CN101640870B - 紧急通信接入方法、系统和应急事件处理装置 - Google Patents

紧急通信接入方法、系统和应急事件处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无线通信系统的紧急通信接入方法、系统和应急事件处理装置。该紧急通信接入方法包括：在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布监听窗口的位置；在监听窗口中监听紧急通信指示；当监听到紧急通信指示时，进行紧急通信事件处理。本发明提出了一种新的紧急通信接入策略，利用实时用户固定分配的浪费带宽资源来进行紧急通信接入，可以在不影响非紧急用户正常数据传输的情况下，减小紧急通信用户接入的时间。

Description

紧急通信接入方法、系统和应急事件处理装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统的紧急通信接入方法、系统和应急事件处理装置。
背景技术
在各种自然灾害、各种警情、医疗急救以及水、电、煤气事故等突发事件发生时，需要利用各类通信手段通报险情，实施紧急救助。一个快速响应、全面高效的应急通信系统是降低灾害损失的重要因素。但是，专用的应急通信网络投资高、使用效率低。
无线通信网络的发展速度与应用领域已经超过了固定通信，成为一个无所不在的网络。其中最具代表性的有蜂窝移动网络、自组网(Ad-Hoc)、无线局域网(WLAN)及无线个域网(WPAN)等。如果无线通信网络具有应急通信保障能力，将大大提高应急通信的覆盖范围。因此，一种解决方案时将应急通信系统依托公网，在现有通信网络上开辟专用通道，增加现存通信网处理突发事件的能力，加强基于现有网络的应急能力，优先、重点保障重要用户通信。
在蜂窝网络中，对实时的数据业务可以根据用户的业务请求为用户分配无线带宽资源来保障用户的业务实现。例如GPRS无线网络，通过分组数据传送信道PDTCH(分组数据信道)用于实时数据的传送。基站动态地分配PDTCH给一个移动台或一组移动台。在多时隙操作中，一个移动台可以并行使用多个PDTCH来进行分组数据传送。在无线个域网中，网络协调器分配固定的时隙来传输实时数据业务。如IEEE802.15.4协议，网络协调器根据请求分配GTS(保障时隙)给实时业务用户。
无线蜂窝网系统中，如果没有和网络建立数据连接的用户有紧急事件发生，这个紧急用户必须通过随机接入信道来请求带宽资源进行紧急事件处理，在自组网和无线局域网中，紧急事件用户通过竞争获得无线带宽资源，向网络侧发起应急通信上报，这些接入模式都没有考虑应急通信事件的特殊性，会导致高的传输延迟，不能满足应急通信高的传输要求。如果单独开辟专用信道给应急事件处理，又会带来极大的资源浪费。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种无线通信系统的紧急通信接入方法，能够减小紧急通信用户的接入时间。
根据本发明的一个方面，提供一种无线通信系统的紧急通信接入方法，包括：在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布监听窗口的位置；在监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示；当监听到紧急通信指示时，对报警用户进行紧急通信事件处理。
进一步，紧急通信事件处理包括：发送紧急通信接入成功指示给报警用户；和/或分配资源给报警用户用于紧急事件处理。
根据本发明的紧急通信接入方法的一个实施例，在实时用户的专用信道中分配监听窗口的步骤包括：检测实时用户的信道资源利用率，在信道资源利用率低于预定值的实时用户的专用信道中分配监听窗口。
根据本发明的紧急通信接入方法的一个实施例，还包括：被分配有监听窗口的实时用户在监听窗口中不接收和发送数据；在监听窗口结束后，被分配有监听窗口的实时用户继续发送数据。
本发明提供的无线通信系统的紧急通信接入方法，通过在实时用户的专用信道中分配监听窗口，报警用户通过该监听窗口发出紧急通信指示，从而减小了紧急通信用户的接入时间。
进一步，通过在非紧急用户的专用信道中分配监听窗口，利用实时用户固定分配的浪费带宽资源来进行紧急通信接入，能够在不影响非紧急用户正常数据传输的情况下，减小紧急通信用户接入的时间。
本发明还提供了一种应急事件处理装置，包括：监听窗口分配单元，用于在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布监听窗口的位置；紧急事件监听单元，用于在监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示，当监听到紧急通信指示时，发送紧急通信指示；紧急事件处理单元，用于接收来自紧急事件监听单元的紧急通信指示，对报警用户进行紧急通信事件处理。
根据本发明的应急事件处理装置的一个实施例，监听窗口分配单元检测实时用户的信道资源利用率，在信道资源利用率低于预定值的实时用户的专用信道中分配监听窗口，通过广播信道发布监听窗口的位置。
根据本发明的应急事件处理装置的一个实施例，紧急事件处理单元包括：成功指示发送模块，用于发送紧急通信接入成功指示给报警用户；资源分配模块，用于分配资源给报警用户用于紧急事件处理。
本发明还提供一种无线通信系统的紧急通信接入系统，包括：应急事件处理装置，用于在非紧急实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布所述监听窗口的位置，在所述监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示，当监听到紧急通信指示时，对报警用户进行紧急通信事件处理；非紧急实时用户，用于接收监听窗口的位置，在所述监听窗口中不接收和发送数据；报警用户，用于通过广播信道接收监听窗口的位置，在监听窗口中发送紧急通信指示。
本发明提供的应急事件处理装置和紧急通信接入系统，通过基站/网络协调器/汇聚节点在实时用户的专用信道中分配监听窗口，通过在监听窗口中监听紧急通信指示进行紧急事件处理，减小了紧急通信用户的接入时间。
附图说明
图1示出本发明的无线通信系统的紧急通信接入方法的一个实施例的流程图；
图2示出了紧急事件发起和处理流程图；
图3示出了TDD系统帧结构示意图；
图4示出了传统802.15.4标准帧结构图；
图5示出了本发明应用于802.15.4帧结构示意图；
图6示出本发明的应急事件处理装置的一个实施例的结构图；
图7示出本发明的应急事件处理装置的另一个实施例的结构图；
图8示出了吞吐量和应急接入时延的关系；
图9示出了吞吐量变化时应急接入时隙对正常的实时业务传输的影响。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
本发明的基本思想是利用已经建立连接用户的专用信道进行紧急通信初始化，在不影响实时数据传输的情况下，利用连接用户不用的带宽资源，在非紧急通信用户的专用信道中发起紧急通信上报，减少紧急通信上报时间延迟。
图1示出本发明的无线通信系统的紧急通信接入方法的一个实施例的流程图。
如图1所示，在步骤102，在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布听窗口的位置。例如，在频分复用系统中，在实时用户的专用子载波上分配一定时长的监听窗口；在时分复用系统中，在实时用户的专用时隙上分配监听窗口。
在步骤104，在监听窗口中监听紧急通信指示。例如，基站或者网络协调器在监听窗口中检测是否有紧急通信指示。如果实时用户发现分配给自己的专有信道中插入了监听窗口，则在监听窗口内可以处于睡眠模式，不接收和发送数据。
在步骤106，当监听到紧急通信指示时，进行紧急通信事件处理。例如，向报警用户(或设备)返回接入成功指示，为报警用户(或设备)分配紧急通信事件处理资源等。报警用户(或设备)指发送紧急通信指示的用户(或设备)。
图2示出本发明的紧急事件发起和处理流程图，包括紧急事件处理时隙描述。
在2a，某个时刻，网络协调器(或基站)检测到某个实时用户的无线带宽资源利用不充分。该实时用户除了用于传输实时数据的带宽，还有空闲带宽。
在2b，在具有空闲带宽的实时用户的专用信道中分配监听窗口，长度为TA，并且在广播信道中告知所有的用户监听窗口的位置。
在2c，实时数据传输用户在分配的时隙开始处传输第一个数据包，长度不能超过TF，在监听窗口到来时，关闭发射机。这时，网络协调器(或基站)监听是否有紧急通信发起，如果没有监听到紧急事件发生，则在T时间段结束后，发送指示给实时业务用户，通知继续进行实时数据传输。实时业务用户应该在T时间段结束后打开接收机，接收网络协调器(或者基站)发出的反馈，如果收到反馈，说明没有紧急通信事件发生，则在监听窗口完毕后，继续发送剩余的数据。
在2d，实时业务用户在分配的时隙开始传输数据包，在监听窗口到来时，关闭发射机，报警设备(或者用户)可以在这个时隙发起紧急通信。这时，网络协调器(或者基站)监听是否有紧急通信发起，如果有紧急事件发生，则接收到紧急指示后，验证用户是否合法，如果是合法用户，则反馈紧急通信指示接收成功给应急用户。这个处理必须在窗口TAAW结束前完成，并且网络协调器(或基站)立即分配网络资源给紧急通信业务，实时业务用户则等到紧急事件处理窗口(长度为TAAW)完毕后继续发送剩余的数据。通常来说，紧急事件处理策略满足下面条件：事件处理时间小于TAAW。
图3示出了TDD系统帧结构示意图。在TDD系统中，将各个时隙分配给广播信道、接入信道以及不同的用户。
下面以IEEE802.15.4为例来描述本发明的紧急事件接入机制的实现方法。
图4示出了传统IEEE802.15.4帧结构图。每一个超帧的起始位置是信标(Beacon)帧，分为激活(Active)部分和非激活(Inactive)两部分。超帧可以用BO和SO来描述，且0≤SO≤BO≤14，BO描述信标帧之间的间隔，也就是超帧长，SO描述超帧中激活部分的长度。激活部分有16个时隙组成，包括3部分：信标帧、CAP(竞争接入周期)、CFP(非竞争周期)。在时隙0中传输信标帧，信标帧后面是CAP。同其它节点发送控制信息一样，报警设备在CAP中，利用CSMA-CA(载波侦听及冲突避免)机制发起报警初始化。在图4中，第一个GTS包括两个时隙，第二个包括4个时隙。当传输速率小于分配的带宽。部分的GTS处于空闲状态。
在IEEE802.15.4中，如果一个报警设备需要发起紧急通信，它可以用CSMA/CA算法来得到信道并且传输报警数据包。
图5示出了本发明提出的应急接入超帧结构，在GTS中插入紧急事件监听窗口，在图5中，第一个GTS包括两个时隙，两个时隙中分别插入监听窗口；第二个GTS包括一个时隙，这个时隙中没有插入监听窗口；第三个GTS也包括两个时隙，两个时隙中全部插入监听窗口，监听窗口开始于每个时隙的TF位置。
在新的报警接入机制中，报警节点可以同标准一样在CAP中发起紧急通信，而且还可以在GTS的监听窗口发起应急上报。
具体实施如下：
网络协调器根据节点设备的传输速率及分配的GTS决定是否在GTS中插入紧急事件监听窗口，在信标帧中广播给所有的节点设备(包括应急设备)。每个信标帧中，在描述GTS分配的部分，增加bit位标明是否插入监听窗口，如果一个GTS包括多个时隙，则用多个bit位来标记，bit为1时表明这个时隙中插入紧急事件监听窗口，为0时，按照802.15.4标准进行。
在监听窗口开始，网络协调器监听来自紧急通信设备报警指示帧。如果监听到报警指示帧，网络协调器应该开始处理报警事件。
图6示出本发明的应急事件处理装置的一个实施例的结构图。如图6所示，该应急事件处理装置600包括监听窗口分配单元61、紧急事件监听单元62和紧急事件处理单元63。其中，监听窗口分配单元61，用于在实时用户的专用信道中分配监听窗口，例如通过广播信道发布分配的监听窗口的位置。紧急事件监听单元62，用于在监听窗口中监听紧急通信指示，当在监听窗口中监听到紧急通信指示时，发送紧急通信指示到紧急事件处理单元63。紧急事件处理单元63，用于接收来自紧急事件监听单元62的紧急通信指示，进行紧急通信事件处理。
例如，监听窗口分配单元600检测实时用户的信道资源利用率，在信道资源利用率低于预定值的实时用户的专用信道中分配监听窗口，通过广播信道发布分配的监听窗口的位置。
图7示出本发明的应急事件处理装置的另一个实施例的结构图。如图7所示，和图6相比，应急事件处理装置700中的紧急事件处理单元73包括成功指示发送模块731和资源分配模块732。其中，成功指示发送模块731，用于发送紧急通信接入成功指示给报警用户；资源分配模块732，用于分配资源给报警用户用于紧急事件处理。
本领域的技术人员应当理解，本发明的应急事件处理装置可以以单独的设备的形式存在，或者作为集成在基站、网络协调器或者汇聚节点中的一个单元或者模块。
需要指出，本发明的方法适用于无线传感器网络、无线蜂窝网络、无线局域网、无线个域网等网络；适用于任何TDD和FDD的无线通信系统；可以应用于军事、工业、医疗、家庭、环境等应用的紧急事件上报，应对如自然灾害、公共事件等突发事件的及时上报和处理。
将紧急事件接入机制和802.15.4标准的接入方式进行比较。设置CFP(非竞争周期)中每一个时隙都插入紧急事件监听窗口。设置TA＝8符号symbols(0.128ms)，TAAW＝25符号(0.4ms)，TF＝20符号(0.32ms)，报警事件发生频率为0.065kHz，，定义SO＝BO。分别测试了SO＝0，SO＝1及SO＝3三种帧长情况，测试时间为1000个超帧。
图8示出了吞吐量和应急接入的关系。可以知道，和标准相比，随着实时数据传输速率的增加及帧长变长(SO变大)，本发明的接入机制可以明显地减小应急接入的时延。
图9示出了吞吐量变化时应急接入时隙对正常的实时业务传输的影响，可以知道，在当信道利用率高且帧长变长时，和标准比较，应急时隙接入增加了实时数据的传输时延。
本发明的无线通信系统的紧急通信接入方法和应急事件处理装置，利用实时用户固定分配的浪费带宽资源来进行紧急通信接入，可以在不影响非紧急用户正常数据传输的情况下，减小紧急通信用户接入的时间。
本发明是一种在无线系统中降低紧急通信接入时延的设计方案。本领域的技术人员应当理解，本发明应用于不同的无线通信系统，包括蜂窝无线通信系统、Ad-hoc通信系统、无线局域网、及个域网等系统。凡在本发明的上述精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的权利要求范围之内。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种无线通信系统的紧急通信接入方法，其特征在于，包括：
在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布所述监听窗口的位置；
在所述监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示；
当监听到紧急通信指示时，对所述报警用户进行紧急通信事件处理。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统的紧急通信接入方法，其特征在于，所述对所述报警用户进行紧急通信事件处理包括：
发送紧急通信接入成功指示给所述报警用户；和/或
分配资源给所述报警用户用于紧急事件处理。
3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统的紧急通信接入方法，其特征在于，所述在实时用户的专用信道中分配监听窗口的步骤包括：
检测实时用户的信道资源利用率，在信道资源利用率低于预定值的实时用户的专用信道中分配所述监听窗口。
4.根据权利要求1或2所述的无线通信系统的紧急通信接入方法，其特征在于，还包括：
所述被分配有监听窗口的实时用户，在所述监听窗口中不接收和发送数据。
5.根据权利要求4所述的无线通信系统的紧急通信接入方法，其特征在于，还包括：
在所述监听窗口结束后，所述被分配有监听窗口的实时用户继续发送数据。
6.一种应急事件处理装置，其特征在于，包括：
监听窗口分配单元，用于在实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布所述监听窗口的位置；
紧急事件监听单元，用于在所述监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示，当监听到所述紧急通信指示时，发送所述紧急通信指示；
紧急事件处理单元，用于接收来自所述紧急事件监听单元的紧急通信指示，对所述报警用户进行紧急通信事件处理。
7.根据权利要求6所述的应急事件处理装置，其特征在于，所述监听窗口分配单元检测实时用户的信道资源利用率，在信道资源利用率低于预定值的实时用户的专用信道中分配所述监听窗口，通过广播信道发布所述监听窗口的位置。
8.根据权利要求6或7所述的应急事件处理装置，其特征在于，所述紧急事件处理单元包括：
成功指示发送模块，用于发送紧急通信接入成功指示给报警用户；
资源分配模块，用于分配资源给所述报警用户用于紧急事件处理。
9.一种无线通信系统的紧急通信接入系统，其特征在于，包括：
应急事件处理装置，用于在非紧急实时用户的专用信道中分配监听窗口，发布所述监听窗口的位置，在所述监听窗口中监听来自报警用户的紧急通信指示，当监听到紧急通信指示时，对所述报警用户进行紧急通信事件处理；
所述非紧急实时用户，用于接收所述监听窗口的位置，在所述监听窗口中不接收和发送数据；
所述报警用户，用于通过广播信道接收所述监听窗口的位置，在所述监听窗口中发送紧急通信指示。
10.根据权利要求9所述的无线通信系统的紧急通信接入系统，其特征在于，
所述非紧急实时用户在所述监听窗口结束后继续发送数据。
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