基于时空基准的无线通信网络定址装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种基于时空基准的无线通信网络定址装置及方法，该装置包括：定位受时单元、区域识别单元、地址生成单元和注册组网单元，可根据获取的经度、纬度、高程、时间信息，采用预设算法计算生成该装置接入无线网络实现有效通信的网络逻辑地址，包括：源地址、单播目标地址和多播目标地址。本发明可实现高速运动状态的装置，在极短时间内获得组网通信的源地址和目标地址，为通信节点快速接入无线通信网络创造条件。
【专利说明】基于时空基准的无线通信网络定址装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术，尤其涉及一种基于时空基准的无线通信网络定址装置及方法。
【背景技术】
[0002]网络通信节点之间进行通信时，通信节点都需要获取自身的通信组网逻辑地址。现有技术中，为通信节点分配组网逻辑地址主要有两种方式:
[0003](I)自动分配地址方式，即在通信网络中部署一个负责执行地址自动分配管理任务的地址管理设备，并按预设的地址管理规则把有效地址及其分配规则写入上述地址管理设备，该地址管理设备与网络中的通信节点建立物理连接，在收到通信节点发送的地址配置请求时，可按照预置的分配规则为该通信节点分配一个可用的逻辑地址，即源地址。为了完成有效通信，还需要获得通信的目标地址，通信节点可按照通信协议约定的方法，获得单播目标地址和/或多播目标地址，从而建立通信节点之间的有效通信连接。
[0004](2)人工配置地址方式，即人工获得合法的未分配地址，通过通信节点的地址配置界面人工输入地址，通信节点读取自身地址后将该地址作为源地址，通信节点获得源地址后，为了完成有效通信，还需要获得通信的目标地址，现有通信网络组网中，可通过人工配置目标地址，或者也可以由网络通信协议约定的方法使该通信节点获得目标地址，从而建立通信节点之间的有效通信连接。
[0005]但是，采用上述自动分配地址方式，必须要在通信网络中配备一个地址管理设备，为所有建立物理连接的通信节点提供地址服务，以确保这些通信节点能获得合法可用的通信地址；特别地，针对自组网网络，其通信节点不断增加、减少、变换，同时拓扑结构也不断变化，无法保证上述地址管理设备的可靠性和稳定性，特别是，初次组网时，地址分配时间会较长，以导致建立网络连接的延迟大，对于高速运动中的通信节点，例如车辆、飞机、船只等，可能有效通信连接还没有建立，通信节点之间已经相互远离，物理连接已经断开而无法完成通信。
[0006]采用上述人工配置地址方式，需要人工手动干预，不仅花费时间长，对高速运动的通信节点而言，根本无法实施，同样无法满足高速运动的通信节点的组网需求。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种基于时空基准的无线通信网络定址装置及方法，用于解决在通信节点之间存在较高的相对运动速度，且通信节点不断增加、减少、变换，网络拓扑结构频繁变化的自组网无线通信网络中，各通信节点的快速定址问题，包括:快速生成源地址、单播目标地址和多播目标地址问题。
[0008]本发明第一方面提供一种基于时空基准的无线通信网络定址装置，包括:
[0009]定位受时单元，与卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统通信连接，用于接收所述卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统发送的定位原始数据和对定位原始数据进行处理，以获得所述无线通信网络定址装置的定位信息；
[0010]区域识别单元，与所述定位受时单元通信连接，用于读取所述定位信息，根据所述定位信息、预设的区域识别算法，计算出所述无线通信网络定址装置当前所处的区域信息，所述区域信息包括分区信息和/或分域信息；
[0011]地址生成单元，与所述区域识别单元通信连接，用于根据所述装置当前所处区域信息、预设的地址生成算法，计算生成所述装置的组网逻辑地址，所述逻辑地址包括:源地址、单播目标地址和多播目标地址；
[0012]注册组网单元，与所述地址生成单元通信连接，用于向无线网络注册所述源地址，并根据所述目标地址与目标通信节点进行组网。
[0013]本发明第二方面提供一种基于时空基准的无线通信网络定址方法，包括:
[0014]接收卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统发送的定位原始数据，并对所述定位原始数据进行处理，以获得所述无线通信网络定址装置的定位信息，其中，所述定位信息可以是经度、纬度、高程、时间中的一项或任意组合；
[0015]读取所述定位信息，根据所述定位信息、预设的区域识别算法，计算出所述无线通信网络定址装置当前所处的区域信息，所述区域信息包括分区信息和/或分域信息；
[0016]根据所述装置当前所处区域信息、预设的地址生成算法，计算生成所述装置的组网逻辑地址，所述逻辑地址包括:源地址、单播目标地址和多播目标地址；
[0017]向无线网络注册所述源地址，并根据所述目标地址与目标通信节点进行组网。
[0018]本发明中，通过定位受时单元获取该装置的定位信息，利用区域识别单元中预置的区域识别算法，识别出该装置所属的区域，采用预设的地址生成算法，计算获取该装置的源地址和目标地址，不仅能实现高速运动中的装置在极短时间内获取可用网络通信逻辑地址，还能实现根据定位信息不断更新所需网络通信逻辑地址的效果，而且，不需要在无线通信网络中部署专门的地址分配管理设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例一的结构示意图；
[0020]图2为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例二的分区示意图；
[0021]图3为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例三的分域示意图；
[0022]图4为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例四的分域示意图；
[0023]图5为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例五的分域示意图；
[0024]图6为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例六的结构示意图；
[0025]图7为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址方法实施例一的流程示意图；
[0026]图8为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址方法实施例二的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]图1为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例一的结构示意图，如图1所示，该装置包括:定位受时单元101、区域识别单元102、地址生成单元103和注册组网单元104，其中:
[0028]定位受时单元101，与卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统通信连接，用于接收卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统发送的无线通信网络定址装置的定位原始数据信息和对定位原始数据进行处理，以获得上述无线通信网络定址装置的定位信息。具体地，卫星导航系统可以是全球定位系统(Global Posit1ning System,简称GPS)、北斗卫星导航系统等现有的卫星导航系统。该无线通信网络定位系统可以包括:无线专网通信网络系统和/或公共移动通信网络系统。上述卫星导航定位系统、无线专网通信网路定位系统、公共移动通信网络定位系统其中任何一个都可以为上述装置提供定位原始数据信息，定位受时单元101可以与它们都通信连接，或者与它们的任意组合通信连接，如果与它们的任意组合通信连接，那么定位受时单元101可以从接收到的定位原始数据信息中选择最先接收到的一个作为最终的定位信息，也可以对接收到的定位原始数据信息进行混合运算，计算获取最终的定位信息。所述定位信息可以是经度、纬度、高程、时间中的一项或任意项组合。
[0029]区域识别单元102，与定位受时单元101通信连接，用于读取上述定位信息，根据该定位信息、预设区域识别算法，计算出上述无线通信网络定址装置当前所处的区域信息，该区域信息包括分区信息和/或分域信息。
[0030]地址生成单元103，与区域识别单元102通信连接，用于根据上述装置当前所处区域信息、预设地址生成算法，计算生成上述装置的组网逻辑地址，该逻辑地址包括:源地址、单播目标地址和多播目标地址。这样，即使上述装置的定位信息快速变化，也可以快速的获取到自己的源地址和目标地址。
[0031]注册组网单元104，与地址生成单元103通信连接，用于获取地址生成单元103计算出的源地址和目标地址，向无线网络注册上述源地址，并根据上述目标地址和目标通信节点进行组网。该无线网络为该无线通信定址装置和与它进行通信的通信节点所组成的局域网。
[0032]特别说明的是，区域识别单元102和地址生成单元103在物理上可以是分别独立的单元，也可以是集成于一体的，例如:区域识别单元102、地址生成单元103可以分别集成到主CPU、从CPU中成为两个独立的物理单元，也可以统一集成到主CPU中成为一个独立的物理单元。
[0033]本实施例中，通过定位受时单元获取该装置的定位信息，然后区域识别单元根据定位信息和区域识别算法，计算出该装置当前所处的区域，地址生成单元根据装置当前所处区域信息和预设地址生成算法，计算获取该装置的源地址和目标地址，注册组网单元向无线网络注册该源地址，即可就可以使用该源地址进行通信了，使用这种方法无需配备专门分配地址的设备，而且定址过程花费的时间比现有地址分配技术短很多。具体的，如【背景技术】中所说，现有的方法分配地址，首先要通信节点接入通信网络，该通信节点广播请求地址管理设备为它分配地址，地址管理设备收到通信节点发送的地址配置请求后，查询可分配的地址，按照存储的分配规则为该通信节点分配一个可用地址，即源地址，通信节点收到该源地址以后向通信网络发送该地址，确认没有冲突之后该源地址生效。可看出现有技术中获取地址的过程中，通信节点和通信网络至少有两次交互，而采用本实施例，装置直接根据定位信息就可以确定自己的地址，所需的时间大大减少，这样也可以满足高速运动的装置在运动过程中快速的获取到地址进行通信；自组网网络中的各通信节点都采用上述装置进行定址，使得其中的各通信节点都能在短时间能获取到源地址和目标地址，可以满足通信节点不断增加、减少、变换，同时拓扑结构也不断变化的自组网网络的网络定址需求。可减少移动目标之间(如:飞机、火车、汽车、船只、飞行器等)，以及移动目标与固定目标之间(如:机场、码头、高速公路等)组网时，各通信节点的定址时延，实现现有地址分配技术难以适应的高速运动通信节点的快速定址。
[0034]图2为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例二的分区示意图，图3为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例三的分域示意图，图4为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例四的分域示意图，图5为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例五的分域示意图。
[0035]上述分区信息、分域信息，是可描述该分区、分域的特征点信息的集合，描述分区、分域的特征点均可以是一个或多个，特征点信息可以是经度、纬度、高程、时间中的一项或任意项组合。
[0036]其中，分区、分域模式具体包括:
[0037]可以是按照经度与纬度对地球表面进行切分形成多个封闭区间，每个封闭空间作为一个分区。
[0038]也可以是按经度、纬度和高程对地球表面以及地球表面以上的空间进行切分形成多个封闭空间，每个封闭空间作为一个分区。
[0039]还可以是在按经度、纬度对地球表面进行切分的基础上，再进一步用时间对每个已经形成的封闭区间进行切分，每个封闭时空区间作为一个分区。
[0040]还可以是按经度、纬度和高程对地球表面以及地球表面以上的空间进行切分的基础上，再进一步用时间对每个已经形成的封闭空间进行切分，每个封闭的时空区间作为一个分区。
[0041 ] 还可以是按任意规则切分地球表面或地球表面以上的空间形成的封闭空间，每个封闭空间作为一个分区。
[0042]还可以是在按任意规则切分地球表面或地球表面以上空间形成的封闭空间的基础上，再进一步用时间对每个已经形成的封闭空间进行切分，每个封闭的时空区间作为一个分区。
[0043]所述分域是在所述分区的基础上，根据无线信号覆盖范围进行域划分，每个分域由多个相邻的分区拼合而成。
[0044]按照上述分区、分域模式，在获取到上述装置的定位信息后，就可以根据定位信息和预设区域识别算法，计算获取的区域信息。上述预设区域识别算法，包括分区识别算法和分域识别算法，所述区域识别算法是在所述分区、分域的基础上，定义和预设的用于识别所述装置处于某个具体的分区和分域，并计算出该分区信息、分域信息的运算方法。
[0045]以二维为例，考虑经度和纬度，上述预设区域划分算法中，进行分区的算法中直接设定经度的划分间隔和纬度的划分间隔即可，例如经度每间隔10度划分一次、纬度每间隔10度划分一次，很容易就可以将地球切分为多个四边形区域。划分完的每个区、域都可以用特征点坐标表示出来，例如用它们的中心点坐标来表示。为了提高精度可以将区域划分的尽可能小。
[0046]上述分区具体表现为，按照地球经线和纬线的方向，对地球表面进行切分，参照图2，每隔d度划分为一格，将地球表面等分为η格四边形，例如，将地球看作一个标准的球体，那么η = 360度/d度，η为整数，形成m个封闭的四边形区间，即图2中所示的P1、P2、
P3........Pm，可知m = ηΧη，其中Px代表任一区。任一区都可以选其特征点座标来表示，可选择四边形中心点座标表示分区，则每个分区有一组确定的经纬度坐标，例如:P1的中心点经纬度座标表示为(xl，yl)。在区域识别单元102中，预设上述分区规则和特征点描述分区的方法，即可快速计算出分区信息。
[0047]在上述分区的基础上，根据通信节点(将上述装置看作一个通信节点)的无线信号覆盖范围进行域划分，一般通信节点的无线信号覆盖范围为一个圆形，如果以圆形为一个域，则无法进行无缝切分，因为圆与圆之间不能达到完全贴合，因此本发明实施例中，在无线信号覆盖的圆中取最大正多边形作为一个域，例如:取正三角形、正方形、正六边形等。参照图3，其中圆形为其中一个通信节点的无线信号覆盖范围，中间的三角形为在该圆中取的一个最大正三角形Q，该Q为一个域，类似地，周围其它每一个三角形都为一个域。
[0048]同样，参照图4，其中每一个正方形都是一个域。参照图5，其中每一个正六边形都是一个域。需要说明的是，一个域可以覆盖多个区。
[0049]无论以哪一种方式进行分域，都可以从一个正多边形的中心点开始向四周扩散，划分出r个域，每个域也可以选其特征点中心点的座标来描述，每个域中心点可根据L、R数值以及分区规则计算求得(其中，L为正多边形边数，R为无线通信信号覆盖范围的半径)，再结合上述分区规则，可快速计算出该域及其所覆盖的所有区的中心点坐标值。
[0050]需要说明的是，一般划分的区或域都是规则形状的，例如:三角形、正方形、长方形、正六边形等，对于这种形状规则的区域可以用中心点来描述，并求得分区地址的具体值。特别地，对于一些难以按规则形状划分地不规则区域，可以直接用封闭区间的多个顶点座标来描述，并预设该区域信息与地址的映射关系数据表，将这些映射关系数据表存储在地址生成单元103中，即可通过查表求得地址的具体值，具体地，根据定位信息确定上述装置当前所处的区域为一个不规则区域，可以根据这个区域的坐标信息在预存的映射关系中，直接在表中查找到该装置的源地址和目标地址。即上述地址生成单元103，还可以具体用于根据上述分区信息和预存位置信息与地址的映射关系数据表，查表获取上述装置的源地址、单播目标地址和多播目标地址。
[0051]图6为本发明提供的基于时空基准的无线通信定址装置实施例六的结构示意图，如图6所示，在图1的基础上，该地址生成单元103包括:源地址生成子单元601，其中，源地址生成子单元601，用于根据上述装置当前所处的分区信息和第一预设地址生成算法，计算和/或查表获取上述装置的源地址。
[0052]例如计算源地址的第一预设地址算法为F (Xp，yp)，代入具体一个分区信息，即这个区的中心点坐标信息(xp，yp)，就可以计算出对应的区的源地址。
[0053]具体地，对于规则区域，确定源地址的过程为:源地址生成子单元601根据该装置当前所处的分区，并获取该分区的中心点坐标，将该中心点坐标代入第一预设地址生成算法，计算出逻辑地址，就是该装置的源地址。
[0054]参照图6，该地址生成单元103还可以包括:单播目标地址生成子单元602，用于以上述装置当前所处的分区为中心，根据无线通信信号覆盖范围和上述第一预设地址算法，计算和/或查表获取上述无线通信信号覆盖范围以内的各分区的网络通信逻辑地址，以各分区的网络通信逻辑地址作为该装置的单播目标地址
[0055]确定单播目标地址的过程为:单播目标地址生成子单元602该装置当前所处的分区为中心，确定无线通信信号覆盖范围中的各分区，获取这些分区的中心点坐标，将这些分区的中心点坐标分别代入上述第一预设地址生成算法，计算出这些分区的逻辑地址，作为上述装置的单播目标地址。
[0056]参照图6，该地址生成单元103还可以包括:多播目标地址生成子单元603，用于根据上述装置当前所处的分域信息和第二预设地址生成算法，计算和/或查表获取该装置的多播目标地址。确定多播目标地址要同时考虑分区、无线通信信号覆盖范围等多个因素，即确定多播目标地址的过程为:多播目标地址生成子单元603根据该装置当前所处的分域，获取该分域的中心点坐标，将该中心点坐标代入第二预设地址生成算法，计算出逻辑地址，即多播目的通信地址。假设计算多播目标地址的第二预设地址生成算法为F' O^y,)，代入具体一个分域信息，即这个域的中心点坐标信息U,，y,)，就可以计算出对应的多播目标地址。
[0057]根据具体应用场景的需求决定需要根据单播目标地址进行通信，还是需要根据多播目标地址进行通信。一般情况下，在一组网络节点中，需要点对点通信，其它节点不参加进来，就需要单播目标地址。而多播目标地址是一组网络节点共享一个通信主题而需要的一个虚拟地址，所有通信节点同时能够接收到发到该多播目标地址的信息，也可以向这个多播目标地址发送信息，让监听该多播目标地址的一组网络节点都能接收到该信息。
[0058]以下用表I表示分区和各分区对应的逻辑地址，
[0059]表I
物理分I分区逻辑地区址_
Pl__Al_
[0060]P2A2
P3__A3_
PmAm
[0061]假设上述装置安装在车上，该车运行到Pl分区，将Pl的中心点坐标代入上述第一预设地址算法，计算获得逻辑地址Al作为该装置的源地址，此时如果该装置无线通信信号覆盖了 P2和P3分区，将P2和P3的中心点坐标分别代入计算出上述第一预设地址算法获取P2和P3的源地址，作为上述装置的单播目标地址A2、A3。此时如果另一辆车运行到P3区域，这另一辆车的无线通信网络定址装置获取了源地址A3，那么上述装置就具备了跟源地址为A3的车载装置通信的条件了。又例如，P2区域中一个路侧装置，该路侧设备固定在P2区域，可以在部署时输入P2分区的中心坐标，以使该路侧设备获取到源地址A2，上述装置将Al注册成功后就具备了和路侧装置进行通信的条件了。
[0062]表2表示分域和各分域对应的逻辑地址，
[0063]表 2
[0064]
【权利要求】
1.一种基于时空基准的无线通信网络定址装置，其特征在于，包括: 定位受时单元，与卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统通信连接，用于接收所述卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统发送的定位原始数据和对定位原始数据进行处理，以获得所述无线通信网络定址装置的定位信息； 区域识别单元，与所述定位受时单元通信连接，用于读取所述定位信息，根据所述定位信息、预设的区域识别算法，计算出所述无线通信网络定址装置当前所处的区域信息，所述区域信息包括分区信息和/或分域信息； 地址生成单元，与所述区域识别单元通信连接，用于根据所述装置当前所处区域信息、预设的地址生成算法，计算生成所述装置的组网逻辑地址，所述逻辑地址包括:源地址、单播目标地址和多播目标地址； 注册组网单元，与所述地址生成单元通信连接，用于向无线网络注册所述源地址，并根据所述目标地址与目标通信节点进行组网。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地址生成单元，包括: 源地址生成子单元，用于根据所述装置当前所处的分区信息和第一预设地址生成算法，计算和/或查表获取所述装置的源地址。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地址生成单元，包括: 单播目标地址生成子单元，用于以所述装置当前所处的分区为中心，根据无线通信信号覆盖范围和所述第一预设地址算法，计算和/或查表获取所述装置无线通信信号覆盖范围以内的各分区的网络通信逻辑地址，以所述各分区的网络通信逻辑地址作为所述装置的单播目标地址。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地址生成单元，包括: 多播目标地址生成子单元，用于根据所述装置当前所处的分域信息和第二预设地址生成算法，计算和/或查表获取所述装置的多播目标地址。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位原始数据包括:卫星轨道数据、星历数据、卫星时钟数据、卫星位置信息、无线通信网络基站位置和无线通信网络时钟数据中的一项或任意项组合；还可以包括多种用于提高定位精确度的定位误差修正数据。
6.一种基于时空基准的无线通信网络定址方法，其特征在于，包括: 接收卫星导航定位系统和/或无线通信网络定位系统发送的定位原始数据，并对所述定位原始数据进行处理，以获得所述无线通信网络定址装置的定位信息，其中，所述定位信息可以是经度、纬度、高程、时间中的一项或任意组合； 读取所述定位信息，根据所述定位信息、预设的区域识别算法，计算出所述无线通信网络定址装置当前所处的区域信息，所述区域信息包括分区信息和/或分域信息； 根据所述装置当前所处区域信息、预设的地址生成算法，计算生成所述装置的组网逻辑地址，所述逻辑地址包括:源地址、单播目标地址和多播目标地址； 向无线网络注册所述源地址，并根据所述目标地址与目标通信节点进行组网。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据计算生成所述装置的组网逻辑地址包括: 根据所述装置当前所处的分区信息和第一预设地址生成算法，计算和/或查表获取所述装置的源地址。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据计算生成所述装置的组网逻辑地址包括: 以所述装置当前所处的分区为中心，根据无线通信信号覆盖范围和所述第一预设地址算法，计算和/或查表获取所述装置无线通信信号覆盖范围以内的各分区的网络通信逻辑地址，以所述各分区的网络通信逻辑地址作为所述装置的单播目标地址。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据计算生成所述装置的组网逻辑地址包括: 根据所述装置当前所处的分域信息和第二预设地址生成算法，计算和/或查表获取所述装置的多播目标地址。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述定位原始数据包括: 卫星轨道数据、卫星星历数据、卫星时钟数据、卫星位置信息、无线通信网络基站位置和无线通信网络时钟数据中的一项或任意项组合，还可以包括多种用于提高定位精确度的定位误差修正数据。
【文档编号】H04W8/26GK104168538SQ201310287851
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】夏国洪, 吕昱 申请人:易通星云（北京）科技发展有限公司