一种可重构的无线信息网络体系架构及其重构实现方法与流程

本发明涉及无线电信息网络，特别是涉及一种可重构的无线信息网络体系架构及其重构实现方法。

背景技术：

随着科学的发展和社会的进步，无线网络逐渐进入社会生活、工作的各个领域，目前世界上存在着多种无线电网络体系，例如：移动通信网、导航网、测控网等，为人们的生活、工作、出行，以及工业监控、探测等提供了巨大的便利。

但是，就目前而言，每种网络体现通常仅能够提供一种信息服务，当用户需要不同的信息的综合信服务时，往往需要对多种无线电网络提供的信息进行融合处理，才能够满足用户需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可重构的无线信息网络体系架构及其重构实现方法，能够在一种无线信息网络体系架构下，进行网络重构和功能重构，为用户提供多种类型信息服务，增强了无线电网络的通用性和可扩展性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可重构的无线信息网络体系架构，包括柔性节点模块、数据中心模块、用户中心模块、网管及重构中心和目标管理中心；

所述柔性节点模块包括一个或多个相互联通的柔性节点，所述一个或多个柔性节点之间构成无线信息网络；所述数据中心模块、用户中心模块、网管及重构中心和目标管理中心利用地面通信网络进行相互通信；无线信息网络和地面通信网络之间进行信息互联；

所述网管及重构中心，用于实现柔性节点和无线信息网络的重构管理；所述柔性节点根据网管及重构中心的指令进行节点重构，以实现对目标的探测、识别、导航或通信服务；所述目标管理中心用于目标数据交换、目标任务管理、目标标识管理、目标识别，并协调无线信息网络的服务。

其中，所述数据中心模块包括多个数据中心，每一个数据中心均连接到地面通信网络，所述数据中心用于对节点、用户中心、目标管理中心分发的数据进行保存、处理或应用。

其中，所述用户中心模块包括多个用户中心，每一个用户中心均连接到地面通信网络，所述用户中心用于接收用户的目标特征和服务信息，并将该信息发送给目标管理中心或柔性节点，同时接收目标管理中心或柔性节点的相关信息；

所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号、相关任务参数；

所述服务信息包括服务请求信息、通信服务信息、遥测遥控信息。

所述目标包括协同目标和非协同目标；所述协同目标指已携带用户终端，且携带的用户终端满足所述无线信息网络的协议要求的目标；所述非协同目标指不携带用户终端，或携带的用户终端不满足所述无线信息网络的协议要求的目标。

所述柔性节点包括可重构天线射频收发模块和无线电软件处理模块，所述可重构天线射频收发模块用于完成柔性节点天线覆盖范围内的信号收发，所述软件无线电处理模块用于完成信号处理、信息处理；在网管及重构中心对柔性节点的控制下，柔性节点完成天线波束重构和节点功能重构，实现各类无线信号收发及信号处理，为柔性节点天线覆盖范围内的各类目标提供不同的信息服务。

所述网管及重构中心包括：存储模块，用于保存网络的拓扑结构、网络重构算法、路由策略程序包以及节点各种功能所对应的配置程序包；网络重构管理模块，用于接收目标管理中心的目标特征和服务信息，并分析目标类型及服务范围和服务需求，并据此进行网络重构管理，并将重构结果报目标管理中心；功能重构管理模块，用于接收目标管理中心的目标特征和服务信息，并分析目标类型和服务需求，对服务的柔性节点进行功能重构管理，并将重构结果报目标管理中心。

所述的一种可重构的无线信息网络体系架构的重构实现方法，基于任务计划、目标标识特征和服务信息进行重构，包括以下步骤：

采用基于任务计划、目标特征的多模式捕获跟踪，确定目标进入无线信息网络的覆盖区域，自动获取目标的信息或服务需求信息；并将获取的目标特征或服务信息传输给目标管理中心；目标管理中心识别目标并基于目标特征进行目标分类；

网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行网络重构管理和柔性节点功能重构管理。

其中，采用基于任务计划、目标特征的多模式捕获跟踪，确定目标进入无线信息网络的覆盖区域，自动获取目标的信息或服务需求信息，具体包括：

模式一，预置等待模式：目标管理中心根据用户的任务请求，向网管及重构中心下达任务计划，所述计划包括但不仅限于目标数量、进入覆盖区时间预报、位置预报、目标代号、服务需求和信号参数，网管及重构中心根据任务计划确定服务的一个或多个柔性节点并进行重构、预置等待，待目标出现后，由柔性节点进行捕获跟踪，并获取目标的标识信息和服务信息，提供服务；

模式二，随遇接入模式：在网管及重构中心的指令下，一个或多个柔性节点将接收波束全空域扫描，安装有用户终端的目标按协议发出登录信号，节点搜索到登录信号后，目标随遇接入,节点自动获取目标的标识信息和服务信息，并提供服务；

模式三，扫描探测模式：在网管及重构中心的指令下，一个或多个柔性节点将收发信号的部分波束设置成探测模式，在部分或全空域扫描，根据目标下行信号或反射信号发现目标，并获取目标特征；

所述服务信息包括服务请求信息、通信服务信息和遥测遥控信息；

目标管理中心识别目标并基于目标特征进行目标分类，具体包括：

根据目标特征，初步识别目标：首先根据目标特征判定其协同性，若目标的标识信息能够被识别，则为协同目标，若只能利用目标下行信号或反射信息对目标进行探测，则目标为不可入网的非法目标，即非协同目标；

对于协同目标，通过信息比对判定目标合法性：若目标的标识信息与合法用户信息相符合，则目标为可入网合法目标；若目标的标识信息能够被识别，但无入网许可标志，则目标为可入网非法目标，即协同非法目标；

所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号、相关任务参数。

其中，网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行网络重构管理，具体包括：

网管及重构中心直接按任务计划实施网络重构，组成点对点、点对多点、有中心网和无中心网的各种测控通信网络，组成无源接收、单发多收、多发单收和多发多收的多种探测网络，提供无线通信、无线导航、无线测控和无线探测服务；

根据目标特征和服务信息对目标的活动区域进行定位、评估，并获取当前网络的拓扑结构，然后进行网络重构：对可入网合法目标，提供点对点、点对多点、有中心网和无中心网的接入方式，并提供无线通信、无线导航和无线测控服务；对可入网非法目标，提示补办入网手续，并持续跟踪；对不可入网非法目标，进行自发自收探测，或无源接收、单发多收、多发单收、多发多收的组网探测，并进行跟踪和预警。

其中，网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行柔性节点功能重构管理，具体包括如下四种方式：

第一，基于任务计划的预置功能重构：对于有任务计划的合法目标，网管及重构中心预先接收目标管理中心下达的任务计划，计划中包含目标数目、目标进入覆盖区时间预报、位置预报、目标代号、服务需求和信号参数，根据任务计划确定参加服务的柔性节点，对柔性节点资源进行分析，若柔性节点资源充分，则对其进行参数预置或波束、功能重构；若柔性节点资源不够，则协调其它节点参与；

第二，基于接收信息的实时动态重构：对于随遇接入的可入网合法目标，根据柔性节点实时获取的目标标识信息、服务申请、接收信号参数信息，在网管及重构中心的管理下，各节点动态进行资源冲突检测，配置节点资源或参数，提供最佳服务；

第三，基于数字波束的空间交互重构：对于随遇接入的目标，如果首先捕获的波束按已有配置并不能提供相关服务，则对该节点另一波束的对应设备进行功能在线重构，从已跟踪波束切换到另一波束提供服务，或在在网管及重构中心的控制下，对另一节点进行功能重构，从已跟踪波束切换之另一节点波束，提供服务；

第四，基于目标特征的迭代重构：对于非法目标，在跟踪同时，提取目标特征并进行分析，根据分析结果重构柔性节点，再对目标进行分析，对柔性节点进行重构，迭代直至判定出目标属性。

本发明的有益效果是：本发明能够在一种无线信息网络架构下，进行网络重构和网络结构下柔性节点的功能重构，使得无线信息网络功能不再单一，能够为用户提供多种类型信息服务，增强了无线电网络的通用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明的网络体系架构原理框图；

图2为本发明中网络协议的第一级分层架构示意图；

图3为本发明中网络协议的第二级分层架构示意图；

图4为本发明重构方法的流程图；

图5为进入无线信息网络覆盖区域目标发现捕获方式示意图；

图6为本发明的实施例中，无人机测控、通信、探测系统框图；

图7为本发明的实施例中，无人机测控、通信、探测工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种可重构的无线信息网络体系架构，包括柔性节点模块、数据中心模块、用户中心模块、网管及重构中心和目标管理中心；

所述柔性节点模块包括一个或多个相互联通的柔性节点，所述一个或多个柔性节点之间构成无线信息网络；所述数据中心模块、用户中心模块、网管及重构中心和目标管理中心利用地面通信网络进行相互通信；无线信息网络和地面通信网络之间进行信息互联；

所述网管及重构中心，用于实现柔性节点和无线信息网络的重构管理；所述柔性节点根据网管及重构中心的指令进行节点重构，以实现对目标的探测、识别、导航或通信服务；所述目标管理中心用于目标数据交换、目标任务管理、目标标识管理、目标识别，并协调无线信息网络的服务。

在本申请的实施例中，所述柔性节点包括地面柔性节点、空中柔性节点（距地面200km以内）和空间柔性节点（距地面200km以上）三类；

其中，所述数据中心模块包括多个数据中心，每一个数据中心均连接到地面通信网络，所述数据中心用于对节点分发的数据进行保存、处理或应用。所述用户中心模块包括多个用户中心，每一个用户中心均连接到地面通信网络，所述用户中心用于接收用户的目标特征和服务信息，并将该信息发送给目标管理中心或柔性节点，同时接收目标管理中心或柔性节点的相关信息；

所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号、相关任务参数；

所述服务信息包括服务请求信息、通信服务信息、遥测遥控信息。

其中，所述目标包括协同目标和非协同目标；所述协同目标指已携带用户终端，且携带的用户终端满足所述无线信息网络的协议要求的目标；所述非协同目标指不携带用户终端，或携带的用户终端不满足所述无线信息网络的协议要求的目标。

所述柔性节点包括可重构天线射频收发模块和无线电软件处理模块，所述可重构天线射频收发模块用于完成柔性节点天线覆盖范围内的信号收发，所述软件无线电处理模块用于完成信号处理、信息处理；在网管及重构中心对柔性节点的控制下，柔性节点完成天线波束重构和节点功能重构，实现各类无线信号收发及信号处理，为柔性节点天线覆盖范围内的各类目标提供不同的信息服务。

所述网管及重构中心包括：存储模块，用于保存网络的拓扑结构、网络重构算法、路由策略程序包以及节点各种功能所对应的配置程序包；网络重构管理模块，用于接收目标管理中心的目标特征和服务信息，并分析目标类型及服务范围和服务需求，并据此进行网络重构管理，并将重构结果报目标管理中心；功能重构管理模块，用于接收目标管理中心的目标特征和服务信息，并分析目标类型和服务需求，对服务的柔性节点进行功能重构管理，并将重构结果报目标管理中心。

在本申请的实施例中，软件无线电处理设备的功能重构包括对测控、通信、导航、探测和预警反制等功能的重构，还包括各个功能下信号形式的重构，如信号的多址形式、调制形式、编码形式等。

在本申请的实施例中，采用多级、分层可重构协议，第一级网络，由数据中心、用户中心、网管及重构中心和目标管理中心和柔性节点（地面柔性节点和控制柔性节点）组成，柔性节点的功能是类似于传感器，如图2所示，整个第一级网络分物理层、数据层、应用层，各层采用通用、标准的协议，保证互联互通的同时具有重构设计，可在网管及重构中心的指令下，保证网络重构；如图3所示，信息网络的第二级网络由柔性节点和用户终端构成，此时，各层采用通用、标准的协议，贯穿应用层到物理层的重构设计，保证节点功能重构。

如图4所示，所述的一种可重构的无线信息网络体系架构的重构实现方法，基于任务计划、目标标识特征和服务信息进行重构，包括以下步骤：

采用基于任务计划、目标特征的多模式捕获跟踪，确定目标进入无线信息网络的覆盖区域，自动获取目标的信息或服务需求信息；并将获取的目标特征或服务信息传输给目标管理中心；目标管理中心识别目标并基于目标特征进行目标分类；

网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行网络重构管理和柔性节点功能重构管理。

如图5所示，采用基于任务计划、目标特征的多模式捕获跟踪，确定目标进入无线信息网络的覆盖区域，自动获取目标的信息或服务需求信息，具体包括：

模式一，预置等待模式：目标管理中心根据用户的任务请求，向网管及重构中心下达任务计划，所述计划包括但不仅限于目标数量、进入覆盖区时间预报、位置预报、目标代号、服务需求和信号参数，网管及重构中心根据任务计划确定服务的一个或多个柔性节点并进行重构、预置等待，待目标出现后，由柔性节点进行捕获跟踪，并获取目标的标识信息和服务信息，提供服务；

模式二，随遇接入模式：在网管及重构中心的指令下，一个或多个柔性节点将接收波束全空域扫描，安装有用户终端的目标按协议发出登录信号，节点搜索到登录信号后，目标随遇接入,节点自动获取目标的标识信息和服务信息，并提供服务；

模式三，扫描探测模式：在网管及重构中心的指令下，一个或多个柔性节点将收发信号的部分波束设置成探测模式，在部分或全空域扫描，根据目标下行信号或反射信号发现目标，并获取目标特征；

所述服务信息包括服务请求信息、通信服务信息和遥测遥控信息；

目标管理中心识别目标并基于目标特征进行目标分类，具体包括：

根据目标特征，初步识别目标：首先根据目标特征判定其协同性，若目标的标识信息能够被识别，则为协同目标，若只能利用目标下行信号或反射信息对目标进行探测，则目标为不可入网的非法目标，即非协同目标；

对于协同目标，通过信息比对判定目标合法性：若目标的标识信息与合法用户信息相符合，则目标为可入网合法目标；若目标的标识信息能够被识别，但无入网许可标志，则目标为可入网非法目标，即协同非法目标；

所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号、相关任务参数。

其中，网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行网络重构管理，具体包括：

网管及重构中心直接按任务计划实施网络重构，组成点对点、点对多点、有中心网和无中心网的各种测控通信网络，组成无源接收、单发多收、多发单收和多发多收的多种探测网络，提供无线通信、无线导航、无线测控和无线探测服务；

根据目标特征和服务信息对目标的活动区域进行定位、评估，并获取当前网络的拓扑结构，然后进行网络重构：对可入网合法目标，提供点对点、点对多点、有中心网和无中心网的接入方式，并提供无线通信、无线导航和无线测控服务；对可入网非法目标，提示补办入网手续，并持续跟踪；对不可入网非法目标，进行自发自收探测，或无源接收、单发多收、多发单收、多发多收的组网探测，并进行跟踪和预警。

其中，网管及重构中心根据任务计划、服务信息、目标特征、目标类型，进行柔性节点功能重构管理，具体包括如下四种方式：

第一，基于任务计划的预置功能重构：对于有任务计划的合法目标，网管及重构中心预先接收目标管理中心下达的任务计划，计划中包含目标数目、目标进入覆盖区时间预报、位置预报、目标代号、服务需求和信号参数，根据任务计划确定参加服务的柔性节点，对柔性节点资源进行分析，若柔性节点资源充分，则对其进行参数预置或波束、功能重构；若柔性节点资源不够，则协调其它节点参与；

第二，基于接收信息的实时动态重构：对于随遇接入的可入网合法目标，根据柔性节点实时获取的目标标识信息、服务申请、接收信号参数信息，在网管及重构中心的管理下，各节点动态进行资源冲突检测，配置节点资源或参数，提供最佳服务；

第三，基于数字波束的空间交互重构：对于随遇接入的目标，如果首先捕获的波束按已有配置并不能提供相关服务，则对该节点另一波束的对应设备进行功能在线重构，从已跟踪波束切换到另一波束提供服务，或在在网管及重构中心的控制下，对另一节点进行功能重构，从已跟踪波束切换之另一节点波束，提供服务；

第四，基于目标特征的迭代重构：对于非法目标，在跟踪同时，提取目标特征并进行分析，根据分析结果重构柔性节点，再对目标进行分析，对柔性节点进行重构，迭代直至判定出目标属性。

如图6，在本申请的实施例中，无人机的测控通信探测系统中，系统包含包括地面柔性节点、数据中心、用户中心、网管及重构中心和目标管理中心，无人机飞行器包括安装用户终端的协作飞行器及没安装用户终端的非协作飞行器。

如图7，在该实施例中，柔性节点具有随遇接入和目标反射波扫描探测模式，无人机也有协同和非协同两种类型。

当无人机进入网络覆盖区域后，柔性节点将自动捕获并获取目标标识信息、需求信息，同时在本地根据标识信息和需求信息中的相关数据进行计算分析，判定目标类型和服务范围，报目标管理中心和网管及重构中心。

如为协同目标且服务范围在节点电磁波覆盖范围类，柔性节点自动进行实时动态重构，完成信息服务，并将目标标识信息、需求信息、目标类型、服务结果及工作日志报目标管理中心和数据中心。

目标管理中心收到柔性节点送来的目标标识信息、需求信息和计算分析结果，进行分析判断，如为协同目标且服务范围超出一个节点工作范围或服务申请的网络结构不满足服务需求，则向网管及重构中心提交申请，网管及重构中心根据任务计划、目标标识信息、服务需求信息，分析计算，进行网络重构和功能重构，提供所需测控导航通信服务，并将目标用户终端在其活动区域内的数据信息存储至数据中心。协同目标标识信息包括目标电磁信息、位置信息、目标用户终端自身的编号信息、目标用户终端的用户信息等，需求信息主要包括：目标用户终端需要无线信息网络结构为其提供的服务功能及服务内容。

如果是非协同目标，无线信息网络根据非协同目标标识信息进行特征分析，并报目标管理中心，经目标管理中心同意进行预警反制，如不采取措施，网络重构和功能迭代重构、跟踪探测，进而对非协同目标特征进一步识别分析，直至明确处理措施。非协同目标标识信息包括目标反射电磁信息、位置信息、结构信息等。

最后应说明的是，本申请所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现，其中，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。

说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，可以位于一个地方，或者也可以分布到其它模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部功能来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明实施例中的各功能可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。