与同步过程中确认的网内电台数不一致表示有电台掉网，则返回快跳扫描过程重新建立同步。

2、如果计时N未到，计时M到：组网内电台直接返回快速扫描过程重新建立同步，以处理迟入网电台的入网工作。

3、如果计时N未到，计时M未到：进入从机时隙，从机依次发送通信数据。

图5是对跳频通信过程中主从机时隙分配的描述，在进入通信状态后，主从机被依次分配为等时的时隙，各电台在各自时隙发送数据，其他时隙接收数据。