专利名称：多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通讯技术，特别是一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置。
背景技术：
随着无线网络技术的快速发展，越来越多新的应用不断涌现。在搜救通信指挥领域，通信系统从传统的点到点通信向网络化方向发展。另外，由于指挥系统应用的特殊性，要求信息向某个特定的节点集中，而该节点的终端在某个特定时刻通常只能选择一路信号接收。例如，在某个搜救通信指挥系统中，有四个节点(一个中心站，三个小站)，一架通信直升机(中心站)，一架指挥直升机，一个车载站，一个背负站，每个站上都有一路视频输入，几路音频输入，这就是所谓的多源；搜救通信指挥系统和指控中心通过两条并行的卫星链路相连，一条架设在通信直升机(中心站)上，一条架设在车载站上，两条同时主备工作，并行传输，因此是多路径；指控中心送上大屏的视频和音频只会是一路，因此是所谓的单宿；在该系统中由于存在多条路径会存在如下问题:如何保持两路信号同步，从而在两路信号之间切换时不会出现乱序的情况，保证画面的连贯性；在接收端根据何种判决准则如何选择出一路传输质量好的信号输出，从而保证输出高质量画面。这就是本发明所要设计的多源多路径动态同步单宿信息匹配方法的应用背景。本发明所应用的背景模型为带有中继节点的多源传输系统，针对这一系统模型已经进行了很多研究，主要的专利有:中国专利201010573396.0中披露了一种“多源多中继协作通信方法、通信设备及协作通信系统”，在该发明中，整个传输过程分为两个时隙:在第一个时隙，多个源节点发送的调制信号，所有中继节点和目的节点接收信号；在第二个时隙中，中继通信设备和源节点同时发送调制信号，中继节点发送的信号从源节点在第一时隙发送的调制信号中恢复出源用户设备的信息位序列，根据恢复出的信息位序列进行网络编码，并对网络编码后得到的数据进行调制得到的调制信号；目的节点利用在第一时隙接收的调制信号和在第二时隙接收的调制信号，获取所述源用户设备发送的调制信号在调制前的信息位序列。中国专利201110197076.4中披露了一种“多源中继网络中信号传输方法、设备及系统”，该发明方法实现过程包括:在通过源节点处随机生成源编码系数矩阵；利于源编码系数矩阵对待发送的数据进行加权处理，得到加权矩阵；对加权矩阵进行添零放大处理，得到放大矩阵；将放大矩阵进行提升处理，得到发送矩阵；将发送矩阵进行BPSK调制，得到第一信号，并向中继节点和目的用户设备广播第一信号，以使得目的用户设备获取待发送的数据。以上这些方法中都是假设源节点与目的节点之间的距离较近，存在能够直接到达的传输路径，但是本发明所研究的系统中由于源节点与目的节点之间的距离较远，只能通过中继节点进行转发，因此这些方法都不能直接应用到本发明所述系统模型中。同时以上所列专利方法都没有考虑传输过程中的同步问题，而这个同步问题是影响信号传输性能的重要指标。中国专利201110453411.2中披露了“一种多路IP音视频流同步播放方法”，该方法可实现对不同帧率，并且帧率随机改变的多路IP音视频流同步播放；中国专利200510017131.1中披露了一种“多路音视频数据网路传输与同步播放的方法”，该方法在发送端进行数据压缩和时间戳标记，接收端根据这个信息进行同步。这些专利考虑了传输过程中的同步问题，但是未利用中继节点提高传输性能以及覆盖范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置，在中继节点和目的地(单宿)动态的调整多路信号，使其保持良好的同步信息，在目的地根据统计中断性能选择出同一源节点发送的多路信号中最优一路进行输出。实现本发明目的的技术解决方案为:一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置，步骤如下:步骤一:中继节点对多路不同源节点的输入信号进行缓存、添加信息位、调整时延以及数据包的合并和重排，然后输出；步骤二:单宿终端对中继节点发来的信息进行缓存、调整时延、解析信息位以及对每路信号中断性能判断，最终选出一路信号输出给用户。本发明与现有技术相比，其显著优点:(1)使用了中继节点对源节点信息进行转发，通过利用转化获得的分集增益来对抗无线空间对传输信号的影响，提高传输的性能；
(2)在中继节点和信宿终端处在数据包上加入时间戳信息，根据数据包的抖动时延，实施进行调整，使得数据包在传输过程和接收端都具有很好同步性能；(3)采用了缓存装置可以对数据速率进行动态的调整，能够适应多种传输速率，增加了该发明方法的适用范围；(4)该发明方法还在中继节点采用数据包合并方法，可以提高传输效率，增加频谱利用率。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明多源多路径动态同步单宿信息匹配方法的流程图。图2为图1的中继节点对多路不同信源的输入信号进行信息处理的流程图。图3为图1的单宿终端对中继节点发来的信息进行处理的流程图。图4为本发明多源多路径动态同步单宿信息匹配装置中中继节点对多路不同信源的输入信号进行信息处理部分的框图。图5为本发明多源多路径动态同步单宿信息匹配装置中单宿终端对中继节点发来的信息进行处理部分的框图。图6为将本发明应用于神舟飞船搜救通信指挥系统的结构示意图。图7为巨型数据包结构示意图。图8为将本发明应用于神舟飞船搜救通信指挥系统后目的终端收到的视频信号图。
具体实施方式
本发明针对无线网络系统中，特别是搜救通信指挥系统中，要求信息向某个特定的节点集中，而该节点的终端在某个特定时刻通常只能选择一路信号接收的应用要求，针对空天地一体网络中多源音、视频业务在复杂、恶劣无线多路径并行传输条件下全程可靠同步和最优输出难题，提出了一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置。结合图1、图2和图3，本发明多源多路径动态同步单宿信息匹配方法，包括以下步骤:步骤一:中继节点对多路不同源节点(假设源节点数目为N)的输入信号进行缓存、添加信息位、调整时延以及数据包的合并和重排，然后输出。步骤一所述的中继节点对多路不同信源的输入信号进行信息处理然后输出，包括以下内容:步骤①，中继节点将接收到的数据包的尾部加入当前时间戳信息，然后将数据包存入预先为每个源节点开辟的缓存队列；步骤②，中继节点并行从所有缓存队列中取出一个数据包，在数据包的头部加入信息位包括数据包的标示(ID)和处理该数据包的中继节点的编号；步骤③，中继节点针对添加信息位后的并行数据包，根据每个数据尾部时间戳信息得出这些并行数据包的接收时间最大值Tmax = (T1, T2, , TJ ,其中Ti表示源节点i(i e {1，2，...，N})发送数据包尾部的时间戳信息；然后为每个并行数据包设置一个定时器来调整各个数据包之间的延时，以源节点i发送的数据包为例，针对该数据包所设定的定时器时延Ati = Tmax-Ti,接下来删除每一个数据包添加的时间戳信息；步骤④，中继节点对进行时延调整后的并行数据包进行合并和重排，按照数据包的源节点节点号顺序重新组成一个新的数据包，而数据包的格式为起始标志信息、源节点I
数据包、起始标志信息、源节点2数据包、......、起始标志信息、源节点N数据包以及校验信
息，为了便于区分，在本发明中，将这种合并之后的数据包称为巨型数据包，这就完成了数据包的合并。步骤二:单宿终端对多个中继节点(假设中继节点数目为K)发来的信息进行缓存、调整时延、解析信息位以及对每路信号中断性能判断，最终选出一路信号输出给用户。步骤二所述的单宿终端对中继节点发来的信息进行处理，最终选出一路信号输出给用户，包括以下内容:步骤(1)，单宿终端对接收到不同中继节点发送来的巨型数据包的尾部加入当前时间戳信息，然后存入为每个中继节点预分配的缓存队列；步骤(2)，单宿终端从每个缓存队列中并行取出巨型数据包，根据巨型数据包的尾部时间戳信息得出这些并行数据包的接收时间最大值T' max={T' pT' 2，...，τ' κ}，其中T' I表示中继节点I (Ie {1，2，...，K})发送巨型数据包尾部的时间戳信息，然后为每个并行数据包设置一个定时器来调整各个数据包之间的延时，以中继I发送的数据包为例，针对该巨型数据包所设定的定时器时延At' i = T' max-T' i，接下来删除每一巨型数据包添加的时间戳信息；步骤(3)，单宿终端将经过时延调整后的巨型数据包拆解为未合并之前的多个数据包，从每个数据包的头部解析出在中继节点处添加的信息，即数据包的标示(ID)和处理该数据包的中继节点的编号；步骤(4)，单宿终端对多个信源和不同路径发来的信息进行信号质量的判断，将同一源节点经过K个中继接入节点转发的数据包编为一组数据包(标示为添加信息的ID号)，
组内每个数据包都是经过不同的中继节点发送过来的，因此通过中继节点编号来区分组内
的数据包，利用下面公式来判断组内的每个数据包是否中断(在这里规定，当接收数据的信
道容量小于所设定的传输门限值时，就发生中断，门限值没有固定范围，根据传输信道状况
和接收端数据质量进行相应的调整):
权利要求
1.一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法，其特征在于步骤如下: 步骤一:中继节点对多路不同源节点的输入信号进行缓存、添加信息位、调整时延以及数据包的合并和重排，然后输出； 步骤二:单宿终端对中继节点发来的信息进行缓存、调整时延、解析信息位以及对每路信号中断性能判断，最终选出一路信号输出给用户。
2.根据权利要求1所述的多源多路径动态同步单宿信息匹配方法，其特征在于步骤一所述的中继节点对多路不同信源的输入信号进行信息处理然后输出，假设源节点数目N，为具体实现步骤如下: 步骤①，中继节点将接收到的数据包的尾部加入当前时间戳信息，然后将数据包存入预先为每个源节点开辟的缓存队列； 步骤②，中继节点并行从所有缓存队列中取出一个数据包，在数据包的头部加入信息位包括数据包的标示ID和处理该数据包的中继节点的编号； 步骤③，中继节点针对添加信息位后的并行数据包，根据每个数据尾部时间戳信息得出这些并行数据包的接收时间最大值Tmax = (T1, T2,, TJ ,其中Ti表示源节点i(i e {1，2，...，N})发送数据包尾部的时间戳信息；然后为每个并行数据包设置一个定时器来调整各个数据包之间的延时，针对源节点i发送的数据包，该数据包所设定的定时器时延Ati = Tmax-Ti,接下来删除每一个数据包添加的时间戳信息； 步骤④，中继节点对进行时延调整后的并行数据包进行合并和重排，按照数据包的源节点节点号顺序重新组成一个新的数据包，而数据包的格式为起始标志信息、源节点I数据包、起始标志信息、源节点2数据包、......、起始标志信息、源节点N数据包以及校验信息，将这种合并之后的数据包称为巨型数据包，这就完成了数据包的合并。
3.根据权利要求1或2所述的多源多路径动态同步单宿信息匹配方法，其特征在于步骤二所述的单宿终端对多个中继节点发来的信息进行处理，最终选出一路信号输出给用户，假设中继节点的数目为K，具体实现步骤如下: 步骤(1)，单宿终端对接收到不同中继节点发送来的巨型数据包的尾部加入当前时间戳信息，然后存入为每个中继节点预分配的缓存队列； 步骤(2 )，单宿终端从每个缓存队列中并行取出巨型数据包，根据巨型数据包的尾部时间戳信息得出这些并行数据包的接收时间最大值T' max={T' pT' 2，...，Τ' κ}，其中T' i表示中继节点I (Ie {1，2，...，K})发送巨型数据包尾部的时间戳信息，然后为每个并行数据包设置一个定时器来调整各个数据包之间的延时，针对中继I发送的数据包，该巨型数据包所设定的定时器时延At' i = T' max-T' i，接下来删除每一巨型数据包添加的时间戳信息； 步骤(3)，单宿终端将经过时延调整后的巨型数据包拆解为未合并之前的多个数据包，从每个数据包的头部解析出在中继节点处添加的信息，即数据包的标示ID和处理该数据包的中继节点的编号； 步骤(4)，单宿终端对多个信源和不同路径发来的信息进行信号质量的判断，将同一源节点经过K个中继接入节点转发的数据包编为一组数据包，标示为添加信息的ID号，组内每个数据包都是经过不同的中继节点发送过来的，因此通过中继节点编号来区分组内的数据包，利用下面公式来判断组内的每个数据包是否中断， 当接收数据的信道容量小于所设定的传输门限值时，就发生中断:
4.一种多源多路径动态同步单宿信息匹配装置，其特征在于包括中继节点信息处理模块和单宿终端信息处理模块，在中继节点信息处理模块中，中继节点对N个源节点的输入信号进行缓存、添加信息位、调整时延以及数据包的合并和重排，然后输出；在单宿终端信息处理模块中，单宿终端对中继节点发来的信息进行缓存、调整时延、解析信息位以及对每路信号中断性能判断，最终选出一路信号输出给用户。
5.根据权利要求4所述的多源多路径动态同步单宿信息匹配装置，其特征在于所述的中继节点信息处理模块对N个源节点发送来的数据包都是并行处理，每一路处理一个源节点发送的数据包，按照缓存模块、信息位插入模块、延时锁存模块以及信息合并和重排模块这样的顺序进行处理，以一路为例，当接收到源节点发送过来数据包，首先将其缓存模块，添加时间戳信息，然后输入到信息插入模块，在数据包的头部添加信息位，输出到时间锁存模块将数据包进行锁存，同时时延计算和控制模块根据信息位插入模块输出数据包中的时间戳信息来计算各路数据包之间的延时，并将延时信息输入给延时锁存模块来调整各路并行数据包之间的延时，经过时延调整后的数据包输入到信息合并和重排模块，按照预先设定好的数据包结构，将多路信号封装成一路巨型数据包，发送出去。
6.根据权利要求5所述的多源多路径动态同步单宿信息匹配装置，其特征在于所述的缓存模块是将接收到N个源节点的数据包进行缓存，供后续模块的处理，同时在各个数据包的尾部加入接收时间戳信息； 信息位插入模块是在接收到并缓存后的数据包中添加信息位； 延时计算和控制模块分别计算来自不同信源的数据包之间的时延，并根据计算出的值给延时锁存模块提供控制信号； 延时锁存模块将信息插入模块输出的数据包进行锁存，同时按照延时计算和控制模块给出的控制信号对数据包进行延时调整；信息合并和重排模块对经过延时操作后的来自不同信源的数据包按照业务的时间先后顺序进行排列，并将到达同一个中继节点的所有信号合并为一路信号输出。
7.根据权利要求4所述的多源多路径动态同步单宿信息匹配装置，其特征在于所述的单宿终端信息处理模块对K中继节点发送来的巨型数据包都是并行处理，每一路按照缓存模块、延时计算和控制模块、延时锁存模块、信息位解析模块、信号质量判断模块以及多选一开关模块这样的顺序处理一个中继节点发送的巨型数据包，以一路为例，当接收到中继节点发送来的巨型数据包，首先将其存入缓存模块，供后续模块处理，同时在该缓存模块中为各个巨型数据包尾部加入时间戳信息，然后将处理过的巨型数据包输出到延时锁存模块，同时时延计算和控制模块，根据缓存模块输出巨型数据包中的时间戳信息来计算各路巨型数据包之间的延时，并将延时信息输入给延时锁存模块，在该延时锁存模块中，将缓存模块输出的巨型数据锁存后，按照延时计算和控制模块给出的控制信号进行延时调整；经过延时调整后的巨型数据包输入到信息位解析模块，将巨型数据包拆解为多个原始数据包，并将添加在各个原始数据包头部的信息解析出来，为信号质量判断模块区分不同数据包提供标识，经过信息位解析模块处理后得到原始数据包，将输入到信号质量判断模块，计算出同一源节点数据包经过不同中继节点到达后单宿终端后各个数据包的中断次数，为多选一开关模块提供控制信号，多选一开关模块根据一个区间内总终端次数统计值判断选择哪一路数据包输出 。
全文摘要
本发明公开了一种多源多路径动态同步单宿信息匹配方法及其装置，中继节点对多路不同源节点的输入信号进行缓存、添加信息位、调整时延以及数据包的合并和重排，然后输出；单宿终端对中继节点发来的信息进行缓存、调整时延、解析信息位以及对每路信号中断性能判断，最终选出一路信号输出给用户。本发明使用了中继节点对源节点信息进行转发，通过利用转化获得的分集增益来对抗无线空间对传输信号的影响，提高传输的性能；在中继节点和信宿终端处在数据包上加入时间戳信息，根据数据包的抖动时延，实施进行调整，使得数据包在传输过程和接收端都具有很好同步性能；该发明方法还在中继节点采用数据包合并方法，可以提高传输效率，增加频谱利用率。
文档编号H04L1/00GK103139102SQ201310044040
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月2日 优先权日2013年2月2日
发明者马文峰, 田辉, 徐友云, 井俊, 张暘, 史焱, 刘勃, 归琳 申请人:中国人民解放军理工大学