光载无线网络媒体接入控制方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种具有故障检测功能的RoF无线网络媒体接入控制方法。
背景技术
RoF(Radio over Fiber,光载无线)技术是一种光和微波相结合的通信技术。RoF系统一般包含中心站(CS)、基站(BS)和用户端,利用光纤作为基站(BS)与中心站(CS)之间的传输链路。中心站(CS)通过射频副载波将数字基带信号调制到光载波上,通过光纤传输到基站;基站通过光电转换恢复出射频信号,放大后通过天线发送给用户端。RoF技术利用光纤作为传输链路,具有低损耗、高带宽和防止电磁干扰的特点。正是这些优点,使得RoF技术在未来无线宽带通信、卫星通信以及智能交通系统等领域有着广阔的应用前景。目前的研究大多集中在RoF的物理层技术,对控制层接入的研究甚少。
图1是现有技术中一种RoF网络媒体接入控制方法中使用的控制帧的格式。该控制帧由一个长度固定的SF(Super Frame,超帧)组成,超帧以TDM(Time Division Multiplexer,时分复用)的方式为每个基站单元分配一个子帧(Frame1,……,Frame n)。每个基站对应的子帧又分为若干时隙,包括:基站域BS beacon(由基站ID和时隙分配信息组成)、预留时隙(包括切换信息和新加入的移动终端的预留时隙)、广播时隙,以及基站单元中每个移动终端分别对应的若干时隙。其中,与每个移动终端对应的时隙又分为下行时隙(Down)、上行时隙(Up)和切换标识时隙。该超帧主要用于解决移动终端在基站之间的切换问题,其具有很强针对性的设计使相应的接入控制方法无法通用。
图2是现有技术中另一种RoF网络媒体接入控制方法中使用的控制帧的格式。该控制帧也由SF(Super Frame,超帧)组成,每个超帧包括若干竞争资源帧(Contention Frame)和数据帧(Data Frame)。在资源竞争阶段,CO(Central Office,中心控制单元)向每个RAU(Remote Antenna Unit,远端天线单元)发送信息,有数据通信需求的RAU在其对应时隙中回传RAU ID信息。当CO收到RAU的回传确认之后,就在数据帧阶段为其分配数据时隙;在数据帧阶段,只有在资源竞争阶段分配了数据时隙的RAU才能在被分配的时隙中发送数据。该技术方案中,竞争帧和数据帧是在同一信道上采用时分复用的方式传输的,限制了数据帧的利用率。
上述两种RoF网络媒体接入控制方法中,所有移动终端共用一个超帧,每一移动终端对应超帧中的一个时隙。而在实际的RoF网络中,为了避免同频干扰,相邻天线单元通常采用不同的频率,并不需要所有的移动终端共用一个超帧。此外,实际网络运行中,激光器并非每时每刻都处于正常工作状态,而上述两种接入控制方法均未考虑到由激光器故障而引发的网络故障。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提高光载无线网络中的数据传输能力、波长利用率和移动终端的接入效率,以及如何实现光载无线网络中的激光器故障检测。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明的技术方案提供了一种光载无线网络中的媒体接入控制方法,包括:
S1:中心控制单元以小区集合为单位,通过控制通道向其内所有天线单元发送载有波长分配信息的波长分配帧以及带宽请求帧;
S2:天线单元在相应的时隙中提取分配到的波长通道信息,并通过所述控制通道在相应的时隙中向中心控制单元发送带宽请求信息;
S3:中心控制单元判断所述带宽请求信息是否正常;若是,进入S4;若否,通过S2中分配的波长通道向相应的天线单元发送故障检测帧,并进一步判断所述天线单元是否在预置时间内返回了故障修复帧;若是,进入S4;若否,通过波长调度算法生成新的波长分配信息,返回S1;
S4:中心控制单元通过S2中分配的波长通道向相应的天线单元发送数据帧,所述天线单元控制范围内的移动终端通过所述分配到的波长通道按照一定时隙进行数据传输。
优选地,步骤S1中,所述波长分配帧包括与小区集合内所有天线单元一一对应的天线单元识别信息时隙和波长分配信息时隙;所述带宽请求帧包括与小区内所有天线单元一一对应的天线单元识别信息时隙和带宽请求信息时隙。
优选地,步骤S3中,中心控制单元将接收到的带宽请求信息与在训练阶段生成的历史带宽请求值概率分布图进行比对,若相符,则判断请求信息正常;若不相符,则判断请求信息不正常。
优选地,通过波长调度算法生成所述新的波长分配信息。
优选地,所述波长调度算法包括基于优先级的波长调度算法和基于业务量的波长调度算法,根据发生故障的波长通道所对应的天线单元的优先级及其业务量切换。
优选地,步骤S3还包括:若中心控制单元未收到天线单元的带宽请求信息,则通过步骤S2中分配的波长通道向所述天线单元发送故障检测帧。
优选地,步骤S4中,所述数据帧包括:
身份识别域,包含对应天线单元的天线单元识别信息时隙和所属小区集合身份时隙;
资源预留域,用于被对应天线单元所覆盖但尚未被分配资源的移动终端;
数据域,包含与对应天线单元控制范围内所有移动终端一一对应的上行时隙和下行时隙。
优选地,步骤S3中,所述预置时间小于或等于中心控制单元与相应天线单元之间光纤中的往返时间与中心控制单元处理时间之和。
优选地,每一所述小区集合包括多个载频互异的天线单元。
(三)有益效果
根据本发明的光载无线网络中的媒体接入控制方法,超帧(控制帧和数据帧)以小区集合为单位进行发送,多个超帧可以同时被中心处理单元处理,提高了移动终端的接入效率;控制帧和数据帧分别通过独立的信道发送,提高了网络的数据传输能力;通过带宽请求信息和故障检测帧,分两个阶段对天线单元分配到的波长通道进行故障检测,使中心控制单元能及时获得激光器的工作状态信息,并保证了检测结果的准确性;采用了波长调度算法,保证了所有天线单元都能高效正常地与中心控制单元进行通信;此外,由于小区集合中的多个天线单元载频互异,小区集合间载频可以重复利用,提高了频谱利用率。
附图说明
图1示出了现有技术中一种RoF网络媒体接入控制方法中使用的控制帧格式;
图2示出了现有技术中另一种RoF网络媒体接入控制方法中使用的控制帧格式;
图3是典型的光载无线网络结构图;
图4是本发明的RoF网络媒体接入控制方法流程图;
图5是本发明的RoF网络媒体接入控制方法中故障检测过程示意图;
图6示出了本发明的RoF网络媒体接入控制方法的一个实施例所使用的控制帧格式。
具体实施方式
本发明提出的光载无线网络媒体接入控制方法,结合附图和实施例说明如下。
如图3所示,典型的光载无线网络主要包括中心控制单元、多个天线单元以及多个移动终端。本发明的核心思想在于:在波长分配阶段,中心控制单元通过控制波长通道向天线单元RAU传输激光器的波长分配信息和带宽分配信息;通过监测天线单元返回的带宽请求信息以及向初步判断异常的波长通道上发送故障检测帧两个判定阶段来判定数据波长通道是否异常。在数据传输阶段,中心控制单元向正常的数据波长通道发送数据帧,移动终端将通过相应的数据波长通道与中心控制单元进行上/行数据传输。
如图4所示,本实施例的光载无线网络媒体接入控制方法包括以下步骤:
S1:中心控制单元以小区集合为单位,通过控制通道向其内所有天线单元发送载有波长分配信息的波长分配帧以及带宽请求帧;
初始阶段,以载频互异的多个天线单元组成的小区集合为单位,中心控制单元将包含有波长分配信息的波长分配帧和带宽请求帧调制到控制波长通道λc上传输给小区集合内的所有天线单元。由此向天线单元传输激光器的波长分配信息和带宽分配信息。由于小区集合中的多个天线单元载频互异,小区集合间载频可以重复利用,提高了频谱利用率。
优选地,波长分配帧包括与小区集合内所有天线单元一一对应的天线单元识别信息时隙和波长分配信息时隙;带宽请求帧包括与小区内所有天线单元一一对应的天线单元识别信息时隙和带宽请求信息时隙。优选地,天线单元识别信息时隙表征不同载频的天线单元代码;波长分配信息时隙表征波长分配信息-天线单元可用的波长通道代码;带宽请求信息时隙表征带宽请求信息。
S2:天线单元提取分配到的波长通道,并通过所述控制通道向中心控制单元返回带宽请求信息;
天线单元通过固定波长的滤波器滤出λc,接收并解调光信号;在波长分配帧中相应的时隙中提取相应的波长分配信息;根据该波长分配信息,将可调谐光滤波器调谐到分配到的相应波长。此后,天线单元可以在分配到的波长上与中心控制单元进行数据交互。同时,天线单元还在带宽请求帧中相应的时隙中向中心控制单元发送带宽请求信息;带宽请求信息经控制波长通道λc传输至中心控制单元。
S3:中心控制单元判断所述带宽请求信息是否正常,若否,通过S2中分配的波长通道向相应的天线单元发送故障检测帧,判断所述天线单元是否在预置时间内返回了故障修复帧,若否,通过波长调度算法生成新的波长分配信息,返回S1;
中心控制单元中的存储处理模块对带宽请求信息进行存储和处理,并把相关信息传输到波长调度模块,之后进入故障初始判断阶段:中心控制单元判断带宽请求信息是否合理,若是,则判断该数据波长通道正常,中心控制单元中的波长调度模块更新可用波长信息;若否,则进入第二次判断阶段。
具体来说,中心控制单元根据所述存储的历史带宽请求信息,在训练阶段生成带宽请求的值的概率分布图;在初始判断阶段,将接收到的带宽请求信息与之前存储的概率分布图中的信息比对,若相符,则判断带宽请求信息合理;若不相符,则判断带宽请求信息不合理。
如图5所示,中心控制单元在步骤S2中分配到的数据波长通道上向初始判断阶段被判定为不正常的一个或多个天线单元发送故障检测帧,检测相应的天线单元是否在预置时间段T内通过相同的数据波长通道返回了故障修复帧;若是,则判断该数据波长通道工作正常,波长调度模块更新可用波长信息;若否,则判断该波长通道故障,产生报错信息,并根据波长调度算法,对天线单元的数据波长通道进行选择,生成新的波长分配信息,返回步骤S1,将新的波长分配信息通过控制波长通道λc传输给控制范围内的所有天线控制单元。本步骤中,分两个阶段对天线单元分配到的波长通道进行故障检测,使中心控制单元能及时获得激光器的工作状态信息,并保证了检测结果的准确性。
此外,若中心控制单元未收到天线单元的带宽请求信息,则通过步骤S2中分配的波长通道向所述天线单元发送故障检测帧,按照上述第二次判断过程进行判断。
波长调度算法保证了所有天线单元都能高效正常地与中心控制单元进行通信,包括基于优先级的波长调度算法和基于业务量的波长调度算法。
其中,根据已知的天线单元覆盖小区的优先级,在通信量大的时段内,优先保障高优先级小区的业务接入量;在高优先级小区通信量明显低于低优先级小区,且低优先级小区波长资源故障时,采用基于业务量的波长调度算法。由此保障高低优先级小区的业务都能接入。
此外,将天线单元的优先级进行分组,与波长分组一一对应。当发生故障时,同一分组中的波长资源基于业务量大小进行调度。若同一组别中的波长资源全部故障,则通过基于优先级的调度算法,调用比它低的分组中的波长资源。
优选地,预置时间段T,即:从故障检测帧开始发送开始,到故障恢复帧被中心控制单元接收之间的时间间隔,应该小于或等于中心控制单元与相应天线单元之间的光纤传输时间T1和中心控制单元的处理时间T2之和。此处的中心控制单元处理时间依赖于中心控制单元的芯片处理速度,处理速度越高,时间越短,在光纤长度满足接入网20km的量级时,产生100微秒的时延。
S4:中心控制单元通过S2中分配的波长通道向相应的天线单元发送数据帧,所述天线单元控制范围内的移动终端通过所述分配到的波长通道按照一定时隙进行数据传输。
波长分配阶段之后,进入数据传输阶段。中心控制单元通过S2中分配的波长通道向相应的天线单元发送数据帧,该数据帧包括:身份识别域,包含对应天线单元的天线单元识别信息时隙和所属小区集合身份时隙;资源预留域,用于被对应天线单元所覆盖但尚未被分配资源的移动终端;以及,数据域,包含与对应天线单元控制范围内所有移动终端一一对应的上行时隙和下行时隙。移动终端将在对应的上行时隙和下行时隙中与中心控制单元进行上行和下行数据传输。
如图6所示为用于实现本发明的光载无线网络媒体接入控制方法的超帧结构。根据本发明的技术方案,媒体接入控制帧应包括多个SF(Super Frame,超帧),每个超帧对应一个小区集合。多个超帧可以同时被中心处理单元处理,提高了移动终端的接入效率。每个超帧应该包括信道上独立传输的控制帧(Control Frame)和数据帧(DataFrame)。
第一类控制帧包含前述波长分配帧(W_A Frame)和带宽请求帧(B_R Frame),通过控制波长通道传输;第二类控制帧包含前述故障检测帧(F_D Frame)和故障修复帧(F_R Frame),通过控制波长通道传输。第一类控制帧的顺序可以依次为带宽请求帧、波长分配帧;第一类控制帧的顺序还可以依次为波长分配帧、带宽请求帧。第二类控制帧的顺序依次为故障检测帧、故障修复帧。波长分配帧可以包含多个与小区集合内天线单元一一对应的域,每个域包含前述天线单元识别时隙(ID)和波长分配信息时隙(W_A);带宽请求帧包含多个与小区集合内天线单元一一对应的域,每个域包含前述天线单元识别时隙(ID)和带宽请求信息时隙(B_R)。
数据帧可以包括多个对应于小区集合中各天线单元的数据子帧,通过各天线单元分配到的数据波长通道传输,每个数据子帧包含前述身份识别域(beacon)、资源预留域(Reservation timeslot)和对应于天线单元覆盖范围内多个移动终端的数据域。身份识别域包含天线单元识别信息时隙和所属小区信息时隙;数据域包含上行时隙和下行时隙。由于控制帧和数据帧分别通过独立的信道发送,提高了网络的数据传输能力。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。