CN101132308A - 无线通信网络的数据传输方法、节点及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线通信网络的数据传输方法、节点和系统，该方法主要包括：设置无线通信网络的数据传输的基本帧结构；利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配资源；在所述分配的资源下，所述各个跳数链路的节点之间进行数据传输。该系统主要包括：控制节点和普通节点。利用本发明所述方法和系统，可以保证转发网络业务的实时传输，提高转发网络的频谱利用效率，保证转发网络的动态扩展。

Description

无线通信网络的数据传输方法、节点及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线通信网络的数据传输方法、节点及系统。

背景技术

根据无线通信系统中信源和信宿之间通信的路径，可以将无线通信系统的结构分为两种：

1、信源和信宿之间可以直接进行通信的网络结构，比如蜂窝结构；

2、在信源和信宿之间通过RS(中继节点)进行数据转发从而实现通信的网络结构。目前通信领域研究所涉及的中继网络、Ad hoc(临时)网络、多跳网络、网格网等属于这种网络结构，具备这种网络结构的网络被称为转发网络。

如果在上述蜂窝网中的部分支路的信源、信宿之间加入中继节点(如直放站)，那么这部分支路也属于转发网络。

在转发网络中，由于中继节点需要对数据进行转发，需要与信源、信宿占用不同的无线资源。因此，就需要给转发网络设置合适的数据传输方式，在转发网络中合理地分配无线资源，避免系统干扰的增加。同时，当转发网络的节点移动时，要保证数据传输方式能够适应网络结构的变化。

在转发网络中，定义源节点为跳数为0的节点，按照从源节点到目的节点的方向，每增加一个节点，节点的跳数就增加一跳，支路的跳数也增加一条，而在N-1跳节点与N跳节点之间的链路为第N跳链路。上述在蜂窝网中加入中继节点的转发网络中，可以将蜂窝网络看作是跳数为1的转发网络。

现有技术中一种转发网络的传输方式为：固定传输方式。固定传输方式根据转发网络的最大跳数确定传输方式，首先根据转发网络中的最大跳数，在一帧内将时间划分为与跳数相同的时间区域，给不同跳数的链路分配不同的传输时隙。在下行链路，源节点(第0跳)将数据发射到距离最近的第1跳RS，第1跳在接收到该数据后，将数据转发给第2跳RS，依次类推，直到数据被目的节点接收。上行链路的传输步骤与下行链路相反。

上述固定传输方式控制简单，由于在一帧内可以完成一个完整的传输过程，该传输过程包括数据从源节点到目的节点、反馈数据从目的节点返回到源节点，因此，可以将业务时延限制在一帧时间内。

上述固定传输方式的缺点为：在同一时间内整个转发网络中只有某一跳的实体在进行数据传输或发射，不能充分利用转发网络的空间资源，频谱效率较低。同时，数据的帧结构限制了转发网络的最大跳数，而当转发网络的最大跳数发生变化时，不能根据网络结构对数据传输方式进行调整。

现有技术中另一种转发网络的传输方式为：动态传输方式。动态传输方式不对网络跳数加以限制，在一帧内只传输一跳的数据。在该数据传输方式下，可以复用时间、频率资源，可充分利用转发网络的空间资源，频谱效率较高，同时可以适应网络结构的变化，保证网络的自由扩展。

上述动态传输方式的缺点为：给转发网络业务引入了较长时延。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线通信网络的数据传输方法、节点及系统，从而可以保证转发网络业务的实时传输，提高转发网络的频谱利用效率，保证转发网络的动态扩展。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无线通信网络的数据传输方法，包括步骤：

A、设置无线通信网络的数据传输的基本帧结构；

B、利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配资源；

C、所述各个跳数链路的节点利用所述分配的资源进行数据传输。

所述的步骤A具体包括：

所述无线通信网络的控制节点实时监控整个网络的结构信息，对该结构信息进行保存和更新；

根据该结构信息设置可容纳设定跳数的数据传输的基本帧结构。

所述的步骤A还包括：

所述无线通信网络的控制节点根据监控到的整个网络的结构变化信息或网络承载业务需求信息，对所述设置的基本帧结构进行调整。

所述的基本帧结构采用时分、频分或混合结构。

所述的步骤B具体包括：

当所述无线通信网络的支路的最大跳数不大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，给所述支路的不同跳数链路按照基本帧中的不同跳数分配传输资源。

所述的步骤C具体包括：

所述支路的各个不同跳数链路的节点根据所述给不同跳数链路分配的传输资源进行数据传输。

所述的步骤B还包括：

当所述无线通信网络的支路的最大跳数大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，所述支路在空间上复用所述基本帧，给所述支路的不同跳数链路按照不同基本帧中的不同跳数分配传输资源。

所述的步骤B还包括：

在给所述支路分配的不同基本帧中，对所述基本帧的设定跳数取模后的余数相等的跳数的链路的传输资源进行调整。

所述的步骤B还包括：

给所述无线通信网络的不同支路中相同跳数的链路分配基本帧中相同跳数下的不同资源。

所述的无线通信网络为无线转发网络。

一种无线通信网络的控制节点，所述控制节点具体包括：

监控模块，用于监控整个网络的结构信息，将监控到的结构信息传递给结构信息库；

结构信息库，用于接收监控模块传递过来的整个网络的结构信息，对所述结构信息进行更新和保存；

调度模块，用于根据结构信息库中保存的整个网络的结构信息，利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配相应的资源，并根据需要对分配的资源进行调整；

收发模块，用于利用所述基本帧结构，在调度模块分配的资源中完成和普通节点之间的数据的收发操作。

所述控制节点还包括：

基本帧设置模块，用于根据网络结构信息库中保存的整个网络的结构信息，设置数据传输的基本帧结构；并根据需要对该基本帧结构进行调整。

一种无线通信网络的普通节点，所述普通节点具体包括：

监控模块，用于监控与本节点相关的网络结构信息，将监控到的网络结构信息传递给结构信息库；

结构信息库，用于接收监控模块传递过来的本节点的结构信息，对该结构信息进行更新和保存；

调度模块，用于根据结构信息库中保存的本节点的结构信息，对本节点的不同业务流实现传输资源的分配；

收发模块，用于利用所述基本帧结构，在控制节点和本节点的调度模块分配的资源中完成和其它普通节点和/或控制节点之间的数据的收发操作。

一种无线通信网络的数据传输系统，包括：

控制节点：用于监控、保存和更新整个网络的结构信息，利用预先设置的基本帧结构，给无线通信网络的各个跳数链路分配资源，在所述分配的资源下和普通节点之间进行数据传输；

普通节点：用于在控制节点分配的资源下，利用所述基本帧结构和其它普通节点和/或控制节点之间进行数据传输。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过根据网络结构信息和其它因素来设置数据传输的基本帧结构和数据传输方式，对基本帧进行复用，并根据实时监控到的网络结构的变化信息，来重新调整数据传输方式。如果有必要，重新设置基本帧结构。从而可以保证转发网络(尤其是移动转发网络)业务的实时传输，提高转发网络的频谱利用效率，保证转发网络的动态扩展。有效地解决了多跳网络中业务时延、频谱效率、适应网络结构变化等问题。

附图说明

图1为本发明所述方法的实施例的处理流程图；

图2为本发明所述TDD(时分双工)方式下时分的基本帧结构示意图；

图3为本发明所述复合帧结构示意图；

图4为加入了上述改变基本帧结构过程的本发明所述方法的实施例的处理流程图；

图5为本发明所述系统的实施例的结构示意图；

图6为本发明设置的802.16j系统的基本帧结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种无线通信网络的数据传输方法、节点及系统，本发明的核心为：根据网络结构信息和其它因素来设置数据传输的基本帧结构和数据传输方式，对基本帧进行复用，并根据实时监控到的网络结构的变化信息，来重新调整数据传输方式。

下面结合附图来详细描述本发明，本方法所述方法的一个实施例的具体处理流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1-1、设置无线通信网络的数据传输的基本帧结构。

本发明首先需要设置无线通信网络的数据传输的基本帧结构，该基本帧结构是可容纳一定跳数(定义为跳数因子n)的帧结构，在进行基本帧的设置时，可以根据无线通信网络的支路跳数分布概率、主要业务QoS(服务质量)需求、网络结构变化特点等因素，找到一个恰当的跳数因子n，将n作为上述基本帧所能够容纳的跳数

上述基本帧结构可以采用时分、频分、混合结构或其它结构来保证不同跳数链路的数据传输，图2为一种TDD方式下时分的基本帧结构示意图。在下行链路，BS(基站)(第0跳)将数据发射到距离最近的第1跳RS，第1跳在接收到该数据后，将数据转发给第2跳RS，依次类推，直到数据被目的节点接收。上行链路的传输步骤与下行链路相反。

当无线通信网络的最大跳数不大于上述设置的基本帧可容纳的跳数时，无线通信网络的业务的传播时延被限制在一帧之内；当无线通信网络的最大跳数大于上述设置的基本帧可容纳的跳数时，无线通信网络将在空间上复用上述基本帧，形成如图3所示的复合帧。在该复合帧的结构下，链路跳数大于基本帧结构的跳数，第n*N+1(N＝1，2，...)跳链路的要在空间复用第1跳链路所占用的无线资源，而n*N+2跳链路要复用第2跳链路所占用的无线资源，以此类推。

上述设置基本帧结构的过程可以由无线通信网络的控制节点来完成。

步骤1-2、控制节点和普通节点监控网络结构信息。

无线通信网络中的控制节点和普通节点要实时监控相应的网络结构信息。

无线通信网络中的控制节点要实时监控整个网络的结构信息，比如，监控是否由于新节点的加入、原有节点移动、节点状态转移或关机等引起网络结构变化。还可以监控无线通信网络的所有支路中的节点数、节点顺序、每个节点的邻居节点信息等。而无线通信网络中的普通节点只监控与自身相关的网络结构信息，包括自身在支路中的位置、上下级节点信息(如果有下级节点的话)、上下级及自身节点的邻居节点信息等。

控制节点的监控方式可以包括：定期查询普通节点、普通节点的主动汇报、通过普通节点的相邻节点(包括邻居节点和上下级节点)间接查询或计算等；普通节点的监控方式可以包括：直接读取系统已经为自身查询或计算出的结构信息、根据自己的相邻节点信息计算得到自身结构信息等。

步骤1-3、控制节点和普通节点根据监控的信息，判断网络结构是否发生变化。

控制节点和普通节点根据上述监控到的信息，判断网络结构是否发生变化。如果没有发生变化，则执行步骤1-2，控制节点和普通节点继续监控相应的网络结构信息；否则，执行步骤1-4。

步骤1-4、控制节点和普通节点存储并更新网络结构信息。

如果控制节点或普通节点监视到网络结构发生了变化，则要将相应的网络结构变化信息报告给相应的网络结构信息库。

控制节点的网络结构信息库中要存储整个网络的已有的网络结构信息，并实时更新该网络结构信息。同时，该网络结构信息中要包括信息的一定时间范围内的更新踪迹，比如，某个节点在切换前后的结构信息。

普通节点的网络结构信息库中要存储自身的已有的网络结构信息，并实时更新该网络结构信息。同时，该网络结构信息中也要包括信息的一定时间范围内的更新踪迹。

步骤1-5、控制节点和普通节点进行资源分配。

无线通信网络的控制节点要根据其网络结构信息库中存储的整个网络的结构信息，给整个网络的不同支路中的不同跳数链路分配相应的资源。

当无线通信网络的支路的最大跳数不大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，则无线通信网络的控制节点给所述支路的不同跳数链路分配基本帧中的不同跳数时的传输资源。

当所述无线通信网络的支路的最大跳数大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，则所述支路在空间上复用所述基本帧，无线通信网络的控制节点给所述支路的不同跳数链路分配不同基本帧中的不同跳数时的传输资源。同时为了减少空间复用基本帧所带来的干扰，对上述不同基本帧中的对n取模后的余数相等的跳数的链路(如第1跳链路与第n+1跳链路)的链路的传输资源进行合理分配。

无线通信网络的控制节点给所述无线通信网络的不同支路中相同跳数的链路分配基本帧中相同跳数下的不同资源。

无线通信网络的控制节点还根据其网络结构信息库中存储的整个网络的结构信息，对上述数据传输方式(即给各个跳数的链路分配的资源)进行实时调整，使数据传输方式适应网络结构的变化。

无线通信网络的普通节点根据其网络结构信息库中存储的自身的结构信息，对自身的不同业务流实现资源的分配。

步骤1-6、控制节点和普通节点进行数据传输。

无线通信网络的控制节点利用上述设置的基本帧结构，在上述分配的资源中完成和普通节点之间的数据的收发操作。

无线通信网络的普通节点利用上述设置的基本帧结构，在上述控制节点和本节点分配的资源中完成和其它普通节点以及控制节点之间的数据的收发操作。

在实际应用中，可以对上述处理流程进行改进，在上述处理流程中加入了重新设置基本帧结构过程后的具体处理流程如图4所示。图4所示的流程和图3所示的流程相比，增加了重新设置基本帧结构的过程。在图4所示的流程中，控制节点在监控网络结构信息的过程中，如果发现网络结构变化较大，或由于业务需求等原因，需要对基本帧结构进行调整，则控制节点重新设置基本帧结构，减少或增加基本帧的跳数。然后，继续监控整个网络的结构信息。

本方法所述系统包括一个或多个控制节点和一个或多个普通节点，其中一个控制节点对应若干个普通节点。本方法所述系统的一个实施例的具体结构如图5所示，包括一个控制节点和若干普通节点。

控制节点包括：监控模块、结构信息库、调度模块、收发模块和基本帧设置模块组成。各部分的功能如下：

监控模块：实时监控整个网络的结构信息，将监控到的结构信息传递给结构信息库。当根据监控的结构信息判断网络结构发生了变化，将相应的网络结构变化信息传递给结构信息库。

结构信息库：根据监控模块传递过来的结构信息和网络结构变化信息，更新和保存整个网络的结构信息。

调度模块：根据结构信息库中保存的整个网络的结构信息，利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配相应的资源，并根据需要对分配的资源进行调整。

收发模块：利用所述基本帧结构，在调度模块分配的资源中完成和普通节点之间的数据的收发操作。

基本帧设置模块：根据结构信息库中保存的整个网络的结构信息，设置整个网络数据传输的基本帧结构；如果发现网络结构变化较大，或由于业务需求等原因，对上述基本帧结构进行调整，完成基本帧结构的重构。

普通节点包括：监控模块、结构信息库、调度模块和收发数据模块组成。各部分的功能如下：

监控模块：监控与本节点相关的网络结构信息，将监控到的网络结构信息传递给结构信息库。当根据监控的结构信息判断本节点的网络结构发生了变化，将相应的网络结构变化信息传递给结构信息库。

结构信息库：根据监控模块传递过来的结构信息和网络结构变化信息，更新和保存本节点的结构信息。

调度模块：根据结构信息库中保存的本节点的结构信息，对本节点的不同业务流实现传输资源的分配；

收发模块：利用所述基本帧结构，在控制节点和本节点的调度模块分配的资源中完成和其它普通节点和/或控制节点之间的数据的收发操作。

上述本发明所述方法和系统中的无线通信网络包括无线转发网络，比如IEEE(电子电机工程师学会)802.16j网络。

本发明还提供了一个上述本发明所述方法的一个实施例。即本发明所述方法在IEEE 802.16j系统中的应用。具体处理过程包括如下步骤：

1、设置基本帧结构。

802.16j系统是802.16e系统在增加了中继基站下的扩展和演进，也是一种转发网络。在IEEE 802.16j系统中，基站属于控制节点，而中继基站、移动终端属于普通节点。

在实际应用中，802.16j系统中两跳情况较为常见，考虑频谱效率与业务时延，设定802.16j系统的基本帧结构如图6所示，该基本帧结构为两跳，当跳数多于两跳时，采用空间复用的传输方式，即奇数链路复用与第一跳链路相同的传输资源，而偶数跳链路采用与第二跳链路相同的传输资源。在下行链路，基站(第0跳)将数据发射到第1跳中继基站。在上行链路，第1跳中继基站将数据发送到基站。

上述设置802.16j系统的基本帧结构的过程可以由基站的调度模块来完成。

2、基站监控网络结构，获得新节点的位置信息。

802.16j系统中网络结构发生变化的原因包括：新中继基站/移动终端加入(包括状态更新)、中继基站/移动终端切换、中继基站/移动终端发生状态转移(不再需要正常运行下的某些传输资源)、中继基站/移动终端退出网络。新中继基站/移动终端加入和中继基站/移动终端切换时，中继基站/移动终端都可以读取服务或目标中继基站/基站的广播信息获得自身的位置信息，而基站可以通过中继基站/移动终端上报、中继基站/移动终端的服务中继基站/基站上报方式得到中继基站/移动终端的位置信息，从而获得整个网络的结构信息。当中继基站/移动终端发生状态转移或退出网络时，会发出状态转移或退出请求信令，基站就可以获得中继基站/移动终端退出后的网络结构。

因此，802.16j系统中基站可以实时获得整个网络的结构信息，并保存在基站中的网络结构数据库中。

3、基站中的调度模块读取网络结构数据库中的网络结构信息，通过调度模块进行资源分配，并在下行链路中的广播信息中发送对新中继基站/移动终端或切换中继基站/移动终端的资源分配信息。

如果基站检测到整个网络的网络结构发生了重大变化，或由于其它业务等重大因素影响，基站的调度模块还可以对上述基本帧结构进行调整，但一般情况下，为了系统的控制简单，不要轻易改变基本帧结构。

4、中继基站/移动终端在下行链路中读取对本节点的资源分配信息，就可以在分配的无线链路中传输上下行数据。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种无线通信网络的数据传输方法，其特征在于，包括步骤：

A、设置无线通信网络的数据传输的基本帧结构；

B、利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配资源；

C、所述各个跳数链路的节点利用所述分配的资源进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括：

所述无线通信网络的控制节点实时监控整个网络的结构信息，对该结构信息进行保存和更新；

根据该结构信息设置可容纳设定跳数的数据传输的基本帧结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：

所述无线通信网络的控制节点根据监控到的整个网络的结构变化信息或网络承载业务需求信息，对所述设置的基本帧结构进行调整。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基本帧结构采用时分、频分或混合结构。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

当所述无线通信网络的支路的最大跳数不大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，给所述支路的不同跳数链路按照基本帧中的不同跳数分配传输资源。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤C具体包括：

所述支路的各个不同跳数链路的节点根据所述给不同跳数链路分配的传输资源进行数据传输。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

当所述无线通信网络的支路的最大跳数大于所述基本帧可容纳的设定跳数时，所述支路在空间上复用所述基本帧，给所述支路的不同跳数链路按照不同基本帧中的不同跳数分配传输资源。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

在给所述支路分配的不同基本帧中，对所述基本帧的设定跳数取模后的余数相等的跳数的链路的传输资源进行调整。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

给所述无线通信网络的不同支路中相同跳数的链路分配基本帧中相同跳数下的不同资源。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无线通信网络为无线转发网络。

11.一种无线通信网络的控制节点，其特征在于，所述控制节点具体包括：

监控模块，用于监控整个网络的结构信息，将监控到的结构信息传递给结构信息库；

结构信息库，用于接收监控模块传递过来的整个网络的结构信息，对所述结构信息进行更新和保存；

调度模块，用于根据结构信息库中保存的整个网络的结构信息，利用所述基本帧结构给所述无线通信网络的各个跳数链路分配相应的资源，并根据需要对分配的资源进行调整；

收发模块，用于利用所述基本帧结构，在调度模块分配的资源中完成和普通节点之间的数据的收发操作。

12.根据权利要求11所述的控制节点，其特征在于，所述控制节点还包括：

基本帧设置模块，用于根据网络结构信息库中保存的整个网络的结构信息，设置数据传输的基本帧结构；并根据需要对该基本帧结构进行调整。

13.一种无线通信网络的普通节点，其特征在于，所述普通节点具体包括：

监控模块，用于监控与本节点相关的网络结构信息，将监控到的网络结构信息传递给结构信息库；

结构信息库，用于接收监控模块传递过来的本节点的结构信息，对该结构信息进行更新和保存；

调度模块，用于根据结构信息库中保存的本节点的结构信息，对本节点的不同业务流实现传输资源的分配；

收发模块，用于利用所述基本帧结构，在控制节点和本节点的调度模块分配的资源中完成和其它普通节点和/或控制节点之间的数据的收发操作。

14.一种无线通信网络的数据传输系统，其特征在于，包括：

控制节点：用于监控、保存和更新整个网络的结构信息，利用预先设置的基本帧结构，给无线通信网络的各个跳数链路分配资源，在所述分配的资源下和普通节点之间进行数据传输；

普通节点：用于在控制节点分配的资源下，利用所述基本帧结构和其它普通节点和/或控制节点之间进行数据传输。

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