无线跳频和扩频组网系统及方法与流程

本发明涉及通信系统，尤其是涉及小无线通信系统。

背景技术：

随着技术的发展与进步，小无线通信使用越来越广泛，而且通信要求越来越智能化，因此新的小无线组网应用要求越来越高。无线的当前应用，主要体现在：通信要实时，节点数量大，传输距离要远，因此，无线技术的跳频、扩频以及自组网技术结合，越来越被市场关注及认可。

扩频通信，是扩展频谱通信的简称。它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式。跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获能力的扩频技术。由于跳频系统本身也存在着一些缺点和局限，如信号隐蔽性差，抗多频干扰以及跟踪式干扰能力有限等，而扩频的另一种方式直接序列扩频却有较好的隐蔽性和抗多频干扰的能力。把这两种技术结合起来，就构成了直接序列/跳频扩展频谱技术。它在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能，直扩系统所用的伪随机序列和跳频系统用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成，所以它们在时间上是相互关联的，使用同一个时钟进行时序控制。

当前市场上大部分的小无线通信系统，均存在如下一个或几个缺点：通信距离近；只能实现点对点通信；每个主端管理的节点数量有限；不能多个系统在同一环境下运行；安装成本高，网络不能自动组网；使用后维护困难，维护成本高等。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种无线跳频和扩频组网系统及方法，能够很好地满足无线的当前应用的需要。

本发明针对上述技术问题提出一种无线跳频和扩频组网系统，包括由一个主端和多个从端组成的无线网络，每个从端具有中继转发功能，每个从端支持多个频点通信，每个频点下采用扩频技术；其中：

所有从端开始供电工作后，均会查看当前是否处于入网状态，如果未处于入网状态，则需要发起入网请求，等待主端的入网指令；

所有从端在入网后，均需要启动入网在线超时操作，如果超时未通信，则需要自动退出网络，重新发起新的入网请求操作；

主端开始供电工作后，开始接收来自从端的入网请求，在接收到符合入网操作的从端数据时，对此从端发送入网命令，接收到响应后，则把此从端记录在节点信息表中；同时，主端要定时对已入网的从端进行路由信息获取，如果获取到新的未注册的从端，则通过对应的从端进行中继注册，建立一级中继路径，同理，对一级中继的从端获取路由信息，如果发现新的未入网的节点，则进行二级路由注册，如此类推，可以完成从端的多级路由路径建立；

主端需要对节点信息表，进行超时管理，如果对节点信息表中的从端，超时未通信成功，则需要把此从端从节点信息表中删除。

本发明针对上述技术问题还提出一种无线跳频和扩频组网方法，由一个主端和多个从端组成无线网络，每个从端具有中继转发功能，每个从端支持多个频点通信，每个频点下采用扩频技术；该组网方法包括：

所有从端，开始供电工作后，均会查看当前是否处于入网状态，如果未处于入网状态，则需要发起入网请求，等待主端的入网指令；

主端，开始供电工作后，开始接收来自从端的入网请求，在接收到符合入网操作的从端数据时，对此从端发送入网命令，接收到响应后，则把此从端记录在节点信息表中；同时，主端要定时对已入网的从端进行路由信息获取，如果获取到新的未注册的从端，则通过对应的从端进行中继注册，建立一级中继路径，同理，对一级中继的从端获取路由信息，如果发现新的未入网的节点，则进行二级路由注册，如此类推，可以完成从端的多级路由路径建立；

所有从端，在入网后，均需要启动入网在线超时操作，如果超时未通信，则需要自动退出网络，重新发起新的入网请求操作；

主端需要对节点信息表，进行超时管理，如果对节点信息表中的从端，超时未通信成功，则需要把此从端从节点信息表中删除。

与现有技术相比，本发明的无线跳频和扩频组网系统及方法，通过巧妙地将跳频技术、扩频技术和自组网技术结合到一起，能够很好地满足无线的当前应用的需要。

附图说明

图1a是本发明的无线跳频和扩频组网系统实施例的框图示意。

图1b是本发明的无线跳频和扩频组网方法的流程示意。

图2a是本发明的无线跳频和扩频组网系统中主端的流程示意。

图2b是本发明的无线跳频和扩频组网系统中从端的流程示意。

图3是本发明的无线跳频和扩频组网方法示例性的过程示意。

图4是本发明的无线跳频和扩频组网方法信道检测避让示例性的过程示意。

图5a是本发明的无线跳频和扩频组网系统中主端信道重置的流程示意。

图5b是本发明的无线跳频和扩频组网系统中从端信道重置的流程示意。

具体实施方式

以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

参见图1a，图1a是本发明的无线跳频和扩频组网系统实施例的框图示意。本发明提出一种无线跳频和扩频组网系统10，其大致包括：主端1和通过无线网络与该主端1相连的若干从端2。其中，每个从端2均具有中继转发功能。该系统10的无线通信频率为sub1g，应用到跳频和扩频技术，即主端1和从端2均支持多个频点通信，每个频点下采用扩频技术。如此，可以实现在同一个组网环境下，支持尽可能多的节点，并实现数据通信处理。可见，该系统10较适用于：通信的节点数量大，但通信数据量不大，且通信不是很频繁的应用，比如：物联网。举例而言，该系统10为自动抄表系统，该主端1为集中器，该从端2为智能电表。

参见图1b，图1b是本发明的无线跳频和扩频组网方法的流程示意。该方法包括以下步骤：

s101、所有从端，开始供电工作后，均会查看当前是否处于入网状态，如果未处于入网状态，则需要发起入网请求，等待主端的入网指令。

s102、主端，开始供电工作后，开始接收来自从端的入网请求，在接收到符合入网操作的从端数据时，对此从端发送入网命令，接收到响应后，则把此从端记录在节点信息表中；同时，主端要定时对已入网的从端进行路由信息获取，如果获取到新的未注册的从端，则通过对应的从端进行中继注册，建立一级中继路径，同理，对一级中继的从端获取路由信息，如果发现新的未入网的节点，则进行二级路由注册，如此类推，可以完成从端的多级路由路径建立。

s103、所有从端，在入网后，均需要启动入网在线超时操作，如果超时未通信，则需要自动退出网络，重新发起新的入网请求操作。

s104、主端需要对节点信息表，进行超时管理，如果对节点信息表中的从端，超时未通信成功，则需要把此从端从节点信息表中删除。

参见图2a，图2a是本发明的无线跳频和扩频组网系统中主端的流程示意。该主端的流程大致包括以下步骤：

s211、初始化rf硬件，初始化rf参数配置。

s212、模块时钟更新处理。

s213、模块运行处理，查看rf底层状态机。

s214、模块通道处理，查看是否需要更换通道。

s215、模块外部数据输入处理，串口数据收发处理。

s216、模块rf数据发送处理。

s217、模块rf数据接收处理。

s218、模块rf重发处理。

也就是说，主端的流程具体包括几个方面：主端模块供电开始工作，配置各参数，然后进入主循环处理；查看模块通道处理，是否需要实现跳频处理；查看外部串口数据单元，是否需要把串口数据进行接收和发送操作；以及查看rf模块单元，是否有数据需要接收或发送。

参见图2b，图2b是本发明的无线跳频和扩频组网系统中从端的流程示意。该从端的流程大致包括以下步骤：

s221、初始化rf硬件，初始化rf参数配置。

s222、模块时钟更新处理。

s223、模块运行处理，获取当前接收通道，查看rf底层状态机。

s224、入网操作处理。

s225、模块退网操作处理。

s226、模块外部数据输入处理，串口数据收发处理。

s227、模块rf数据发送处理。

s228、模块rf数据接收处理。

也就是说，从端的流程具体包括几个方面：从端模块供电开始工作，配置各参数，然后进入主循环处理；查看模块是否需要进行入网处理；查看模块是否要进行退网处理；查看外部串口数据单元，是否有数据需要接收或发送；以及查看rf模块单元，是否有数据需要接收或发送。

参见图3，图3是本发明的无线跳频和扩频组网方法示例性的过程示意。这个过程包括以下步骤：

s301、从端1发起入网请求。

s302、主端对从端1进行注册请求。

s303、从端1对请求进行响应。

s304、主端对从端1进行通信请求。

s305、从端1对主端进行通信响应。响应中有新邻居节点信息。步骤s304、s305是主端发现有新的邻居表标志查询新注册的从端1的过程。

s306、主端抄读从端1的邻居节点信息。

s307、从端1响应节点信息。节点信息中有从端2。步骤s306、s307是主端自从端1的响应中获得新的邻居表的过程，这里可以备份2-3个中继地址，然后再确认注册并清除邻居表。

s308、主端对从端2进行注册请求。从端1作中继。

s309、从端2对请求进行响应。从端1作中继。

s310、主端对从端2进行通信请求。从端1作中继。

s311、从端2对请求进行响应。从端1作中继。步骤s310、s311是主端发现有新的邻居表标志查询新注册的从端2的过程。

s312、主端抄读从端2的邻居信息。从端1作中继。

s313、从端2对请求进行响应。从端1作中继。步骤s312、s313是主端自从端2的响应中获得新的邻居表的过程，这里可以备份2-3个中继地址，然后再确认注册并清除邻居表。

s314、主端对从端3进行注册请求。1级中继：从端1；2级中继：从端2。

s315、从端3对请求进行响应。1级中继：从端1；2级中继：从端2。

s321、从端1发起入网请求。从端2听到后，会将从端1的id（身份编码）保存到邻居列表中（含rssi/snr），并置有新的邻居表标志。

s322、从端1对请求进行响应。从端2听到后，会清除掉邻居列表中的从端1的id。

s323、从端2发起入网请求。

s324、主端对从端2进行注册请求。从端1作中继。从端2听到后，会保存报警上报路径，并且这个上报路径会有主端最近访问而刷新。

s325、从端2对请求进行响应。从端1作中继。

s326、主端对从端2进行通信请求。从端1作中继。

s327、从端2对请求进行响应。从端1作中继。

s328、主端抄读从端2的邻居信息。从端1作中继。

s329、从端2对请求进行响应。从端1作中继。

s330、主端对从端3进行注册请求。1级中继：从端1；2级中继：从端2。

s331、从端3对请求进行响应。1级中继：从端1；2级中继：从端2。

s341、从端2发起入网请求。从端3听到后，会保存从端2的id到邻居列表中（含rssi/snr），并置有新的邻居表标志。

s342、主端对从端2进行注册请求。从端1作中继。从端3听到后，会清除掉邻居列表中的从端2的id。

s343、从端3发起入网请求。从端2听到后，会保存从端3的id到邻居列表中（含rssi/snr），并置有新的邻居表标志。

s344、主端对从端3进行注册请求。1级中继：从端1；2级中继：从端2。从端3听到后，会保存报警上报路径，并且这个上报路径会有主端最近访问而刷新。

s345、从端3对请求进行响应。1级中继：从端1；2级中继：从端2。

参见图4，图4是本发明的无线跳频和扩频组网方法信道检测避让示例性的过程示意。在首次操作时，三个主端1、2、3均采用信道0，空中空闲的信道为1，2，3，4。5个信道中心频点的间隔是固定的,分别为：信道1与信道0的间隔为0.2988mhz；信道2与信道0的间隔为0.6988mhz；信道3与信道0的间隔为1.0488mhz；信道4与信道0的间隔为1.4988mhz。各频点的间隔值可以保证在sub1g内的任一个基准频点值(信道0的中心频点值)下,5个信道间不会产生干扰及互调影响。从端11与主端1相连，可同时接收主端1和主端2的信号。从端21与主端2相连，可同时接收主端1、主端2和主端3的信号。从端31与主端3相连，可同时接收主端2和主端3的信号。这个过程大致包括以下步骤：

s401、主端1发信号给从端11。

s402、从端11建议主端1回退1个信道。

s403、主端1发的信号，对从端21造成干扰。

s404、主端2发的信号，对从端11造成干扰。

s405、主端2发信号给从端21。

s406、从端21建议主端2增加1个信道。

s407、主端2发信号给从端21。

s408、从端21建议主端2回退1个信道。

s409、主端2发的信号，对从端31造成干扰。

s410、主端3发的信号，对从端21造成干扰。

s411、主端3发信号给从端31。

s412、从端31建议主端3增加1个信道。

参见图5a，图5a是本发明的无线跳频和扩频组网系统中主端信道重置的流程示意。主端信道重置的流程大致包括：

s511、当从端建议回退一个信道时，主端保持当前信道不变。

s513、当从端建议增加一个信道时，即根据当前信道号和空闲信道号按大小排序，取比当前信道号高一级的信道为即将使用信道。如此，可以信道号在0-4循环。

s515、当从端既有建议回退、又有建议增加一个信道时，即根据当前信道号和空闲信道号按大小排序，取比当前信道号低一级的信道为即将使用信道。

参见图5b，图5b是本发明的无线跳频和扩频组网系统中从端信道重置的流程示意。从端信道重置的流程大致包括:

s521、从端每当接收到非法的主端地址请求，如果此时信道号与自身所属信道相等，则进行主端地址比较。

s513、如果自己的主端地址值小，则信道状态字中需要更改信道，建议回退一个信道；如果自己的主端地址值大，则信道状态字需要更改信道，建议增加一个信道。

s515、如果信道号不是终端自身所属信道，把此信道标记忙碌标志，同时开启设定时长，不接收此信道指令。设定时长的具体取值，可以实际应用的需要选择，举例而言，该设定时长为30秒。

值得一提的是，主端每次接收到来自从端的响应帧时，均需要对信道状态字进行解析，获取当前空中信道使用情况，同时，查看从端是否要求更换信道，然后按设定策略，按要求进行信道重置。举例而言，设定策略是按设定的时刻表进行信道调整。比如：在零点时刻进行信道调整。那么的话，以前述图4示意的应用情形为例，在零点时刻，主端1根据接收到从端11的建议是-1信道，故主端1信道不变，保持为信道0；主端2根据接收到从端21的建议既有-1信道、又有+1信道，故主端1信道变为（5+0-1）%5=4，即变为信道4；主端3根据接收到从端31的建议为+1信道，故主端1信道变为（5+0+1）%5=1，即变为信道1。

综上所述，本发明的无线跳频和扩频组网方法具体包括以下步骤：

①、从端根据运行情况，查看是否需要发起入网请求；

②、主端根据接收到的入网数据，根据信号进行判断是否需要下发注册请求操作；符合入网条件下发请求并成功接收到响应后，把此从端地址添加到节点信息表中；此步骤完成了直接可通信的从端入网操作；

③、主端定时查找节点信息表中的从端路由信息，当获取到直接可通过的从端路由表中，有新的从端存在，则通过对应的从端对新发现的从端进行1级中继注册，成功接收到响应后，记录新的从端为1级中继路由并存储于节点信息表中；如此完成了部分从端的1级中继注册；

④、当主端查找1级中继的从端路由信息表时，发现了新的从端，通过步骤③的操作，可以实现2级路由表的注册；

⑤、同理，可以继续实现更高级路由的从端进行路由注册；

⑥、主端需要定时查看已在线的从端的路由信息，查看是否有新的从端添加进网络，并及时完成注册，保证组网的实时性，同时，在查找到新的从端时，如果在多个已注册的从端中均有此新从端的信息，则需要通过相互间的信号进行判断比较，采用信号更优的路径进行注册操作；

⑦、主端在工作的同时，需要查看当前使用通信的频道是否被占用，如果已占用，需要更换通信频点，从而保证通信的稳定可靠操作，通过此可保证在同一个环境下，多套系统自动运行不互相干扰；

⑧、每个从端，均要对接收到的主端信号进行判断处理，是否可以节省路由，如果可以节省，则需要及时通知主端，进行路由调整；同时，从端需要对主端请求通过进行超时处理，如果单位时间内未接收到合法的主端请求，判定为从端处理失联状态，需要退出在线状态，重新发起入网请求操作。

与现有技术相比，采用本发明的无线跳频和扩频组网系统及方法的有益效果包括：通过巧妙地将跳频技术、扩频技术和自组网技术结合到一起，能够很好地满足无线的当前应用的需要。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。