一种改善低速率无线跳频通信网络鲁棒性的方法与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种改善低速率无线跳频通信网络鲁棒性的方法。


背景技术：

2.在无线跳频网络通信系统中，跳频同步及网络中断后的网络恢复至关重要，尤其是在实时语音传输中。由于纠错算法的存在，整个通信过程允许存在少量丢包，因此，跳频网络快速恢复对系统性能提升有着显著影响，这就对跳频网络的鲁棒性提出更高的要求。传统跳频通信系统，通常考虑断网重传、公共频道重新同步等方式解决跳频网络不稳定问题，但在许多实时传输中，重连或重新同步所需时间过高，不能满足网络快速恢复的需求；
3.同时，目前大多跳频技术都是通过多次发射增加可靠性，或将多次发射作为跳频算法的基础，但是在部分低速率应用场景中(以64bytes，10kbps为例，单包时间51.2ms)，为保障语音传输流畅性，网络恢复的时隙不得超过2秒钟(约为17个跳频时隙，跳频时隙即每个跳频频点持续的时间，一般跳频时隙时间大于一次收发通信所需要的时间)，那么多次发射将极大增加传输耗时，降低传输效率，无法在17个时隙内同步并使用更多的有效信道。
4.因此，本领域的技术人员致力于开发一种改善低速率无线跳频通信网络鲁棒性的方法，针对实时传输等需要在线快速恢复的网络系统，提升网络的鲁棒性。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是当节点间通信出现中断时，可以在组网不中断的情况下，实现网络恢复并继续保持语音通信的流畅。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种改善低速率无线跳频通信网络鲁棒性的方法，所述方法包括：
7.首尾包时，发送节点使用三次握手及重传机制，保证首尾包的准确性，首尾包失败则需要重新进行网络同步；
8.首包成功后，在尾包到来之前，过程中的每个跳频时隙都需要进行一次通信，如果没有数据包，mac层可以填充数据长度为0的跳频帧空包；
9.网络内的节点首先使用默认频表进行通信，当节点间通信出现中断时，按照频表切换原则在内置的频表中进行切换。
10.进一步地，发送节点的跳频帧的帧结构包括帧序号、txack、三次握手标志；所述帧序号是指本包数据的序列号；所述txack是指发送节点收到的上一个ack序列号；所述三次握手标志是指本包数据是否需要三次握手；
11.接收节点的跳频帧ack回复的帧结构包括ack序号；所述ack序号是指本包数据要回复的确认包的序列号。
12.进一步地，当节点间通信出现首次中断时，节点进入恢复周期，在恢复周期内，如果连续出现异常，则按照所述频表切换原则进行恢复。
13.进一步地，发送节点判断是否收到正确的ack包，如果连续四次没有收到正确的ack包，则表示在恢复周期内恢复失败，下一个时隙发送节点切换频表进行通信；发送节点的频表切换原则是时隙1至时隙4选用本频表成功过的最近两个频点，即频点a和频点b，按照abab的顺序；时隙5至时隙8选用新频表的前两个频点，即频点c和频点d，按照cdcd的顺序；时隙9至时隙11选用公共信道频点，即频点e，按照eee的顺序。
14.进一步地，接收节点在本地存储一个错误计数和一个丢包计数。
15.进一步地，所述错误计数的初始值为1；当接收到发送节点的数据包时，所述错误计数等于数据包中的所述帧序号的值减去所述txack的值。
16.进一步地，当所述错误计数大于等于4时，接收节点不再回复ack，直接在下一个时隙切换频表继续进行通信，此时接收节点的频表切换原则与发送节点的频表切换原则相同。
17.进一步地，所述丢包计数的初始值为0；当本时隙中未收到任何数据包时，所述丢包计数累计加1，当接收到发送节点的数据包时，所述丢包计数清零。
18.进一步地，当所述丢包计数为4时，接收节点认为恢复失败，下一个时隙接收节点切换频表继续进行通信；
19.当所述丢包计数为4且所述错误计数为2时或者当所述丢包计数为4且所述错误计数为3时，接收节点的频表切换原则为，在发送节点的频表切换原则上，进行时隙调整；
20.当所述丢包计数为4且所述错误计数为1时，接收节点采用窗口加长进行通信，接收节点的切换原则为时隙1至时隙4选用本频表成功过的最近两个频点，即频点a和频点b，按照aaab的顺序；时隙5至时隙8选用新频表的前两个频点，即频点c和频点d，按照ccdd的顺序；时隙9至时隙11选用公共信道频点，即频点e，按照eee的顺序。
21.进一步地，所述时隙调整为：当所述错误计数为2时，向前调整2个时隙；当所述错误计数为3时，向前调整3个时隙。
22.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：
23.本发明可以在组网不中断的情况下，收发节点同步切换频表，实现网络恢复并继续保持语音通信的流畅，提升跳频网络稳定性，提高网络快速恢复的自适应性，减少出现断网和重新组网等情况。
24.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
25.图1是本发明的一个较佳实施例的方法流程图；
26.图2是本发明的一个较佳实施例的跳频帧结构示意图；
27.图3是本发明的一个较佳实施例的跳频频表切换示意图。
具体实施方式
28.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
29.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
30.本发明针对实时语音传输等情况，当节点间通信出现中断时(干扰导致通信中断)，可以在组网不中断的情况下，收发节点同步切换频表，实现网络恢复并继续保持语音通信的流畅，提升跳频网络稳定性，减少出现断网和重新组网等情况。
31.如图1所示，是本发明的一个较佳实施例的方法流程图，以最简单的点对点网络为例，首先，收发节点完成了组网和时间同步。当节点开始业务通信时，将按照如下原则：
32.1、首尾包时，txnode会使用三次握手及重传机制，保证首尾包的准确性，首尾包失败则需要重新进行网络同步。
33.2、首包成功后，在尾包到来之前，过程中的每个跳频时隙都需要进行一次通信，如果没有数据包，mac层可以填充数据长度为0的跳频帧空包。
34.3、频表的使用及切换。网络内的节点首先使用默认频表进行通信，当节点间通信出现中断时，将按照频表切换原则在内置的频表中进行切换，其中，内置频表事先预置在节点内。
35.跳频帧的帧结构如图2所示，txnode(发送节点)帧序号是指本包数据的序列号，txnode txack是指tx节点收到的上一个ack序列号，txnode三次握手标志是指本包是否需要三次握手；rxnode(接收节点)ack序号是指本包要回复的序列号；txnode ack序号是指本包要回复的确认包的序列号。
36.无线通信时，可能产生的通信结果有以下几种情况：情况1为正常互通，情况2为单通，情况3为不通(丢包)，情况4为三次握手通信。
37.当节点开始业务通信时，首包，txnode与rxnode进行三次握手通信，首包完成之后，txnode和rxnode均在本地存储了当前的帧序号(初始值为1)，从第2包开始，将按照表1(全部互通)的方式进行正常通信：
38.表1正常互通
[0039][0040]
由此可见，在每个时隙正常通信完成后，txnode和rxnode本地存储的当前帧序号与实际帧序号保持一致(表1)。
[0041]
当节点间通信出现首次中断时，即出现单通或者不通的情况，节点将进入恢复周期(图3中灰色区域)，中断后的通信帧结构如表2
‑
1、表2
‑
2(不能全部互通)所示：
[0042]
表2
‑
1中断后通信
‑
单通
[0043][0044]
表2
‑
2中断后通信
‑
不通
[0045][0046][0047]
由此可见，在恢复周期内，只要正常互通通信的情况，那么本地存储的帧序号将恢复正常，也意味着恢复完成，恢复周期结,。而如果连续出现异常，即图3中深灰色区域以后的时隙，将按照如下原则进行恢复(灰色区域以后的恢复时隙中使用三次握手通信)：
[0048]
1、txnode根据是否收到正确的ack包作为判断依据，如果连续四次(首次中断 3个恢复时隙)未收到，即表示在恢复周期内恢复失败，下一个时隙txnode将切换频表继续进行通信。txnode切换频点的原则是时隙1至时隙4选用本频表成功过的最近两个频点a和b(按照abab顺序)，时隙5至时隙8选用新频表的前两个频点c和d(选用cdcd顺序)，时隙9至时隙11选用公共信道频点e(按照eee顺序),如图3txnode深灰色区域以后的频点切换。
[0049]
图3中深灰色表示互通，灰色表示恢复时隙且tx与rx通信中断，灰色之后的恢复时隙，将按照各自频点切换原则选取相应的频点值，其中，白色表示本时隙tx与rx不在同一频点，浅灰色表示本时隙tx与rx在同一频点，理论上此时(浅灰色)tx与rx是可以互通的。
[0050]
2、rxnode将在本地存储一个丢包计数n和一个错误计数m。
[0051]
2.1错误计数m的初始值为1，当接收到txnode的数据包时，m等于txnode数据包中的帧序号值减去txack值，当m＝4时，rxnode将切换频表继续进行通信。根据表2的情况可以推理出，连续收发异常时，m＝4的情况有以下几种(以
↓
表示单通情况，以x表示不通情况)：
↓↓↓↓
，x
↓↓↓
，
↓
x
↓↓
，
↓↓
x
↓
，xx
↓↓
，x
↓
x
↓
，
↓
xx
↓
，xxx
↓
。值得注意的是，最后一包必须为
↓
才能读出m的值，当m>＝4时，不再回复ack，直接在下一个时隙切换频表继续进行通信。(不切换频表
时，不会出现第五个时隙
↓
的情况，类似xx
↓
x
↓
，因为在4次收发异常后，txnode已经切换频表，所以超过4次的后续收发必为丢包，即x)。m>＝4对应图3情况a，rxnode将在第四个恢复周期认为恢复失败，下一个时隙rxnode将切换频表继续进行通信。此时(m>＝4)rxnode的切换原则与txnode切换原则相同。
[0052]
2.2丢包计数n的初始值为0，当出现丢包时(在本时隙中未收到任何数据包)，n累计加1，当接收到txnode的数据包时，n清零。当n累计等于4的时候，即表示连续四次未收到，rxnode将认为恢复失败，下一个时隙rxnode将切换频表继续进行通信。根据表2的情况可以推理出，n＝4的情况有以下几种(以
↓
表示单通情况，以x表示不通情况)：xxxx，
↓
xxxx，
↓↓
xxxx，
↓↓↓
xxxx，x
↓
xxxx，xx
↓
xxxx,x
↓↓
xxxx,
↓
x
↓
xxxx。值得注意的是，当连续4次收发异常后，txnode已经切换频表，所以超过4次的收发必为丢包，即x。
[0053]
由于滞后性，当n＝4时，可能已经过去7个时隙了(例如xx
↓
xxxx)，所以rxnode在n＝4时，需要进行时隙调整，调整原则是当m＝2时，向前调整2个时隙；当m＝3时，向前调整3个时隙(向前调整的概念：假设新的频表准备依次使用abcdabc七个频点，向前调整3个时隙即rxnode下一个时隙的频点采用第4个d频点，跳过abc频点所在时隙)。此时(n＝4且m＝2或m＝3)rxnode的切换原则为，在txnode切换原则的基础上，进行上述时隙调整(图3情况b)。
[0054]
2.3当n＝4且m＝1时，有xxxx和
↓
xxxx两种情况，rxnode将采用窗口加长进行通信，rxnode将会出现情况c和情况d两种可能，rxnode的切换原则为时隙1至时隙4选用本频表成功过的最近两个频点a和b(按照aaab顺序)，时隙5至时隙8选用新频表的前两个频点c和d(按照ccdd顺序)，时隙9至时隙11选用公共信道频点e(按照eee顺序)(如图3情况c、情况d)。
[0055]
以上是txnode和rxnode切换频表的原则。如上文罗列，共有16种中断情况会开始切换频表，由图3可以统计得到表4的结果，可以看到，在绝大多数情况下，本发明尝试了足够的通信时隙及通信频点，且每个通信频点尝试了不止一个通信时隙，极大提高了网络恢复的可能性。在极少数特殊情况下，本发明也保证了足够的通信频点数量和尽可能多的通信时隙。
[0056]
表4统计表
[0057][0058]
当在切换频表后的通信中，出现三次握手通信的情况，那么就意味着网络恢复成功，随后将按照跳频本表，或跳频新表，或公共信道商议决定的频表进行后续通信。
[0059]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。