CN102548003A

CN102548003A - 智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法

Info

Publication number: CN102548003A
Application number: CN2012100653530A
Authority: CN
Inventors: 纪越峰; 杜宗鹏; 王宏祥
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明是智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，主要涉及60GHz毫米波RoF系统的WALN网络的MAC层协议设计，以及智能光载无线系统中的光波和微波资源的动态调度。为了减轻光纤延时对于60GHz的RoF WALN网络的影响，本发明提出了一种频分和时分复用相结合的多通道的微波资源分配方法，其中包括了两个专用的控制通道以及若干个数据通道。多通道的设计有效地减轻RoF网络中的光纤延时带来的影响，提高系统的吞吐量和保证较小的延时和切换时间。基于多通道的微波资源分配方法的RoF系统能够对网络中的光波与微波资源进行联合调度，同时也支持资源的按需分配，从而实现了网络的动态可重构和资源的高效利用。

Description

智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法

技术领域

本发明涉及智能光载无线系统中的一种多通道微波资源调度方法，尤其涉及60GHz毫米波RoF系统的WALN网络的频分与时分结合的MAC层协议的设计，以及RoF系统中的光波与微波资源的联合调度方案。

背景技术

光载无线(RoF，Radio over Fiber)技术结合了光纤和高频无线电波传输的特点，实现了大容量、低成本的射频信号有线传输和大带宽无线接入。RoF系统一般包含三个部分：中心站(CO，Central Office)、光纤链路和基站(BS，Base Station)。因为RoF的基站结构简单，也被称为远端天线单元(RAU，Remote Antenna Unit)。

RoF通信系统将基站的复杂的信号和逻辑处理移到了中心站，用光纤透明的传送射频信号，从而使基站成为简单的光信号与射频信号的转发单元。一方面，简化的基站设计减小了能耗，降低了成本；另一方面，由于各种无线服务可以透明的在中心站集中处理，中心站可以动态的调配资源，实现资源的高效利用。

光无线宽带接入网络按照RF(Radio Frequency)载频分为两类：微波(频率一般在10GHz以下)和毫米波(MMW)。微波系统主要用于支持现有的无线信号分发，例如2/3/4G，WiFi信号，以及将来的超宽带UWB(Ultra-wideband)，认知无线电系统；毫米波系统主要用于某些特定的区域的宽带通信的无线信号覆盖，如医院，办公楼，机场。

随着毫米波技术的迅速发展，60GHz频段的已经成为了宽带无线数据传输的主要的备选技术之一。60GHz的毫米波将把无线数据传输速率推进到Gbit/s级别，同时该频段无需授权使用，芯片体积小，易于集成。本专利申请主要针对毫米波RoF系统的无线局域网络WLAN(Wireless Local Area Networks)应用。

一些基于60GHz毫米波通信的RoF技术已经开始走向商用，其主要的应用驱动在于大带宽的高清电视HDTV信号的传输。现有的60GHz无线通信技术主要应用在无线个人域网络WPAN(Wireless Personal Area Network)当中，其相关的标准主要有IEEE 802.11ad，IEEE802.15.3c，WirelessHD和WiGig协议。针对多用户应用的WLAN网络的60GHz的毫米波技术应用目前还处于起步阶段。

一个典型的RoF的网络架构包含一个中心站和多个基站。为了节省光纤，中心站和基站之间网络拓扑一般是树状结构，或者是环状结构。星型结构虽然比较简单，但是由于成本问题，一般应用在距离较短的光纤连接中。在RoF的网络架构中，波分复用WDM技术被广泛的应用，该技术可以通过一根光纤为每个基站提供独立的波长通道。这些基站可以连接到不同类型的终端中，从而实现泛在接入。

目前的RoF网络架构中的波长分配策略主要以静态分配为主，即每一个RAU被分配一个专用的波长。这样，该RAU就可以使用一个简单的滤波器件来得到中心站发给它的数据。在这种机制中，可用的波长的数目至少要等于RAU的数目。

静态配置的RoF网络架构结构简单，易于实现，但是每个基站会被分配固定的波长，无法实现动态的资源调配。

在RoF网络中，由于载频的提高，基站越来越小，数目越来越多，每个基站能够提供的接入带宽越来越大，同时各个基站之间的流量分配可能非常不平均。因此，在这种新的网络环境下，有必要构建一个动态可重构的，可以实现微波光波资源联合调度的智能的网络架构。在这种网络架构中，可以实现用较少的波长满足较多的基站的接入请求。

智能光载无线系统中资源的高效利用既包含了光波部分的资源调度，也包括了微波部分的资源调度。目前，在光波部分，实现动态的波长调度的方案主要有两种：一种是在CO和各个基站之间设置一个光交叉连接器OXC来进行波长调度；另一种是在每个RAU上部署可调谐光滤波器，使得在中心站的控制之下每个RAU可以动态的选择波长。

光波资源的调配发生在中心站与基站之间，微波资源的调配发生在基站与用户端之间。这些用户端在WLAN网络中又被称为移动终端MT(Mobile Terminal)。

在一个多用户的接入网络中，各个终端有效合理的共享链路资源需要MAC层协议的协调。MAC层协议需要考虑如何将有限的链路资源分配给多个终端，使各个终端能有效且公平的共享带宽，以提高系统的吞吐量和降低延时。

无线MAC协议如果按照网络结构分，可以分为分布式MAC协议和集中式MAC协议。在高频的RoF技术的无线网络中，一般采用集中式MAC协议，由中心站直接与用户终端进行信号通信，实现微波与光波资源的联合分配。

适用于60GHz RoF系统WLAN网络的MAC协议还在制定当中，这其中的关键技术包括控制通道的实现，资源的分配调度等。它的设计可以参考现在的蜂窝移动通信系统，IEEE801.11的无线局域网和IEEE 802.16的宽带无线城域网技术中的MAC协议，并按照60GHz毫米波通信和RoF网络通信的特点加以修改。

60GHz的RoF网络的特性给它的WALN MAC的设计提出了几个特有的要求：

1.RoF系统要求一个简化的基站结构，RAU只实现最基础的功能，所有的逻辑处理和复杂的控制功能都放在中心站统一调度。这就使得无线终端之间的资源调配不能在本小区(该RAU的覆盖范围之内)完成，而需要与中心站通信。这与已有的WLAN MAC协议有着较大的差别。

2.在无线终端与中心站通信时，控制信令会穿过一个混合的光无线网络，相对于传统的WLAN MAC这会带来显著的延时增加，必须在设计MAC协议时予以考虑。

3.RoF系统不仅包括了微波部分的资源调度，还包括了光波部分的资源调度。

4.60GHz网络的小区较小，带宽较大，用户移动会带来频繁切换的问题，因此MAC协议设计时需要保证较小的切换延时时间，减小切换给用户带来的影响。

5.60GHz网络的特有的问题，60GHz通信的视距LOS(Line-Of-Sight)需求使得它对于隐藏终端(HNT，Hidden Node Terminal)问题非常敏感。即使是RAU与各个无线用户终端之间建立起了LOS连接，各个无线用户终端之间却不一定能满足LOS的需求。这使得这些节点不可能实现自管理。

60GHz的无线网络的HNT问题是指这样一种情况：RAU与各个无线用户终端之间建立起了LOS连接，但是各个无线用户终端之间却不一定能满足LOS的需求。例如，一个60GHz的RAU可以被放在一个房间的天花板上，这样就保证了各个无线节点到RAU的LOS，然而所有的无线节点的都在办公区域中，它们有类似的高度，任何的一个在同样高度的障碍物将会阻隔两个节点之间的LOS。这种场景就使得基于Carrier Sense Multiple Access(CSMA)协议的设计都不能被采用，需要RAU能够保证无线介质的可用性。

发明内容

本发明针对60GHz RoF网络的WLAN MAC协议的设计，提出了一种频分和时分复用相结合的多通道的微波资源分配方法。

在RoF网络中，无线节点与CO之间直接通信来进行容量分配的协商，其中没有RAU模块的干涉，RAU只是实现简单的转发功能。这种消息的交换需要经过一个混合的光无线网络。相对于传统的WLAN MAC，这种方式会带来显著的延时增加。

如果采用时分复用的方式(这种方式会为信令通信和数据通信分别分配专门的时间片)，那么因为延时增加，一方面MT与CO的通信会占用较长的时间片，另一方面MT只有等待到分配给它的时间片才能开始与CO的通信，又导致了系统延时和切换时间的延长。

60GHz WALN面向着带宽较大的无线接入应用，如果信令数据占据了较长的时间片就会影响数据带宽，从而导致微波资源利用率的下降；同时，60GHz WLAN小区较小，用户移动会引起频繁的切换，而MT与CO之间的通信延时较大会导致较大的切换延时，从而影响系统性能和用户体验。因此单纯的时分复用的方式不能很好的满足60GHz RoF WLAN网络的MAC协议的设计需求。

本发明中的多通道的微波资源分配方法采用频分和时分复用相结合的方案来解决60GHzWALN RoF网络的微波资源调配的问题。

对于60GHz频段的可用频率，本发明将其划分为了六个部分，分别对应六个通道，包括一个信号信令控制通道，一个资源请求控制通道，一个上行数据通道和三个下行数据通道。其中四个数据通道中的上行数据和下行数据通道的比例可以根据各个终端的带宽请求的不同而改变。

第一个控制通道是信号信令通道，它占用可用频率中的一小部分，用于信号信令(BeaconSignal)的通信，它的主要作用是周期性的触发无线节点，进行Beacon Signal的交换，同时提供同步功能。

第二个控制通道是资源请求通道，它也占用可用频率中的一小部分，用于解决各个MT的微波资源分配问题，其相应的帧被定义为资源请求帧(RRF，Resource Requesting Frames)。在该通道中，采用轮询(Poll)的方式来解决各个终端的注册和授权的问题。

其它的四个通道为数据通道，其对应帧为数据帧(DF，Data Frames)。其中的关键是上行数据通道的实现，本发明采用了轮询的方式来为同一个RAU中的多个MT分配上行接入带宽。下行数据通道的通信采用了CO广播和RAU按地址接收的方案。

本发明的技术方案包括以下几个步骤：

1.RAU激活过程：CO通过控制通道向所有的RAU发送Beacon Signal，如果该RAU内有MT存在，并且有传输数据的意愿，则该MT返回一个持续时间相同的Beacon Signal，让CO了解该RAU内有用户，并且请求被分配带宽资源。

2.MT注册过程：CO在分配给有用户的RAU光波资源后，通过该RAU的资源请求通道进一步分配微波资源，具体方式是在一个RRF帧中发送一个POLL消息，该消息中包含了该RAU的ID，但是不指定接收的节点，该RAU覆盖的所有的MT都会收到这个消息，如果收到这个消息的MT有传输数据的意愿，则回复自己的ID，CO收到此ID后，发回一个ACK消息，该消息除了确认节点注册完成外，同时包含了一个下行数据通道号，用于告知该MT被分配的下行通道。如果有两个MT同时回复自己的ID，就会产生冲突，导致两个ID分组都会无法读取，CO将不能回复ACK消息，这两个节点分别等待一段随机的时间，在收到POLL消息后再次试图回复ID消息。如果有两个以上的MT同时回复自己的ID，同样会产生冲突，其处理过程类似。

3.上行数据传输：CO在RAU的上行数据通道的一个DF帧中发送一个POLL消息，该消息包含了已经在RAU注册的一个MT的ID。MT收到该POLL消息后，检查如果ID匹配，则确认该时间片是分配给它的，这时该MT就可以向CO发送自己的数据。CO的确认ACK消息将采取延缓发送的策略，与下一次CO向该MT发送的POLL消息一同发送。在该步骤当中，如果该MT在连续若干个分配的时间片内没有数据发送，则认为该MT不再活跃，CO将其从该RAU注册的MT列表中删除。如果该MT又要传输数据，则需要重新按照步骤2在资源请求通道中注册。

4.下行数据传输：CO在MT对应的下行数据通道中的一个DF帧中向该MT发送数据，该DF帧包含了ID和数据两个部分。MT收到DF帧后，如果ID匹配，则确认该DF帧是发送给它的。

如果MT从一个小区移动到另外一个小区，则原小区里的上行数据传输过程中分配给该MT的时间片内MT不会有回应，这样若干次以后，CO认为原小区内该MT不再活跃，将其从该RAU注册的MT列表中删除。MT进入到新的小区，在资源请求通道中会收到POLL消息，但是检查该消息的RAU的ID就会发现与之前不一样，从而意识到它进入了一个新的小区，此时该MT将重新在资源请求通道中注册，再进行数据传输。

如果该MT新进入的小区的RAU不活跃，该MT则需要在控制通道中回复Beacon Signal来激活该RAU，之后重复上面的过程。

如果某个RAU的MT都被CO从注册的MT列表中删除了，则CO认为这个RAU内已经没有用户了。此时如果有必要，CO可以收回分配给这个RAU的波长，将其分配给其它需要分配波长的RAU。被收回数据波长的RAU进入未激活状态，这时它通过监听控制波长来等待激活。

本发明中的多通道的微波资源分配方法能够很好的解决60GHz RoF WLAN网络的光波与微波资源的联合调度的问题，其多通道的设计能有效地减轻RoF网络中的光纤延时带来的影响，提高系统的吞吐量和保证较小的延时和切换时间。

附图说明

附图1展示了60GHz RoF WLAN网络的基本架构，其中包括一个中心站和m个RAU，每个RAU对应了一个LAN网络，每个LAN网络中包含了多个用户，同时该图表明了CO与MT之间的通信通过了一个光纤与无线混合的网络。

附图2展示了提出的多通道结构，共分为六个通道，该例子中包含四个数据通道和两个控制通道，并展示了通道中包含的帧或信号。

附图3展示了一个MT在CO的注册和RAU的激活的流程图，其中左侧为CO的操作，右侧为MT的操作。

附图4展示了MT与CO进行上行数据通信的过程，其中左侧为CO的操作，右侧为MT的操作。

附图5展示了RRF帧对应的格式，以及上行通道中的数据帧和下行通道中的数据帧对应的格式，其中使用了CO与一个ID为A的MT作为例子。

附图6展示了提出的方法的控制波长对和数据波长对的光频谱分配方案。这里假设了它们都采用了单边带调制的方案，载波之间相距100GHz。控制波长主要调制的是信令信号通道的微波数据，相对的，数据波长在下行时需要同时调制六个通道的微波数据，上行时需要调制两个控制通道的信号和一个上行数据通道的微波信号。

附图7展示了提出的方法的RAU的内部结构，以及其在未激活状态和激活状态下的工作方式。在未激活时，RAU默认接收控制波长的信号。

附图8展示了分组重新调度的方法在RRF通道中的应用的时序图。其中，ACK消息被一个后续的POLL分组携带。为了避免匹配错误，POLL消息和ACK消息中加入了序列号。

具体实施方式

本发明中提出的微波资源的调度方法是RoF系统中的资源调度实现机制的一部分。一个典型的RoF WLAN网络如同附图1所示。中心站到远端接入单元是一个基于光纤的网络，远端接入单元到用户终端是一个基于无线的网络。

RoF系统要实现光波与微波资源的联合调度一般分为两个步骤，它们对应了两轮相互独立的竞争过程。第一轮的竞争负责分配光容量到一组从属于同一个RAU单元的无线节点，第二轮竞争负责将分配给这个用户集合的带宽进一步分配给每个无线节点。第一轮主要关注光波资源的调度，第二轮主要关注微波资源的调度。

本发明主要关注的是第二轮的竞争，但是RoF系统中的光波上的控制通道和资源调度的实现是本发明的实现基础。光网络中的控制通道需要一个专用的控制波长，通过它可以实现光波资源的调度，即为活跃的RAU分配一个可用的波长。它的实现方式可以采用类似于George Kalfas和Nikos Pleros在An Agile and Medium-Transparent MAC Protocol for 60GHzRadio-Over-Fiber Local Access Networks(发表在J.Lightwave Technol.，vol.28，no.16，pp.2315-2326，Aug.2010)一文中提到的MT-MAC(介质透明MAC协议)方案。该方法是一种基于可调谐波长滤波器的方案，如同前文所述，也不排除采用OXC来调度波长的方案。

对于第二轮的竞争中的延时增加的问题，如果采用单纯的时分的方法，会导致信令通信占据较大的时间片，影响系统的吞吐量，延时和切换时间。本发明提出的频分和时分复用相结合的多通道的微波资源分配方法可以有效的改善延时增加的问题所带来的影响。

60GHz的毫米波主要用于室内通信，可用的带宽大约为57～64GHz，在其中可以划分出很小的一部分来专门用于传输RRF帧，同时划分出一小部分的频段用于信号信令的通信。为了进一步减少时延带来的影响，本发明中的方法将可用的数据通道进一步划分为几个子数据通道。例如，可以将60GHz的可用的带宽分为四个数据频带(中心频率分别在在57.9GHz，59.3GHz，61.7GHz，63.1GHz)和两个控制频带(中心频率在60.25GHz，60.75GHz)，如附图2所示。两个控制频带的带宽是每个0.1GHz，四个数据频带上带宽是每个1GHz。

RoF网络中光纤网络的引入带来的时延的增加会导致无线网络在消息传输时的确认时间较慢。这时，在高速的网络环境中，时分复用的MAC协议的传输效率会受到影响。在本发明的基于多通道的方法中，中心站和终端在等待反馈的同时，还可以在其它的通道上传输数据，从而提高了资源的利用率，以及系统的吞吐量。同时，两个专门的控制通道可以有效地优化系统延时。

附图3展示了一个MT在CO的注册和RAU的激活的流程图，MT注册完成之后，就会被分配相应的带宽资源用于通信。这个步骤中主要用到的是资源请求控制通道，其RRF帧对应的格式在附图5中被详细说明。

附图4展示了MT与CO进行上行数据通信的过程。下行数据通信的过程比较简单，不需要MT回复内容。上行通道中的数据帧和下行通道中的数据帧对应的格式被展示在附图5中。

除了在MT初始化时需要与CO通信进行注册以外，还有两种情况MT需要重新注册。一种是MT进入一个新的小区，它在RRF通道中收到的POLL消息里会发现其中的RAU的ID发生了变化，从而重新开始通过RRF通道注册；另一种是MT有一段时间没有数据传输行为，因此被CO从该RAU注册的MT列表中删除，这时MT如果又想传输数据，但是又无法等待到分配给自己的时间片，也需要重新通过RRF通道注册。

在光波部分，未激活的RAU都接入到专门的控制波长对{λ_c，λ′_c}，它们被用来承载信号信令控制通道的信令，其光频谱如同附图6(a)所示；激活的RAU的所有的信息都需要由该RAU分配的波长对{λ_k，λ′_k}来承载，如同附图6(b)所示。在光波上承载多个频段的数据和控制信息需要用到子载波复用(SCM)的技术，该技术也是RoF网络设计中经常采用的一种技术。

在微波部分，本发明中将可用的频段相应的分成了几个独立的子频段，并且它们之间需要有一定的间隔来保证不会相互干扰。

附图7展示了RAU的一种设计结构，图中主要采用的是可调谐滤波器的技术方案。所有的波长由CO进行分配，在未分配波长之前，RAU都接入控制波长对{λ_c，λ′_c}，如附图7(a)所示。

该系统中，不同波长的数据都在一根主干光纤上传输，它们经由光耦合器到达RAU。RAU通过可调谐波长滤波器可以得到波长λ_c和λ′_c。第一个可调谐波长滤波器需要滤出λ_c，以及其对应的控制信息边带，因此中心波长设置在了λ_c+30GHz左右，之后RAU通过光接收机PD，产生出下行信令信号控制信号。第二个可调谐波长滤波器只需要滤出上行的控制波长λ′_c，用于调制上行的信令信号控制信号。该波长调制上数据之后，会经过一个光隔离器，最后通过光耦合器进入主干光纤，返回CO。

波长λ_c上同时也会调制上一个低速的基带信号来用于控制波长的调谐，该信号通过一个IC微控电路来解码，用于控制可调谐波长滤波器。

在RAU被分配了波长之后，通过上述的控制信号，RAU将调整可调谐滤波器到被分配的波长，开始进行数据通信，如附图7(b)所示。它与未激活的RAU的主要的区别在于此时RAU接入的是CO分配的波长对{λ_k，λ′_k}。

假设MT在切换注册时没有冲突，则MT的切换时间取决于一个RRF帧的持续时间。因此，本发明的方法可以保证MT的切换时间很短。事实上，冲突发生的几率也比较小，RRF通道大部分时间都是空闲的。这一方面是由于60GHz的无线网络的小区的覆盖范围比较小，其中的用户的数量也不会很多；另一方面，从上面的描述可以看出，MT仅仅在三种情况下需要通过RRF帧进行注册，RRF通道的使用频率并不高。

假设光纤的长度小于2km，光纤传输时延为每5μs/km，ACK消息占8个字节，POLL消息占64个字节，ID消息占64个字节，RRF通道的速率大约为30Mbit/s，并且无线传输的时延d_air远小于光纤中传输的时延d_fiber，则RRF的帧长的设计值可以按照如下的方法估算：

3×(d_air+d_fiber)+data/rate≈3×2×5+(8+64+64)×8/30≈30+36.3＝66.3μs

从上面的计算可以看出，影响切换时间的主要的因素一个是光纤带来的时延，一个是需要传输的数据量。相对于需要传输的数据的比特数，RRF控制通道30Mbit/s的带宽已经足够大，而对于能够提供高达Gbit/s的接入速率的60GHz的RoF系统而言，将30Mbit/s的带宽用于RRF控制通道是完全可以接受的。

如果切换时RRF帧中发生了冲突，该切换时间将成倍上升，但是基于上面的讨论，即使发生了冲突，因为RRF通道大部分时间都是空闲的，因此切换时间的增加也是可以接受的。另外，如果MT进入的新的小区的RAU没有被分配波长，切换时间还需要加上分配波长的时间，它的组成主要包括三倍的光纤延时时间，数据传输的时间，以及波长切换的时间。

在RRF通道中，CO也可以采用一种分组重新调度的方法来分发POLL消息，如同附图8所示。此时，CO不必等待ID消息的回复完成，而是按照一定的时间间隔连续的发送POLL消息。这个POLL消息的发送间隔仅需要保证POLL消息和ID消息不会在微波传输部分冲突即可。在光波部分，上下行的数据被承载在不同的波长上，因此不会有冲突发生。另外，这种机制也可以被用在数据通道的通信当中。这种机制的优点是避免了一些不必要的等待时间，降低了光纤延时带来的问题的影响。在一定程度上，这种方法可以让CO并行地处理RRF。值得指出的是，单个的RRF的完成的时间并不会比之前有明显的改善。

根据用户请求的带宽或者用户的业务类型的不同(如实时业务和非实时业务)，CO也可以利用集中控制的优势，在微波资源调度时动态的按需分配时间片来提高系统的性能，为用户提供不同类型的服务。

本发明中的数据传输中使用多通道的方式，这些数据通道的帧长可以是不一样的，从而系统可以针对用户的不同需求提供不同的类型的服务。

本发明中的方法应用于这样一种网络环境，其中RAU的数目较多，但是这些RAU不会同时有用户，因此系统中的可用波长的数目可以少于RAU的数目。但是，如果请求波长的RAU的数量超过了可用波长的数目，也不排除多个RAU共享波长的方案。其实现的方法有两种，第一种是MT-MAC方案中的多个RAU通过时分方式共享所有的波长的方案，第二种是几个负载较轻的RAU共享一个波长的方案。

本发明更倾向于采用第二种解决方案，该方法可以根据用户的带宽请求或者RAU内的用户数量的不同动态的分配这些波长，比如让热点RAU有独立的波长，让用户较少或者带宽需求较低的几个RAU共享波长。因为是集中控制，这些功能在CO都很容易实现。

多个RAU共享一个波长可以采用几个临近的RAU共享一个波长的方案，这时这几个RAU可以共享一个RAU ID，并且传输相同的数据，这样MT在这些RAU之间就可以实现无缝切换。这些RAU的下行数据以广播方式传输，不会有冲突。上行数据的传输中则需要保证这几个RAU到CO的光纤延时的差异小于上行数据帧间隔，这样就不会让这几个临近的RAU的上行数据帧冲突。

另外，在多个RAU共享一个波长的情况下，本发明中的方法也支持为这些RAU分配不同的数据通道来避免冲突。

如果可用的波长比较充裕，系统在波长分配时可以采用一种预分配的策略来改善系统的切换时间。这时未激活的RAU不一定都接入控制波长，有一些可以预先接入预分配的波长来改善切换延时。如果CO监测到一个小区周围的小区有用户，并且这些用户有可能移动到该小区，且CO有充足的可用波长，就可以先给该小区分配一个波长对。这样，在这些用户移动到该小区时的切换时间就不再包括激活RAU的时间。对于对切换时间非常敏感的业务的用户，甚至可以预先在该小区进行预注册，给该用户分配好时间片并且开始传输数据，以进一步减少切换时间。

另外，作为波长预分配策略的补充，如果该MT周围的RAU已经激活了，但是负载较轻，CO也可以为该MT分配单独的通道，这样就把资源调度的粒度从波长粒度细化到数据通道的粒度，实现了资源的更灵活的分配。

Claims

1.智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：该方法是一种频分和时分复用相结合的多通道的60GHz毫米波RoF系统的WALN网络的MAC层协议设计方案，

其中包括了两个专用的控制通道以及若干个数据通道；其整体的技术方案如下，远端接入单元RAU内如果有用户要求通信，则通过一个各个RAU共用的控制通道将RAU激活，中心站CO分配波长资源给该RAU；之后，终端用户MT通过一个RAU内的终端用户共用的控制通道与中心站通信进行注册，中心站分配微波资源给该终端用户；两轮资源分配完成之后，终端用户与中心站之间通过数据通道进行通信。

2.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：将60GHz频段的可用频率划分为了六个部分，分别对应六个通道，包括一个信号信令控制通道，一个资源请求控制通道，一个上行数据通道和三个下行数据通道，其中四个数据通道中的上行数据和下行数据通道的比例可以根据各个终端的带宽请求的不同而改变；第一个控制通道是信号信令通道，它占用可用频率中的一小部分，用于信号信令BeaconSignal的通信，它的主要作用是周期性的触发无线节点，进行信号信令的交换，同时提供同步功能；第二个控制通道是资源请求通道，它也占用可用频率中的一小部分，用于解决各个终端用户的微波资源分配问题，其相应的帧被定义为资源请求帧，在该通道中，采用轮询的方式来解决各个终端的注册和授权的问题；其它的四个通道为数据通道，其对应帧为数据帧DF，其中的上行数据通道的实现采用了轮询的方式来为同一个RAU中的多个终端用户分配上行接入带宽，下行数据通道的通信采用了中心站广播和终端用户按地址接收的方案。

3.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：该方法的技术方案包括以下几个步骤，第一步，RAU激活过程，其中CO通过控制通道向所有的RAU发送Beacon Signal，如果该RAU内有MT存在，并且有传输数据的意愿，则该MT返回一个持续时间相同的Beacon Signal，让CO了解该RAU内有用户，并且请求被分配带宽资源；第二步，MT注册过程，其中CO在分配给有用户的RAU光波资源后，通过该RAU的资源请求通道进一步分配微波资源，具体方式是在一个RRF帧中发送一个POLL消息，该消息中包含了该RAU的ID，但是不指定接收的节点，该RAU覆盖的所有的MT都会收到这个消息，如果收到这个消息的MT有传输数据的意愿，则回复自己的ID，CO收到此ID后，发回一个ACK消息，该消息除了确认节点注册完成外，同时包含了一个下行数据通道号，用于告知该MT被分配的下行通道；如果有两个MT同时回复自己的ID，就会产生冲突，导致两个ID分组都会无法读取，CO将不能回复ACK消息，这两个节点分别等待一段随机的时间，在收到POLL消息后再次试图回复ID消息；如果有两个以上的MT同时回复自己的ID，同样会产生冲突，其处理过程类似；第三步，上行数据传输，其中CO在RAU的上行数据通道的一个DF帧中发送一个POLL消息，该消息包含了已经在RAU注册的一个MT的ID；MT收到该POLL消息后，检查如果ID匹配，则确认该时间片是分配给它的，这时该MT就可以向CO发送自己的数据；CO的确认ACK消息将采取延缓发送的策略，与下一次CO向该MT发送的POLL消息一同发送；在该步骤当中，如果该MT在连续若干个分配的时间片内没有数据发送，则认为该MT不再活跃，CO将其从该RAU注册的MT列表中删除；如果该MT又要传输数据，则需要重新按照第二步的步骤在资源请求通道中注册；第四步，下行数据传输，其中CO在MT对应的下行数据通道中的一个DF帧中向该MT发送数据，该DF帧包含了ID和数据两个部分。MT收到DF帧后，如果ID匹配，则确认该DF帧是发送给它的。

4.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：未激活的RAU都接入到专门的共用的控制波长对，该波长对被用来承载信号信令控制通道的信令；激活的RAU的所有的信息都需要由该RAU分配的波长对来承载，其中使用子载波复用的技术在光波上承载多个频段的数据和控制信息。

5.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：根据用户请求的带宽或者用户的业务类型的不同，例如将用户的业务分为实时业务和非实时业务，CO可以利用集中控制的优势，在微波资源调度时动态的按需分配时间片，同时，多个下行的数据通道可以设置不同的帧长，用于不同的业务类型的数据的传输。

6.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：如果可用的波长少于需要分配波长的RAU，则采用多个RAU共享一个波长的方案，CO可以根据用户的带宽请求或者不同RAU的用户数量动态的分配波长，可以分配给热点RAU独立的波长，同时让用户较少或者带宽需求较低的几个RAU共享波长；其中一种解决方案是CO可以优先给邻近的RAU分配相同的波长，并且让它们使用相同的RAU ID，这样用户在进入共享波长的另一个RAU时就不需要重新注册，而是可以继续数据传输；另一种解决方案是为这些共享同一个波长的RAU分配不同的数据通道来避免冲突。

7.根据权利要求1所述的智能光载无线系统中的多通道微波资源调度方法，其特征是：如果可用的波长比较充裕，系统在波长分配时可以采用一种预分配的策略来改善系统的切换时间，这时未激活的RAU不一定都接入控制波长，有一些可以预先接入预分配的波长来改善切换延时；如果CO监测到一个小区周围的小区有用户，并且这些用户有可能移动到该小区，且CO有充足的可用波长，就可以先给该小区分配一个波长对，这样，在这些用户移动到该小区时的切换时间就不再包括激活RAU的时间；对于对切换时间非常敏感的业务的用户，甚至可以预先在该小区进行预注册，给该用户分配好时间片并且开始传输数据，以进一步减少切换时间；作为波长预分配策略的补充，如果该MT周围的RAU已经激活了，但是负载较轻，CO也可以为该MT分配独占的通道来传输数据，优化切换时间。