一种基于动态协调权归属域和跨域连通性证据的移动多人对讲网络分区合并方法与流程

本发明涉及移动自组织网络、无线多人对讲、网络分区合并、分布式协调以及实时语音业务连续性，具体涉及一种在多个能够独立提供对讲业务的网络分区恢复连通后，基于动态协调权归属域、跨域连通性证据、预备协调节点状态同步和语音安全切换边界完成可撤销合并的方法。

背景技术：

1、移动自组织网络（mobile ad hoc network, manet）由一组移动设备通过无线链路自组织形成，不依赖固定基础设施，能够实现任意设备间的语音、数据及视频传输。多人移动对讲网络是manet的重要应用形态，广泛用于骑行通信、户外探险、应急指挥等场景。在此类网络中，设备位置持续变化，网络拓扑高度动态，可能出现网络分裂与重新合并，对分区合并机制提出了严格要求。

2、现有技术中已公开多种面向移动自组织网络的组网及通信方案。例如，公开号为us10277748b2的美国专利（公开日2019年04月02日）公开了一种面向摩托车用户的移动自组织语音网络，包括主节点、同步节点、中继节点、邻居拓扑及数字语音传输；公开号为us8942197b2的美国专利（公开日2015年01月27日）公开了移动自组织网络的延迟入网、网络分裂与合并方法；公开号为us7532585b2的美国专利（公开日2009年05月12日）公开了基于全网跳数和拓扑中心位置的主节点选举方法；公开号为us10028110b2的美国专利（公开日2018年07月17日）公开了一键通（ptt）子组分裂后重新合并、多个话权持有节点并存、话权请求队列重同步及低优先级语音丢弃等技术；公开号为us5987011a的美国专利（公开日1999年11月16日）和公开号为us8238259b2的美国专利（公开日2012年08月07日）公开了利用持续接收、链路稳定性和滞回机制避免不稳定无线链路参与路由的方法；公开号为us8488558b2的美国专利（公开日2013年07月16日）和公开号为ca2680523a1的加拿大专利（公开日2010年04月29日）分别公开了无线协调节点的无中断切换以及基于序号标记和影子缓冲区的会话切换技术；公开号为cn115665028a的中国发明专利（公开日2023年01月31日）公开了一种移动自组网的子网融合和子网分裂方法，通过在本子网中选择控制节点、搜索邻子网同步信号、构建融合控制指令完成子网融合。

3、然而，上述现有技术仍存在以下不足：

4、（1）现有分区合并方案多基于节点标识、分区规模或版本号等静态规则进行裁决，未考虑协调权声明的历史演进关系。例如，简单比较节点标识或链路质量可能导致协调节点频繁无效切换，且新设备加入已有网络时，即便原协调节点稳定，也可能因新设备标识在预设排序规则中占优而被不合理地替换，导致网络中协调权声明非必要地频繁变更。

5、（2）现有技术未能有效区分短暂的无线接触与能够支撑合并后业务的稳定连通关系。两个分区可能仅因边缘成员瞬时擦肩而过出现短暂可达，若每次均触发合并准备，将导致大量无效尝试，增加网络开销和业务中断风险。

6、（3）合并准备阶段往往提前终止原协调节点的协调权，一旦合并条件在生效前失效（如唯一中继节点离开），将造成该分区业务中断且难以恢复。

7、（4）多个分区各自存在当前话权持有节点时，现有技术缺乏完善的协调机制，无法在不中断现有语音传输的前提下，在共同语音边界完成话权状态一致切换。

8、（5）合并生效边界不明确，协调权切换与话权状态切换可能不同步，易导致重复播放、多话权同时有效或长时间静音等问题。

9、因此，亟需一种适用于移动多人对讲网络的分区合并方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、发明目的

2、本发明要解决的技术问题是：在节点持续移动且无线链路可能发生短时中断的多人对讲网络中，当多个各自仍能独立提供对讲业务的网络分区重新出现无线可达关系时，如何判断该关系是否足以支撑合并后的控制信息与语音数据传播，如何在不中断原分区语音业务的前提下准备新协调节点，以及如何在语音帧持续传输时完成可撤销的一致切换，从而降低重复播放、语音帧丢失概率并限制业务中断时长。

3、具体包括：区分由节点短暂接近形成的短时跨域可达关系与经持续性确认的跨域连通关系；根据协调权声明演进关系识别原协调权归属域；避免在候选协调节点未获得完整状态前提前终止原协调权；处理多个当前话权持有节点及不同话权轮次的情形；使参与合并的节点在满足确认条件后于共同语音边界采用同一新协调权声明；以及在合并生效前跨域连通性失效时撤销合并并保持原分区继续工作。

4、技术方案

5、为便于理解本发明，对下述术语作如下定义：

6、协调权声明：网络中节点发布的关于自身担任协调节点的权限声明，包含演进关系信息，该声明至少包括协调节点实例标识、声明轮次、父声明摘要等字段。初始协调权声明的父声明摘要集合为空，非合并声明可以包含一个父声明摘要，合并声明的父声明摘要集合包含参与合并的各协调权归属域的头声明摘要。

7、头声明：在节点当前已获取并校验有效的协调权声明集合中，不存在以该声明摘要作为父声明摘要的其他有效协调权声明。当多个协调权归属域进行合并时，各域分别贡献其当前头声明，候选新协调权声明的父声明摘要集合即包含参与合并的全部头声明摘要。

8、协调权归属域：由当前认可同一头声明的活跃节点构成的逻辑分区。

9、活跃节点：在本发明中，活跃节点是指满足以下条件的节点：

10、（1）在预设时间窗口内持续发送成员状态报告；

11、（2）其报告的协调权声明摘要与所在归属域的当前头声明一致；

12、（3）最近一次链路质量参数不低于预设活跃门限；

13、不满足上述条件的节点不纳入合并确认的计票基数，亦不参与合并状态快照中的成员集合计算。

14、基准协调权声明集：参与本轮合并的各协调权归属域的头声明，以及验证各头声明演进关系所需的父声明或父声明摘要的集合。

15、跨域连通性证据：用于表征两个或多个协调权归属域之间存在满足预设持续时间和质量门限的双向连通关系的观测记录集合。

16、预备协调节点：在合并准备阶段被选定用于收集各方状态、生成合并提案，但在生效前暂不接管协调权的节点。

17、话权：本技术中话权指对讲组中的发言权限，话权持有节点为当前获准发言的节点，话权状态包括话权持有节点、话权轮次和语音帧序列号等信息。

18、语音安全切换边界：合并生效的具体时刻或逻辑事件点，在该边界前后，节点按照确定的语音接收和发送规则完成切换，以降低重复播放、语音帧丢失和业务中断的概率。

19、域切换序列映射：以协调权归属域和旧话权轮次为索引，记录各旧语音流在切换边界处对应的截止语音帧序列号。

20、为实现上述目的，本发明将移动对讲网络分区合并处理为包含语音业务状态的可撤销合并事务，而非一次即时协调节点选举。具体包括以下步骤：

21、步骤s1：获取同一连通分量内的多个有效协调权声明，并根据演进关系聚合协调权归属域

22、每个已形成的对讲网络分区维护包含演进关联信息的协调权声明，成员状态报告中携带本节点当前认可的协调权声明摘要。设备接收到多个有效协调权声明后，依据声明中的协调节点实例标识、声明轮次及父声明摘要集合，结合成员报告中的认可摘要，确定各声明之间的时序演进关系，并识别各演进分支的当前有效头声明。在聚合协调权归属域之前，各节点首先根据成员状态报告的接收情况筛选活跃节点。具体地，对于每一个候选节点，若其在预设时间窗口内未发送成员状态报告，或其报告的协调权声明摘要与当前归属域头声明不一致，或该节点对应的最近链路质量参数低于预设活跃门限，则将该节点标记为非活跃节点，不纳入本归属域的活跃成员集合。仅活跃节点参与后续的合并确认投票和成员集合计算。将认可同一有效演进关系且归属于同一头声明的活跃节点集合聚合为一个协调权归属域。无效、过期或来源实例不匹配的声明不进入基准协调权声明集。所述协调权归属域由移动网络分区历史动态形成，并非预先配置的固定域。

23、步骤s2：获取跨域连通边两端的跨域连通性观测，在满足连通确认条件和预设持续时长条件时生成跨域连通性证据

24、检测到多个有效协调权归属域时，设备进入发现状态，收集跨域连通性观测记录。当跨域连通性观测满足以下条件时生成有效跨域连通性证据：至少一条跨域连通边的两个端点分别确认双向可达；或者至少两条端点对不同的跨域连通边共同形成双向可达关系；连续观测时长达到预设最小持续时长阈值；链路质量未连续低于失效门限；观测记录处于有效窗口内。仅收到单次广播、单向低质量数据包或过期报告时，不满足合并准入条件。

25、步骤s3：在所述跨域连通性证据满足合并准入条件后，基于当前获取的拓扑观测信息和节点能力信息，根据连通分量的网络拓扑选择预备协调节点，各原协调节点继续提供本域对讲业务

26、跨域连通性证据有效后进入准备状态，生成本次合并轮次标识。参与合并的节点按照预设的确定性排序规则从跨域连通节点中选择预备协调节点。在合并准备期间，若当前预备协调节点仍满足预设服务能力条件，且关键拓扑指标未达到预设劣化阈值，则优先维持当前预备协调节点。预备协调节点接收各归属域的成员状态、拓扑状态和话权控制状态，生成统一候选状态和合并提案，但在正式取得协调权之前不得使原协调权声明失效，各原协调节点继续处理本域话权请求和成员管理。

27、步骤s4：由预备协调节点获取各归属域的成员状态和语音会话状态，所述语音会话状态至少包括当前话权持有节点、话权轮次标识和语音帧序列号

28、各协调权归属域向预备协调节点传播成员集合、邻接边集合、基准协调权声明集、当前话权持有节点、话权轮次标识、当前话音突发的最新语音帧序列号以及待处理话权请求摘要。若多个归属域均存在当前话权持有节点，预备协调节点按照确定性规则生成统一话权状态，依次考虑紧急优先级、业务优先级、预配置角色优先级、话音突发状态，相同时按域头声明摘要和发言节点实例标识判定。未被选中的语音流不在准备阶段立即停止，相应原归属域可继续传输至语音安全切换边界。

29、步骤s5：由预备协调节点根据网络拓扑、有效协调权声明、跨域连通性证据、成员状态和语音会话状态生成合并状态快照

30、预备协调节点按确定性排序和过滤规则生成合并状态快照摘要，该摘要包含对讲组标识、合并轮次、规范化成员与拓扑信息、基准协调权声明集、各域语音状态摘要以及跨域连通性证据摘要。当跨域连通性证据、协调权归属域集合、候选协调节点选择结果或关键语音会话状态发生影响合并一致性的变化时，当前合并状态快照失效，系统递增合并轮次标识并重新收集相应状态，所有基于旧合并状态快照生成的确认消息均由节点判定为无效并予以忽略。

31、步骤s6：根据合并状态快照确定新协调权声明和新话权控制状态，生成合并生效标记，该标记用于确定语音安全切换边界

32、预备协调节点生成合并生效标记，至少包括合并轮次标识、预备协调节点标识、新协调权声明轮次、获准发言节点标识、新话权轮次标识、域切换序列映射以及生效时刻信息；

33、所述域切换序列映射用于分别记录各原协调权归属域中旧语音流的截止序列号，所述生效边界标识为控制周期编号或语音超帧编号；

34、所述生效时刻用于定义所述合并生效标记所对应的新协调权声明和新话权控制状态正式取代原状态的时机。所述生效时刻为以下任一种：

35、（1）基于公共时间基准确定的绝对时刻或控制超帧编号，该时刻晚于合并提交证书的预计传播完成时刻，且早于所述跨域连通性证据的有效截止时间与预设时钟误差保护间隔之差；

36、（2）逻辑屏障事件，即在各协调权归属域分别完成所述域切换序列映射对应的旧媒体流封口并返回切换就绪凭证后，由预备协调节点广播最终合并激活消息，各节点接收到该消息时视为生效时刻到达；

37、语音安全切换边界根据各归属域的话权状态确定：若各域均无话权持有者，则以当前时刻之后的第一个满足条件的控制周期边界或语音超帧边界为切换边界，以实现最短切换时延；若一个或多个归属域存在话权持有者，则等待相应话音突发正常结束，分别确定各原协调权归属域中旧语音流的截止序列号，形成域切换序列映射，并以全部相关话音突发结束后的第一个满足条件的控制周期边界或语音超帧边界作为切换边界；若超过预设最大等待时间仍有话音突发未结束，则将各旧语音流截至该时刻的最新确认序列号确定为相应截止序列号，并以预设最大等待时间届满后的第一个满足条件的控制周期边界或语音超帧边界作为切换边界。接收节点在切换边界之前继续接收原协调权下的语音帧，在切换边界之后仅接收与新话权轮次标识匹配的语音帧。

38、步骤s7：获取来自各协调权归属域的确认消息，所述确认消息引用同一合并状态快照和同一合并生效标记

39、预备协调节点发送合并准备消息，各节点在基准协调权声明集、合并状态快照摘要、跨域连通性证据摘要、预备协调节点标识、合并生效标记、本归属域语音会话状态均与本机计算结果一致时，发送归属域确认凭证。合并提交需满足：确认消息数量达到预设总体门限，所述门限以当前各归属域活跃节点总数作为计票基数进行计算（如活跃节点总数的50%以上）；每个仍有效的原归属域均有节点确认；各确认引用相同的合并轮次、预备协调节点和生效标记；从准备到提交期间跨域连通性证据持续满足准入条件；各归属域当前语音会话状态未发生阻止切换的变化。

40、步骤s8：在语音安全切换边界到达时，使参与合并的节点采用新协调权声明和新话权控制状态

41、满足确认条件后，预备协调节点发送合并提交消息，节点验证后进入待生效状态。在生效边界到达前继续校验各状态的有效性。在语音安全切换边界到达时刻，若跨域连通性证据仍满足准入条件则执行切换，否则执行撤销，边界时刻的状态判定基于截至该时刻更新的跨域连通性证据，以及该证据有效窗口内的跨域连通性观测记录。执行切换时具体包括：采用新协调权声明；使预备协调节点取得协调权限；屏蔽各原协调节点的话权授予响应，使新话权请求统一路由至预备协调节点；更新话权轮次标识和获准发言节点；切换组状态和语音分发规则。

42、步骤s9：在语音安全切换边界到达前，响应于跨域连通性证据或合并状态快照失效，撤销本轮合并，并保持各原协调权声明有效

43、在生效边界到达前发生以下任一条件时进入撤销状态：跨域连通性证据不再满足准入条件；基准协调权声明集发生变化；预备协调节点离线或选择结果发生变化；某归属域撤回确认或其声明失效；话权状态发生变化导致生效标记无法满足；收到相同轮次但内容冲突的提交。撤销时：不采用新协调权声明；不终止原协调权声明；各原协调节点继续提供本分区业务；清除本轮预备状态。待生效状态具有预设有效期，超时未生效则本地撤销并继续采用原协调权声明；

44、此外，作为基础启动和接入方式：单机启动时保持未声明协调权状态；当至少两个未认可有效协调权声明的成员形成稳定连通分量时，执行初始协调节点选举；新设备加入仅存在一个有效头声明的网络时，在完成该头声明的真实性和有效性校验后采用该声明，不触发重新选举。

45、有益效果

46、相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

47、通过基于协调权声明演进关系的协调权归属域识别机制，识别各网络分区的协调权归属状态，减少因仅比较节点标识造成的非必要协调节点切换。

48、通过跨域连通性证据机制，要求双向确认、持续时长和链路质量等多重条件，区分短时跨域可达关系与满足预设连通确认条件的跨域连通关系，降低无效合并的触发概率。

49、通过预备协调节点机制，在合并生效前维持原协调权声明有效，使合并条件失效时各网络分区仍能独立工作，降低因合并失败造成业务中断的风险。

50、通过语音安全切换边界机制，使协调权切换与话权状态切换在同一逻辑边界生效，降低重复播放、多个话权同时有效及异常静音持续时间过长的概率。

51、通过多话权冲突处理机制，在多个网络分区均存在话权持有者时，确定合并后统一话权控制状态，并分别确定各旧语音流的截止序列号，形成域切换序列映射，使已有话音突发能够在预设最大等待时间内继续传输，降低语音被突兀截断的概率。

52、通过合并确认机制，要求每个仍然有效的协调权归属域均有节点确认，降低仅由单一协调权归属域确认即触发全网合并的风险。

53、通过可撤销合并机制，在语音安全切换边界到达前合并条件失效时撤销本轮合并，并保持各原网络分区继续工作，降低系统进入不一致状态的风险。

54、上述效果可通过无效合并准备或提交次数、业务中断时长、重复播放语音帧数量、丢失语音帧数量以及多个话权同时有效的持续时间等指标进行验证。