一种移动基站无线自组网方法与流程

本发明涉及基站自组网技术领域，尤其涉及一种移动基站无线自组网方法。

背景技术：

为扩大覆盖面积，一个窄带通信系统一般有多基站组成。这些基站通过窄带无线信道在本地发射为移动台通信服务。这些基站之间会通过各种链路技术相互联网，为基站间的通信服务。常用的链路技术分为无线和有线。无线多用微波等宽带传输。采用宽带传输，可以传输基站之间多信道的较多的语音数据和控制信令数据。但在有些情况下，这些有线和无线的链路不可用。如灾害紧急情况下需要临时快速布网。

使用窄带通信系统同频段的信道进行基站之间的链路链接，这种方法有实际使用的案例。但窄带传输的速率低会造成较长的延时，多跳时为消除干扰需要使用较多的频点等缺点，使得窄带无线链路组网复杂。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种移动基站无线自组网方法，其使移动基站无需任何参数配置，随时移动，就能具有随时无线组网通信的能力。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种移动基站无线自组网方法，包括以下步骤：

s1：主节点基站发送广播链路维持信令rmaint1；

s2：接收到广播链路维持信令rmaint1的基站在一段时间内发送登记信令；

s3：主节点基站等待一段时间将接收到的所有登记信令对应的基站都进行登记，接着，在主节点基站的正向和/或反向各选择一个上下行信号质量最好或地理位置与主节点基站最近的登记过的基站作为对应方向末级的节点基站；

s4：主节点基站发送广播链路维持信令rmaint2，不是位于末级的节点基站转发广播链路维持信令rmaint2；

s5：末级的节点基站接收到广播链路维持信令rmaint2后，开始发送广播链路维持信令rmaint3；

s6：接收到广播链路维持信令rmaint3的未登记的基站发出登记信令；

s7：末级的节点基站接收到未登记的基站发出的登记信令后，将这些登记信令传送给主节点基站，主节点基站等待一段时间后从这些登记的基站中选择出一个上下行信号质量最好或地理位置与该末级的节点基站最近的基站作为该末级的节点基站的下一级节点基站；

主节点基站判断该下一级节点基站是否是末端节点，如果该下一级节点基站是末端节点，则将该下一级节点基站作为第一末端节点基站，接着，主节点基站判断本次基站登记中是否有除了第一末端节点基站之外的其他基站，如果没有则自组网结束，如果有，则从这些基站中选择出一个上下行信号质量最好或地理位置与该末级的节点基站最近的基站作为第二末端节点基站，自组网结束；如果该下一级节点基站不是末端节点，则将该下一级节点基站作为新的末级的节点基站，接着跳转至步骤s5。

在本方案中，主节点基站为中心节点，接交换机，其它节点基站的上行信息都将传递至此。介于主节点基站和末端节点基站之间的节点基站为中间节点基站，除传送自身信息外，还需要传递其它节点基站的上行和下行信息。末端节点基站位于无线链路的最末端，末端节点基站仅接收下行的链路数据和发送自身的链路数据。

在组成的网络中，某方向的末端节点基站可以是一个，最多是2个。主节点基站可以同时是末端节点基站。任何节点基站都可以是发送信息开始的源节点。

作为优选，所述步骤s3还包括以下步骤：主节点基站判断正向和/或反向的末级的节点基站是否是所在方向的末端节点，如果是所在方向的末端节点，则将该末级的节点基站作为该方向的第一末端节点基站，接着，主节点基站判断本次该方向的基站登记中是否有除了第一末端节点基站之外的其他基站，如果没有则自组网结束，如果有，则从这些基站中选择出一个上下行信号质量最好或地理位置与主节点基站最近的基站作为该方向的第二末端节点基站，自组网结束；如果不是所在方向的末端节点，接着执行步骤s4。

作为优选，所述广播链路维持信令rmaint1包括以下信息：指示自身是主节点的信息，自身使用的时隙号，邀请未登记的下级基站登记，下级节点基站的接入方向。

作为优选，所述广播链路维持信令rmaint2包括以下信息：告知当前自组网接入状态，确认末端节点基站位置，禁止末端节点基站再接入下级节点基站。

作为优选，所述广播链路维持信令rmaint3包括以下信息：指示自身非是主节点的信息，自身使用的时隙号，邀请未登记的下级基站登记，下级节点基站的接入方向。

作为优选，当某个方向有两个末端节点基站时，主节点基站对这两个末端节点基站进行奇偶工作模式的配置。

作为优选，主节点基站定时或非定时发起心跳信令，心跳信令中指示为下行，下级基站传递该心跳信令，传至末端节点基站上一级的节点基站时，由这个节点基站指定某个末端节点基站发送心跳回传信令，被指定的末端节点基站发送心跳回传信令，心跳回传信令中指示为上行，如果某个节点基站发现没有下级节点基站的心跳，则发送上行的报告至主节点基站。

作为优选，节点基站之间的链路信道采用25khz频率间隔的无线信道，在25khz频率间隔的无线信道上将一帧分成四个时隙，四个时隙依次为时隙1、时隙2、时隙3和时隙4，每个节点基站被分配四个时隙中的一个时隙用于接收/发射数据；

位于自组网中的节点基站按照如下规则分配使用时隙：任意相邻的三个节点基站被分配的时隙各不相同且任意相邻的四个节点基站被分配的时隙各不相同，自组网中选取任意一个节点基站，如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙1，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙2；如果该节点基站的上一级基站使用时隙2，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙1；如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙3，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙4；如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙4，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙3。

节点基站之间转发使用1个频点，采用25k信道、4个时隙的tdma链路接力双向链接。例如：自组网由五个节点基站接力双向链接而成，五个节点基站依次分别为节点基站1、节点基站2、节点基站3、节点基站4、节点基站5，节点基站1使用时隙1，节点基站2使用时隙3，节点基站3使用时隙2，节点基站4使用时隙4，节点基站5使用时隙1，满足上述的信道分配方法，本自组网的最大延时为165ms，平均延时为117ms。而如果采用现有的信道分配方法，节点基站1、节点基站2、节点基站3、节点基站4、节点基站5分别使用时隙1、时隙2、时隙3、时隙4、时隙5，则最大延时为240ms，平均延时为150ms。

作为优选，节点基站本地转发采用12.5khz频率间隔的无线信道，在12.5khz频率间隔的无线信道上将一帧分成两个时隙。

节点基站本地转发使用1对频点用于上下行，采用12.5khz信道、两个时隙的tdma接入方式。自组网中的节点基站，其链路相邻的前向节点基站和反向节点基站都是在时隙1、时隙2连续发射，或者时隙3、时隙4连续发射，正好和本地的12.5k带宽的2个时隙的tdma的时隙1或时隙2对齐。

作为优选，所述主节点基站判断某个节点基站是否是末端节点的方法如下：如果在设定时间eack_timer内没有这个节点基站的下级节点基站的有效登记，则判断该节点基站是末端节点。

作为优选，自组网中除了主节点基站和末端节点基站之外的节点基站为中间节点基站；

所述主节点基站掌握以下信息：知道自己是主节点，前向和反向的网络深度，各节点基站的设备物理地址和id；

所述主节点基站能够进行如下操作：取消下级节点基站的注册，邀请下级节点基站重新登记，对下级节点基站的登记包括普通登记、鉴权登记，指定某节点基站为单频跳的末端节点基站；

所述末端节点基站掌握以下信息：能够确定自己是末端节点基站，能够获知相邻节点基站是否是主节点基站，自身的设备物理地址和id，全网的网络深度，上行方向的相邻节点基站的id，本节点的奇偶工作模式；

所述末端节点基站能够进行如下操作：自身节点基站登记，按本节点基站的奇偶工作模式发送信令，接收与本节点基站相关的信令；若发现有下级节点基站登记，转发该登记信令，在下级节点基站登记成功后，自身转变为中间节点基站；

所述中间节点基站掌握以下信息：能够获知相邻节点基站是否是主节点基站，自身的设备物理地址和id，全网的网络深度，下行方向的相邻节点基站的设备物理地址和id，上行方向的相邻节点基站的设备物理地址和id，若相邻节点基站是末端节点基站则掌握该末端节点基站的奇偶工作模式；

所述中间节点基站能够进行如下操作：自身节点基站登记，传递相邻节点基站发送的信息，取消下级节点基站的注册，邀请下级节点基站重新登记；如果相邻节点基站是末端节点基站，可以分配并修改该末端节点基站的奇偶工作模式。

本发明的有益效果是：通过固定基站的动态广播机制，使移动基站无需任何参数配置，随时移动，具有随时无线组网通信的能力，且传输速率快，延时较低，使用的频点较少。

附图说明

图1是自组网成一跳模型的示意图；

图2是自组网成二跳模型的示意图；

图3是自组网成三跳模型的示意图；

图4是自组网成四跳模型的示意图；

图5是自组网中节点基站之间采用的一帧四时隙信道示意图；

图6是节点基站本地转发采用的一帧二时隙信道示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种移动基站无线自组网方法，包括以下步骤：

s1：主节点基站发送广播链路维持信令rmaint1；

s2：接收到广播链路维持信令rmaint1的基站在一段时间(rreg_timer)内发送登记信令；

s3：主节点基站接收到某个基站的登记信令后，给予中间应答wack，主节点基站等待一段时间(rack_timer)将接收到的所有登记信令对应的基站都进行登记(期间可能多次重复发送广播链路维持信令rmaint1)，接着，在主节点基站的正向和/或反向各选择一个上下行信号质量最好或地理位置与主节点基站最近的登记过的基站作为对应方向末级的节点基站，并给予节点基站rackd正应答，对其余基站给予否(拒绝)应答或基站收到非有效rackd的则认为被否；

主节点基站判断正向和/或反向的末级的节点基站是否是所在方向的末端节点，如果是所在方向的末端节点，则将该末级的节点基站作为该方向的第一末端节点基站，接着，主节点基站判断本次该方向的基站登记中是否有除了第一末端节点基站之外的其他基站，如果没有则自组网结束，如果有，则从这些基站中选择出一个上下行信号质量最好或地理位置与主节点基站最近的基站作为该方向的第二末端节点基站，自组网结束；如果不是所在方向的末端节点，接着执行步骤s4；

s4：主节点基站发送广播链路维持信令rmaint2，不是位于末级的节点基站转发广播链路维持信令rmaint2；

s5：末级的节点基站接收到广播链路维持信令rmaint2后(主节点基站发送或上一级节点基站转发的)，开始发送广播链路维持信令rmaint3；

s6：接收到广播链路维持信令rmaint3的未登记的基站发出登记信令；

s7：末级的节点基站接收到未登记的基站发出的登记信令后，将这些登记信令传送给主节点基站，同时登记的基站将此传输视为中间应答wack，主节点基站等待一段时间(rack_timer)后从这些登记的基站中选择出一个(在该末级的节点基站所在方向的)上下行信号质量最好或地理位置与该末级的节点基站最近的基站作为该末级的节点基站的下一级节点基站，给予rackd正应答，其余基站给予(拒绝)应答或基站收到非有效rackd的则认为被否；

主节点基站判断该下一级节点基站是否是末端节点，如果该下一级节点基站是末端节点，则将该下一级节点基站作为第一末端节点基站，接着，主节点基站判断本次基站登记中是否有除了第一末端节点基站之外的其他基站，如果没有则自组网结束，如果有，则从这些基站中选择出一个上下行信号质量最好或地理位置与该末级的节点基站最近的基站作为第二末端节点基站，自组网结束；如果该下一级节点基站不是末端节点，则将该下一级节点基站作为新的末级的节点基站，接着跳转至步骤s5。

主节点基站判断某个节点基站是否是末端节点的方法如下：如果在设定时间eack_timer内没有这个节点基站的下级节点基站的有效登记，则判断该节点基站是末端节点。

当某个方向有两个末端节点基站时，主节点基站对这两个末端节点基站进行奇偶工作模式的配置。

节点基站之间的链路信道采用25khz频率间隔的无线信道，在25khz频率间隔的无线信道上将一帧分成四个时隙，四个时隙依次为时隙1、时隙2、时隙3和时隙4，每个节点基站被分配四个时隙中的一个时隙用于接收/发射数据；

位于自组网中的节点基站按照如下规则分配使用时隙：任意相邻的三个节点基站被分配的时隙各不相同且任意相邻的四个节点基站被分配的时隙各不相同，自组网中选取任意一个节点基站，如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙1，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙2；如果该节点基站的上一级基站使用时隙2，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙1；如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙3，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙4；如果该节点基站的上一级节点基站使用时隙4，则该节点基站的下一级节点基站使用时隙3。

节点基站本地转发采用12.5khz频率间隔的无线信道，在12.5khz频率间隔的无线信道上将一帧分成两个时隙。

在本方案中，主节点基站为中心节点，接交换机，其它节点基站的上行信息都将传递至此。介于主节点基站和末端节点基站之间的节点基站为中间节点基站，除传送自身信息外，还需要传递其它节点基站的上行和下行信息。末端节点基站位于无线链路的最末端，末端节点基站仅接收下行的链路数据和发送自身的链路数据。

在组成的网络中，某方向的末端节点基站可以是一个，最多是2个。主节点基站可以同时是末端节点基站。任何节点基站都可以是发送信息开始的源节点。

自组网成一跳模型的示意图，如图1所示。图中，圆圈中心标注的数字表示使用的时隙号，主节点基站使用时隙2，主节点基站在前向和反向分别接入两个末端节点基站，主节点基站和末端节点基站之间使用f3频率通信；同方向的两个末端节点基站在信令上报时分别使用奇时隙或偶时隙，以避免碰撞；在允许语音数据上报时，则不分奇偶时隙，完全占用这个时隙。

自组网成二跳模型，如图2所示。图中，圆圈中心标注的数字表示使用的时隙号，主节点基站使用时隙2，节点基站之间使用f3频率通信。自组网成三跳模型，如图3所示。图中，圆圈中心标注的数字表示使用的时隙号，主节点基站使用时隙1，节点基站之间使用f3频率通信。自组网成四跳模型，如图4所示。图中，圆圈中心标注的数字表示使用的时隙号，主节点基站使用时隙1，节点基站之间使用f3频率通信。

节点基站之间转发使用1个频点，采用25k信道、4个时隙的tdma链路接力双向链接，如图5所示，四个时隙依次为时隙1、时隙2、时隙3和时隙4，

例如：自组网由五个基站接力双向链接而成，五个基站依次分别为节点基站1、节点基站2、节点基站3、节点基站4、节点基站5。

采用上述信道分配方法：节点基站1使用时隙1，节点基站2使用时隙3，节点基站3使用时隙2，节点基站4使用时隙4，节点基站5使用时隙1，传输延时如表一所示，

表一

采用现有的信道分配方法：节点基站1使用时隙1，节点基站2使用时隙2，节点基站3使用时隙3，节点基站4使用时隙4，节点基站5使用时隙1，传输延时如表二所示，

表二

从表一中可以看出自组网的最大延时为165ms，平均延时为117ms。从表二中可以看出自组网的最大延时为240ms，平均延时为150ms。由此可见，本发明的方法提高了窄带自组网的传输速率，延时较低。

节点基站本地转发使用1对频点用于上下行，采用12.5khz信道、两个时隙的tdma接入方式，如图6所示，两个时隙依次为时隙1、时隙2。采用本方法的自组网中的节点基站，其链路相邻的前向节点基站和反向节点基站都是在时隙1、时隙2连续发射，或者时隙3、时隙4连续发射，正好和本地的12.5k带宽的2个时隙的tdma的时隙1或时隙2对齐。

广播链路维持信令rmaint1包括以下信息：指示自身是主节点的信息(发送源地址与上级节点基站地址相同)；自身使用的时隙号；邀请未登记的下级基站登记(目的地址为广播地址)；下级节点基站的接入方向(前向或反向或双向)。

广播链路维持信令rmaint2包括以下信息：告知当前自组网接入状态(允许正向接入，允许反向接入，允许双向接入，禁止接入(已接入))；确认末端节点基站位置，禁止末端节点基站再接入下级节点基站(末级节点基站换频点可以继续接入，目标地址为末级节点基站地址，源地址为特殊网关地址)。

广播链路维持信令rmaint3包括以下信息：指示自身非是主节点的信息(发送源地址与上级节点基站地址不相同)；自身使用的时隙号；邀请未登记的下级基站登记(目的地址为广播地址)；下级节点基站的接入方向(前向或反向)。

主节点基站定时或非定时发起心跳信令，心跳信令中指示为下行，下级基站传递该心跳信令，传至末端节点基站上一级的节点基站时，由这个节点基站指定某个末端节点基站发送心跳回传信令(目的地址为指定的末端节点基站地址)，被指定的末端节点基站发送心跳回传信令，心跳回传信令中指示为上行，如果某个节点基站发现没有下级节点基站的心跳，则发送上行的报告至主节点基站。

自组网中除了主节点基站和末端节点基站之外的节点基站为中间节点基站。

主节点基站掌握以下信息：知道自己是主节点(预先参数编程确认)；前向和反向的网络深度(通过其它节点基站登记而得之)；各节点基站的设备物理地址和id(设备物理地址由各节点基站登记信令中上报，id由主节点基站分配)。

主节点基站能够进行如下操作：取消下级节点基站的注册；邀请下级节点基站重新登记(例如有2个同方向的下级节点基站时，重新登记后可以分配奇偶工作模式)；对下级节点基站的登记除选择普通登记外，还可以进行鉴权登记，登记保留双向鉴权功能；指定某节点基站为单频跳的末端节点基站。

末端节点基站掌握以下信息：能够确定自己是末端节点基站(在登记成功后多次发送链路维持信令而没有下级节点基站登记或由主节点基站指定)；能够获知相邻节点基站是否是主节点基站(在相邻节点基站发送链路维护信令中发现其中发送源地址与上级节点地址相同，主节点基站为上行信令的终点)；自身的设备物理地址(出厂参数编程设定)和id(由主节点基站分配得知)；全网的网络深度(通过主节点告知)；上行方向的相邻节点基站的id(相邻节点基站的id在链路维持信令中得知)；本节点的奇偶工作模式(由上行方向的相邻节点基站分配)。

末端节点基站能够进行如下操作：自身节点基站登记(收到上级节点基站的链路维持信令后)；按本节点基站的奇偶工作模式发送信令；接收与本节点基站相关的信令；若发现有下级节点基站登记，转发该登记信令，在下级节点基站登记成功后，自身转变为中间节点基站。

中间节点基站掌握以下信息：能够获知相邻节点基站是否是主节点基站(在相邻节点基站发送链路维护信令中发现其中发送源地址与上级节点基站地址相同，主节点基站为上行信令的终点)；自身的设备物理地址(出厂参数编程设定)和id(由主节点基站分配得知)；全网的网络深度(通过主节点基站告知)；下行方向的相邻节点基站的设备物理地址(由节点基站登记信令中上报)和id(由主节点分配下发时得知)；上行方向的相邻节点基站的设备物理地址和id(相邻节点基站的id在链路维持信令中得知)；若相邻节点基站是末端节点基站则掌握该末端节点基站的奇偶工作模式(由该中间节点基站分配其奇偶工作模式的选择)。

中间节点基站能够进行如下操作：自身节点基站登记(收到上级节点基站的链路维持信令后)；传递相邻节点基站发送的信息；取消下级节点基站的注册；邀请下级节点基站重新登记(例如有2个下级节点基站时，重新登记后可以分配奇偶工作模式)；如果相邻节点基站是末端节点基站，可以分配并修改该末端节点基站的奇偶工作模式。