基于流星余迹进行通信的通信设备、系统及通信控制方法

专利名称：基于流星余迹进行通信的通信设备、系统及通信控制方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别是指一种基于流星余迹通信信道进行通信的通信 设备、系统及通信控制方法。
背景技术：
流星进入大气层，在距地面约IOOkm的高度产生电离余迹，流星余迹随机突发，持 续时间从几十毫秒到几秒。流星余迹通信工作在超短波频段，可设计特殊的通信协议，利用 这些短暂的电离痕迹作为通信媒介，反射或者散射原本会穿出大气层的电波，从而达成无 线电通信。流星余迹的高度使其单跳最远距离可达约2000km。流星余迹通信主要用于远距 离、小容量专向或者网络数据通信。流星余迹的出现瞬间突发，随机断续，被反射的无线电 信号随时间衰落严重，需要由通信控制器控制发射机发射探测信号，捕捉到随机出现的通 信信道，完成相应的链路层与网络层处理，从而建立起可靠的流星余迹通信。如图1所示，为流星余迹通信链路示意图。流星余迹通信系统一般包含主站和从 站，这里的主站可以是一个主通信设备，从站可以是一个从通信设备。主站功率为500W 2000W，从站功率100W 300W。主站持续发射探测信号，从站保持接收状态。当高度和位置 适当的流星余迹将主站的探测信号传送到某个从站，从站就会应答主站，从而在主、从站间 建立通信链路，并相互发送报文，一直到报文发送结束或链路中断为止。为了减少可能的报 文等待时间，及时捕捉到流星余迹通信信道，主站既使没有报文需要发送，也要持续发射探 测信号。这种方法的缺点是从站节点只能与所属的主站节点进行通信，从站之间通信需要 经过主站中转，一旦因信道或主站设备状态等原因导致无法接收到主站信号，从站将无法 与其它网络节点进行通信。流星余迹通信是间歇突发的，需要发送的报文保存在流星余迹通信控制器中，当 通信信道建立时再进行发送，因此流星余迹通信的报文发送具有一定的等待时间。每次突 发通信的时间不等，可能不足以完成一条报文的发送，因此需要由流星余迹通信控制器将 报文拆分成合适长度的数据帧，每次突发通信时传送一定数量的数据帧。一般的数据通信 由于信道相对较稳定，所以对较高优先级报文的优先方式是基于报文的，即将当前报文发 送完毕后，再选择其他的最高优先级报文进行发送。流星余迹通信的间歇突发的特点使报 文传送具有较长的等待时间。如果采用这种基于报文的优先级管理方式，当正在发送的报 文较长或信道条件不好时，可能会使高优先级的报文等待时间过长。另外，当流星余迹通信设备需要进行全向通信或覆盖多个通信方向时，如图2所 示，为一种可以进行全向通信或覆盖多个通信方向的流星余迹通信设备的组成框图。为了 用一部发射机满足全向通信或多个方向通信的需要，发天线一般为全向天线，天线增益低， 从而需要采用很高的发射功率，一般在2000W以上。这就加大了对系统供电的要求，使设备 的重量和体积增大。高功率发射机对接收机的干扰也显著增加，会降低流星余迹通信设备 的收发隔离度和整机电磁兼容性能，从而影响通信性能，且存在系统耗电较大、设备的重量 大和系统复杂等缺点。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于流星余迹进行通信的通信设备、系统及 通信控制方法，可以自适应动态变化的网络拓扑结构，保证通信设备间的正常网络通信；采 用基于数据帧的报文优先级管理方法，缩短了高优先级报文的传输等待时间；采用天线扇 面切换技术，实现了利用一套发射单元完成多扇面通信。为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于流星余迹进行通信的通信设 备，包括控制单元，用于没有接收到所述通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号 时，根据接收到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信 息；发送单元，用于将所述应答信息发送给所述其它通信设备，使所述其它通信设备 根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述其它通信设备的从通信设备清单中；接收单元，用于接收其它通信设备发送的信息。其中，所述其它通信设备为除所述第一主通信设备外的第二主通信设备；所述发送单元具体用于，将所述应答信息发送给所述第二主通信设备，使所述第 二主通信设备根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述第二主通信设备的从通信设备 清单中，并将所述从通信设备清单发送给，所述通信设备所属通信系统中，所有其它第二主 通信设备和所述第一主通信设备。其中，所述其它通信设备为除所述第一主通信设备外的其它从通信设备；所述发送单元具体用于，将所述应答信息发送给所述从通信设备，使所述从通信 设备根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述从通信设备的下级从通信设备清单中， 并将所述下级从通信设备清单发送给所述通信设备所属通信系统中的所有主通信设备。其中，上述通信设备还包括链路建立单元，用于在所述发送单元将所述应答信息发送给其它通信设备后，在 所述通信设备与所述其它通信设备间建立通信链路，并通过所述通信链路交换报文。其中，所述报文为与所述通信设备连接的数据终端传输过来的报文，或者所述通 信设备自身产生的报文，或者所述其它通信设备通过所述通信设备转发的报文。其中，上述通信设备还包括设置单元，用于在所述数据终端传输过来的报文没有设定优先级时，为所述数据 终端传输过来的报文设定优先级，或者为所述通信设备自身产生的报文设定优先级。其中，上述通信设备还包括拆分单元，用于将所述数据终端传输过来的报文，或者所述通信设备自身产生的 报文，或者所述其它通信设备通过所述通信设备转发的报文，拆分成多个数据帧；所述发送单元还用于优先发送优先级高的报文的数据帧。其中，上述通信设备还包括至少两组方向性天线单元和发射单元，所述发射单元按照循环切换的方式在所述 至少两组方向性天线单元上发射探测信号，或者在指定的一组方向性天线单元上发射探测 信号，或者当传输到指定报文时在指定的一组方向性天线单元上发射探测信号。
其中，上述通信设备还包括设定单元，用于为所述至少两组方向性天线单元中的每一组设定驻留时间，所述 发射单元在一组方向性天线单元的驻留时间到达后，切换到下一组方向性天线单元上发送 探测信号；或者在所述指定的一组方向性天线单元的驻留时间到达后，转为按照循环切换 的方式在至少两组方向性天线单元上发射探测信号；或者当正在传输指定报文的一组方向 性天线单元的指定报文发送完成后，转为按照循环切换的方式在至少两组方向性天线单元 上发射探测信号。本发明的实施例还提供一种通信系统，包括主通信设备和从通信设备，所述从通 信设备在没有接收到所述从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号时，根据接收 到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息，并发送给 所述其它通信设备；所述其它通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它通信设备 的从通信设备清单中。其中，所述其它通信设备为除所述第一主通信设备外的其它第二主通信设备；所述其它第二主通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述第二主 通信设备的从通信设备清单中，并将所述从通信设备清单发送给所有其它第二主通信设备 和所述第一主通信设备。其中，所述其它通信设备为除所述第一主通信设备外的其它从通信设备；所述其它从通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它从通信 设备的下级从通信设备清单中，并将所述下级从通信设备清单发送给所述从通信设备所属 通信系统中的所有主通信设备。本发明的实施例还提供一种自适应动态网络拓扑结构的通信控制方法，包括从通信设备在没有接收到所述从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信 号时，根据接收到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答 信息，并发送给所述其它通信设备；所述其它通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它通信设备 的从通信设备清单中。本发明的上述技术方案的有益效果如下上述方案中，通过在没有收到所属的主通信设备的探测信号时，但在收到其它主 通信设备或者从通信设备的探测信号后，可以向其它主通信设备或者从通信设备回应应 答信息，使这些其它主通信设备或者从通信设备可以将该通信设备加入其从通信设备清单 中，从而使该通信设备可以再次入网；相对于现有技术中通信设备一旦接收不到其所属主 通信设备的探测信号后，就脱网的情况相比，本发明的上述实施例实现了通信设备可以自 适应动态网络拓扑结构组网，增强了网络的强壮性，提高了流星余迹信道的利用率。


图1为现有的流星余迹通信链路示意图；图2为现有的流星余迹通信系统中通信设备的结构框图；图3为本发明的流星余迹通信系统中通信设备结构框图4为图3所示通信设备的控制单元的具体实现结构框图；图5为本发明的单扇面流星余迹通信设备的结构框图；图6为本发明的多扇面流星余迹通信设备的结构框图；图7为本发明的流星余迹通信的主程序流程图；图8为图7所示流程中的接收子程序流程图；图9为图7所示流程中的发射子程序流程图；图10为图9所所示流程中通信扇面切换子程序流程图。
具体实施例方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。本发明针对现有技术中通信设备不可以自适应动态变化的网络拓扑结构，不能 保证通信设备间的正常网络通信问题，提供一种可以自适应动态变化的网络拓扑结构，并 保证通信设备间的正常网络通信的基于流星余迹进行通信的通信设备、系统及通信控制方 法。如图3所示，本发明的基于流星余迹信道进行通信的通信设备101，包括控制单元，用于没有接收到通信设备101所属的第一主通信设备发射的探测信号 时，根据接收到的除第一主通信设备外的其它通信设备(如图中所示的通信设备102，当然 并不限于是通信设备102)发射的探测信号，产生应答信息；该控制单元具体如图中所示的 流星余迹通信控制器200 ；发送单元，用于将上述控制单元产生的应答信息发送给其它通信设备102，使其它 通信设备102根据该应答信息，将通信设备101加入其它通信设备102的从通信设备清单 中；该发送单元具体可以是，如图中所示信道设备104中的一个发送单元；接收单元，用于接收其它通信设备发送的信息。本发明的该实施例中，通信设备101和通信设备102可以是相同的通信设备，也可 以是主从关系的通信设备；在系统组网时，该通信设备的流星余迹通信控制器自动默认为 有中心的主从工作模式，即控制流星余迹通信系统中的各主通信设备之间组成栅格状网， 主通信设备和该主通信设备的从通信设备之间组成星状网。主通信设备的路由表由两部分 组成，一是反映整个主通信设备栅格状网络拓扑结构的路由表，二是反映主通信设备、从通 信设备隶属关系的从通信设备清单；主通信设备发射探测信号，从通信设备平时处于接收 状态，当收到主通信设备的探测信号后，根据需要与主通信设备交换报文和应答信息。主通 信设备收到从通信设备报文后为其选择路由；当由于信道或设备状态等原因，从通信设备 在限定时间范围内无法收到所属主通信设备(如上述的第一主通信设备)的探测信号，以 致无法入网工作时如果能够收到除该第一主通信设备外的其它通信设备的探测信号，则该通信设备 则可以与该其它通信设备进行应答；优选通信效果最好的进行应答；主通信设备收到从通 信设备的应答信息后，将其加入从通信设备清单，并将此从通信设备清单的更新信息向所 有其它通信设备发送，网络的其它通信设备根据该更新信息对其路由表中的从通信设备清 单进行更新，从而使该脱网的通信设备重新入网。
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具体来讲上述其它通信设备可以为除第一主通信设备外的第二主通信设备；上述发送单元具体用于，将应答信息发送给该第二主通信设备，使第二主通信设 备根据该应答信息，将通信设备101加入第二主通信设备的从通信设备清单中，并将该从 通信设备清单发送给，通信设备101所属通信系统中，所有其它第二主通信设备和上述第 一主通信设备。也就是说，当由于信道或设备状态等原因，从通信设备在限定时间范围内无法收 到所属主通信设备的探测信号，以致无法入网工作时如果能够收到其它主通信设备的探测信号，则该通信设备优选通信效果最好的主 通信设备进行应答。主通信设备收到从通信设备的应答信息后，将其加入其从通信设备清 单，并将此从通信设备更新信息向所有其它主通信设备发送；网络中其它各主通信设备根 据该信息对其路由表中从通信设备路由表进行更新，从而使该脱网通信设备重新入网工 作。具体来讲，上述其它通信设备还可以为除第一主通信设备外的其它从通信设 备；上述发送单元具体用于，将应答信息发送给该从通信设备，使该从通信设备根据 该应答信息，将通信设备101加入该从通信设备的下级从通信设备清单中，并将该下级从 通信设备清单发送给通信设备101所属通信系统中的所有主通信设备。也就是说，该通信设备如果收不到任何主通信设备的探测信号，但是能够收到其 它从通信设备的信号，则优选接收效果最好的从站作为其上级从通信设备，发出入网请求 信息(即上述向其它从通信设备反馈的应答信息)。对方从通信设备收到入网请求信息后， 将该从通信设备加入其下级从通信设备清单，并生成下级从通信设备清单更新信息，向所 属主通信设备发送。主通信设备收到该更新信息后，对本身从通信设备清单路由信息进行 修改，并将路由更新信息向所有其它主通信设备发送，从而使该脱网通信设备重新入网工 作。优选的，上述通信设备还可以进一步包括链路建立单元，用于在发送单元将应答信息发送给其它通信设备后，在通信设备 101与其它通信设备间建立通信链路，并通过该通信链路交换报文。当上级从通信设备有报文需要向下级从通信设备发送，或下级从通信设备有报文 需要向上级从通信设备发送时，均可主动向对方发射探测信号，对方收到探测信号并应答， 通信链路建立后，双方可根据需要通过所述通信链路交换报文和应答信息。其中，上述报文具体可以为与通信设备101连接的数据终端传输过来的报文，或 者通信设备101自身产生的报文，或者其它通信设备通过通信设备101转发的报文。其中，数据终端可以是计算机、传感器、GPS终端或其它数据终端设备。优选的，上述通信设备还可以进一步包括设置单元，用于在数据终端传输过来的报文没有设定优先级时，为数据终端传输 过来的报文设定优先级，或者为通信设备101自身产生的报文设定优先级。流星余迹通信设备为其自身产生的报文设定优先级；如果数据终端在输入报文时 没有设定优先级，则流星余迹通信设备为该报文设定优先级；流星余迹通信设备收到的需 要转发的报文其优先级不变。
在发送报文时，可以是基于数据帧的传输，因此，优选的，上述通信设备还可进一 步包括拆分单元，用于将数据终端传输过来的报文，或者通信设备101自身产生的报文， 或者其它通信设备通过通信设备101转发的报文，拆分成多个数据帧；上述发送单元还用 于优先发送优先级高的报文的数据帧。具体来讲流星余迹通信设备将报文拆分为合适长度的数据帧，并逐帧传送，在流 星余迹通信链路建立后两个通信设备之间持续发送报文的数据帧，并相互应答，对已收到 的数据帧进行确认，直到报文发送完毕、链路中断或有更高优先级报文的数据帧需要发送 为止；网络节点每发送完一个数据帧，都会寻找当前流星余迹通信设备中最高优先级 报文的数据帧进行发送，如果在建立通信链路过程中，或在较低优先级报文的数据帧的发 送过程中，有较高优先级的报文生成，则在该数据帧传送完成或链路中断后，在下一次传送 时，优先发送较高优先级报文的数据帧，待较高优先级报文发送完成后，再发送较低优先级 报文的剩余部分。优选的，上述通信设备还可以进一步包括至少两组方向性天线单元和发射单元，发射单元按照循环切换的方式在至少两组 方向性天线单元的发天线上发射探测信号，或者在指定的一组方向性天线单元的发天线上 发射探测信号，或者当传输到指定报文时在指定的一组方向性天线单元的发天线上发射探 测信号。在该通信设备中，采用至少两组方向性天线，每组天线包括一付收天线和一付发 天线，收天线和发天线指向相同的通信方向，每组天线所覆盖的通信区域被称为一个通信 扇面。在流星余迹通信设备中，可用多组定向天线指向多个不同的通信扇面，以提高通信 覆盖范围。当某通信扇面收到有用信号时，通过发天线切换单元，发射自动切换到该扇面工 作，优选在多个不同的通信扇面上以循环切换的方式进行发射探测信号。上述通信设备在多个不同的通信扇面上以循环切换的方式进行发射探测信号可 以通过如下方式实现该通信设备还可进一步包括设定单元，用于为至少两组方向性天线单元中的每一组的发天线设定驻留时间， 发射单元在一组方向性天线单元的发天线的驻留时间到达后，切换到下一组方向性天线单 元的发天线上发送探测信号；或者在指定的一组方向性天线单元的发天线的驻留时间到达 后，转为按照循环切换的方式在至少两组方向性天线单元的发天线上发射探测信号；或者 当正在传输指定报文的一组方向性天线单元的指定报文发送完成后，转为按照循环切换的 方式在至少两组方向性天线单元的发天线上发射探测信号。具体来讲发天线自动切换方式包括a)循环切换发射单元在几付发天线上循环切换，可分别设定在每付发天线上的 驻留时间，当驻留时间到达后，自动切换到下一付发天线上；b)在指定扇面驻留指定通信扇面驻留，并设定驻留时间，当该驻留时间结束后， 返回方式a)；c)指定发送某份报文的通信扇面当该份报文发送完成后，返回方式a)。而对于每一组方向性天线单元的收天线，当几付收天线同时收到信号时，信号最
9强的收天线被优先选用，并将发射单元切换到该收天线所属的一组方向性天线对应的通信 扇面的发天线上。下面再结合具体的通信设备的实现结构及流程来说明本发明的流星余迹通信设 备的通信控制方法如图4所示，为上述图3所示通信设备的控制单元的具体实现结构框图
在图3所示的通信设备中101中，流星余迹通信控制器200完成报文拆分、报文的 数据帧的重组、报文的优先级管理、信道探测和通信控制等功能。信道设备104可包括发送 单元、接收单元、频率合成单元、发天线切换单元或收发切换单元等。流星余迹通信控制器 200控制信道设备104接收和发送信息，与其它流星余迹通信设备102等，利用流星余迹信 道103进行无线通信。流星余迹通信控制器200可控制信道设备104，通过发天线自动切换 方式，利用一个发射单元即可完成对多个通信扇面的覆盖。本发明的此种结构的通信设备 以及通信设备间的网络拓扑结构适用于点对点专向传输、星状网和栅格状网等组网方式， 并可用于基于其它恒参或变参无线信道的数据通信控制。而在图4所示的通信设备的控制单元的具体实现结构框图中，流星余迹通信控制 器200由ARM微处理器201、Flash存储器件202、SRAM存储器件203、PLD可编程逻辑器件 204、接口保护电路205、206以及接口驱动电路207等电路组成。所有的控制程序和设备配 置参数存储在非易失性存储器件Flash器件202中；SRAM器件203用来保存运行状态的程 序和数据；PLD器件204是可编程逻辑器件，用来实现部分控制逻辑；流星余迹通信控制器 200通过接口保护电路205和206实现对接收单元、发送单元、频率合成单元、发天线切换单 元或收发切换单元等信道设备的控制和状态信号的连接；流星余迹通信控制器200可以通 过接口驱动电路207连接数据终端208，可同时连接多个数据终端。所述接口保护电路包括接收单元控制接口，发射单元控制接口，频率合成单元控 制接口，收发天线切换单元控制接口，发天线切换单元控制接口 ；以及前向功率检测接口， 反向功率检测接口，供电电压检测接口，射频信号强度检测接口 ；接口驱动电路包括数据 终端接口。进一步的，如图5所示，图5为根据本发明优选实施的单扇面流星余迹通信设备的 结构框图该流星余迹通信设备由流星余迹通信控制器200、接收单元301、发射单元302、频 率合成单元303、收发切换单元304以及天线305组成。流星余迹通信控制器200可通过频 率合成单元303设定接收和发射频率。该设备可收、发同频工作，也可收、发异频工作，利用 流星余迹信道进行半双工通信。可通过控制器设定空间链路的数据速率。流星余迹通信控制器200可控制收发切换单元304，将发射单元302与天线305相 连，发射探测信号，其中该发射单元302如上述发射机；然后控制收发切换单元304，切断发 射单元302与天线305的连接，并将接收单元301与天线305相连，以接收其它流星余迹通 信设备发来的信息，并根据接收情况决定本通信设备返回发射状态或保持接收状态；而在如图6所示的通信设备的具体实现结构中，为多扇面流星余迹通信设备的结 构框图该流星余迹通信设备收、发天线各η付，对应η个通信扇面。每个接收单元连接1 个收滤波器和1付收天线；1个共用发射单元连接1个发滤波器，再通过发天线切换器切换到当前通信扇面的发天线上。 该流星余迹通信设备由流星余迹通信控制器200、n个接收单元401-40n、n个收滤 波器411-41n、n付收天线421_42n、共用发射单元441、发滤波器442、发天线切换单元443、 η付发天线431-43Π以及频率合成单元451等组件组成。流星余迹通信控制器200可通过频率合成单元451设定接收和发射频率。流星余 迹通信控制器可控制通信设备在半双工模式或全双工模式下工作。当以半双工模式工作 时，可收、发同频，也可收、发异频；在全双工模式下工作时，采用收、发异频工作模式；以及 还可进一步通过流星余迹通信控制器设定空间通信链路的数据速率。针对于该图6所示的多通信扇面的流星余迹通信设备，如图7所示该通信设备实 现自适应动态网络拓扑结构的组网通信控制方法、基于数据帧的报文优先级管理方法、基 于天线自动切换技术的多扇面流星余迹通信控制方法的具体流程如下步骤500:主程序开始；步骤501 首先判断网络节点(即上述通信设备)是否为单扇面流星余迹通信设 备如果是，进入步骤600 ；如果不是，进入步骤502 ；步骤502 判断通信设备的接收缓冲区是否为空如果是，说明还没有收到数据 帧，进入步骤503 ；如果接收缓冲区不为空，说明正在接收数据帧，则不进行扇面切换，进入 步骤600，然后进入步骤700 ；步骤503 判断接收单元是否收到信号如果是，进入步骤504 ；否则进入步骤 505 ；步骤504，将接收信号最强的通信扇面作为当前扇面，流星余迹通信控制器从该通 信扇面接收信号，并通过发天线切换单元443，将发射单元441切换到该通信扇面的发天线 上；步骤505 判断该通信设备是否从通信设备如果是，说明该从通信设备还没有收 到信号，进入步骤506 ；然后进入步骤700 ；步骤506 启动从站脱网计时器(如果该计时器到时，则从站会自动寻找新的主站 或上级从站入网)；步骤600:接收子程序；步骤700:发射子程序；主程序执行完接收子程序600和发射子程序700后，返回步骤501，形成主程序循 环。如图8所示，为上述图7中的接收子程序600的流程，包括步骤601 接收子程序开始；步骤602，接收当前数据；步骤603，判断是否同步如果尚未同步，进入步骤614，进行同步检测，然后进入 步骤613，退出接收子程序；如果已同步，进入步骤604;步骤604 判断收到的数据帧是否结束如果是，进入步骤605 ；如果不是，进入步 骤615，将收到的数据写入接收缓冲区，然后进入步骤613，退出接收子程序；步骤605 判断收到的数据帧是否来自主通信设备如果是，说明收到了主通信设 备的信号，进入步骤616，停止并复位从站脱网计时器，然后进入步骤606;如果不是，直接进入步骤606 ；步骤606 判断收到的数据是否为报文帧如果不是，进入步骤612，生成应答信 号，清空接收缓冲区，然后进入步骤613，退出接收子程序；如果收到了报文帧，进入步骤 607 ；步骤607，将该帧写入收队列，清空接收缓冲区；步骤608 判断收到该报文的数据帧后是否已收到一条完整报文如果不是，进入 步骤612，然后进入步骤613，退出接收子程序；如果收到完整报文，进入步骤609 ；步骤609 判断是否需要对该条报文进行转发如果本节点即是报文的目的节点， 则不需要转发，进入步骤617，将报文送给数据终端，然后进入步骤611 ；如果需要转发，进 入步骤610 ；然后进入步骤611。步骤610 将此报文送入发队列；步骤611 将该报文从收队列中清除，然后进入步骤612，生成应答信号，清空接收 缓冲区；然后进入步骤613，退出接收子程序。步骤612，生成应答信号，清空接收缓冲区；步骤613，退出接收子程序。如图9所示，为上述图7中的发射子程序700的流程，包括步骤701 发射子程序开始；步骤702，判断发缓冲区是否为空，如果不为空，说明已生成发射数据，进入步骤 703,发射当前数据位，然后进入步骤704，判断发缓冲区数据是否发完，如果已发完，进入步 骤705，清空发射缓冲区，然后进入步骤706，退出发射子程序；如果尚未发完，则直接进入 步骤706，退出发射子程序；如果为空，说明还没有生成发射数据，进入步骤707 ；步骤707 判断是否在接收过程中生成了应答信号如果有，进入步骤708，将应答 信号送入发缓冲区，然后进入步骤703 ；如果没有，则进入步骤709 ；步骤709 判断本节点是否为主站如果是，则进入扇面切换子程序800，然后进入 步骤710，将探测信号送入发缓冲区，再进入步骤703 ；如果不是，则进入步骤706，退出发射 子程序。如图10所示，为上述图9中的扇面切换子程序800的流程，包括步骤801 扇面切换子程序开始；步骤802 判断本节点是否为单扇面主通信设备，如果是，则无需扇面切换，进入 步骤811，退出扇面切换子程序；如果是多扇面主通信设备，进入步骤803 ；步骤803 判断是否有指定扇面驻留命令，如果没有，进入步骤804 ；如果有，进入 步骤812，切换到指定扇面，然后进入步骤813，根据命令参数设置扇面切换计时器，然后进 入步骤810，启动该计时器，进入步骤811，退出扇面切换子程序；步骤804 判断是否有指定报文驻留指令如果有，进入步骤814，复位扇面切换计 时器并切换到指定扇面；如果没有，进入步骤805 ；步骤805:判断指定报文是否发完，如果没发完，则无需切换扇面，进入步骤811， 退出扇面切换子程序；如果已发完，进入步骤806 ；步骤806 返回循环切换状态，读扇面切换计时器；步骤807 判断当前扇面切换时间是否已到如果未到，进入步骤811，退出扇面切换子程序；如果已到时，则进入步骤808 ；步骤808 根据循环切换设置切换到下一扇面；步骤809 根据该扇面驻留时间设置扇面切换计时器；步骤810，启动扇面切换计时器；步骤811，退出扇面切换子程序。本发明的上述实施例，通信设备通过在没有收到所属的主通信设备的探测信号 时，但在收到其它主通信设备或者从通信设备的探测信号后，可以向其它主通信设备或者 从通信设备回应应答信息，使这些其它主通信设备或者从通信设备可以将该通信设备加入 其从通信设备清单中，从而使该通信设备可以再次入网；相对于现有技术中通信设备一旦 接收不到其所属主通信设备的探测信号后，就脱网的情况相比，本发明的上述实施例实现 了通信设备可以自适应动态网络拓扑结构组网，增强了网络的强壮性，提高了流星余迹信 道的利用率。同时，通过本发明的上述通信设备对报文的基于优先级的管理和控制，相对于现 有技术中，对较高优先级报文的优先方式是基于报文的，即将当前报文发送完毕后，再选择 其它的最高优先级报文进行发送，流星余迹通信的间歇突发的特点使报文传送具有较长的 等待时间。本发明的基于报文的数据帧的优先级的管理方法，具有较高优先级报文发送的 平均等待时间较短的特点。再者，通过本发明的上述通信设备的多组方向性天线单元，指向多个不同的通信 扇面，以提高通信覆盖范围；相对于现有技术中，对每个通信方向都配置一套单独的发天线 (或者发射机)和收天线(或者接收机)的方法，均存在发射机对接收机的干扰较大、整机 的收发隔离度和电磁兼容性能受影响、系统耗电较大、设备的重量大和系统复杂等情况。本 发明的用多组天线指向多个不同的通信扇面，每付收天线连接一个独立的接收单元；所有 发天线均连接到发天线切换单元，发天线切换单元连接一个共用的发射单元。流星余迹通 信控制器按照设定的发天线自动切换方式发射探测信号，同时接收多个通信扇面的信号， 当某通信扇面收到有用信号时，通过发天线切换单元，发射机自动切换到该扇面工作；当几 付天线同时收到信号时，信号最强的收天线被优先选用，并将发射单元切换到该扇面的发 天线上。从而利用一个共用发射单元实现多扇面通信，且本发明的方向性天线的发射机，一 般可以采用500W以下的发射机。本发明的实施例还提供一种基于流星余迹通信信道的通信系统，包括主通信设 备和从通信设备，其中，这里的主通信设备和从通信设备均可以是上述图3-图10所示的通 信设备；从通信设备在没有接收到该从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号 时，根据接收到的除第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息，并 发送给该其它通信设备；其它通信设备根据从通信设备产生的应答信息，将该从通信设备加入所述其它通 信设备的从通信设备清单中。优选的，其它通信设备为除第一主通信设备外的其它第二主通信设备；其中，其它第二主通信设备根据从通信设备产生的应答信息，将该从通信设备加 入第二主通信设备的从通信设备清单中，并将该从通信设备清单发送给所有其它第二主通信设备和第一主通信设备。优选的，其它通信设备为除第一主通信设备外的其它从通信设备；其中，其它从通信设备根据上述从通信设备产生的应答信息，将该从通信设备加 入其它从通信设备的下级从通信设备清单中，并将该下级从通信设备清单发送给该从通信 设备所属通信系统中的所有主通信设备。优选的，上述从通信设备在将所述应答信息发送给其它通信设备后，在该从通信 设备与其它通信设备间建立通信链路，并通过通信链路交换报文。其中，上述报文具体可以为与通信设备连接的数据终端传输过来的报文，或者通 信设备自身产生的报文，或者其它通信设备通过该通信设备转发的报文。优选的，上述通信设备还可以在数据终端传输过来的报文没有设定优先级时，为 数据终端传输过来的报文设定优先级，或者为通信设备自身产生的报文设定优先级。在发送报文时，可以是基于数据帧的传输，因此，上述通信设备将所述数据终端传 输过来的报文，或者通信设备自身产生的报文，或者其它通信设备通过该通信设备转发的 报文，拆分成多个数据帧；优先发送优先级高的报文的数据帧。进一步的，上述通信设备还具有至少两组方向性天线单元和发射单元，发射单元 按照循环切换的方式在至少两组方向性天线单元的发天线上发射探测信号，或者在指定的 一组方向性天线单元的发天线上发射探测信号，或者当传输到指定报文时在指定的一组方 向性天线单元的发天线上发射探测信号。在流星余迹通信系统中，通信设备可用多组定向天线指向多个不同的通信扇面， 以提高通信覆盖范围；当某通信扇面收到有用信号时，通过发天线切换单元，发射机自动切 换到该扇面工作，优选在多个不同的通信扇面上以循环切换的方式进行发射探测信号；上 述通信设备在多个不同的通信扇面上以循环切换的方式进行发射探测信号可以通过如下 方式实现为至少两组方向性天线单元中的每一组的发天线设定驻留时间，发射单元在一组 方向性天线单元的发天线的驻留时间到达后，切换到下一组方向性天线单元的发天线上发 送探测信号；或者在指定的一组方向性天线单元的发天线的驻留时间到达后，转为按照循环切换的 方式在至少两组方向性天线单元的发天线上发射探测信号；或者当正在传输指定报文的一组方向性天线单元的指定报文发送完成后，转为按照循 环切换的方式在至少两组方向性天线单元的发天线上发射探测信号；具体来讲发天线自动切换方式包括a)循环切换发射机在几付发天线上循环切换，可分别设定在每付发天线上的驻 留时间，当驻留时间到达后，自动切换到下一付发天线上；b)在指定扇面驻留指定通信扇面驻留，并设定驻留时间，当该驻留时间结束后， 返回方式a)；c)指定发送某份报文的通信扇面当该份报文发送完成后，返回方式a)。而对于每一组方向性天线单元的收天线，当几付收天线同时收到信号时，信号最 强的收天线被优先选用，并将发射单元切换到该收天线所属的一组方向性天线对应的通信 扇面的发天线上。
需要说明的是上述图7-图10所示的流程也适应用于该通信系统的通信设备中， 也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。相应的，本发明的实施例还提供一种自适应动态网络拓扑结构的通信控制方法， 包括从通信设备在没有接收到该从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号 时，根据接收到的除第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息，并 发送给该其它通信设备；其它通信设备根据所述应答信息，将该从通信设备加入其它通信设备的从通信设 备清单中。需要说明的是本发明的该通信控制方法与上述通信系统实施例一一对应，即上 述通信系统中的所有特征均适用于该方法实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再 赘述。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
1权利要求
一种基于流星余迹进行通信的通信设备，其特征在于，包括控制单元，用于没有接收到所述通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号时，根据接收到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息；发送单元，用于将所述应答信息发送给所述其它通信设备，使所述其它通信设备根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述其它通信设备的从通信设备清单中；接收单元，用于接收其它通信设备发送的信息。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述其它通信设备为除所述第一主 通信设备外的第二主通信设备；所述发送单元具体用于，将所述应答信息发送给所述第二主通信设备，使所述第二主 通信设备根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述第二主通信设备的从通信设备清单 中，并将所述从通信设备清单发送给，所述通信设备所属通信系统中，所有其它第二主通信 设备和所述第一主通信设备。
3.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述其它通信设备为除所述第一主 通信设备外的其它从通信设备；所述发送单元具体用于，将所述应答信息发送给所述从通信设备，使所述从通信设备 根据所述应答信息，将所述通信设备加入所述从通信设备的下级从通信设备清单中，并将 所述下级从通信设备清单发送给所述通信设备所属通信系统中的所有主通信设备。
4.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，还包括链路建立单元，用于在所述发送单元将所述应答信息发送给其它通信设备后，在所述 通信设备与所述其它通信设备间建立通信链路，并通过所述通信链路交换报文。
5.根据权利要求4所述的通信设备，其特征在于，所述报文为与所述通信设备连接的 数据终端传输过来的报文，或者所述通信设备自身产生的报文，或者所述其它通信设备通 过所述通信设备转发的报文。
6.根据权利要求5所述的通信设备，其特征在于，还包括设置单元，用于在所述数据终端传输过来的报文没有设定优先级时，为所述数据终端 传输过来的报文设定优先级，或者为所述通信设备自身产生的报文设定优先级。
7.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，还包括拆分单元，用于将所述数据终端传输过来的报文，或者所述通信设备自身产生的报文， 或者所述其它通信设备通过所述通信设备转发的报文，拆分成多个数据帧；所述发送单元还用于优先发送优先级高的报文的数据帧。
8.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，还包括至少两组方向性天线单元和发射单元，所述发射单元按照循环切换的方式在所述至 少两组方向性天线单元上发射探测信号，或者在指定的一组方向性天线单元上发射探测信 号，或者当传输到指定报文时在指定的一组方向性天线单元上发射探测信号。
9.根据权利要求8所述的通信设备，其特征在于，还包括设定单元，用于为所述至少两组方向性天线单元中的每一组设定驻留时间，所述发射 单元在一组方向性天线单元的驻留时间到达后，切换到下一组方向性天线单元上发送探测 信号；或者在所述指定的一组方向性天线单元的驻留时间到达后，转为按照循环切换的方 式在至少两组方向性天线单元上发射探测信号；或者当正在传输指定报文的一组方向性天线单元的指定报文发送完成后，转为按照循环切换的方式在至少两组方向性天线单元上发 射探测信号。
10.一种通信系统，包括主通信设备和从通信设备，其特征在于，所述从通信设备在没有接收到所述从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信 号时，根据接收到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答 信息，并发送给所述其它通信设备；所述其它通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它通信设备的从 通信设备清单中。
11.根据权利要求10所述的通信系统，其特征在于，所述其它通信设备为除所述第一 主通信设备外的其它第二主通信设备；所述其它第二主通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述第二主通信 设备的从通信设备清单中，并将所述从通信设备清单发送给所有其它第二主通信设备和所 述第一主通信设备。
12.根据权利要求10所述的通信系统，其特征在于，所述其它通信设备为除所述第一 主通信设备外的其它从通信设备；所述其它从通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它从通信设备 的下级从通信设备清单中，并将所述下级从通信设备清单发送给所述从通信设备所属通信 系统中的所有主通信设备。
13.一种自适应动态网络拓扑结构的通信控制方法，其特征在于，包括从通信设备在没有接收到所述从通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号时， 根据接收到的除所述第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息， 并发送给所述其它通信设备；所述其它通信设备根据所述应答信息，将所述从通信设备加入所述其它通信设备的从 通信设备清单中。
全文摘要
本发明提供一种基于流星余迹进行通信的通信设备、系统及通信控制方法，其中，通信设备包括控制单元，用于没有接收到通信设备所属的第一主通信设备发射的探测信号时，根据接收到的除第一主通信设备外的其它通信设备发射的探测信号，产生应答信息；发送单元，用于将应答信息发送给其它通信设备，使其它通信设备根据应答信息，将通信设备加入其它通信设备的从通信设备清单中；接收单元，用于接收其它通信设备发送的信息。本发明可以自适应动态变化的网络拓扑结构，保证通信设备间的正常网络通信；采用基于数据帧的报文优先级管理方法，缩短了高优先级报文的传输等待时间；采用天线扇面切换技术，实现了利用一套发射单元完成多扇面通信。
文档编号H04W76/02GK101969335SQ201010270480
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者段德盛, 陈卫东 申请人:陈卫东;段德盛