專利名稱：多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通訊技術，特別是一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置。
背景技術：
隨著無線網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，越來越多新的應用不斷涌現(xiàn)。在搜救通信指揮領域，通信系統(tǒng)從傳統(tǒng)的點到點通信向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。另外，由于指揮系統(tǒng)應用的特殊性，要求信息向某個特定的節(jié)點集中，而該節(jié)點的終端在某個特定時刻通常只能選擇一路信號接收。例如，在某個搜救通信指揮系統(tǒng)中，有四個節(jié)點(一個中心站，三個小站)，一架通信直升機(中心站)，一架指揮直升機，一個車載站，一個背負站，每個站上都有一路視頻輸入，幾路音頻輸入，這就是所謂的多源；搜救通信指揮系統(tǒng)和指控中心通過兩條并行的衛(wèi)星鏈路相連，一條架設在通信直升機(中心站)上，一條架設在車載站上，兩條同時主備工作，并行傳輸，因此是多路徑；指控中心送上大屏的視頻和音頻只會是一路，因此是所謂的單宿；在該系統(tǒng)中由于存在多條路徑會存在如下問題:如何保持兩路信號同步，從而在兩路信號之間切換時不會出現(xiàn)亂序的情況，保證畫面的連貫性；在接收端根據(jù)何種判決準則如何選擇出一路傳輸質量好的信號輸出，從而保證輸出高質量畫面。這就是本發(fā)明所要設計的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法的應用背景。本發(fā)明所應用的背景模型為帶有中繼節(jié)點的多源傳輸系統(tǒng)，針對這一系統(tǒng)模型已經(jīng)進行了很多研究，主要的專利有:中國專利201010573396.0中披露了一種“多源多中繼協(xié)作通信方法、通信設備及協(xié)作通信系統(tǒng)”，在該發(fā)明中，整個傳輸過程分為兩個時隙:在第一個時隙，多個源節(jié)點發(fā)送的調制信號，所有中繼節(jié)點和目的節(jié)點接收信號；在第二個時隙中，中繼通信設備和源節(jié)點同時發(fā)送調制信號，中繼節(jié)點發(fā)送的信號從源節(jié)點在第一時隙發(fā)送的調制信號中恢復出源用戶設備的信息位序列，根據(jù)恢復出的信息位序列進行網(wǎng)絡編碼，并對網(wǎng)絡編碼后得到的數(shù)據(jù)進行調制得到的調制信號；目的節(jié)點利用在第一時隙接收的調制信號和在第二時隙接收的調制信號，獲取所述源用戶設備發(fā)送的調制信號在調制前的信息位序列。中國專利201110197076.4中披露了一種“多源中繼網(wǎng)絡中信號傳輸方法、設備及系統(tǒng)”，該發(fā)明方法實現(xiàn)過程包括:在通過源節(jié)點處隨機生成源編碼系數(shù)矩陣；利于源編碼系數(shù)矩陣對待發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加權處理，得到加權矩陣；對加權矩陣進行添零放大處理，得到放大矩陣；將放大矩陣進行提升處理，得到發(fā)送矩陣；將發(fā)送矩陣進行BPSK調制，得到第一信號，并向中繼節(jié)點和目的用戶設備廣播第一信號，以使得目的用戶設備獲取待發(fā)送的數(shù)據(jù)。以上這些方法中都是假設源節(jié)點與目的節(jié)點之間的距離較近，存在能夠直接到達的傳輸路徑，但是本發(fā)明所研究的系統(tǒng)中由于源節(jié)點與目的節(jié)點之間的距離較遠，只能通過中繼節(jié)點進行轉發(fā)，因此這些方法都不能直接應用到本發(fā)明所述系統(tǒng)模型中。同時以上所列專利方法都沒有考慮傳輸過程中的同步問題，而這個同步問題是影響信號傳輸性能的重要指標。中國專利201110453411.2中披露了“一種多路IP音視頻流同步播放方法”，該方法可實現(xiàn)對不同幀率，并且?guī)孰S機改變的多路IP音視頻流同步播放；中國專利200510017131.1中披露了一種“多路音視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)路傳輸與同步播放的方法”，該方法在發(fā)送端進行數(shù)據(jù)壓縮和時間戳標記，接收端根據(jù)這個信息進行同步。這些專利考慮了傳輸過程中的同步問題，但是未利用中繼節(jié)點提高傳輸性能以及覆蓋范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置，在中繼節(jié)點和目的地(單宿)動態(tài)的調整多路信號，使其保持良好的同步信息，在目的地根據(jù)統(tǒng)計中斷性能選擇出同一源節(jié)點發(fā)送的多路信號中最優(yōu)一路進行輸出。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置，步驟如下:步驟一:中繼節(jié)點對多路不同源節(jié)點的輸入信號進行緩存、添加信息位、調整時延以及數(shù)據(jù)包的合并和重排，然后輸出；步驟二:單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行緩存、調整時延、解析信息位以及對每路信號中斷性能判斷，最終選出一路信號輸出給用戶。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點:(1)使用了中繼節(jié)點對源節(jié)點信息進行轉發(fā)，通過利用轉化獲得的分集增益來對抗無線空間對傳輸信號的影響，提高傳輸?shù)男阅埽?br> (2)在中繼節(jié)點和信宿終端處在數(shù)據(jù)包上加入時間戳信息，根據(jù)數(shù)據(jù)包的抖動時延，實施進行調整，使得數(shù)據(jù)包在傳輸過程和接收端都具有很好同步性能；(3)采用了緩存裝置可以對數(shù)據(jù)速率進行動態(tài)的調整，能夠適應多種傳輸速率，增加了該發(fā)明方法的適用范圍；(4)該發(fā)明方法還在中繼節(jié)點采用數(shù)據(jù)包合并方法，可以提高傳輸效率，增加頻譜利用率。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1為本發(fā)明多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法的流程圖。圖2為圖1的中繼節(jié)點對多路不同信源的輸入信號進行信息處理的流程圖。圖3為圖1的單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行處理的流程圖。圖4為本發(fā)明多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置中中繼節(jié)點對多路不同信源的輸入信號進行信息處理部分的框圖。圖5為本發(fā)明多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置中單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行處理部分的框圖。圖6為將本發(fā)明應用于神舟飛船搜救通信指揮系統(tǒng)的結構示意圖。圖7為巨型數(shù)據(jù)包結構示意圖。圖8為將本發(fā)明應用于神舟飛船搜救通信指揮系統(tǒng)后目的終端收到的視頻信號圖。
具體實施方式
本發(fā)明針對無線網(wǎng)絡系統(tǒng)中，特別是搜救通信指揮系統(tǒng)中，要求信息向某個特定的節(jié)點集中，而該節(jié)點的終端在某個特定時刻通常只能選擇一路信號接收的應用要求，針對空天地一體網(wǎng)絡中多源音、視頻業(yè)務在復雜、惡劣無線多路徑并行傳輸條件下全程可靠同步和最優(yōu)輸出難題，提出了一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置。結合圖1、圖2和圖3，本發(fā)明多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法，包括以下步驟:步驟一:中繼節(jié)點對多路不同源節(jié)點(假設源節(jié)點數(shù)目為N)的輸入信號進行緩存、添加信息位、調整時延以及數(shù)據(jù)包的合并和重排，然后輸出。步驟一所述的中繼節(jié)點對多路不同信源的輸入信號進行信息處理然后輸出，包括以下內容:步驟①，中繼節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)包的尾部加入當前時間戳信息，然后將數(shù)據(jù)包存入預先為每個源節(jié)點開辟的緩存隊列；步驟②，中繼節(jié)點并行從所有緩存隊列中取出一個數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的頭部加入信息位包括數(shù)據(jù)包的標示(ID)和處理該數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點的編號；步驟③，中繼節(jié)點針對添加信息位后的并行數(shù)據(jù)包，根據(jù)每個數(shù)據(jù)尾部時間戳信息得出這些并行數(shù)據(jù)包的接收時間最大值Tmax = (T1, T2, , TJ ,其中Ti表示源節(jié)點i(i e {1，2，...，N})發(fā)送數(shù)據(jù)包尾部的時間戳信息；然后為每個并行數(shù)據(jù)包設置一個定時器來調整各個數(shù)據(jù)包之間的延時，以源節(jié)點i發(fā)送的數(shù)據(jù)包為例，針對該數(shù)據(jù)包所設定的定時器時延Ati = Tmax-Ti,接下來刪除每一個數(shù)據(jù)包添加的時間戳信息；步驟④，中繼節(jié)點對進行時延調整后的并行數(shù)據(jù)包進行合并和重排，按照數(shù)據(jù)包的源節(jié)點節(jié)點號順序重新組成一個新的數(shù)據(jù)包，而數(shù)據(jù)包的格式為起始標志信息、源節(jié)點I
數(shù)據(jù)包、起始標志信息、源節(jié)點2數(shù)據(jù)包、......、起始標志信息、源節(jié)點N數(shù)據(jù)包以及校驗信
息，為了便于區(qū)分，在本發(fā)明中，將這種合并之后的數(shù)據(jù)包稱為巨型數(shù)據(jù)包，這就完成了數(shù)據(jù)包的合并。步驟二:單宿終端對多個中繼節(jié)點(假設中繼節(jié)點數(shù)目為K)發(fā)來的信息進行緩存、調整時延、解析信息位以及對每路信號中斷性能判斷，最終選出一路信號輸出給用戶。步驟二所述的單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行處理，最終選出一路信號輸出給用戶，包括以下內容:步驟(1)，單宿終端對接收到不同中繼節(jié)點發(fā)送來的巨型數(shù)據(jù)包的尾部加入當前時間戳信息，然后存入為每個中繼節(jié)點預分配的緩存隊列；步驟(2)，單宿終端從每個緩存隊列中并行取出巨型數(shù)據(jù)包，根據(jù)巨型數(shù)據(jù)包的尾部時間戳信息得出這些并行數(shù)據(jù)包的接收時間最大值T' max={T' pT' 2，...，τ' κ}，其中T' I表示中繼節(jié)點I (Ie {1，2，...，K})發(fā)送巨型數(shù)據(jù)包尾部的時間戳信息，然后為每個并行數(shù)據(jù)包設置一個定時器來調整各個數(shù)據(jù)包之間的延時，以中繼I發(fā)送的數(shù)據(jù)包為例，針對該巨型數(shù)據(jù)包所設定的定時器時延At' i = T' max-T' i，接下來刪除每一巨型數(shù)據(jù)包添加的時間戳信息；步驟(3)，單宿終端將經(jīng)過時延調整后的巨型數(shù)據(jù)包拆解為未合并之前的多個數(shù)據(jù)包，從每個數(shù)據(jù)包的頭部解析出在中繼節(jié)點處添加的信息，即數(shù)據(jù)包的標示(ID)和處理該數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點的編號；步驟(4)，單宿終端對多個信源和不同路徑發(fā)來的信息進行信號質量的判斷，將同一源節(jié)點經(jīng)過K個中繼接入節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)包編為一組數(shù)據(jù)包(標示為添加信息的ID號)，
組內每個數(shù)據(jù)包都是經(jīng)過不同的中繼節(jié)點發(fā)送過來的，因此通過中繼節(jié)點編號來區(qū)分組內
的數(shù)據(jù)包，利用下面公式來判斷組內的每個數(shù)據(jù)包是否中斷(在這里規(guī)定，當接收數(shù)據(jù)的信
道容量小于所設定的傳輸門限值時，就發(fā)生中斷，門限值沒有固定范圍，根據(jù)傳輸信道狀況
和接收端數(shù)據(jù)質量進行相應的調整):
權利要求
1.一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法，其特征在于步驟如下: 步驟一:中繼節(jié)點對多路不同源節(jié)點的輸入信號進行緩存、添加信息位、調整時延以及數(shù)據(jù)包的合并和重排，然后輸出； 步驟二:單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行緩存、調整時延、解析信息位以及對每路信號中斷性能判斷，最終選出一路信號輸出給用戶。
2.根據(jù)權利要求1所述的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法，其特征在于步驟一所述的中繼節(jié)點對多路不同信源的輸入信號進行信息處理然后輸出，假設源節(jié)點數(shù)目N，為具體實現(xiàn)步驟如下: 步驟①，中繼節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)包的尾部加入當前時間戳信息，然后將數(shù)據(jù)包存入預先為每個源節(jié)點開辟的緩存隊列； 步驟②，中繼節(jié)點并行從所有緩存隊列中取出一個數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的頭部加入信息位包括數(shù)據(jù)包的標示ID和處理該數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點的編號； 步驟③，中繼節(jié)點針對添加信息位后的并行數(shù)據(jù)包，根據(jù)每個數(shù)據(jù)尾部時間戳信息得出這些并行數(shù)據(jù)包的接收時間最大值Tmax = (T1, T2,, TJ ,其中Ti表示源節(jié)點i(i e {1，2，...，N})發(fā)送數(shù)據(jù)包尾部的時間戳信息；然后為每個并行數(shù)據(jù)包設置一個定時器來調整各個數(shù)據(jù)包之間的延時，針對源節(jié)點i發(fā)送的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包所設定的定時器時延Ati = Tmax-Ti,接下來刪除每一個數(shù)據(jù)包添加的時間戳信息； 步驟④，中繼節(jié)點對進行時延調整后的并行數(shù)據(jù)包進行合并和重排，按照數(shù)據(jù)包的源節(jié)點節(jié)點號順序重新組成一個新的數(shù)據(jù)包，而數(shù)據(jù)包的格式為起始標志信息、源節(jié)點I數(shù)據(jù)包、起始標志信息、源節(jié)點2數(shù)據(jù)包、......、起始標志信息、源節(jié)點N數(shù)據(jù)包以及校驗信息，將這種合并之后的數(shù)據(jù)包稱為巨型數(shù)據(jù)包，這就完成了數(shù)據(jù)包的合并。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法，其特征在于步驟二所述的單宿終端對多個中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行處理，最終選出一路信號輸出給用戶，假設中繼節(jié)點的數(shù)目為K，具體實現(xiàn)步驟如下: 步驟(1)，單宿終端對接收到不同中繼節(jié)點發(fā)送來的巨型數(shù)據(jù)包的尾部加入當前時間戳信息，然后存入為每個中繼節(jié)點預分配的緩存隊列； 步驟(2 )，單宿終端從每個緩存隊列中并行取出巨型數(shù)據(jù)包，根據(jù)巨型數(shù)據(jù)包的尾部時間戳信息得出這些并行數(shù)據(jù)包的接收時間最大值T' max={T' pT' 2，...，Τ' κ}，其中T' i表示中繼節(jié)點I (Ie {1，2，...，K})發(fā)送巨型數(shù)據(jù)包尾部的時間戳信息，然后為每個并行數(shù)據(jù)包設置一個定時器來調整各個數(shù)據(jù)包之間的延時，針對中繼I發(fā)送的數(shù)據(jù)包，該巨型數(shù)據(jù)包所設定的定時器時延At' i = T' max-T' i，接下來刪除每一巨型數(shù)據(jù)包添加的時間戳信息； 步驟(3)，單宿終端將經(jīng)過時延調整后的巨型數(shù)據(jù)包拆解為未合并之前的多個數(shù)據(jù)包，從每個數(shù)據(jù)包的頭部解析出在中繼節(jié)點處添加的信息，即數(shù)據(jù)包的標示ID和處理該數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點的編號； 步驟(4)，單宿終端對多個信源和不同路徑發(fā)來的信息進行信號質量的判斷，將同一源節(jié)點經(jīng)過K個中繼接入節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)包編為一組數(shù)據(jù)包，標示為添加信息的ID號，組內每個數(shù)據(jù)包都是經(jīng)過不同的中繼節(jié)點發(fā)送過來的，因此通過中繼節(jié)點編號來區(qū)分組內的數(shù)據(jù)包，利用下面公式來判斷組內的每個數(shù)據(jù)包是否中斷， 當接收數(shù)據(jù)的信道容量小于所設定的傳輸門限值時，就發(fā)生中斷:
4.一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置，其特征在于包括中繼節(jié)點信息處理模塊和單宿終端信息處理模塊，在中繼節(jié)點信息處理模塊中，中繼節(jié)點對N個源節(jié)點的輸入信號進行緩存、添加信息位、調整時延以及數(shù)據(jù)包的合并和重排，然后輸出；在單宿終端信息處理模塊中，單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行緩存、調整時延、解析信息位以及對每路信號中斷性能判斷，最終選出一路信號輸出給用戶。
5.根據(jù)權利要求4所述的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置，其特征在于所述的中繼節(jié)點信息處理模塊對N個源節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)包都是并行處理，每一路處理一個源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包，按照緩存模塊、信息位插入模塊、延時鎖存模塊以及信息合并和重排模塊這樣的順序進行處理，以一路為例，當接收到源節(jié)點發(fā)送過來數(shù)據(jù)包，首先將其緩存模塊，添加時間戳信息，然后輸入到信息插入模塊，在數(shù)據(jù)包的頭部添加信息位，輸出到時間鎖存模塊將數(shù)據(jù)包進行鎖存，同時時延計算和控制模塊根據(jù)信息位插入模塊輸出數(shù)據(jù)包中的時間戳信息來計算各路數(shù)據(jù)包之間的延時，并將延時信息輸入給延時鎖存模塊來調整各路并行數(shù)據(jù)包之間的延時，經(jīng)過時延調整后的數(shù)據(jù)包輸入到信息合并和重排模塊，按照預先設定好的數(shù)據(jù)包結構，將多路信號封裝成一路巨型數(shù)據(jù)包，發(fā)送出去。
6.根據(jù)權利要求5所述的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置，其特征在于所述的緩存模塊是將接收到N個源節(jié)點的數(shù)據(jù)包進行緩存，供后續(xù)模塊的處理，同時在各個數(shù)據(jù)包的尾部加入接收時間戳信息； 信息位插入模塊是在接收到并緩存后的數(shù)據(jù)包中添加信息位； 延時計算和控制模塊分別計算來自不同信源的數(shù)據(jù)包之間的時延，并根據(jù)計算出的值給延時鎖存模塊提供控制信號； 延時鎖存模塊將信息插入模塊輸出的數(shù)據(jù)包進行鎖存，同時按照延時計算和控制模塊給出的控制信號對數(shù)據(jù)包進行延時調整；信息合并和重排模塊對經(jīng)過延時操作后的來自不同信源的數(shù)據(jù)包按照業(yè)務的時間先后順序進行排列，并將到達同一個中繼節(jié)點的所有信號合并為一路信號輸出。
7.根據(jù)權利要求4所述的多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配裝置，其特征在于所述的單宿終端信息處理模塊對K中繼節(jié)點發(fā)送來的巨型數(shù)據(jù)包都是并行處理，每一路按照緩存模塊、延時計算和控制模塊、延時鎖存模塊、信息位解析模塊、信號質量判斷模塊以及多選一開關模塊這樣的順序處理一個中繼節(jié)點發(fā)送的巨型數(shù)據(jù)包，以一路為例，當接收到中繼節(jié)點發(fā)送來的巨型數(shù)據(jù)包，首先將其存入緩存模塊，供后續(xù)模塊處理，同時在該緩存模塊中為各個巨型數(shù)據(jù)包尾部加入時間戳信息，然后將處理過的巨型數(shù)據(jù)包輸出到延時鎖存模塊，同時時延計算和控制模塊，根據(jù)緩存模塊輸出巨型數(shù)據(jù)包中的時間戳信息來計算各路巨型數(shù)據(jù)包之間的延時，并將延時信息輸入給延時鎖存模塊，在該延時鎖存模塊中，將緩存模塊輸出的巨型數(shù)據(jù)鎖存后，按照延時計算和控制模塊給出的控制信號進行延時調整；經(jīng)過延時調整后的巨型數(shù)據(jù)包輸入到信息位解析模塊，將巨型數(shù)據(jù)包拆解為多個原始數(shù)據(jù)包，并將添加在各個原始數(shù)據(jù)包頭部的信息解析出來，為信號質量判斷模塊區(qū)分不同數(shù)據(jù)包提供標識，經(jīng)過信息位解析模塊處理后得到原始數(shù)據(jù)包，將輸入到信號質量判斷模塊，計算出同一源節(jié)點數(shù)據(jù)包經(jīng)過不同中繼節(jié)點到達后單宿終端后各個數(shù)據(jù)包的中斷次數(shù)，為多選一開關模塊提供控制信號，多選一開關模塊根據(jù)一個區(qū)間內總終端次數(shù)統(tǒng)計值判斷選擇哪一路數(shù)據(jù)包輸出 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多源多路徑動態(tài)同步單宿信息匹配方法及其裝置，中繼節(jié)點對多路不同源節(jié)點的輸入信號進行緩存、添加信息位、調整時延以及數(shù)據(jù)包的合并和重排，然后輸出；單宿終端對中繼節(jié)點發(fā)來的信息進行緩存、調整時延、解析信息位以及對每路信號中斷性能判斷，最終選出一路信號輸出給用戶。本發(fā)明使用了中繼節(jié)點對源節(jié)點信息進行轉發(fā)，通過利用轉化獲得的分集增益來對抗無線空間對傳輸信號的影響，提高傳輸?shù)男阅?；在中繼節(jié)點和信宿終端處在數(shù)據(jù)包上加入時間戳信息，根據(jù)數(shù)據(jù)包的抖動時延，實施進行調整，使得數(shù)據(jù)包在傳輸過程和接收端都具有很好同步性能；該發(fā)明方法還在中繼節(jié)點采用數(shù)據(jù)包合并方法，可以提高傳輸效率，增加頻譜利用率。
文檔編號H04L1/00GK103139102SQ201310044040
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權日2013年2月2日
發(fā)明者馬文峰, 田輝, 徐友云, 井俊, 張暘, 史焱, 劉勃, 歸琳 申請人:中國人民解放軍理工大學