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CN103974408B - 一种基于Mesh网的OFDMA系统及控制方法 - Google Patents

一种基于Mesh网的OFDMA系统及控制方法 Download PDF

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CN103974408B CN201410128764.9A CN201410128764A CN103974408B CN 103974408 B CN103974408 B CN 103974408B CN 201410128764 A CN201410128764 A CN 201410128764A CN 103974408 B CN103974408 B CN 103974408B
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Abstract

本发明适用于通讯技术领域，提供了一种基于Mesh网的OFDMA系统，包括Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述Mesh网内包含若干个节点，每个节点均与其它一个或多个节点相连接；所述数据块在时域前具有保留间隙；在所述若干个节点中包括一控制节点，所述控制节点接入有与所述节点相应的同步信号，使节点的信号与控制节点的信号同步，控制节点通过通信协议来控制协调各节点数据块的发送和调度；控制节点还用于在同一时域和频域内控制和管理Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式。所述的OFDMA系统通过Mesh网与OFDMA技术相结合，适用于通讯节点分布在室内或室外及室内室外混合分布的Mesh网络组网，改善了频谱利用率和资源分配及无线组网的灵活性。

Description

一种基于Mesh网的OFDMA系统及控制方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于Mesh网的OFDMA系统及控制方法。
背景技术
FDMA(Frequency Division Multiple Access/Address)又称频分多址，是数据通信中的一种技术，可以用来实现信道共享。不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术，把在频分多址传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。频分多址采用调频的多址技术，业务信道在不同的频段分配给不同的用户，如TAS系统、AMPS系统等。
TDMA(time division multiple access)又称时分多址，是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。TDMA应用在数字蜂窝电话系统通信中，它将每个蜂窝信道划分为三个时隙，这样就可以增加信道上负载数据的总量。TDMA应用在北美数字式先进移动电话系统(D-AMPS)，全球移动通信系统(GSM)和个人数字蜂窝系统(PDC)中。
CDMA(Code Division Multiple Access)又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。CDMA定位技术是基于位置业务开发的定位技术，采用客户端/服务端架构，频率规划简单。用户按不同的序列码区分，所以，相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)又称正交频分多址，OFDM技术与OFDMA技术二者最显著的差别是接入技术本身，OFDM传输通常要占用所有可用的子载波，而OFDMA是利用OFDM的概现上行多址接入，每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开。它针对多用户通信进行了优化，尤其是蜂窝电话和其它移动设备。将向下数据流分为逻辑数据流，这些数据流可以采用不同的调制及编码方式以及以不同的信号功率接入不同信道特征的用户端，向上数据流子信道采用多址方式接入，通过下行发送的媒质接入协议分配子信息传输上行数据流。OFDMA是一种多载波数字调制技术，具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。适用于目前主流的4G系统(WiMAX/LTE)。
目前基于以上的技术多采用有中心网络进行承载，采用基站与终端间进行相同分址技术通信，属于有中心网络。有中心网络在中心被损坏时，整个系统将会瘫痪。
无中心自组织网络里目前采用的是Mesh-OFDM(WiFi)技术，显然目前的WiFi-Mesh自组织网络，在频谱利用率和资源分配灵活性方面都有限，虽然具有自组织网络的功能，但在数据传输速率和资源共享能力低下，无法满足大容量高共享需求的应急自组织网络的搭建。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于Mesh网的OFDMA系统及控制方法，旨在解决现有技术中频谱利用率低和资源分配不合理的问题。
本发明是这样实现的，一种基于Mesh网的OFDMA系统，包括Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述Mesh网内包含若干个节点，每个节点均与其它一个或多个节点相连接，所述节点用于接收同步信号、传输和共享数据；
所述数据块在时域前具有时间保留间隙，所述时间保留间隙用于与各所述节点的设备进行同步；
在所述若干个节点中包括一控制节点，所述控制节点接入有与所述节点相应的同步信号，使所述节点的信号与所述控制节点的信号同步；在同一Mesh网内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有节点的信号同步；所述控制节点通过通信协议来控制协调各节点对应的数据块的发送和调度；所述控制节点还用于在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式，同时在时域中每一帧前面增加同步帧头，使其它节点在所述时间保留间隙内和控制节点的同步帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点。
进一步地，所述Mesh网具有GPS天线，所述GPS天线分别设置在每一个节点上，用于接收GPS时钟同步信号；所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。
进一步地，所述控制节点为在Mesh网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。
进一步地，所述控制节点为中继控制节点，所述中继控制节点为最接近两个Mesh网间的物理位置的节点，用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内；所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，所述两个Mesh网用于检测各节点是否能正常接收GPS时钟同步信号。
进一步地，所述中继控制节点为具有GPS天线的节点。
本发明还提供一种基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，该OFDMA系统包括具有若干节点的Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：把若干节点中的每个节点与其它的一个或多个节点相连接，所述节点用于接收同步信号、传输和共享数据；
步骤2：使所述数据块在时域前具有时间保留间隙，所述时间保留间隙用于与各所述节点的设备进行同步；
步骤3：在所述若干个节点中，选取一节点作为控制节点，在所述控制节点接入有与所述节点相应的同步信号；在同一Mesh网内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有节点的信号同步；所述控制节点通过通信协议来控制协调各节点对应的数据块的发送和调度，所述控制节点还能在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式；
步骤4：所述控制节点在时域中每一帧前面增加同步帧头，同时使其它节点在所述时间保留间隙内和控制节点的同步帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点。
进一步地，所述的控制方法还包括步骤5：在Mesh网内增加用于接收GPS时钟同步信号的GPS天线，所述GPS天线分别设置在每一个节点上，用于接收GPS时钟同步信号；所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。
进一步地，所述步骤3中的控制节点为在Mesh网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。
进一步地，所述步骤3中的控制节点为中继控制节点，所述中继控制节点为最接近两个Mesh网间的物理位置的节点，用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内；所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，所述两个Mesh网用于检测各节点是否能正常接收GPS时钟同步信号。
进一步地，所述中继控制节点为具有GPS天线的节点。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：通过把Mesh网与最新的OFDMA技术相结合，显著提高了Mesh网的频谱利用率，对自组网的资源共享性有很大的提高，能实现高效率、高清晰、高质量的自组网内单元间的图像、视频共享传输。
附图说明
图1是本发明实施例提供的在室内应用场景下OFDMA系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的在室外应用场景下OFDMA系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的在室内室外混合场景下OFDMA系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过Mesh网与最新的OFDMA技术相结合，大大改善了频谱利用率和资源分配的灵活性。
如图1所示，为本发明一较佳的实施例，一种基于Mesh网的OFDMA系统，包括Mesh网102和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块101，所述Mesh网102内包含若干个节点1021，每个节点均与其它的一个或多个节点相连接，所述节点1021用于接收同步信号、传输和共享数据，以及完成节点收发的同步功能。所述数据块101在时域前具有时间保留间隙103，所述时间保留间隙103用于与各个所述节点的设备进行同步，所述数据块101用于存储视频图像数据。在所述若干个节点1021中包括一控制节点，所述控制节点接入有与节点1021相应的同步信号，使节点1021的信号与控制节点的信号同步；在同一Mesh网内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有其它节点的信号同步；控制节点通过通信协议负责控制协调分配各节点对应的数据块的发送和调度。控制节点还用于在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网102内共同所需的数据块及其排列形式，同时在时域中每一帧前面增加同步帧头104，使其它节点在时间保留间隙103内和控制节点的同步帧头104后，根据所需的数据块101进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点，以提高音视频等广播数据的传输效率。
实施例一
在室内应用场景下，如图1所示，所有Mesh网102内都无法获取GPS同步信号，此时可选取网内任一节点作为控制节点，例如，选取节点E作为控制节点。该控制节点为网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。控制节点E接入有与节点A、节点B、节点C、节点D和节点F相同的同步信号，使其它节点的信号与控制节点E的信号同步。控制节点E通过通信协议负责控制协调分配各节点对应的数据块的发送和调度。在同一时域里，Mesh网102内的各个节点(包括控制节点)往外广播的数据都是一致的，在接收时，各个节点对应的设备根据自己的需要从这一连串的广播数据中接收属于自己的一部分数据。
实施例二
在室外应用场景下，如图2所示，所有MESH网102内单元的各个节点均安装了GPS天线1022，GPS天线1022分别设置在每一个节点上，通过GPS天线1022每一个节点均能获取GPS时钟同步信号1022。所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。如图2，节点A、节点B、节点C、节点D、节点E、节点F均设置有GPS天线1022。此时可选取网内任一节点作为控制节点，比如，选取节点E作为控制节点。该控制节点是网内临时指派并可随时变更角色，具有GPS天线的控制节点E主要通过通信协议，负责控制协调分配各个节点对应的数据块的发送和调度。在同一时域和频域内，控制节点E负责控制和管理Mesh网内共同所需的数据块及排列形式，同时在每一帧前面添加GPS同步帧头1041，其它普通节点在时间保留间隙103内同步控制节点的GPS同步帧头1041后，根据所需的数据块进行数据摘取，其它时间共享网内资源给其这节点。
实施例三
在室内室外或混合应用场景下，如图3所示，不同Mesh网间需求同步通讯时，两个未同步的网内节点所发的帧结构不尽相同此时需要选取所述控制节点作为中继控制节点。优选的，选取最接近两个Mesh网间的物理位置的节点作为中继控制节点，该中继控制节点优先选取能正常接受室外GPS时钟同步信号的节点。比如，选取节点E作为中继控制节点。所述中继控制节点用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内。所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，同时，两个Mesh网的各自节点间采用统一的同步方式。所述两个Mesh网主要用于检测各节点是否能正常接收GPS时钟同步信号。所述中继控制节点用于统一数据块及排列形式，同时在每一帧前面添加同步帧头，其它普通节点在时间保留间隙内同步控制节点帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，其它时间共享网内资源给其这节点。
基于上述的OFDMA系统，一种基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，该OFDMA系统包括具有若干节点的Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述控制方法具体包括以下步骤：步骤1：把若干节点中的每个节点与其它的一个或多个节点相连接，所述节点用于接收同步信号、传输和共享数据；步骤2：使所述数据块在时域前具有时间保留间隙，所述时间保留间隙用于与各节点的设备进行同步；步骤3：在所述若干个节点中，选取一节点作为控制节点，并在控制节点接入有与所述节点相应的同步信号；在同一Mesh网内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有节点的信号同步。所述控制节点通过通信协议来控制协调各节点对应的数据块的发送和调度，所述控制节点还能在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式；步骤4：所述控制节点在时域中每一帧前面增加同步帧头，同时使其它节点在时间保留间隙内和控制节点的同步帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点。
所述的控制方法还包括步骤5：在Mesh网内增加用于接收GPS时钟同步信号的GPS天线，所述GPS天线分别设置在每一个节点上，用于接收GPS时钟同步信号。所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。
所述步骤3中的控制节点为在Mesh网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。所述步骤3中的控制节点为中继控制节点，所述中继控制节点为最接近两个Mesh网间的物理位置的节点，用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内。所述中继控制节点为具有GPS天线的节点。所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，同时，各自的节点间采用统一的同步方式，所述两个Mesh网主要用于区别在于Mesh网内所有节点是否均能正常接收GPS时钟同步信号。
本发明的基于Mesh网的OFDMA系统及其控制方法将显著改变目前MESHWIFI网络的低频谱利用率，传统效率及共享效率低下的现状，通过OFDMA系统的实现，可提供快速、有效和轻易搭建的高效率共享型MESH网络，适合于公安、消防、部队应急组网和野外协作任务的信息共享。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Mesh网的OFDMA系统，其特征在于，包括Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述Mesh网内包含若干个节点，每个节点均与其它一个或多个节点相连接，所述节点用于接收同步信号、传输和共享数据；
所述数据块在时域前具有时间保留间隙，所述时间保留间隙用于与各所述节点的设备进行同步；
在所述若干个节点中包括一控制节点，所述控制节点接入有与所述节点相应的同步信号，使所述节点的信号与所述控制节点的信号同步；在同一Mesh网内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有节点的信号同步；所述控制节点通过通信协议来控制协调各节点对应的数据块的发送和调度；所述控制节点还用于在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式，同时在时域中每一帧前面增加同步帧头，使其它节点在所述时间保留间隙内和控制节点的同步帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点；
其中，所述Mesh网具有GPS天线，所述GPS天线分别设置在每一个节点上，用于接收GPS时钟同步信号；所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。
2.根据权利要求1所述的OFDMA系统，其特征在于，所述控制节点为在Mesh网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。
3.根据权利要求1所述的OFDMA系统，其特征在于，所述控制节点为中继控制节点，所述中继控制节点为最接近两个Mesh网间的物理位置的节点，用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内；所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，所述两个Mesh网用于检测各节点是否能正常接收GPS时钟同步信号。
4.根据权利要求3所述的OFDMA系统，其特征在于，所述中继控制节点为具有GPS天线的节点。
5.一种基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，其特征在于，该OFDMA系统包括具有若干节点的Mesh网和根据时域和频域划分的若干正交且互不重叠的数据块，所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：把若干节点中的每个节点与其它的一个或多个节点相连接，所述节点用于接收同步信号、传输和共享数据；
步骤2：使所述数据块在时域前具有时间保留间隙，所述时间保留间隙用于与各所述节点的设备进行同步；
步骤3：在所述若干个节点中，选取一节点作为控制节点，在所述控制节点接入有与所述节点相应的同步信号；在同一Mesh内其余所有节点均无法接收GPS时钟信号同步时，所述控制节点负责管理和协调Mesh网内所有节点的信号同步；所述控制节点通过通信协议来控制协调各节点对应的数据块的发送和调度，所述控制节点还能在同一时域和频域内控制和管理所述Mesh网内共同所需的数据块及其排列形式；
步骤4：所述控制节点在时域中每一帧前面增加同步帧头，同时使其它节点在所述时间保留间隙内和控制节点的同步帧头后，根据所需的数据块进行数据摘取，并在摘取数据之外的时间把摘取到的数据块以广播方式同时传输给其它节点；
所述的控制方法还包括步骤5：在Mesh网内增加用于接收GPS时钟同步信号的GPS天线，所述GPS天线分别设置在每一个节点上，用于接收GPS时钟同步信号；所述Mesh网内所有节点均能正常接收GPS时钟同步信号时，同步帧头相应地为GPS同步帧头。
6.根据权利要求5所述的基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的控制节点为在Mesh网内临时指派的一节点，并可根据所述Mesh网络实时拓扑情况进行动态变动。
7.根据权利要求5所述的基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的控制节点为中继控制节点，所述中继控制节点为最接近两个Mesh网间的物理位置的节点，用于将两个不同步通讯的Mesh网间的帧结构进行同步，并重新将两个Mesh网划分在同一时域和频域内；所述的具有不同步通讯的两个Mesh网为两个原本独立的且各自边缘节点满足建立相互通讯地理位置条件，所述两个Mesh网用于检测各节点是否能正常接收GPS时钟同步信号。
8.根据权利要求7所述的基于Mesh网的OFDMA系统的控制方法，其特征在于，所述中继控制节点为具有GPS天线的节点。
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