基于时间同步和CDMA技术的自组织网络多用户接收方法与流程

基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法
技术领域
[0001]
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法。


背景技术：

[0002]
无线自组织网络作为一种网络形式，在很多场景下有着不可替代的作用。常规的无线网络，比如移动通信和wi-fi无线上网，是利用中心节点(移动通信基站或者wi-fi基站)的强大处理能力，在星形网络架构上建立的通信模式。以移动通信为例，手机用户使用的手机连接到附近的移动基站获得通信能力。而移动运营商在运营场景里部署一定数量的基站形成对整个场景的无缝覆盖。各个基站使用光纤或者高速线缆连接到更高级的服务器，并由服务器负责内容交换。除了手机端到基站端是无线连接，网络的其余部分都是有线连接。但是这种连接方式成本高，不适合于对很多特殊场景进行无线连接，比如地下室，钢筋混凝土建筑物内的封闭空间，下水管道，或者偏远地区。无线自组织网络利用软件网络协议，在没有中心基站支持的情况下，将网络内所有的节点互相连通。节点之间运行预先定义的路由协议，可以主动发现路径，即使通信的双方处于收发机的直接通信距离，也能利用中间节点的转发能力实现双向通信。
[0003]
图1所示为无线自组织网络的工作原理，图中，节点1，节点2，节点3，节点4，节点5和节点6通过无线自组织网络协议形成无线自组织网络，整个无线自组织网络通过网关连接到因特网，再到达服务器。无线自组织网络协议在没有中心节点(比如移动通信中的运营商基站)的情况下，为每个节点建立路由表，使得每个节点都能和其它节点通信。比如节点1和节点5的通信可以由节点4或者节点2转发。网关节点是靠近无线自组织网络的覆盖范围内最近的可以连接到因特网的设备。通过网关，所有的自组织网络内节点都可以和服务器通信，反之服务器也可以控制每一个节点。无线自组织网络虽然具有网络自动建立和路由发现能力，但是正是因为缺乏中心节点的调度，每个节点对无线资源的占用可能是自发并随机的。一般情况下，所有的节点会工作在相同的频率上，如果没有合适的管理机制，节点的无线通信可能会互相冲突，导致接收机接收失败。这种情况下，一种解决方法是节点之间采用跳频通信的机制，即每一对收发机使用不同的通信频率，但是这需要在协议层做复杂的调度，确保每个需要发射的节点能正确找到接收方的频率，而且还是无法排除多个发射机同时向一个接收机发送数据时候产生的冲突。另一种解决方法是由统一的中心调度单元管理所有节点的收发次序，这种方法实现的难度更大，因为网络内的节点往往并不处在某一个节点的有效通信范围内，比如上图中节点4可以和大多数节点通信，但是无法直接通信到节点6，并且自组织网络规模越大，中心节点越难定位。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方
法，其能有效解决现有无线自组织网络无法排除多个发射机同时向一个接收机发送数据时产生冲突以及中心调度单元难度大的问题。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
[0006]
一种基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法，包括以下步骤：
[0007]
1)对无线自组织网络中的所有节点分别通过cdma技术分配地址；
[0008]
2)进行无线自组织网络中所有节点的时间同步，并采用相同的时间隙编号标记当前时间隙，之后进入各个节点的收发阶段；
[0009]
3)发送方节点在当前时间隙将待发送信号用其被分配的地址进行编码，之后将编码后信号发送至接收方节点；
[0010]
4)接收方节点在当前时间隙接收到编码后的信号，使用预先定义的地址对收到的信号进行解码，之后接收方节点根据解码形式确定信号发送方的节点信息，并上报应用端；其中，接收方节点在时隙结束前完成解码。
[0011]
进一步地，步骤1)中无线自组织网络中各个节点使用的地址是互相正交的。
[0012]
进一步地，步骤2)中无线自组织网络中的节点是通过卫星定位系统或网关产生的同步信号完成的；其中，利用网关产生同步信号完成节点同步时，选举的用于转发同步信息的节点的同步信号覆盖整个网络。
[0013]
更进一步地，步骤4)中预先定义的地址对应网络中与当前节点通信连接的各节点的地址；同时，若接收方节点正确解码出接收的信号，则接收方节点将解出的内容和解码形式对应的节点地址一并上报至应用端，之后再次检查是否存在未尝试过的地址，直至完成所有地址的尝试；若接收方节点未解码出接收的信号，则结束进程，接收方节点等待下一时间隙的开始。
[0014]
上述技术方案中提供的基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法，将码多分址技术与无线自组织网络结合使用，由于使用cdma技术的通信用户都会被分配地址，当一个用户要发送数据给另一个用户时，采用自身地址对发送信息进行编码，接收方收到发送方的信息后，通过其内预存的地址信息，对接收到的信息进行解码，从解码方式还原出来自不同发送方的信息；之后对无线自组织网络中的各个节点进行时间同步，在时间同步的基础上，每个发射设备在相同的时刻开始调制信号，确保接收方在解调时能在正确的位置检测到信号，从而不会发生发射设备之间因为时间不同步，导致接收到的编码的正交性受到影响。在无线自组织网络中当任意设备都可以同时并且在相同频率上发送信息，就可以排除不同设备之间的无线冲突。只要接收方处于接收状态，就可以解出所有的网络信息。
[0015]
本发明在无线自组织网络中，利用cdma技术，允许不同的设备在相同的频率上同时发送数据，从而消除无线信号之间的冲突，保持网络通信的顺畅；另外，对于节点的时间同步，若网络部署在室外空旷环境，可借助全球定位系统，如北斗卫星来保持所有节点的时间同步，若网络部署在室内等封闭环境，可以由网关设备负责发布同步信号，由网络内的节点根据拓扑结构，由无线自组织网络协议选择出一个或者多个协同节点转发的同步信号，最终实现所有节点在时间上的同步，满足cdma通信必须的时间精度。
[0016]
本发明提供的基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法，能有效解决节点之间采用跳频通信机制方式，需要在协议层做复杂的调度，无法排除多个发射机同
时向一个接收机发送数据时产生的冲突问题；同时解决统一中心调度单元管理节点收发次序方式难度大、中心节点难定位的问题。
附图说明
[0017]
图1为无线自组织网络的工作原理图；
[0018]
图2为无线自组织网络的节点时间同步流程图；
[0019]
图3为节点使用相同的时隙记录时间示意图；
[0020]
图4为无线自组织网络节点任务检查和执行流程图；
[0021]
图5为节点1和节点2在时隙1内发送数据示意图。
具体实施方式
[0022]
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
[0023]
本发明采取的技术方案如图2～5所示，基于时间同步和cdma技术的自组织网络多用户接收方法，包括以下步骤：
[0024]
1)对无线自组织网络中的所有节点分别通过cdma技术分配地址，各个节点使用的地址是互相正交的；
[0025]
2)按照图2所示的流程图，进行无线自组织网络中所有节点的时间同步，当网络内节点的时间同步精度达到要求后，每个节点按照预先指定的规则，将时间划分成时间隙，所有的通信必须发生在时间隙的开始，依次确保发送机和接收机在相同时间开始调制和解调信号；
[0026]
具体为：同步开始后，节点需要检查当前是否有卫星定位信号可用，如果有，则接收卫星信号进行同步；如果没有，则由网关发送同步信号，并由网络内指定的节点转发同步信号，其中选举的用于转发同步信息的节点的同步信号覆盖整个网络。同步完成后，定义时隙编号，确保每个节点都能计算并标记当前处于第几个时隙。由于同步过程需要不断校准，所以同步流程会周期性重复。
[0027]
图3中，节点1、2、3已经完成了时间同步，在这个基础上，每个节点可以维持相同编号的时间隙，这里如果使用北斗等全球定位系统完成同步的网络，可以以定位信号为标准、定义时隙编号；如果是用网关等设备进行同步的网络，可以由网关指定时隙编号的定义。
[0028]
3)发送方节点在当前时间隙将待发送信号用其被分配的地址进行编码，之后将编码后信号发送至接收方节点；
[0029]
4)接收方节点在当前时间隙接收到编码后的信号，使用预先定义的地址对收到的信号进行解码，其中预先定义的地址对应网络中与当前节点通信连接的各节点的地址；之后接收方节点根据解码形式确定信号发送方的节点信息，若接收方节点正确解码出接收的信号，则接收方节点将解出的内容和解码形式对应的节点地址一并上报至应用端，之后再次检查是否存在未尝试过的地址，直至完成所有地址的尝试；若接收方节点未解码出接收的信号，则结束进程，接收方节点等待下一时间隙的开始。其中，接收方节点需要在时隙结束前完成解码。
[0030]
图4为节点任务检查和执行流程图，在任务检查开始后，首先检查是否有发射任务，如果有发射任务，节点将发射的内容用自身被分配的地址码编码；当最近的时隙开始时候，将编码后的数据发送出去。如果没有发射任务，节点在时隙开始后进入接收状态；进入接收状态后，如果收到信号，就开始对信号进行解码；解码时使用本地预先存储的其它可能在网络中存在的节点的地址一次尝试。如果有正确解出的信号，将解出的内容和对应于地址码的节点的地址一起上报给应用程序；然后再次检查是否还有没有尝试过的地址，继续尝试；如果没有解出，也检查是否还有没尝试过的地址，继续尝试；如果全部地址的尝试过了，回到任务检查状态，准备下次时隙的任务。
[0031]
下面以三个节点为例进行说明，图5为节点1和节点2在时隙1内发送数据示意图，在时隙1的一开始，节点1和节点2有数据需要发送，预先使用各自的地址将信号编码完毕，然后在相同的时刻同时开始发送，节点3处于接收状态，接收完毕后，对接收到的信号开始解码，分别使用节点1和节点2的地址进行尝试解码，若解码出来的信号正确，就按照使用的地址码来区分是哪个节点发送的，并上报给用户。其中节点3的接受过程和解码过程必须在时隙1结束前完成，当下一时隙开始时，有发送任务的节点按照类似过程发送。
[0032]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。