专利名称：一种具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种教学实验装置，尤其涉及一种基于软件无线电技术搭建的面向 400MHz,5. 8GHz、2. 4GHz、CDMA与VHF频段这5种带宽差异较大的异构无线网络的教学实验
直ο
背景技术：
随着无线通信技术的发展及各种应用的推动，各个无线频段都可以被用来进行无线通信，不同频段所对应的无线网络具有较大的带宽差异，也呈现出不同结构和特点。比如，400MHz的无线网络的带宽往往在几百Kbit/s，而2. 4GHz的无线网络的带宽则可以达到几十Mbit/s，搭建一种高效连接这些强带宽差异的异构网络的装置成为网络教学乃至网络研究的一种需要。但是，现有的面向异构网络互联的教学装置很少，而且使用的平台大都基于各种异构设备网关之间的互联，即需要针对不同的协议配置不同的接入网关设备，设备繁多，实现复杂，无法满足高效互联及异构网络教学的目的；另外，就算有的平台具有一定的异构特性，基本也是在某个频段上不同协议标准的区别，比如IEEE 802. lla/b/g，不能称为具有强带宽差异特性的异构网络实验装置。随着硬件技术的发展与推动，出现了一种软件无线电技术。该技术是指采用通用的硬件平台，通过软件的功能来实现原先硬件能实现的功能。原先需要的针对不同协议的多种接入网关现在可以通过一个通用硬件平台来实现，唯一不同的地方在于我们需要编写针对不同协议的软件模块。这样不仅能减少硬件设备，而且还能在同一个网关内高效地转换协议，大大降低了搭建异构网络装置的复杂性。由于不同频段的网络节点具有不同的特点，针对的应用不同，这样就需要设计针对多种网络协议的多种网络节点，设备繁多，实现复杂。此外，网络标准的高速发
展也迫切要求设计一个能够高效互联的异构网络装置。考虑到成本以及技术灵活性等因素，本发明基于软件无线电技术来搭建具有强带宽差异特性的异构网络实验装置。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一个具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置。 通过该技术，实验装置可以减少设备种类，从而提高实验装置性能。技术方案本发明的具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置包括400MHz 网络节点、2. 4GHz网络节点、5. 8GHz网络节点、CDMA网络节点、VHF网络节点；其中，通用计算机A、通用计算机B与通用计算机C分别连接软件无线电设备构成400MHz无线网络节点并组网；通用计算机B、通用计算机C、通用计算机D、通用计算机E与通用计算机F分别连接软件无线电设备构成2. 4GHz无线网络节点并组网；通用计算机E、通用计算机F与通用计算机G分别连接软件无线电设备构成5. 8GHz无线网络节点并组网；通用计算机A与通用计算机C分别连接CDMA路由器构成CDMA网络节点并组网；通用计算机E与通用计算机F 分别连接VHF电台模拟器构成VHF无线网络节点并组网；通用计算机B、通用计算机C、通用计算机D、通用计算机E、通用计算机F连同各自所连接的软件无线电设备、CDMA路由器以及VHF电台模拟器作为400MHz无线网络、5. 8GHz无线网络、2. 4GHz无线网络、CDMA网络以及VHF无线网络这5种网络的网关节点，实现了异构网络的互联。所述软件无线电设备由前端硬件设备与后端软件模块组成，前端硬件设备包括前端射频模块、ADC/DAC模块、FPGA模块，后端软件模块运行在通用计算机中，前端硬件设备与运行后端软件模块的通用计算机通过USB2. 0技术相连。利用此技术，只需要一套硬件平台就可以构建多种异构网络。有益效果本发明利用软件无线电技术构造通用节点，进而搭建异构网络装置。通过该技术，实验装置可以减少设备种类，从而提高实验装置性能并具有以下有益效果
1、教学内容丰富。本发明可以很轻易的包含多种异构网络，不仅可以单独研究各种无线网络，还可以研究网络互联。采用模块化设计，针对不同网络标准编写相应模块，可以任意组合裁减，方便实验设计。2、装置开放。基于软件无线电技术，可以有效兼容不同网络标准，同时采用模块化软件编程，便于添加新的网络标准，同时有利于学生创新。3、装置配置灵活。通用的网关节点可以当作任何网络标准的网关节点，降低异构网络搭建难度，同时方便网络配置。
图1是异构网络实例整体架构图，包括2. 4GHz无线网络、400MHz无线网络、5. 8GHz 无线网络，CDMA无线网络以及VHF频段无线网络，设备包括通用计算机、软件无线电设备、 CDMA路由器以及VHF电台模拟器。实线表示有线连接，虚线表示无线连接。图2是软件无线电设备构成图。箭头表示数据流向。设备包括前端硬件模块与后端软件模块，其中后端软件模块运行于通用计算机上，通用计算机与前端硬件模块通过 USB2. 0 连接。图3是异构网络互联实例的数据流向图。实线箭头表示数据流向，从400MHz无线网络到2. 4GHz无线网络、VHF频段无线网络、5. 8GHz无线网络。图4是关闭通用计算机B之后的异构网络互联实例的数据流向图。实线箭头表示数据流向，从400MHz无线网络到2. 4GHz无线网络、VHF频段无线网络、5. 8GHz无线网络。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
是一个异构网络实验装置，包括400MHz无线网络、2. 4GHz 无线网络、5. 8GHz无线网络、CDMA无线网络以及VHF频段无线网络，实验架构如图1所示。 设备包括通用计算机、软件无线电设备与GNU Radio软件、CDMA路由器、VHF电台模拟器。 其中通用计算机、软件无线电设备与GNU Radio软件构成一个通用节点(400MHz网络节点、 2. 4GHz网络节点或5. 8GHz网络节点)，软件无线电硬件为前端硬件设备，GNU Radio为后端软件模块。软件无线电硬件又由前端射频模块、ADC/DAC模块、FPGA模块组成，后端软件模块运行在一个通用计算机上，软件无线电硬件与通用计算机之间通过USB2. 0有线标准传输数据，模块结构如图2所示。
具体来说，如图1所示该装置由以下几部分组成
l、400MHz无线网络。由通用计算机A、通用计算机B以及通用计算机C连接软件无线电设备构成，带宽200Kbit/s。2、2. 4GHz无线网络。由通用计算机B、通用计算机C、通用计算机D、通用计算机E 以及通用计算机F连接软件无线电设备构成，带宽llMbit/s。3、5.8GHz无线网络。由通用计算机E、通用计算机F以及通用计算机G连接软件无线电设备构成，带宽200Kbit/s。
4、CDMA无线网络。用通用计算机A与通用计算机B连接CDMA路由器构成，带宽 100Kbit/s。5、VHF频段无线网络。由通用计算机E与通用计算机F连接VHF电台模拟器构成， 带宽为 9. 6Kbit/s。本实施例中使用的通用节点包括前端硬件设备和后端软件模块，前端硬件设备包括前端射频模块、ADC/DAC模块、FPGA模块，后端软件模块实现在通用计算机上，其连接关系如图2所示。前端射频模块负责接收发送信号，ADC/DAC模块负责模数/数模转换，FPGA 模块负责上/下采样等初步的高速处理，后端软件模块对得到的复数信号进一步处理。以信号接收为例，前端射频模块通过天线接收信号，并从高频转成中频，中频的信号通过ADC 采样进入FPGA模块，FPGA对得到的复信号下采样，得到基带信号。通过USB2.0将得到的基带信号传输到通用计算机，计算机中的软件模块对基带信号进行处理，针对不同的标准作不同的解调处理最后得到数据。信号发送的过程与接收类似，将要发送的数据通过软件模块调制，通过USB2. 0发送到前端FPGA模块，插值上采样，最后通过前端射频模块和天线发送出去。本实施例中使用的CDMA路由器以及VHF电台模拟器技术比较成熟，在此不再赘述。本发明设计实验的一个具体实施例是将数据从400MHz无线网络的通用计算机A 传递到5. 8GHz无线网络的通用计算机G。装置架构如图1所示。具体实验步骤如下 1、网络启动，路由初始化。2、通用计算机A发送数据。用手将某个传感器感光部位遮住，如果光强值低于阈值，则发送该传感器的节点编号到通用网关节点A。3、通用计算机A通过400MHz频段将数据发送到通用计算机B。4、通用计算机B通过2. 4GHz频段将数据发送到通用计算机D。5、通用计算机D通过2. 4GHz频段将数据发送到通用计算机E。6、通用计算机E通过VHF电台模拟器将数据发送到通用计算机F。7、通用计算机F通过5. 8GHz频段将数据发送到通用计算机G。8、通用计算机G上显示收到的数据包经过的路径。9、关闭通用计算机B，路由重新计算。10、通用计算机A通过400MHz频段将数据发送到通用计算机C。11、通用计算机C通过2. 4GHz频段将数据发送到通用计算机D。
12、通用计算机D通过2. 4GHz频段将数据发送到通用计算机E。13、通用计算机E通过VHF电台模拟器将数据发送到通用计算机F。14、通用计算机F通过5. 8GHz频段将数据发送到通用计算机G。15、通用计算机G上显示收到的数据包经过的路径。该实施例的数据流向如图3和图4所示。此外，利用本发明的异构网络实验平台，我们还可以研究包括路由协议、信道接入控制协议在内的多种网络协议在带宽差异较大的异构无线网络环境下的适用性。通过上述的实施方式的描述，本领域的技术人员可以很清楚的理解到本发明的实现方式，同时也能很清楚的了解实验的设计过程。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置，其特征在于该实验装置包括 400MHz网络节点、2. 4GHz网络节点、5. 8GHz网络节点、CDMA网络节点、VHF网络节点；其中， 通用计算机A、通用计算机B与通用计算机C分别连接软件无线电设备构成400MHz无线网络节点并组网；通用计算机B、通用计算机C、通用计算机D、通用计算机E与通用计算机F分别连接软件无线电设备构成2. 4GHz无线网络节点并组网；通用计算机E、通用计算机F与通用计算机G分别连接软件无线电设备构成5. 8GHz无线网络节点并组网；通用计算机A与通用计算机C分别连接CDMA路由器构成CDMA网络节点并组网；通用计算机E与通用计算机F分别连接VHF电台模拟器构成VHF无线网络节点并组网；通用计算机B、通用计算机C、 通用计算机D、通用计算机E、通用计算机F连同各自所连接的软件无线电设备、CDMA路由器以及VHF电台模拟器作为400MHz无线网络、5. 8GHz无线网络、2. 4GHz无线网络、CDMA网络以及VHF无线网络这5种网络的网关节点，实现异构网络的互联。
2.根据权利要求1所述的具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置，其特征在于所述软件无线电设备由前端硬件设备与后端软件模块组成，前端硬件设备包括前端射频模块、ADC/DAC模块、FPGA模块，后端软件模块运行在通用计算机中，前端硬件设备与运行后端软件模块的通用计算机通过USB2. 0技术相连。
全文摘要
具有强带宽差异特性的异构无线网络实验装置面向2.4GHz无线网络、400MHz无线网络、5.8GHz无线网络、CDMA网络以及VHF频段无线网络，实验设备包括通用计算机、软件无线电设备、CDMA路由器与VHF电台模拟器。通用计算机连接软件无线电设备可以构建2.4GHz无线网络、400MHz无线网络与5.8GHz无线网络，软件无线电设备包括前端硬件设备和后端软件模块，后端软件模块运行于通用计算机上，前端硬件设备与后端软件模块之间通过USB2.0技术连接。通用计算机连接CDMA网络路由器用于构建CDMA网络。通用计算机连接VHF电台模拟器用于构建VHF频段无线网络。本发明教学内容丰富，实验环境开放，便于学生学习和研究上述各种异构网络及更多的异构网络。
文档编号G09B5/08GK102209342SQ20111015457
公开日2011年10月5日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者于卫波, 牛大伟, 王海, 米志超, 董超, 钱睿 申请人:中国人民解放军理工大学