一種無線蜂窩網中數據的傳輸方法及裝置與流程

2023-12-07 19:50:56

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種無線蜂窩網中數據的傳輸方法及裝置。

背景技術：

按照目前無線蜂窩網中的通信方式，一次上行數據的傳送過程包括：隨機接入請求、無線資源的分配及連接建立、數據鏈路層連接建立、身份的提供、加密啟動、數據的傳送、數據鏈路連接釋放以及無線資源的連接釋放；對於下行數據傳送過程，除了包含與上行數據傳送過程相同的處理流程外，在隨機接入網絡之前，還包括尋呼過程。因此可見，為完成數據的傳輸，所要花費的通信過程信令量很大。

上述無線通信技術能夠在一定程度上滿足通信的需要。然而，未來存在大量設備同時接入而形成的物聯網需求。

在大量的物聯網設備中，有時設備每次通信的數據量很小，如果使用現有的無線蜂窩網中的數據傳輸方法來傳輸所述小數據，會導致通信系統效率低下，通信過程的信令開銷大。

技術實現要素：

本發明解決的問題是如何提高通信系統的效率，降低通信過程中的信令開銷。

為解決上述問題，本發明實施例提供一種無線蜂窩網中數據的傳輸方法，所述方法包括：偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態達到預設的第一時長，其中，所述物聯通信共享信道由基站提供，適於傳輸所述數據；當所述物聯通信共享信道處於空閒狀態達到所述第一時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，且所述信息幀中包括欲發送端的身份標識信息；信息幀發送完畢後，在預設第二時長內接收到應答數據幀時， 且所述應答數據幀指示所述信息幀傳送正確時，確定完成所述數據的傳輸，所述第一時長大於所述第二時長。

可選地，所述方法還包括：當確定所述物聯通信共享信道處於繁忙狀態時，繼續偵聽所述物聯通信共享信道，且在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據；所述第三時長等於時隙與一隨機數的乘積再與所述第一時長之和。

可選地，所述隨機數通過二進位指數退避算法取值。

可選地，所述第一時長為分布式幀間間隙。

可選地，所述第二時長為短幀間間隔。

可選地，所述方法還包括：當所述應答數據幀指示所述信息幀傳送錯誤時，重新執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

可選地，所述方法還包括：當在所述第二時長內未收到所述應答數據幀時，重新執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

可選地，所述方法還包括：當重新傳輸所述數據至預設的次數時，放棄傳輸所述數據，並輸出錯誤警告信息。

可選地，所述應答數據幀為ack幀。

可選地，所述欲發送端的標識信息存儲於所述信息幀的mac頭或分組數據匯聚協議層中。

本發明實施例提供了一種無線蜂窩網中數據的傳輸裝置，所述裝置包括：信道偵聽單元，適於偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態達到預設的第一時長，其中，所述物聯通信共享信道由基站提供，適於傳輸所述數據；數據發送單元，適於當所述物聯通信共享信道處於空閒狀態達到所述第一時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，且所述信息幀中包括欲發送端的身份標識信息；確定單元，適於在預設第二時長內接 收到應答數據幀時，且所述應答數據幀指示所述信息幀傳送正確時，確定完成所述數據的傳輸，所述第一時長大於所述第二時長。

可選地，所述信道偵聽單元，還適於當確定所述物聯通信共享信道處於繁忙狀態時，繼續偵聽所述物聯通信共享信道；所述數據發送單元，還適於在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據；所述第三時長等於時隙與一隨機數的乘積再與所述第一時長之和。

可選地，所述隨機數通過二進位指數退避算法取值。

可選地，所述第一時長為分布式幀間間隙。

可選地，所述第二時長為短幀間間隔。

可選地，所述裝置還包括：第一數據重傳單元，適於當所述應答數據幀指示所述信息幀傳送錯誤時，使得所述信道偵聽單元執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

可選地，所述裝置還包括：第二數據重傳單元，適於當在所述第二時長內未收到所述應答數據幀時，使得所述信道偵聽單元執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

可選地，所述裝置還包括：計時單元，適於記錄重新發送所述數據的次數；警告單元，適於當重新發送所述數據至預設的次數時，放棄傳輸所述數據，並輸出錯誤警告信息。

可選地，所述應答數據幀為ack幀。

可選地，所述欲發送端的標識信息存儲於所述信息幀的mac頭或分組數據匯聚協議層中。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

通過在物聯通信共享信道處於空閒狀態達預設的第一時長時，以包含有欲發送端的標識信息的信息幀的格式發送所述數據，信息幀發送完畢，並在第二時長後，收到指示所述信息幀傳送正確的應答數據幀時，即確定完成所 述數據的傳輸，這一數據傳輸過程無須隨機接入網絡、無線資源分配及連接建立、數據鏈路連接建立、身份的提供、加密啟動、數據的傳送、數據鏈路連接釋放、無線資源的連接釋放這些通信步驟，故可以降低通信過程中的指令開銷，並可以提高通信系統的效率。

進一步，在確定所述物聯通信共享信道處於繁忙狀態時，通過繼續偵聽所述物聯通信共享信道，且在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長時，開始利用所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，而所述第三時長等於時隙與一隨機數的乘積再與所述第一時長之和，從而可以避免兩個或多個欲發送端同時再次嘗試傳輸數據而造成的通信衝突，故有助於通信負荷的平滑。

附圖說明

圖1是本發明實施例中的一種無線蜂窩網中數據的傳輸方法的流程示意圖；

圖2是本發明實施例中一種信息幀的結構示意圖；

圖3是本發明實施例中一種通信網絡層級結構示意圖；

圖4是本發明實施例中另一種信息幀的結構示意圖；

圖5是本發明實施例中的一種物聯通信共享信道的空口時序圖；

圖6是本發明實施例中的一種無線蜂窩網中數據的傳輸裝置的流程示意圖。

具體實施方式

按照目前無線蜂窩網中的通信方式，一次上行數據的傳送過程包括：隨機接入網絡、無線資源分配及連接建立、數據鏈路層連接建立、身份的提供、加密啟動、數據的傳送、數據鏈路層連接釋放以及無線資源的連接釋放；對於下行數據傳送過程，除了包含與上行數據傳送過程相同的處理流程外，在隨機接入網絡之前，還包括尋呼過程。因此可見，為完成數據的傳輸，所要花費的通信過程信令量很大。

上述無線通信技術能夠在一定程度上滿足通信的需要。然而，未來存在大量設備同時接入而形成的物聯網需求。

在大量的物聯網設備中，有時設備每次通信的數據量很小，如果使用現有的無線蜂窩網中的數據傳輸方法來傳輸所述小數據，會導致通信系統效率低下，通信過程的信令開銷大。

為解決上述問題，本發明實施例通過在物聯通信共享信道處於空閒狀態達一定時長時，以包含有欲發送端的標識信息的信息幀的格式發送所述數據，並在收到指示所述信息幀傳送正確的應答數據幀時，確定完成所述數據的傳輸，這一數據傳輸過程無須隨機接入網絡、無線資源資源分配及連接建立、數據鏈路層連接建立、身份的提供、加密啟動、數據的傳送、數據鏈路層連接釋放、無線資源的連接釋放這些通信步驟，故可以降低通信過程中的指令開銷，並可以提高通信系統的效率。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

以下提供了本發明實施例中的一種無線蜂窩網中數據的傳輸方法，下面結合圖1對所述方法進行詳細介紹，所述方法可以包括如下步驟：

s11:偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態達預設的第一時長t1。

在具體實施中，所述物聯通信共享信道適於傳輸通信數據，可以被多個終端與基站共享使用，也就是說，多個終端或基站均可以有權限使用所述信道傳輸數據，但同一時刻，只能有一個終端或基站佔用所述信道。並且所述信道可以由基站提供，比如基站可以確定所述信道的頻率等傳送參數，然後將所述傳送參數通過廣播的形式通知其它的基站以及終端。

需要說明的是，為便於本領域技術人員更好地理解和實現本發明，本文均以欲發送端來表示將要使用所述物聯通信共享信道來傳輸數據的設備。並且，如前面所述，所述設備可以為終端，也可以為基站。

由於所述物聯通信共享信道可以被多個終端與基站共享使用，故在本發明一實施例中，為了避免通信衝突，在使用所述信道發送數據之前，所述欲發送端可以偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態。

在本發明一實施例中，所述第一時長t1可以為分布式幀間間隙(distributedinter-framespacing，difs)。difs為最長的幀間間隔，優先級最低，可以用於異步幀競爭訪問的時延。本領域技術人員根據實際需要，可以設置所述第一時長t1的大小。

當所述物聯通信共享信道處於空閒狀態達預設的第一時長t1時，執行s12；反之，執行s14。

s12：在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，且所述信息幀中包括欲發送端的身份標識信息。

在具體實施中，可以在所述物聯通信共享信道處於空閒狀態達預設的第一時長t1時，以信息幀的形式，在所述物聯通信共享信道上，發送所述數據，這樣一來，就可以避免多個設備同時使用所述信道發送數據。並且所述信息幀中包括欲發送端的身份標識信息，表明欲發送端的身份，以使得接收端可以識別是哪個欲發送端發送了所述數據，從而便於後續接收端對所述數據的接收狀態進行反饋，因此欲發送端的身份標識信息可以為多種形式，比如可以為所述欲發送端的id，也可以為欲發送端的物理地址，還可以為隨機數。

為了防止攻擊及提高數據的安全性，在具體實施中，在以信息幀的形式發送所述數據時，在所述信息幀中，可以對所述數據進行加密。

在本發明一實施例中，所述信息幀的格式可以如圖2所示，所述信息幀結構示意圖包括：mac頭(macheader)、設備標識ueid、加密數據(ciphereddata)及幀校驗序列(framechecksequence，fcs)。

其中：所述macheader用於長包分割重組、傳送、確認、誤包重傳、加解密、完整性檢查等物理層功能的實現，可以加入優先級控制、源地址、目的地址等信息；所述ueid用於標識終端，這是由於終端開啟後會選擇合適的無線網絡和小區，並建立連接，而連接建立過程會涉及獲知終端身份、互鑑權並生成雙方一致的密鑰、臨時身份分配等步驟，所述ueid可以為臨時身份信息，也可以為永久身份信息。為了防止攻擊及信息安全，所述欲發送的數據可以被使用密鑰進行加密，接收端收到加密數據之後，可以通過ueid獲得與所述欲發送端一致的密鑰，來解碼所述加密數據；所述fcs用於誤 包檢測。

在本發明另一實施例中，ueid也可以置於macheader中。

需要說明的是，在圖2示出所述信息幀的格式，只是為了本領域技術人員更好地理解和實現本發明，但並非表示其為所述信息幀的唯一格式，圖2中信息幀的格式並不對本發明的保護範圍構成任何限制。並且所述設備標識ueid可以為終端的標識，也可以為基站的標識，根據欲發送端的不同而不同。在本發明的實施例中，所述終端是指可以在交換數據的計算機設備，包括但不限於手機、筆記本、平板電腦以及車載電腦等設備。

在具體實施中，可以使用圖3示出的通信網絡層級結構來傳輸所述信息幀，所述層級結構包括：物聯通信的應用層(applayer)、網絡層(iplayer)、數據鏈路層(maclayer)及物理層(phylayer)，所述層級結構為從上至下的順序。

其中：物聯信息可以通過ip協議傳送，mac層承載著ip數據包的發送和接收，還負責長包分割重組、載波偵聽多路訪問(carriersensemultipleaccess，csma)、幀發送、加解密、完整性檢查、誤包檢測、確認、誤包重傳等，可加入優先級控制。

在本發明另一實施例中，對於長期演進(longtermevolution，lte)通信網絡，所述信息幀的格式可以如圖4所示。

所述信息幀包括：mac頭(macheader)、媒體連接控制頭(radiolinkcontrolheader，rlc)、分組數據匯聚協議頭(packetdataconvergenceprotocolheader，pdcpheader)、加密數據(ciphereddata)及幀校驗序列(framechecksequence，fcs)。這是由於，加密功能由pdcp層實現，ueid可以置於pdcpheader中，如果目前pdcpheader的空間不夠，可以通過擴展pdcpheader方式來放置ueid，而長包分割重組功能可以由rlc層承擔，mac層可以承擔csma、幀發送，誤包檢測、確認、誤包重傳功能，還可加入優先級控制。這樣一來，可以在對當前的網絡協議層做最小改變的基礎上，實現本發明實施例中的數據傳輸方法。

s13：在所述信息幀發送完畢後預設第二時長t2內接收到應答數據幀，且 所述應答數據幀指示所述信息幀傳送正確時，確定完成所述數據的傳輸，所述第一時長t1大於所述第二時長t2。

由於在信息幀發送完畢後，接收端可以通過fcs判斷數據的正確性，並在預設的第二時長t2內向所述欲發送端回復應答數據幀，而且應答數據幀中攜帶是否成功接收所述數據的信息。因此在具體實施中，如果所述欲發送端可以在所述信息幀發送完畢後的預設第二時長t2內接收到應答數據幀，且所述應答數據幀指示所述信息幀傳送正確時，則可以確定完成了所述數據的傳輸。

在本發明一實施例中，所述第一時長t1大於所述第二時長t2，可以保證應答數據幀的優先發送。

在本發明一實施例中，所述第二時長t2可以為短幀間間隔(shortinterframespace，sifs)，sifs是最小的幀間間隔，因此採用sifs的欲發送端或節點具有訪問無線鏈路的最高優先級，它等於欲發送端或節點從發送狀態切換到接收狀態並能正確解碼所需要的時間，或者從接收狀態轉為發送狀態所需要的時間。本領域技術人員根據實際需要，可以設置所述第二時長t2的大小。

在本發明另一實施例中，所述應答數據幀可以為確認字符(acknowledgement，ack)，在數據通信中，它是接收端發給發送端的一種傳輸類控制字符，表示發來的數據已確認接收無誤。

s14：繼續偵聽所述物聯通信共享信道，且在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長t3時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據。

在具體實施中，如果通過偵聽確定所述物聯通信共享信道處於繁忙狀態時，可以繼續偵聽所述物聯通信共享信道的狀態，且在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長t3時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，所述第三時長t3＝所述第一時長t1+n*時隙。

並且n為隨機數，這樣一來，可以有助於通信負荷的平滑。因為如果不 如此，可能兩個或多個欲發送端同時嘗試傳輸，導致了衝突，之後在相同的時長之後，這些欲發送端又立即嘗試重傳，導致一個新衝突。本領域技術人員可以根據實際需要，設置所述第三時長t3的大小。

圖5示出了本發明實施例中的一種信道的空口時序圖，圖5中從左至右分別為從左至右分別為mediabusy時段、分布式幀間間隙difs、競爭期(contentionperiod，cp)時段、信息幀frame佔用時段、短幀間間隔sifs及ack幀佔用時段。

其中：mediabusy表示信道處於繁忙狀態的時間段；difs表示處於所述信道處於空閒狀態的時長；cp表示等待所述信道的欲發送端被隨機分配等待時長的階段，slot(時隙)表示cp被分為n份後，每一份的間隙大小；信息幀frame佔用時段表示frame佔用所述信道期間；短幀間間隔sifs表示欲發送端從發送frame，到接收ack，所需要準備的時長；ack幀佔用時段表示ack佔用所述信道期間。

下面結合圖5，對以上所述的數據傳輸方法的過程進行描述：當基站或者某一個終端，也就是欲發送端，欲發送數據時，可以先偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態，如果持續difs時長內信道都處於空閒狀態，便可立即進行發送信息幀；如果偵聽到信道處於mediabusy期間，可以繼續不斷偵聽信道的狀態，則需要等待信道持續空閒difs+n*slot才能發送數據，也就是在偵聽到所述信道由繁忙狀態轉至空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達difs+n*slot時，才開始發送所述信息幀。

需要說明的是，n為隨機數，n的取值範圍有很多種，n可以是通過二進位指數退避算法取值。n*slot為競爭期，可以用於解決信道衝突。

在本發明一實施例中，所述n可以通過二進位指數退避算法取值。根據實際需要，本領域技術人員也可以使用其它的算法來為隨機數n賦值。

在具體實施中，如果所述應答數據幀指示所述信息幀傳送錯誤或者在所述第二時長t2內未收到所述應答數據幀時，欲發送端可以重新執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，從而可以重新傳輸所述數據。如果重新傳輸所述數據至預設的次數時，可以放棄傳輸所述數據，並輸出錯誤警 告信息。

綜上所述可知，通過在物聯通信共享信道處於空閒狀態達預設的第一時長時，以包含有欲發送端的標識信息的信息幀的格式發送所述數據，並在第二時長後，收到指示所述信息幀傳送正確的應答數據幀時，確定完成所述數據的傳送，可以避免隨機接入網絡、無線資源的連接建立、身份的提供、加密啟動、數據的傳送、無線資源的連接釋放這些通信步驟，從而可以降低通信過程中的指令開銷，並可以提高通信系統的效率。

為使得本領域技術人員更好地理解和實現本發明，以下還提供了可以實現上述的無線蜂窩網中數據的傳輸方法的裝置，如圖6所示，所述裝置可以包括：信道偵聽單元61、數據發送單元62以及確定單元63，其中：

所述信道偵聽單元61，適於偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態大預設的第一時長，其中，所述物聯通信共享信道由基站提供，適於傳輸所述數據；

所述數據發送單元62，適於當所述物聯通信共享信道處於空閒狀態達所述的第一時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據，且所述信息幀中包括欲發送端的身份標識信息；

所述確定單元63，適於在預設第二時長內接收到應答數據幀時，且所述應答數據幀指示所述信息幀傳送正確時，確定完成所述數據的傳輸，所述第一時長大於所述第二時長。

在具體實施中，所述信道偵聽單元61，還適於當確定所述物聯通信共享信道處於繁忙狀態時，繼續偵聽所述物聯通信共享信道；

所述數據發送單元62，還適於在偵聽到所述物聯通信共享信道由所述繁忙狀態轉至所述空閒狀態並處於所述空閒狀態持續達預設第三時長時，在所述物聯通信共享信道上，以信息幀的形式發送所述數據；所述第三時長＝所述第一時長+n*時隙，n為隨機數。

在具體實施中，所述n通過二進位指數退避算法取值。

在具體實施中，所述第一時長為分布式幀間間隙。

在具體實施中，所述第二時長為短幀間間隔。

在具體實施中，所述裝置還可以包括：第一數據重傳單元64，適於當所述應答數據幀指示所述信息幀傳送錯誤時，使得所述信道偵聽單元61執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

在具體實施中，所述裝置還可以包括：第二數據重傳單元65，適於當在所述第二時長內未收到所述應答數據幀時，使得所述信道偵聽單元61執行偵聽物聯通信共享信道是否處於空閒狀態的操作，以重新傳輸所述數據。

在具體實施中，所述裝置還可以包括：計時單元66，適於記錄重新發送所述數據的次數；

警告單元67，適於當重新發送所述數據至預設的次數時，放棄傳輸所述數據，並輸出錯誤警告信息。

在具體實施中，所述應答數據幀為ack幀。

在具體實施中，所述欲發送端的標識信息存儲於所述信息幀的mac頭或分組數據匯聚協議層中。

本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於以計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括：rom、ram、磁碟或光碟等。

雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。