短波网络态势感知实现方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于短波接入通信网络技术领域，在互联互通的融合短波异构接入网中，提供一种短波网络态势感知实现方法及系统，所述系统包括网络资源管理模块、设备位置信息管理模块、频率预测模块、频率态势生成模块、频率规划模块等五个功能模块，本发明专利技术利用网系资源数据、地里位置数据、频率数据，通过时空二维的修正，生成各个节点与用户的覆盖数据，实现网络资源状态、网络覆盖、用户位置实时感知，以及用户接入路由实时优选、台站资源动态调配，能够为短波异构接入网及不同模式短波用户提供精准的频率管理服务，可为各级指挥员与用户在应急指挥通信时频率使用管理与资源调度提供决策支持。

【技术实现步骤摘要】
短波网络态势感知实现方法及系统
本专利技术属于短波接入通信网络
，尤其涉及一种短波网络态势感知实现方法及系统。
技术介绍
短波通信利用电离层反射，可实现无中继远距离通信，具有通信距离远、开设方便、抗毁能力强，重构快捷等特点，广泛应用军事、远洋与应急救灾等领域。短波接入组网通信，可实现机动用户随遇接入、干扰抗毁、优选路由，能有效拓展短波通信能力。国内外已构建了多个短波通信接入网，国外比较典型的有瑞典HF2000短波通信系统、美国空军全球短波通信系统、澳大利亚LONGFISH短波通信系统，国内比较典型的有军用短波网和工信部的民用短波网。实现短波可靠与高效传输的关键在于能够实时选择可用频率，相应地，在短波接入网中，构建具有实时频谱信息收集、快速频率规划与分发能力的频率管理系统，是短波接入组网通信的关键所在。军民结合短波接入通信网络通过融合军用短波网与民用短波网的网络资源，搭建了军民短波通信网互联互通的桥梁，构建了具有导航音、专网选频、3G-ALE、专向语音、快速选频与分集接收等多种模式接入与信道资源融合能力的异构接入网。针对不同网系、不同接入模式和不同用户需求，构建具有全频段实时频率态势感知、多网系资源与能力感知、实时频率规划与分发能力的短波网络态势感知系统是当前短波应急通信迫切需要解决的难题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种短波网络态势感知实现方法及系统，旨在解决现有短波异构接入网络资源实时感知和频率态势生成等问题，实现网络资源状态、网络覆盖、用户位置实时感知，以及用户接入路由实时优选、台站资源动态调配，为短波异构接入网及不同模式短波用户提供精准的频率管理服务，为各级指挥员与用户在应急指挥通信时频率使用管理与资源调度提供决策支持。。一方面，所述短波网络态势感知实现方法包括下述步骤：收集、存储并管理网络接入节点以及用户的位置信息，所述位置信息来自于地理信息系统或者通过短波异构接入网络中的短波信道传输实现；收集来自于不同短波异构接入网络网管系统的网络资源信息；接收定时或者按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各接入节点和用户的可用频率窗口；根据所述可用频率窗口并结合禁用频率得到可用频率范围，然后基于所述探测数据形成链路信道质量，共同构成短波异构接入网络各接入节点和用户的可用频率范围和信道质量，再通过时空二维外推，并结合历史频率，综合形成短波异构接入网络各节点的频谱覆盖态势以及用户频谱覆盖态势。进一步，短波网络态势感知实现方法还包括：基于网管系统提交的用频需求，进行频率使用规划，形成网络资源/设备与频率保障方案，并发回短波异构接入网络各个网管系统。另一方面，所述短波网络态势感知实现系统，包括：设备位置信息管理模块，用于收集、存储并管理网络接入节点以及用户的位置信息，所述位置信息来自于地理信息系统或者通过短波异构接入网络中的短波信道传输获取；网络资源管理模块，用于收集来自于不同短波异构接入网络网管系统的网络资源信息；频率预测模块，用于接收定时或者按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各接入节点和用户的可用频率窗口；频率态势生成模块，用于根据所述可用频率窗口并结合禁用频率得到可用频率范围，然后基于所述探测数据形成链路信道质量，共同构成短波异构接入网络各接入节点和用户的可用频率范围和信道质量，再通过时空二维外推，并结合历史频率，综合形成各接入节点的频谱覆盖态势以及用户频谱覆盖态势。进一步的，短波网络态势感知实现系统还包括：频率规划模块，用于基于网管系统提交的用频需求，进行频率使用规划，形成网络资源/设备与频率保障方案，并发回短波异构接入网络各个网管系统。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用网系资源数据、地里位置数据、频率数据，通过时空二维的修正，生成各个接入节点与用户的覆盖数据，能够为短波异构接入网络及不同模式短波用户提供精准的频率管理服务，可为各级指挥员与用户在应急指挥通信时频率使用管理与资源调度提供决策支持。附图说明图1是本专利技术实施例提供的短波网络态势感知实现方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的短波网络态势感知实现系统的结构方框图；图3是外推得到国土范围内所有小区域到接入节点的信号能量的理论误差仿真结果示意图；图4是计算每个接入节点各个频率覆盖质量情况的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图1示出了本专利技术实施例提供的短波网络态势感知实现方法的流程，图2是短波网络态势感知实现系统的方框结构，为了便于说明仅示出了与本专利技术实施例相关的部分。结合图1、2所示，本专利技术实施例方法包括下述步骤：步骤S1、收集、存储并管理网络接入节点以及用户的位置信息，所述位置信息来自于地理信息系统或者通过短波异构接入网络中的短波信道传输获得。在短波网络中，所述地理信息系统可以为北斗系统或者其他定位系统，分布在短波异构接入网络中的各个接入节点及用户的位置信息均可通过地理信息系统获取。对于位置信息，也可以利用短波异构接入网络中用户在建链成功后的位置上报功能通过短波信道传输获取用户位置信息。步骤S2、收集来自于短波异构接入网络各个网管系统的网络资源信息。所述网管系统为相互连接的短波异构接入网络各个网管系统，收集的网络资源信息包括各节点的收发信机设备的基本信息、空闲状态以及用户的能力与状态等。步骤S3、接收定时或者按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各节点和用户的可用频率窗口。所述探测数据包括探测网、监测网和短波快速建链系统输出的实时探测数据，比如探测网输出的探测数据、监测网输出的噪声数据，其中所述探测网输出的探测数据为外接的Chirp探测结果、Modem探测结果、垂测网数据等，所述噪声数据为监测网监测台站噪声监测结果。快速建链系统是具有宽带接收、快速信号检测和频谱感知能力的建链系统，可用于快速和实时信号质量探测，可以按需利用快速建链系统接收探测数据。具体实现时，本步骤需要分成两种情况：(1)当系统外部接入有太阳黑子数的预报信息时，即有太阳黑子数的预报信息输入时，依据太阳黑子数结合位置信息，实时更新长期预报模型中所用的太阳黑子数，同时通过太阳黑子数结合长期预报模型求得任意链路的高可用频率MUF和最低可用频率LUF，所述MUF和LUF组成节点和用户的可用频率窗口。根据电离层传播理论，不是所有短波都能从电离层反射而折回地面的。较高频率的短波要从较高电子密度分布的电离层才能反射折回地面。对于一定电子密度分布的电离层和一定的收、发距离,能反射折回地面的电波有一个频率最大值,称为最高可用频率MUF，它随收发间距离的减小而变低。因此，收、发在同一点时，所能反射折回地面的电波的最高频率是这一电子密度分布的电离层所对应的MUF中最低的,称为电离层临界频率。如果收、发间距离一定，发射频率较低，接收点可以收到有一定时延差的高、低角波；随着频率变高,高低角波时延差缩小以至渐变至零，高低角波重合；若频率再升高，则接收点落入跳距以内，完全收不到发射信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短波网络态势感知实现方法，其特征在于，所述方法包括：收集、存储并管理网络接入节点以及用户的位置信息，所述位置信息来自于地理信息系统或者通过短波异构接入网络中的短波信道传输实现；收集来自于不同短波异构接入网络网管系统的网络资源信息；接收定时或者按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各接入节点和用户的可用频率窗口；根据所述可用频率窗口并结合禁用频率得到可用频率范围，然后基于所述探测数据形成链路信道质量，共同构成短波异构接入网络各接入节点和用户的可用频率范围和信道质量，再通过时空二维外推，并结合历史频率，综合形成短波异构接入网络各节点的频谱覆盖态势以及用户频谱覆盖态势。

【技术特征摘要】
1.一种短波网络态势感知实现方法，其特征在于，所述方法包括：收集、存储并管理网络接入节点以及用户的位置信息，所述位置信息来自于地理信息系统或者通过短波异构接入网络中的短波信道传输实现；收集来自于不同短波异构接入网络网管系统的网络资源信息；接收定时或者按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各接入节点和用户的可用频率窗口；根据所述可用频率窗口并结合禁用频率得到可用频率范围，然后基于所述探测数据形成链路信道质量，共同构成短波异构接入网络各接入节点和用户的可用频率范围和信道质量，再通过时空二维外推，并结合历史频率，综合形成短波异构接入网络各节点的频谱覆盖态势以及用户频谱覆盖态势。2.如权利要求1所述短波网络态势感知实现方法，其特征在于，所述方法还包括：基于网管系统提交的用频需求，进行频率使用规划，形成网络资源/设备与频率保障方案，并发回短波异构接入网络各个网管系统，再由各个网管系统负责执行方案中的资源和频率使用方案。3.如权利要求1所述短波网络态势感知实现方法，其特征在于，所述接收定时或按需收集到的探测数据，通过预测并结合接入节点以及用户的位置信息形成各节点和用户的可用频率窗口步骤，具体包括：当有太阳黑子数的预报信息输入时，依据太阳黑子数并结合位置信息，实时更新长期预报模型中所用的太阳黑子数，通过太阳黑子数结合长期预报模型求得任意链路的高可用频率MUF和最低可用频率LUF，所述MUF和LUF组成接入节点和用户的可用频率窗口；当没有太阳黑子数预报信息输入时，基于探测数据利用伪太阳黑子数预报法，通过一条或多条探测链路某时刻的最高可用频率MUF，计算出该时刻的伪太阳黑子数PSSN，得到伪太阳黑子数后，实时更新长期预报模型中所用的太阳黑子数，通过伪太阳黑子数结合长期预报模型求得任意链路的MUF和LUF。4.如权利要求1所述短波网络态势感知实现方法，其特征在于，根据所述可用频率窗口并结合禁用频率得到可用频率范围，然后基于所述探测数据形成链路信道质量，共同构成短波异构接入网络各接入节点和用户的可用频率范围和信道质量，再通过时空二维外推，并结合历史频率，综合形成短波异构接入网络各接入节点的频谱覆盖态势以及用户频谱覆盖态势步骤，具体包括：从军网频率管理系统中获取禁用频率信息，然后从接入节点和用户的可用频率窗口中剔除所述禁用频率以及干扰大频率，形成接入节点与用户的未来一定时间内可用频率范围；通过汇集探测网、监测网、短波快速建链系统的探测数据形成链路探测数据，得到链路的信道质量；空间上，在形成的可用频率范围内，利用空间外推法，基于已知若干条链...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐坤，苏泽友，刘建国，胡佳，付国宾，余奇，李晓，戴昌裕，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防信息学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42