無衝突按需多址接入方法
2023-05-17 00:50:06 1
專利名稱：無衝突按需多址接入方法
技術領域：
本發明涉及一種多址接入方法，特別是一種無衝突按需多址接入方法。
背景技術：
多址接入(即媒質接入控制，MAC)方法解決多個節點或用戶如何快速、高效、公平、可靠地共享信道資源的問題。按照信道分配的方式，多址接入方法通常分為固定分配、隨機接入和按需分配三種方式。
固定分配的多址接入方法一般將信道資源長時間固定分配給共享信道的某些節點或者所有節點。由於各種移動通信網絡中存在大量的移動節點，並且每個節點的業務也多以突發業務為主，因此固定分配的多址接入方法會造成大量的信道資源空閒和浪費，不適合在移動通信網絡中直接應用。
隨機接入的多址接入方法中，各節點通常根據載波偵聽的情況經過隨機延時後競爭使用信道。該方法雖可以克服固定分配接入方式中的資源浪費問題，在業務量較小時可以獲得很小的接入時延，但各節點基於載波偵聽的方式在多跳網絡結構中共享無線廣播信道時，會出現隱藏終端和暴露終端問題，使得多址性能大大降低。特別是當發送節點數和網絡業務量增大時，分組碰撞和重傳的概率會急劇加大，從而大大增大了平均分組時延和平均分組丟棄率、降低了信道吞吐量，也同時會出現共享信道不公平等問題。
按需分配的多址接入方法中，各節點根據業務情況申請信道資源，申請成功後再使用信道資源。按照申請預約和分配信道方式的不同，該方法可分為基於隨機競爭和基於無衝突兩類。基於隨機競爭的方法主要採用各種短控制分組握手(如發送請求/清除請求，RTS/CTS)、周期性狀態信息交換等分布式預約方式，適合於突發性較強、傳輸消息較短類型的業務傳輸，如IEEE802.11分布式協調功能(DCF)、雙忙音多址(DBTMA)和分布式分組預約多址(DPRMA)等方法。基於無衝突的方法主要利用中心控制節點進行協調來實現按需分配，適合於一次接入建立後需要較長時間穩定傳輸的業務類型，可以提供很好的服務質量(QoS)保證，其典型代表多使用輪詢機制，如IEEE802.11點協調功能(PCF)和虛擬基站(VBS)等方法。不過，前者在申請預約部分仍然存在分組碰撞，隱藏終端的影響只是得到了減弱、並沒有消除；後者可以避免分組碰撞情況的發生，不過當許多節點不發送時，這種方法會浪費大量的輪詢控制開銷。
同時，現有技術提出的按需分配的多址接入方法還存在其他問題，例如，在網絡業務量較低時，與隨機接入方法相比，按需分配方法存在控制開銷所佔比例過大、傳輸時延較大的問題。又如，在網絡業務量較高時，與固定分配方法相比，按需分配方法存在最大信道吞吐量不夠高、不能保證共享信道的公平性等問題。此外，上述各類多址接入方法中，都有許多多址接入方法需要建立較為準確的網絡同步前提下才能實現，而在實際應用中，多跳分布式無線網絡都很難實現全網的準確同步。
發明內容
本發明的目的是提供一種無衝突按需多址接入方法，通過靈活的預約接入和衝突分解階段，可以保證接入衝突節點快速接入信道、獲得信道使用權，最大限度地完成業務分組的無衝突傳輸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種無衝突按需多址接入方法，包括中心控制節點公布節點發送的預約接入分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段為數個依次設置的預報突發和預報確認微時隙；在預報突發微時隙上，各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組，中心控制節點接收所述預報突發分組；在其後的預報確認微時隙上，中心控制節點發送結果，各接入衝突節點偵聽所述結果；節點成功接入後，中心控制節點發送結果廣播分組。
其中，所述預報突發和預報確認微時隙至多為NVID個，其中NVID為所述虛擬身份號的二進位位數n，n與中心控制節點所轄節點數的關係是節點數在2n-1+1～2n範圍內。
其中，所述各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組具體為各接入衝突節點依據其虛擬身份號的各二進位位依次在預報突發微時隙上進行發送或偵聽操作，若該位為1，則在所在預報突發微時隙上發送預報突發分組；若該位為0，則在所在預報突發微時隙上偵聽。
其中，所述中心控制節點發送結果具體為當接收到的預報突發分組發生碰撞時，中心控制節點發送歷時整個預報確認微時隙的預報確認忙音分組；當未接收到預報突發分組時，中心控制節點發送預報確認空閒分組；當接收到的預報突發分組未發生碰撞時，中心控制節點發送預報確認成功分組，並給成功接入節點分配相應的資源。
其中，所述各接入衝突節點偵聽所述結果具體為當偵聽的結果為預報確認忙音分組時，發送預報突發分組的節點轉到下一個預報突發微時隙上偵聽或發送預報突發分組，其它未能跟發預報突發分組的節點取消所有預定發送；當偵聽的結果為預報確認空閒分組時，節點轉到下一個預報突發微時隙上偵聽或發送預報突發分組；當偵聽的結果為預報確認成功分組時，成功接入的節點取消剩餘的預定發送，其它節點退出接入過程。
其中，還可以包括中心控制節點廣播預約開始分組宣告預約接入開始，其後有相應的預約接入時隙；各有分組發送的節點在所述預約接入時隙中發送預約接入分組進行預約。還可以進一步包括成功接入的節點在中心控制節點分配的信道資源上發送業務分組。
在上述技術方案基礎上，還可以包括中心控制節點根據接入衝突和業務分組發送情況周期性分配和廣播其所轄節點的虛擬身份號，還可以包括中心控制節點根據當前空閒信道資源和接入衝突情況確定所述預約接入時隙的數目，以及確定所述衝突分解階段的數目。
本發明提出了一種無衝突按需多址接入(CF-ODMA)方法，通過提出在預約接入階段中進行衝突分解處理的技術方案，可以保證接入衝突節點快速接入信道、獲得信道使用權，並根據目前剩餘空閒信道資源和接入衝突的情況設置預約接入時隙和衝突分解階段的數目，可以在不影響預約接入的前提下，儘可能地增大業務分組發送的時間、提高信道吞吐量。本發明預約接入時隙數目、衝突分解階段數目與目前空閒信道資源和接入衝突的情況有關，同時分級衝突分解階段可以使得各接入衝突節點中的某個節點成功接入。這是由於中心控制節點給各節點分配的虛擬身份號是唯一的，所以當各接入衝突節點根據虛擬身份號來堅持發送預報突發分組到最後或完成所有預報突發微時隙的競爭發送時，總會有一個節點成為唯一的獲勝者。利用多個衝突分解階段可以解決多個接入衝突節點成功接入的問題，這可以使接入節點很快接入使用空閒信道資源、降低了接入時延。
本發明將預約接入和業務分組發送分開，僅預約接入階段有衝突，並且可以利用衝突分解方法迅速解決，一旦節點接入成功，其所有的業務分組發送無衝突，因此，由於多址接入所造成的分組丟棄率為0。
本發明可以採用優先級限制方式，即中心控制節點在預約接入分組中指明只有高於一定優先級的業務分組才能發送、有此類優先級業務分組的節點才能預約接入，從而保證了高優先級的業務分組優先得以發送，尤其是在業務量大於信道吞吐量的情況下。由於可以允許一定優先級業務分組的節點優先預約接入、並且各成功接入節點可以周期性、無衝突地發送業務分組，節點還可以從中心控制節點處申請得到在每一幀中有更多業務分組發送的機會，因此本發明特別適合實時業務的傳輸，可以保證時延和所需傳輸速率等服務質量(QoS)要求。
本發明中，中心控制節點可以利用預約開始分組、結果廣播分組、業務分組和輪詢分組的發送來向各節點提供各類分組發送的同步基準，即以上述分組發送的結束時刻作為所有節點競爭接入或發送業務分組時的時間基準(或基準時刻)，這裡各個時隙包括了各類分組的發送時間以及克服信號傳播時延、收發信機轉換時間等必要的保護時間間隔，從而簡單、準確地實現了異步條件下的信道資源共享，消除了對多跳無線網絡實現全網準確同步的要求。
本發明還保證了節點接入信道的公平性。通過中心控制節點每隔一定周期根據所轄節點在一段時間內的業務發送情況為節點重新分配虛擬身份號，並發送相關控制分組(如可附帶在預約開始分組中)通知各節點，中心控制節點為發送次數較少的節點分配較大的虛擬身份號。當業務量增大時所出現的共享信道公平性問題還可以利用中心控制節點調整、限制個別節點在預約接入中過多的成功接入來解決。
本發明中，中心控制節點和各節點僅有一部半雙工的收發信機，設備要求簡單。另外，本發明適用於任何多個節點可與中心控制節點通過廣播類媒質相連接通信的多個節點接入結構，適用範圍廣泛。
綜上所述，本發明吸取了按需多址接入方法在業務量較高時大大降低了預約中的隱藏終端和暴露終端影響、在業務分組傳輸中消除了碰撞可能的優點，靈活的預約接入及衝突分解方法可以使得節點更快速、有效地接入信道、最大限度地完成業務分組的無衝突傳輸，使本發明具有信道吞吐量高、無衝突接入、接入時延小、分組丟棄率低、QoS有保證、收發信機設備要求簡單、適用範圍廣泛、可異步方式工作、各節點共享信道公平等優點，可作為移動自組網(或稱移動Ad Hoc網絡)、無線傳感器網絡、無線接入網絡、蜂窩系統等各類移動無線通信網絡中具有或可形成中心控制節點條件下的多個用戶共享無線信道資源的方法。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明無衝突按需多址接入方法的流程圖；圖2為本發明無衝突按需多址接入方法的實施流程圖；圖3為本發明衝突分解階段處理的流程圖；圖4為本發明各接入節點衝突分解處理的流程圖；圖5為本發明無接入衝突情況下的信道發送時序圖；圖6為本發明有接入衝突情況下的信道發送時序圖；圖7為本發明衝突分解階段處理實例的信道發送時序圖。
具體實施例方式
圖1為本發明無衝突按需多址接入方法的流程圖，具體為步驟1、中心控制節點公布節點發送的預約接入分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段為數個依次設置的預報突發和預報確認微時隙；步驟2、在預報突發微時隙上，各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組；步驟3、中心控制節點在所述預報突發微時隙上接收所述預報突發分組後，在其後的預報確認微時隙上發送結果；步驟4、在所述預報確認微時隙上，各接入衝突節點偵聽中心控制節點發送的結果；當所述結果為有節點成功接入時，執行步驟5，否則執行步驟2；步驟5、中心控制節點發送結果廣播分組。
其中，步驟1中預報突發和預報確認微時隙的數目至多有NVID個，NVID為每次預約接入衝突分解階段中預報突發和預報確認微時隙的最大數目，亦即虛擬身份號的二進位位數n，n與中心控制節點所轄節點數的關係是節點數在2n-1+1～2n範圍內。
其中，步驟2中各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組具體為各接入衝突節點依據其虛擬身份號的各二進位位依次在預報突發微時隙上進行發送或偵聽操作，若其虛擬身份號該位為1，則在該預報突發微時隙上發送預報突發分組；若其虛擬身份號該位為0，則在該預報突發微時隙上偵聽。
其中，步驟3中心控制節點在其後的預報確認微時隙上發送結果具體為當接收到的預報突發分組發生碰撞時，中心控制節點在其後的預報確認微時隙上發送歷時整個微時隙的預報確認忙音分組；當未接收到預報突發分組時，中心控制節點在其後的預報確認微時隙上發送預報確認空閒分組；當接收到的預報突發分組未發生碰撞時，中心控制節點在其後的預報確認微時隙上發送預報確認成功分組，並給成功接入節點分配相應的資源。
其中，步驟4具體為在該預報確認微時隙上，各接入衝突節點偵聽中心控制節點發送的結果；當偵聽的結果為預報確認忙音分組時，其它未能跟發預報突發分組的節點取消其後的預定發送，發送預報突發分組的節點在下一個預報突發微時隙到來時執行步驟2。
當偵聽的結果為預報確認空閒分組時，節點在下一個預報突發微時隙到來時執行步驟2。
當偵聽的結果為預報確認成功分組，其它節點退出接入過程，成功接入的節點取消剩餘的發送，執行步驟5。
在上述技術方案基礎上，步驟1前還包括步驟中心控制節點廣播預約開始分組宣告預約接入開始，其後有設定數個預約接入時隙；各有分組發送的節點在所述預約接入時隙中發送預約接入分組進行預約。
此外，步驟5後還包括步驟成功接入節點在中心控制節點分配的信道資源上發送業務分組。
本發明無衝突按需多址接入方法包括兩個階段各接入使用信道的節點獲得信道使用權的預約接入階段和成功接入節點的無衝突業務分組發送階段，其中當預約接入分組出現碰撞時，預約接入階段還包括數個衝突分解階段，每個衝突分解階段為數個依次設置的預報突發和預報確認微時隙。
在預約接入階段以及衝突分解階段中，中心控制節點(Centre ControlNode，簡稱CCN)發送預約開始(Start of Reservation，簡稱SR)分組提示各節點進行接入，各節點按照某一概率分布規律選擇其後不同的預約接入(Reservation Access，簡稱RA)時隙進行預約申請。如果只有一個接入節點在預約接入時隙上發送，那麼此接入節點接入成功，CCN在結果廣播(Results Broadcasting，簡稱RB)分組中告知各節點這一情況，分配相應的信道資源；如果發生兩個或兩個以上的接入節點在此時隙上發送接入預約分組(即預約申請碰撞)，CCN告知各節點這一情況，並啟動衝突分解階段，每一個衝突分解階段後有數個依次設置的預報突發(ForcastBurst，簡稱FB)和預報確認(Forcast ACK，簡稱FA)微時隙。各接入衝突節點進入預約衝突分解階段，即依靠各節點被分配的唯一虛擬身份號(Virtual ID，簡稱VID)在FB時隙上發送FB分組或在FA時隙上偵聽CCN反饋的結果，該結果包括CCN發送的FA忙音分組、FA空閒分組和FA成功分組，節點根據上述分組來區分各節點的接入狀況，判斷哪個節點能夠成功獲得接入。顯然，如果某一節點堅持發送FB分組到最後或完成了所有FB微時隙的競爭發送，那麼它就是唯一的獲勝者，而節點是否發送FB分組是由各節點的VID的唯一性確定的。基於此，CCN發送RB分組或FA成功分組公布衝突分解結果，並在所發送的分組中指出哪個接入成功的節點在第幾個業務分組發送時隙上發送，即給成功接入節點分配相應的信道資源。上述預約接入和衝突分解過程可以有多個，此後，進入無衝突的業務分組發送階段，當所有成功接入的節點發完一遍業務分組後，就進入下一輪預約接入和發送階段，重複上述過程。
在上述技術方案中，CCN發送SR分組後的預約接入時隙可以是1個，也可以是多個。預約接入時隙為1意味著所有要接入節點都在唯一的預約接入時隙上發送RA分組，若發生有兩個以上接入節點同時發送RA分組(即碰撞)，則進入衝突分解階段。當預約接入時隙為多個時，節點選擇預約接入時隙發送RA分組的方法是各接入節點以某種概率分布選擇第幾個預約接入時隙發送，比如等概選擇各預約接入時隙。預約接入時隙數目的確定方法是若沒有可用的信道資源，則預約接入時隙的數目變為0，待有可用的信道資源後變為非0；若接入衝突多、空閒信道資源多，可增大預約接入時隙的數目；若接入衝突少或空閒信道資源少，可減少預約接入時隙數目，直至為1。
在上述技術方案中，CCN公布接入衝突後啟動的衝突分解階段的數目為NCR個，在每個衝突分解階段中，預報突發和預報確認微時隙的數目至多為NVID個，其中NCR表示衝突分解階段的數目，NVID為每次預約接入衝突分解階段中FB和FA微時隙的最大數目，亦即VID的二進位位數。在CCN公布出現碰撞後，其後即有NCR個衝突分解階段，而每個衝突分解階段中至多有NVID個FB和FA微時隙。預約衝突分解階段數目NCR的確定方法為當在預約接入時隙發生競爭接入衝突時，CCN發送RB分組宣告進入衝突分解階段，即開始FB和FA微時隙，所有未競爭成功的節點均要根據衝突分解方法參與FB微時隙的衝突分解接入。為了保證有較多的節點接入，CCN第一次設定NCR個預約衝突分解階段。如果這樣做之後的連續多幀中衝突都不能完全分解且還有空閒信道資源，CCN繼續保持或增多預約衝突分解階段的個數。當一幀中的某個預約衝突分解階段中沒有節點進行接入，CCN知道衝突分解已經完畢，將取消後面預約衝突分解階段並直接進入業務分組發送階段。另外，NCR也可以根據空閒信道資源的多少而自適應變化，即在CCN控制下(即通過在廣播發送的RB或FA成功分組中標示是否在其後繼續衝突分解階段)重複衝突分解階段，直至不再有衝突發生或沒有空閒信道資源為止。
本發明虛擬身份號(VID)是CCN為其所轄節點分配的具有唯一性的代碼，是一組二進位數，其位數根據CCN所轄節點的數目決定。VID位數的確定方法為保證CCN所轄各節點都有唯一的VID，即若節點數在2n-1+1～2n範圍內，則VID位數為n。
從上述技術方案可以看出，本發明無衝突按需多址接入方法通過提出在預約接入階段中進行衝突分解處理的技術方案，可以保證接入衝突節點快速接入信道、獲得信道使用權，並根據目前剩餘空閒信道資源和接入衝突的情況設置預約接入時隙和衝突分解階段的數目，可以在不影響預約接入的前提下，儘可能地增大業務分組發送的時間、提高信道吞吐量。由於利用每個衝突分解階段可以使得各接入衝突節點中的某個節點成功接入，利用多個衝突分解階段可以解決多個接入衝突節點成功接入的問題，從而可以使接入節點很快接入使用空閒信道資源、降低了接入時延。通過CCN在預約接入分組中指明優先級限制的方式，可以保證各節點中高優先級的業務分組優先得以發送。
在上述技術方案基礎上，本發明還可以包括保證節點接入信道公平性的技術方案，具體為CCN每隔一定周期根據所轄節點在一段時間內的業務發送情況為節點重新分配VID，並發送相關控制分組(如可附帶在SR分組中)通知各節點，CCN為發送次數較少的節點分配較大的VID。另外，當業務量增大時所出現的共享信道公平性問題可以利用CCN調整、限制個別節點在預約接入中過多的成功接入來解決。比如，節點連續成功接入使用信道2次後，CCN根據目前接入衝突情況(嚴重時)，規定並通告該節點一定時間內不能接入，該節點在經過這一時間後再開始嘗試接入，又比如，當達到最大業務分組發送隊列時，所有成功接入的節點在完成一次會晤的業務分組發送後將退出輪詢分組發送隊列，重新進行競爭接入。
同時，本發明技術方案還可以包括CCN根據當前空閒信道資源和接入衝突的情況確定預約接入時隙的數目NRA和衝突分解階段的數目NCR。當有更多接入節點參與競爭接入並有空閒信道資源時，就增大NRA和NCR，以便讓更多節點成功接入；當參與競爭接入的節點數減少時，就降低NRA和NCR，以便在保證節點有較大成功接入概率的前提下儘可能地提高信道吞吐量。
下面通過具體實施流程進一步說明本發明的技術方案。
圖2為本發明無衝突按需多址接入方法的實施流程圖，具體為步驟11、CCN發送SR分組宣告預約接入開始，其後有1個接入時隙；步驟12、各有分組發送的節點在該時隙中發送RA分組進行預約；步驟13、CCN判斷是否存在預約接入衝突，是則執行步驟14，否則執行步驟16；步驟14、CCN公布節點發送的RA分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段中有至多NVID個FB和FA微時隙；步驟15、各接入衝突節點進行衝突分解，直到節點成功接入；步驟16、CCN用RB分組公布結果；步驟17、成功接入節點在CCN分配的信道資源上發送業務分組。
在上述技術方案中，步驟14～步驟16為本實施例的衝突分解階段，步驟15具體為各接入衝突節點根據其VID的各二進位位依次在各FB微時隙上偵聽或發送FB分組，依次在各FA微時隙偵聽CCN的廣播結果；CCN依次在各FB微時隙上接收FB分組，依次在FA微時隙上發送結果，直到節點成功接入。
本實施例步驟17具體為CCN發送業務分組並提示下一節點發送；判斷該節點是否是發送本次會晤的最後一個分組，如是，該節點發送釋放信道資源標誌的業務分組，釋放相應信道資源；如否，該節點利用所分配的信道資源發送業務分組；最後判斷本幀業務分組的發送是否結束，如結束，返回執行步驟11，進入下一輪預約接入和發送階段；如未結束，返回執行判斷該節點是否是發送本次會晤的最後一個分組步驟，繼續發送階段。
在上述無衝突業務分組發送階段，CCN和各接入成功節點交替發送業務分組，CCN可以在RB分組中安排各節點所要用的信道資源(即在哪個時隙中發送業務分組)，也可以在其業務分組中附帶輪詢標記或發送輪詢控制分組(當沒有業務分組發送時)來提示下一個節點在此分組之後發送業務分組(其中可指明後面由哪個節點發送業務分組)。對於已發送過業務分組的節點，繼續沿用上一次的發送時隙進行發送，直至本次通信會晤的所有業務分組發送完畢。CCN的業務分組發送的結束就意味著下一個節點可以開始發送業務分組了。各種CCN的分組發送，如SR、RB、業務分組等的發送，都可以用來向各節點提供粗同步基準。當所有成功接入的節點發完一遍業務分組後，就進入下一輪預約接入和發送階段，重複上述過程。當一輪中成功接入節點的數目達到最大允許(即沒有可用的信道資源)時，CCN可以關閉預約接入階段直接進行業務分組發送階段，直到有成功接入節點完成本次會晤的業務分組發送、釋放信道資源。
如果節點是發送本次會晤中的最後一個業務分組，那麼在業務分組中附帶釋放信道資源標誌，CCN收到後即可從下一幀起安排其他節點在該信道資源上發送業務分組。當沒有信道資源可分配時，CCN關閉預約接入階段，直接進入業務分組發送階段，直至有成功接入節點釋放信道資源後才再次恢復預約接入階段。
圖3為本發明衝突分解階段處理的流程圖。在圖2所述實施例中，步驟14～步驟16的衝突分解階段具體為步驟21、CCN公布節點發送的RA分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段中有至多NVID個FB和FA微時隙；步驟22、各接入衝突節點根據CCN所分配的VID的各二進位位在各個FB微時隙上依次發送或偵聽，若VID該位為1，代表在相應FB微時隙上發送FB分組；若VID該位為0，代表在相應FB微時隙上偵聽；期間在各FB微時隙之後的FA微時隙上偵聽CCN的廣播結果；步驟23、CCN判斷是否在相應FB微時隙上收到FB分組，是則執行步驟24，否則CCN在此FB微時隙之後的FA微時隙上發送FA空閒分組，告知各節點此次FB未有發送，各節點等待下一個FB微時隙到來時執行步驟22；步驟24、CCN判斷該FB分組是否沒有發生碰撞，是則執行步驟25，否則CCN在此FB微時隙之後的FA微時隙上發送FA忙音分組，歷時整個FA微時隙，告知各節點此次FB微時隙上有多個節點發送FB分組，其它未能跟發FB分組的節點取消其後的預定發送，發送了FB分組的節點等待下一個FB微時隙到來時執行步驟22；步驟25、CCN在此FB微時隙之後的FA微時隙上宣布接入結果，即發送FA成功分組，並給成功接入節點分配相應的資源；步驟26、成功接入的節點取消剩餘的發送，其它節點退出接入過程；步驟27、CCN發送RB分組公布接入結果。
圖4為本發明各接入節點衝突分解處理的流程圖，在圖3所述實施例中，各接入節點衝突分解的處理具體為步驟31、根據CCN所分配的VID的各二進位位在所在FB微時隙上發送FB分組或偵聽，若VID該位為1，則發送FB分組；若VID該位為0，則偵聽；步驟32、在隨後的FA微時隙上接收CCN發送的結果；當結果為FA空閒分組時，節點等待下一個FB微時隙到來時執行步驟31；當結果為FA忙音分組時，未能跟發FB分組的節點取消其後的預定發送，發送了FB分組的節點等待下一個FB微時隙到來時執行步驟31；當結果為FA成功分組時，執行步驟33；步驟33、判斷是否是本節點接入成功，是則執行步驟34，否則退出接入過程；步驟34、取消剩餘的FB分組發送，按照CCN分配的信道資源發送業務分組。
圖5為本發明無接入衝突情況下的信道發送時序圖，具體為
CCN發送SR分組宣告預約接入開始，其後有1個預約接入時隙；各有分組發送的節點在該時隙中發送RA分組進行預約；CCN公布接入結果，宣告RA分組發送成功；之後進入業務分組發送階段，CCN和各成功接入節點交替發送業務分組，即先由CCN發送業務分組(Packet，簡稱PKT)，其中可附帶輪詢某一成功接入節點，其後該成功接入節點或相關成功接入節點發送業務分組，即在其分配的信道資源上發送業務分組，接著CCN再發送業務分組，之後為另一成功接入節點發送業務分組，依此類推，CCN和所有成功接入節點交替發送業務分組；交替發完後進入下一次預約接入和業務分組發送階段，重複上述步驟。如果成功接入節點完成本次會晤的所有業務分組發送，那麼該節點釋放資源，在本次會晤的最後一個業務分組發送中附帶釋放信道資源標誌，CCN收到後，從這之後的下一幀起可以在此信道資源上安排其他成功接入節點的業務分組發送。
當CCN的業務分組隊列不空時，各種控制分組，包括SR、RB和FA等分組，均可被附帶相應控制標誌的業務分組代替。當發送節點沒有業務分組發送時，它將在最後一個業務分組中附帶結束標誌，這樣，CCN從下一幀後就不再輪詢它、把信道資源留給其他節點使用。當信道上的業務分組發送隊列達到最大值(即無空閒信道資源)時，CCN就取消預約接入階段，在輪詢完本幀的節點後直接開始下一幀的業務分組發送，待有節點使用完信道、釋放信道資源後再允許接入。這些策略都可以大大降低信道控制開銷、提高信道吞吐量。
在本實施例在無接入衝突情況下，無需衝突分解過程，其理論上的信道吞吐量為S＝2NPKTtPKT/[tSR+tRB+NRAtRA+2NPKTtPKT]。
其中，S為信道吞吐量，tPKT、tSR、tRA、tRB和tFB分別為業務分組、SR分組、RA分組、RB分組和FB分組的發送時間，NPKT為信道上每輪交替業務分組發送中各節點的業務分組數目，NRA為每次預約接入階段中RA時隙的數目，本實施例中，NRA＝1。每一輪幀長固定情況下，NPKT與NRA和tRA有關，每一輪的幀長也可以隨節點接入情況靈活變化。
圖6為本發明有接入衝突情況下的信道發送時序圖，具體為CCN發送SR分組宣告預約接入開始，其後有1個接入時隙；各有分組發送的節點在該時隙中發送RA分組進行預約；CCN宣告RA分組發送碰撞，之後進入預約衝突分解階段，每個衝突分解階段中有至多NVID個FB和FA微時隙；各接入衝突節點根據CCN所分配的VID的各二進位位依次在各個FB微時隙上發送或偵聽，若VID此二進位位為1，代表在相應FB微時隙上發送FB分組；若VID此二進位位為0，代表在相應FB微時隙上偵聽，期間在各FB微時隙之後的FA微時隙上偵聽CCN的廣播結果；若CCN在相應FB微時隙上收到無碰撞FB分組，那麼CCN在此FB微時隙之後的FA微時隙上宣布接入成功，即發送FA成功分組，並給成功接入節點分配相應的資源；若CCN在相應FB微時隙上收到有碰撞的FB分組，那麼CCN立即在此FB微時隙之後的FA微時隙上發送FA忙音分組，歷時整個FA微時隙，告知各節點此次FB微時隙上有多個節點發送FB分組；若CCN在相應FB微時隙上沒有收到FB分組，CCN在此FB微時隙之後的FA微時隙上發送FA空閒分組，告知各節點此次FB未有發送；其他之前未能跟發FB分組的接入節點收到FA忙音分組或FA成功分組後取消之後原定的FB分組發送；CCN發送完FA成功分組後，發送RB分組公布接入結果；CCN和各成功接入節點交替發送業務分組，即先由CCN發送業務分組，其中可附帶輪詢某一成功接入節點，其後該成功接入節點或相關成功接入節點發送業務分組，即在其分配的信道資源上發送業務分組，接著CCN再發送業務分組，之後為另一成功接入節點發送業務分組，依此類推，CCN和所有成功接入節點交替發送業務分組；交替發完後進入下一次預約接入和業務分組發送階段，重複上述步驟。如果成功接入節點完成本次會晤的所有業務分組發送，那麼該節點釋放資源，在本次會晤的最後一個業務分組發送中附帶釋放信道資源標誌，CCN收到後，從這之後的下一幀起可以在此信道資源上安排其他成功接入節點的業務分組發送。
本實施例在有接入衝突情況下，進行了衝突分解過程，其理論上的最小信道吞吐量為S＝2NPKTtPKT/[tSR+tRA+tRB+NVID(tFB+tFA)+2NPKTtPKT]。
其中，tFA為FA分組的發送時間，NVID為每次預約接入衝突分解階段中FB和FA時隙的最大數目，亦即VID的二進位位數。
FA成功分組可以取代RB分組，或者可以利用RB分組代替FA成功分組。預約衝突分解階段可以有多個，可以根據剩餘空閒信道資源和接入衝突的情況增大或減少預約衝突分解階段的數目。每一個預約衝突分解階段最長為NVID(tFB+tFA)，即只要接入結果一見分曉即發RB分組或FA成功分組。
本實施例中，FB分組中可以含有節點ID號，若僅有一個節點發送FB分組，則CCN可以知道是哪個節點成功接入。如果FB分組中不含有節點ID號，則CCN利用在FA成功分組或RB分組中宣告在哪些FB微時隙上發送FB分組的節點獲得信道使用權的方法通告相應節點使用所分配的信道資源。
圖7為本發明衝突分解階段處理實例的信道發送時序圖，具體為CCN發送SR分組宣告預約接入開始，其後有上個接入時隙；各有業務分組發送的節點在該時隙中發送RA分組進行預約。
CCN宣告RA分組發送碰撞，進入預約衝突分解階段，這裡NVID＝5，即衝突分解的最大可能範圍為5(tFB+tFA)，CCN為各接入節點分配的虛擬身份號VID分別為VIDA＝00101，VIDB＝01001，VIDC＝01110，VIDD＝01010。
各接入衝突節點A、B、C和D根據CCN所分配的VID在各個FB微時隙上依次發送或偵聽；在第一個FB微時隙中，由於各節點VID的第一位均是0，所以頭一個FB微時隙無FB分組發送，之後CCN在FA微時隙上發送FA空閒分組，各節點收到後得知自己還可以繼續參與接入過程；在第二個FB微時隙中，由於節點B、C和D的VID的第二位是1，所以第二個FB微時隙有節點B、C和D的FB分組發送，之後CCN在FA微時隙上發送FA忙音分組，節點A收到後知道自己此次接入失敗，取消預定的將在第三、第五個FB微時隙上的FB分組發送，如圖7中虛框的FB分組所示，這是由於節點A聽到了CCN發送FA分組後得知已有節點先於本節點競爭，因而取消其預定的FB分組發送；而節點B、C和D收到後得知自己還可以繼續參與接入過程，將繼續根據其VID在下一個FB微時隙上發送或偵聽；在第三個FB微時隙中，由於只有節點C的VID的第三位是1，所以在第三個FB微時隙只有節點C的FB分組發送；之後CCN在FA微時隙上發送FA成功分組，表明節點C的預約接入成功，節點B和D接入失敗，退出接入過程；此時，節點C也將停止預定的在第四個FB微時隙的FB分組發送，如圖7中虛框的FB分組所示，因為此時此次預約衝突分解結果已經出來，成功接入節點無需再發送其剩餘的預定FB分組。
之後進入業務分組發送階段，CCN和各成功接入節點交替發送業務分組；各成功接入節點發完一輪業務分組後，進入下一次預約接入和業務分組發送階段，重複上述步驟。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，包括中心控制節點公布節點發送的預約接入分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段為數個依次設置的預報突發和預報確認微時隙；在預報突發微時隙上，各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組，中心控制節點接收所述預報突發分組；在其後的預報確認微時隙上，中心控制節點發送結果，各接入衝突節點偵聽所述結果；節點成功接入後，中心控制節點發送結果廣播分組。
2.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，所述預報突發和預報確認微時隙為至多NVID個，其中NVID為所述虛擬身份號的二進位位數n，n與中心控制節點所轄節點數的關係是節點數在2n-1+1～2n範圍內。
3.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，所述各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組具體為各接入衝突節點依據其虛擬身份號的各二進位位依次在預報突發微時隙上進行發送或偵聽操作，若該位為1，則在所在預報突發微時隙上發送預報突發分組；若該位為0，則在所在預報突發微時隙上偵聽。
4.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，所述中心控制節點發送結果具體為當接收到的預報突發分組發生碰撞時，中心控制節點發送歷時整個預報確認微時隙的預報確認忙音分組；當未接收到預報突發分組時，中心控制節點發送預報確認空閒分組；當接收到的預報突發分組未發生碰撞時，中心控制節點發送預報確認成功分組，並給成功接入節點分配相應的資源。
5.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，所述各接入衝突節點偵聽所述結果具體為當偵聽的結果為預報確認忙音分組時，發送預報突發分組的節點轉到下一個預報突發微時隙上偵聽或發送預報突發分組，其它未能跟發預報突發分組的節點取消所有預定發送；當偵聽的結果為預報確認空閒分組時，節點轉到下一個預報突發微時隙上偵聽或發送預報突發分組；當偵聽的結果為預報確認成功分組時，成功接入的節點取消剩餘的預定發送，其它節點退出接入過程。
6.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，還包括中心控制節點廣播預約開始分組宣告預約接入開始，其後有相應的預約接入時隙；各有分組發送的節點在所述預約接入時隙中發送預約接入分組進行預約。
7.如權利要求1所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，還包括成功接入的節點在中心控制節點分配的信道資源上發送業務分組。
8.如權利要求1～7任一所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，還包括中心控制節點根據接入衝突和業務分組發送情況周期性分配和廣播其所轄節點的虛擬身份號。
9.如權利要求1～7任一所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，還包括中心控制節點根據當前空閒信道資源和接入衝突情況確定所述預約接入時隙的數目。
10.如權利要求1～7任一所述的無衝突按需多址接入方法，其特徵在於，還包括中心控制節點根據當前空閒信道資源和接入衝突情況確定所述衝突分解階段的數目。
全文摘要
本發明涉及一種無衝突按需多址接入方法，包括中心控制節點公布節點發送的預約接入分組出現碰撞並啟動衝突分解階段，每一衝突分解階段為數個依次設置的預報突發和預報確認微時隙；在預報突發微時隙上，各接入衝突節點根據其虛擬身份號偵聽或發送預報突發分組，中心控制節點接收所述預報突發分組；在其後的預報確認微時隙上，中心控制節點發送結果，各接入衝突節點偵聽所述結果；節點成功接入後，中心控制節點發送結果廣播分組。本發明通過在預約接入階段中進行衝突分解處理的技術方案，可以保證接入衝突節點快速接入信道、獲得信道使用權，儘可能地增大業務分組發送的時間，提高信道吞吐量。
文檔編號H04B7/204GK101035074SQ20071006402
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者劉凱, 張軍, 王大鵬, 李漢濤 申請人:北京航空航天大學