專利名稱：一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信的技術領域，特別涉及一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法。
背景技術：
區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)屬于集群移動通信系統(tǒng)，中心站集中控制無線資源的分配，無線資源可以按需分配，大大提高無線資源的利用率，網絡規(guī)?？蓜討B(tài)配置，靈活性強。實際使用中，移動臺需要隨機接入信道，申請信道資源。集群通信系統(tǒng)一般分配專用信令信道供移動用戶競爭，當用戶成功接入后，根據需求分配專用業(yè)務信道進行業(yè)務傳輸。由于用戶接入信道以及業(yè)務通信均需要通過中心站進行，因此中心站設備在系統(tǒng)中的作用非常重要。在Adhoc網絡中，各節(jié)點具有相對平等的地位，均同時具有終端和路由功能，采用某種協(xié)商策略，提前預置備份主臺，在主臺被摧毀或故障后，可短時間內自動升級為主臺維持子網內的同步。移動通信系統(tǒng)采用蜂窩技術，在覆蓋區(qū)域內部署多個基站，用戶終端設備隨遇接入系統(tǒng)，在個別基站失效后，用戶可以在移動到其他基站區(qū)域時重新入網。傳統(tǒng)的集群通信系統(tǒng)，由于中心站設備相對復雜，很難在中心站失效的情況下迅速完成新中心站的建立。部分集群系統(tǒng)具有脫網直通功能，主要用于個別節(jié)點遠離中心站時進行通信，無法形成有一定覆蓋范圍的集群網絡。目前對無線通信抗毀性的研究多集中于自組網系統(tǒng)外圍防御的加強和通信路由節(jié)點的增加，對區(qū)域集群通信系統(tǒng)的功能性抗毀能力缺少較為系統(tǒng)的研究。隨著技術的進步，在傳統(tǒng)集群通信技術的基礎上出現了靈活的小型化集群通信系統(tǒng)，組網也更加快速。傳統(tǒng)集群通信薄弱的抗毀能力已不能滿足用戶的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種反應時間短、重組速度快區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種多層次的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法。為了達到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術方案:本發(fā)明一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，包括下述步驟:S1、基站終端一體化設計，通信設備內同時具有終端協(xié)議棧和基站協(xié)議棧，根據角色不同加載不同的協(xié)議棧，車載終端與基站設備采用相同的形態(tài)，具有相同的覆蓋范圍；S2、終端狀態(tài)上報，作為終端用戶，注冊入網后不定期向基站提供本機狀態(tài)；S3、備份基站決策，基站根據注冊用戶上報的狀態(tài)信息，決策出備份基站進行下發(fā)；決策方法是根據位置信息和最大功率確定可選用戶，然后根據收基站信號質量確定最終的備份基站；
S4、基站失效監(jiān)測，基站電臺定期發(fā)送時間基準信息，備份基站和普通用戶均實時 監(jiān)測基站狀態(tài)，若N次收不到時間基準信息，便進入退網狀態(tài)，認為基站失效；
S5、備份基站升級策略，備份基站判定基站失效后，自動升級為基站臺，啟動基站 協(xié)議棧，發(fā)送新的時間基準，對要求注冊的移動用戶進行鑒權；
S6、移動用戶重新注冊，移動用戶判定基站失效后，再等待M次時間基準發(fā)送時間 間隔t，若期間收到新的基站信息，則重新進行注冊。
為了達到上述第二目的，本發(fā)明進一步包括接管策略和脫網直通策略，具體如 下:
接管策略，若移動臺在M*t時間內沒有重新收到新的基站信息，則認為子網內已 沒有備份的基站可用或備份基站無法覆蓋到本節(jié)點，開始啟動接管搜索階段，每隔P*t時 間輪換一次臨近小區(qū)的搜索，臨近小區(qū)信息根據基站下發(fā)的信息進行判斷或預置，若能夠 在某個小區(qū)的信道上接收到時間基準，則進行重新入網，該小區(qū)的基站接管本節(jié)點；
脫網直通策略，若備份基站升級策略和接管策略均失敗，即移動用戶收不到新的 基站信息也搜索不到新的小區(qū)，則退回原小區(qū)，進入脫網直通狀態(tài)，每次發(fā)送前發(fā)送臨時的 時間基準，如果有用戶未同步，收到呼叫后可以用同樣的方式進行通信。
優(yōu)選的，步驟S2中，所述向基站提供本機的狀態(tài)包括基站信號強度、本機最大功 率以及位置信息。
優(yōu)選的，步驟S3中，所述備份基站決策具體為:
S31、確定位置信息，基站臺根據該位置信息計算該節(jié)點I在子網內的相對位置矩 陣，設所述位置信息為P，則位置信息P= (Lat, Lgt),其中Lat為緯度信息，Lgt為經度信息；
S32、根據節(jié)點上報的最大功率，估計其最大覆蓋范圍DImax，所述最大功率是指移 動用戶可以米用的最聞檔的功率；
S33、計算節(jié)點I的覆蓋率Ri = Ni/Nt，其中Ni為D (i，j) <DImax的節(jié)點個數，Nt為 網內注冊用戶總數；若Ri超過一個可接受的閾值Rs，則將節(jié)點I記為備選基站；
S34、在建網時，通過規(guī)劃和部署節(jié)點位置，產生備選基站集合；
S35、基站根據在備選基站集合中選擇收基站信號質量LQ最大的終端作為備份基 站，并在下行時隙進行通告。
優(yōu)選的，步驟S35中，所述收基站信號質量LQ是指終端設備解析接收到的信號后 計算誤碼率，誤碼率越高，信號質量越差，LQ通過(T9之間的數值表示，數值越大表示信號 越好。
優(yōu)選的，步驟S35中，若存在相同的多個終端用戶，則根據覆蓋率和注冊順序進行 選擇。
優(yōu)選的，在備份基站失去基站信號后，不立即進行升級，應延遲等待一段時間，若 連續(xù)N次基站的時間基準都無法接受到，則判斷基站失效。
優(yōu)選的，步驟SI中，所述通信設備既有終端協(xié)議，又有基站協(xié)議，通信設備在作為 基站時，兩種協(xié)議同時加載，通信設備在作為移動終端時，只加載終端協(xié)議。
優(yōu)選的，步驟S2中，上報狀態(tài)信息采用業(yè)務夾帶的方式進行上報，所述業(yè)務夾帶 具體為:當某節(jié)點有通信業(yè)務需要接入信道時，若通信信令沒有填滿占用的時隙，則可以在時隙中夾帶狀態(tài)信息即根據單個時隙的剩余容量選擇夾帶方案，若容量較大則夾帶完整狀態(tài)信息，若容量較小，則選擇只夾帶部分有變化的狀態(tài)信息。本發(fā)明相對于現有技術具有如下的優(yōu)點及效果:1、反應速度快:本方法的啟動條件建立在物理信道的判斷上，只要確認已失去基站的時間基準信息，即啟動重組過程。由于基站發(fā)送時間基準的周期一般在秒級及以下，所以系統(tǒng)一般在基站失效后一分鐘以內即可作出反應。2、重組速度快:由于系統(tǒng)在基站失效前已經完成備份基站的選取，基站失效后，備份基站的升級又是自動進行，無需人工干預，所以重組速度很快，退網的終端用戶很快即可重新注冊入網。3、多層次抗毀手段:系統(tǒng)具有備份基站，就近接管，脫網直通三層次抗毀重組手段，抗毀能力強。4選則最佳備份基站:決策算法綜合利用節(jié)點物理位置、設備狀態(tài)、鏈路質量等多種因素，選擇最佳備份基站的可能性高。5抗毀成本低:本方法選擇的備份基站本身為普通用戶，無需額外增加一個純備份設備，降低了抗毀成本，同時由于備份基站與基站一般處于不同地點，降低了同時被毀的可能性。


圖1是本發(fā)明抗毀重組方法的流程圖；圖2是本發(fā)明中備份基站的選舉流程圖；圖3是本發(fā)明中終端用戶上報信息流程圖；圖4是本發(fā)明中備份基站升級為基站的流程圖；圖5是本發(fā)明實施例的一個部署圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，本實施例一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，包括下述步驟:I)基站終端一體化設計；(2)終端狀態(tài)上報；(3)備份基站決策；(4)基站失效監(jiān)測；(5)備份基站升級策略；(6)移動用戶重新注冊，若存在備份基站，移動用戶可重新搜索入網；(7)接管策略，若不存在備份基站，移動用戶可以輪詢附近小區(qū)，若收到應答，可被鄰近小區(qū)接管；(8)脫網直通策略，若備份基站升級策略和接管策略均失敗，即移動用戶收不到新的基站信息也搜索不到新的小區(qū)，則退回原小區(qū)，進入脫網直通狀態(tài)。如圖5所不,本實施例由基站1、基站2、以及若干移動終端組成,基站1、基站2和移動終端均為單信道車載臺，其覆蓋范圍也基本相同。移動終端的多少可以根據需要以及基站容量進行配置，本例以5個移動終端為例進行說明。如圖2、圖3、圖4所示，下面對本實施例區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組技術進行具體的分析，包括以下步驟:
(I)基站1、基站2、各移動終端(Ml-fMl-5)的通信設備既有終端協(xié)議棧，又有基站協(xié)議棧，在作為基站時，兩種協(xié)議棧同時加載，在作為移動終端時，只加載終端協(xié)議棧。各移動終端預置的小區(qū)為基站1，在收到時間基準信息后，注冊入網。
(2)終端上報本機狀態(tài):終端用戶在本節(jié)點處于較穩(wěn)定狀態(tài)后開始上報本機狀態(tài)，上報時間采用周期上報與觸發(fā)上報相結合的方式，上報周期應根據信道資源情況合理規(guī)劃，上報越頻繁占用資源越多，越容易影響正常通信；上報周期越長，子網信息更新越慢， 越可能導致決策的錯誤。為了盡量不影響正常通信，狀態(tài)信息也可采用業(yè)務夾帶的方式進行上報，所述業(yè)務夾帶具體為:當某節(jié)點有通信業(yè)務需要接入信道時，若通信信令沒有填滿占用的時隙，則可以在時隙中夾帶狀態(tài)信息，具體實施時，根據單個時隙的剩余容量選擇夾帶方案，若容量較大則夾帶完整狀態(tài)信息，若容量較小，則選擇只夾帶部分有變化的狀態(tài)信息。。由于功率一般不會有變化，位置信息和信號質量變化較為頻繁，所以對于功率僅在變化時進行上報，對于其他信息在變化超過一定范圍或穩(wěn)定后才進行上報。
(3)備份基站決策:在本實例中，Ml-3、M1-4采用大功率，Ml-1、Ml_2、M1-5采用小功率，M1-3收基站信號質量為9，M1-4收基站信號質量為5。根據各終端上報的狀態(tài)信息， 獲取各節(jié)點相對位置矩陣和最大覆蓋范圍。如表I所示，假設Rs=70%，則[SEL] = {M1-3， M1-4},由于M1-3收基站信號質量明顯優(yōu)于M1-4,所以選擇M1-3為備份基站。
表I相對位置矩陣
權利要求
1.一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，包括下述步驟: 51、基站終端一體化設計，通信設備內同時具有終端協(xié)議棧和基站協(xié)議棧，根據角色不同加載不同的協(xié)議棧，車載終端與基站設備采用相同的形態(tài)，具有相同的覆蓋范圍； 52、終端狀態(tài)上報，作為終端用戶，注冊入網后不定期向基站提供本機狀態(tài)； 53、備份基站決策，基站根據注冊用戶上報的狀態(tài)信息，決策出備份基站進行下發(fā)；決策方法是根據位置信息和最大功率確定可選用戶，然后根據收基站信號質量確定最終的備份基站； 54、基站失效監(jiān)測，基站電臺定期發(fā)送時間基準信息，備份基站和普通用戶均實時監(jiān)測基站狀態(tài)，若N次收不到時間基準信息，便進入退網狀態(tài)，認為基站失效； 55、備份基站升級策略，備份基站判定基站失效后，自動升級為基站臺，啟動基站協(xié)議棧，發(fā)送新的時間基準 ，對要求注冊的移動用戶進行鑒權； 56、移動用戶重新注冊，移動用戶判定基站失效后，再等待M次時間基準發(fā)送時間間隔t，若期間收到新的基站信息，則重新進行注冊。
2.根據權利要求1所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，進一步包括接管策略，若移動臺在M*t時間內沒有重新收到新的基站信息，則認為子網內已沒有備份的基站可用或備份基站無法覆蓋到本節(jié)點，開始啟動接管搜索階段，每隔P*t時間輪換一次臨近小區(qū)的搜索，臨近小區(qū)信息根據基站下發(fā)的信息進行判斷或預置，若能夠在某個小區(qū)的信道上接收到時間基準，則進行重新入網，該小區(qū)的基站接管本節(jié)點。
3.根據權利要求2所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，還包括脫網直通策略，當備份基站升級策略和接管策略均失敗，即移動用戶收不到新的基站信息也搜索不到新的小區(qū)，則退回原小區(qū)，進入脫網直通狀態(tài)，每次發(fā)送前發(fā)送臨時的時間基準，如果有用戶未同步，收到呼叫后可以用同樣的方式進行通信。
4.根據權利要求1所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟S2中，所述向基站提供本機的狀態(tài)包括基站信號強度、本機最大功率以及位置信息。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟S3中，所述備份基站決策具體為: 531、確定位置信息，基站臺根據該位置信息計算該節(jié)點I在子網內的相對位置矩陣，設所述位置信息為P，則位置信息P= (Lat, Lgt),其中Lat為緯度信息，Lgt為經度信息； 532、根據節(jié)點上報的最大功率，估計其最大覆蓋范圍DImax，所述最大功率是指移動用戶可以采用的最高檔的功率； 533、計算節(jié)點I的覆蓋率Ri=Ni/Nt，其中Ni為D(i，j) <DImax的節(jié)點個數，Nt為網內注冊用戶總數；若Ri超過一個可接受的閾值Rs，則將節(jié)點I記為備選基站； 534、在建網時，通過規(guī)劃和部署節(jié)點位置，產生備選基站集合； 535、基站根據在備選基站集合中選擇收基站信號質量LQ最大的終端作為備份基站，并在下行時隙進行通告。
6.根據權利要求5所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟S35中，所述收基站信號質量LQ是指終端設備解析接收到的信號后計算誤碼率，誤碼率越高，信號質量越差，LQ通過(T9之間的數值表示，數值越大表示信號越好。
7.根據權利要求5所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟S35中，若存在相同的多個終端用戶，則根據覆蓋率和注冊順序進行選擇。
8.根據權利要求5所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，在備份基站失去基站信號后，不立即進行升級，應延遲等待一段時間，若連續(xù)N次基站的時間基準都無法接受到，則判斷基站失效。
9.根據權利要求1所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟SI 中，所述通信設備既有終端協(xié)議，又有基站協(xié)議，通信設備在作為基站時，兩種協(xié)議同時加載，通信設備在作為移動終端時，只加載終端協(xié)議。
10.根據權利要求1所述的區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，其特征在于，步驟S2 中，上報狀態(tài)信息采用業(yè)務夾帶的方式進行上報，所述業(yè)務夾帶具體為:當某節(jié)點有通信業(yè)務需要接入信道時，若通信信令沒有填滿占用的時隙，則可以在時隙中夾帶狀態(tài)信息即根據單個時隙的剩余容量選擇夾帶方案，若容量較大則夾帶完 整狀態(tài)信息，若容量較小，則選擇只夾帶部分有變化的狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種區(qū)域數字集群通信系統(tǒng)抗毀重組方法，包括以下步驟(1)基站終端一體化設計；(2)終端狀態(tài)上報；(3)備份基站決策；(4)基站失效監(jiān)測；(5)備份基站升級策略；(6)移動用戶重新注冊。本發(fā)明反應速度快，即啟動條件建立在物理信道的判斷上，只要確認已失去基站的時間基準信息，即啟動重組過程。由于基站發(fā)送時間基準的周期一般在秒級及以下，所以系統(tǒng)一般在基站失效后一分鐘以內即可做出反應。同時本發(fā)明重組速度快，由于系統(tǒng)在基站失效前已經完成備份基站的選取，基站失效后，備份基站的升級又是自動進行，無需人工干預，所以重組速度很快，退網的終端用戶很快即可重新注冊入網。
文檔編號H04W4/06GK103139712SQ201210556800
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權日2012年12月18日
發(fā)明者葛金鵬, 劉彥飛, 吳洋洋, 韓露, 劉勇, 王孝, 王彬, 梁欣, 宋旭東, 徐玲玲, 李勝峰, 鄧珂 申請人:廣州海格通信集團股份有限公司, 哈爾濱工業(yè)大學, 中國航天科工集團第三總體設計部