CN102307394B - 防止无线通信网络信道争用冲突的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止无线通信网络中信道争用冲突的方法和设备，所述方法为：在遇到信道争用冲突，先用移动终端设备GPS定位码产生的GPS区别码，判决所分配信道的所有权；当GPS定位码不可传至网络端时，或多个移动终端设备提供的GPS区别码相同时，网关站点系统分配信道后，发送一条包含选定的移动终端设备的身份信息的网络层消息，移动终端设备通过对该消息的比对解决信道争用冲突。所述设备包括网关站点系统、至少两个移动终端设备；所述网关站点系统的控制单元中设有网络端信道冲突解决模块；所述移动终端设备的收发机中设有终端信道冲突解决模块。

Description

防止无线通信网络信道争用冲突的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种防止通信网络信道争用冲突的方法和设备，尤其是一种防止无线通信网络信道争用冲突的方法和设备。

背景技术

传统陆地无线通讯系统，以GSM网络为例，包括一个网络端（Network Part）以及与此网络端通过无线接口（Radio Interface）连接的若干移动终端（Mobile Terminal）。当某些移动终端试图与网络端通信要求接入GSM网络时，其将会通过随机接入信道RACH（Random Access CHannel）向网络端发起随机接入请求消息（Random Access Request Message），网络端在确认分配信道后将会通过接入许可信道AGCH（Access Granted CHannel）给移动终端发送一个接入许可消息（Access Grant Message）来通知其所要求的信道已被分配。若在某一时刻有两个或两个以上移动终端同时向网络端发起随机接入请求，那么将会产生信道争用上的冲突。

网络端接收到的两个移动终端发来的请求信号电平差很小时，系统通常会引入时隙ALOHA协议（Slotted-ALOHA protocol），迫使两个移动终端在一个随机的时间段后再次重发该请求。但在业务量非常大的时候，时隙ALOHA便不能有效的减少冲突，系统便将诸多移动终端分级，直接拒绝低级终端接入网络。

网络端接收到的两个移动终端发来的请求信号电平差明显时，网络端响应电平较高的那个请求，并在接入许可信道AGCH中发送接入许可消息。发出随机接入请求的若干个移动终端均会监听接入许可信道AGCH，并接收到接入许可消息。由于移动终端请求接入网络时，发送的接入请求消息中并不包含身份信息，只包含一个随机区分码（Random Discriminator），而在GSM系统中随机区分码仅有5位，不同的移动终端获得相同的随机区分码的概率较大，这将造成具有相同的随机区分码的若干移动终端在接收到网络端回复的接入许可消息后都会认为网络端是为自己准备了专用信道，进而都会接入同一个业务信道中，产生了信道争用上的冲突。传统的陆地无线通讯系统（如GSM）中的移动终端将会在接入业务信道后马上通过数据链路层发送一个SABM（Set Asynchronous Balanced Mode）帧，该帧的信息部分包含一个网络层的服务请求消息（Service Request Message），而此服务请求消息中携带有本移动终端的身份信息（如TLLI），在发送完成后移动终端数据链路层将会保存此服务请求消息以便之后的比对。而网络端在收到此SABM帧后将会立刻通过其数据链路层回复一个UA（Unnumberd Acknowledgement）帧，此帧将原封不动的将服务请求消息重新传给移动终端。当移动终端收到UA帧时会将其内容与预保存的服务请求消息进行比对，如果两者中的身份信息一致，说明网络端正确的为其提供了该信道，因而可以开始发送数据帧；而如果身份信息不一致，说明该移动终端此次对信道的请求失败了，因而该终端被迫使离开此信道，进行下一次请求。

随着卫星3G无线网络（如GMR-3G）的发展，传统信道争用冲突的解决方法变得效率低下。传统的解决方案要求SABM帧以及UA帧均要携带整个服务请求消息，而为在对于所分配信道进行确认的过程中仅仅通过比对身份信息（如TLLI）即可得到结论，在资源利用上显得不够经济。

在现代3G陆地无线网络系统（如UMTS）中，信道争用冲突的解决在数据链路层中的LLC（Logical Link Control）子层进行，而LLC子层在最小模式下将会避免网络端和移动终端平级节点间的信令传输（peer to peer signalling），这样一来传统GSM网络的信道争用冲突的解决方法无法实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防止无线通信网络信道争用冲突的方法和设备。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种防止无线通信网络中信道争用冲突的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.终端收发机通过随机接入信道向网关收发机发送随机接入请求,然后守候在随机接入许可信道监听；

B.网关收发机监听到终端收发机发来的随机接入请求，网络端信道冲突解决模块判断是否存在空闲业务信道；如果不存在空闲业务信道，网关收发机向终端收发机发送随机接入失败消息；否则，发送包含所分配的业务信道信息的随机接入许可消息；

C. 终端收发机监听到网关收发机发来的随机接入许可消息；在所分配的业务信道发送包含移动终端身份信息的数据块；

D．网关收发机监听所分配的业务信道发来的数据块；控制单元中的网络端信道冲突解决模块保存最早收到的数据块，网关收发机在所分配的业务信道上发送数据传输成功响应消息；数据传输成功响应消息为网络层消息，含有所保存数据块中的移动终端设备身份信息；

E. 终端收发机监听网关收发机在所分配的业务信道发来的数据传输成功响应消息，终端信道冲突解决模块将其所包含的移动终端设备的身份信息与自身的身份信息比对；如果相同，则随机接入成功；否则随机接入失败，重新申请随机接入。

一种防止无线通信网络中信道争用冲突的设备，其特征在于：包括网关站点系统、至少两个移动终端设备；所述移动终端设备包括终端收发机和SIM卡； 

所述网关站点系统包括网关站点控制器和网关站点；所述网关站点控制器包括码转换器、群组切换区域和控制单元；所述码转换器、群组切换区域和控制单元串联；所述网关站点包括复用器、控制单元和至少一个网关收发机；所述复用器、控制单元和网关收发机串联；所述终端收发机通过空中接口与所述网关收发机分别连接； 

其特征在于：所述控制单元中设有网络端信道冲突解决模块；所述终端收发机中设有终端信道冲突解决模块。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明将解决信道争用冲突的功能模块从网络端的数据链路层调至网络层来达到优化信道争用冲突解决办法的目的。克服了传统接入请求过程中移动终端的身份信息（如TLLI）不随着随机接入请求消息传至网络端，网络端在移动终端试图接入网络时无法确认该移动终端的身份，需要多次重复心动争用过程，效率低下的缺陷。同时，本发明还克服了传统解决信道争用冲突的方法不兼容3G网络（如UTMS网络）中的最小模式的缺陷。

2、本发明节省信道资源，解决信道争用时所需发送的信息量远小于传统方法，克服了传统方法解决拥塞过程中的需要传输的大量信息量进一步阻塞本来就已经拥塞的信道，产生恶性循环的缺陷。由于本发明在接入过程中仅需发送一条网络层专用的解决信道争用的信息，节省了解决信道争用冲突时间，进一步提高了解决信道争用冲突问题的速度。

4、本发明通过软件实现，简单易行，可移植性高，成本低廉。只需在网络端网关站点控制器GSC（Gateway Station Controller）中的控制单元（Control Unit）和移动终端的收发机这两个结构中装载收发专用解决争用冲突消息的软件模块即可。 

5、本发明的适用范围广泛，不仅限于GMR-3G网络，包括GSM（TDMA），CDMA，GPRS，EDGE，UMTS，GMR-1，GMPRS，GMR-3G等均可应用此技术来提升信道分配效率，优化信道争用冲突的解决方案。

附图说明

图1为本实施例的系统构成示意图；

图2为本实施例的协议栈结构图；

图3为本实施例的本发明的消息传输图；

图4为本实施例的网络端工作流程图；

图5为本实施例的移动终端工作流程图。

1为网关站点系统  11为网关站点控制器  12为网关站点  2为移动终端设备。 

具体实施方式

一种防止无线通信网络中信道争用冲突的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.终端收发机通过随机接入信道向网关收发机发送随机接入请求,然后守候在随机接入许可信道监听；

B.网关收发机监听到终端收发机发来的随机接入请求，网络端信道冲突解决模块判断是否存在空闲业务信道；如果不存在空闲业务信道，网关收发机向终端收发机发送随机接入失败消息；否则，发送包含所分配的业务信道信息的随机接入许可消息；

C. 终端收发机监听到网关收发机发来的随机接入许可消息；在所分配的业务信道发送包含移动终端身份信息的数据块；

D．网关收发机监听所分配的业务信道发来的数据块；控制单元中的网络端信道冲突解决模块保存最早收到的数据块，网关收发机在所分配的业务信道上发送数据传输成功响应消息；数据传输成功响应消息为网络层消息，含有所保存数据块中的移动终端设备身份信息；

E. 终端收发机监听网关收发机在所分配的业务信道发来的数据传输成功响应消息，终端信道冲突解决模块将其所包含的移动终端设备的身份信息与自身的身份信息比对；如果相同，则随机接入成功；否则随机接入失败，重新申请随机接入。

一种防止无线通信网络中信道争用冲突的设备，整个设备构成如图1所示，包括网关站点系统1、至少两个移动终端设备2；所述移动终端设备2包括终端收发机和SIM卡； 

所述网关站点系统1包括网关站点控制器11和网关站点12；所述网关站点12包括复用器、控制单元和至少一个网关收发机；所述复用器、控制单元和网关收发信机串联；所述终端收发机通过空中接口与所述网关收发机分别连接；所述网关站点控制器11包括码转换器、群组切换区域和控制单元；所述码转换器、群组切换区域和控制单元串联；码转换器的另一端与电话网或数据网相连；网关收发机和复用器的都被所述控制单元调控，所述组群切换区域可以对语音传输和数据传输模式间进行切换。 

所述控制单元中设有网络端信道冲突解决模块；所述终端收发机中设有终端信道冲突解决模块。

本实施例中，无线通信系统为卫星无线通信系统，在网关站点系统为移动终端设备分配信道过程中，如遇到信道争用冲突，则首先由移动终端设备提供的40bit GPS定位码，通过CRC校验产生GPS定位码，接着通过对该码的比对，判决所分配信道的所有权。

所述的40bit GPS定位码因各种情况而不可传至网络端时，由各移动终端设备的数据链路层向网关站点系统的数据链路层提供它们其身份信息（如TLLI），网关站点系统在识别并选择分配信道后，将其选定的移动终端的身份信息通过一条特定的解决信道争用冲突的消息由网络层发送至移动终端的网络层，移动终端通过对该消息的比对解决信道争用冲突。

本发明中的协议栈是按照ISO（International Standardization Organization）标准的OSI（Open Systems Interconnection）模型设计的，如图2所示。最左侧的协议栈是移动终端MES部分的，其第1层（Layer 1）为物理层，第2层（Layer 2），也就是数据链路层，分为LLC子层和RLC/MAC子层，第三层（Layer 3）中的子层从上置下分别是呼叫管理层（CM层，Call Management Layer），移动性管理层（MM层，Mobility Management Layer），UMTS兼容层（UAL层，UMTS Adaptation Layer）和无线网络层（RNL层，Radio Network Layer），其中呼叫管理层和移动性管理层与GSM网络中完全相同，无线网络层相当于GSM网络中的无线资源管理层（Radio Resource Layer），但由于宽带CDMA的引入，使许多原TDMA相关资源管理模块进行了改动；UMTS兼容层则是为了使新增加的无线网络层和原移动性管理层间实现原语上的互通。从左数第二个协议栈是网管站点子系统（GSS）的，它的网络层仅有无线网络层和无线接入网络应用部分（Radio Access Network Application Parts），GSS的无线网络层仅仅负责转发横向传输。本发明中无线通信网络中信道争用冲突的解决方法工作在网络层。

所述终端信道冲突解决模块按如下步骤工作：

A1：在随机接入信道RACH发送随机接入请求；

A2：监听随机接入许可信道AGCH；

A3：判断是否收到网关站点系统发来的随机接入响应消息；如果没有收到，转到步骤A2；

A4：判断所收到的随机接入响应消息是否为随机接入许可消息；如果不是，转到步骤A1；

A5：在所分配的业务信道，发送包含数据TLLI信息的数据块；

A6：监听所分配的业务信道；

A7：判断是否收到网关站点系统发来的数据传输成功响应消息；如果没有，转到步骤A6；

A8：判断网关站点系统发来的数据传输成功响应消息中所携带的TLLI信息与自身TLLI信息是否相同；如果不同，转到步骤A1；

A9：随机接入成功，结束信道争用冲突解决过程。

所述网络端信道冲突解决模块按如下步骤工作：

A1：监听随机接入信道RACH；

A2：判断是否收到随机接入请求；如果没有收到，转到步骤A1； 

A3：判断是否存在空闲业务信道；如果不存在，转到步骤A9；

A4：在随机接入许可信道AGCH发送随机接入许可消息；

A5：监听所分配的业务信道；

A6：判断是否收到数据块；如果没有收到，转到步骤A5；

A7：保存数据块中的TLLI信息；

A8：在所分配的业务信道，发送数据传输成功响应消息；转到步骤A1；

A9：在随机接入许可信道AGCH发送随机接入失败消息。

如图3所示，有两个移动终端设备MES1和MES2请求接入网络，网关站点系统为卫星网关站点系统S-GSS，MES1距离S-GSS天线比MES2更近一些。

假设在某一时刻，MES1需要接入网络，比如其想要发起或者接收呼叫，那么此时其网络层的CM层将会发送一条数据传输请求（Data Transmittion Request）原语至其UAL层，而UAL层在接到此原语后又将发送一条数据传输请求原语至其RNL层，由RNL层发起信令承载链路建立请求（Signalling Bearer Setup Request）原语至其数据链路层要求其与S-GSS通信。在这里为了叙述简便不再赘述数据链路层与物理层过程。在此时，MES1数据链路层将会通过RACH信道向S-GSS的数据链路层发送随机接入请求（Random Access Request）消息，而S-GSS数据链路层收到该消息后将会向其RNL层发送信令承载链路建立请求原语，如果此时仍有空闲业务信道，S-GSS的RNL层将会接受此请求，为移动终端安排合适的业务信道。

而与此同时，MES2也恰好也在同一时刻需要接入网络，因而发起了同样的接入请求，其接入过程和MES1相同，在这里不再赘述。网关站点系统的S-GSS在给接入请求安排了合适的业务信道后，其RNL层将会给其数据链路层发出信令承载链路建立响应（Signaling Bearer Setup Response）原语，使数据链路层及时在AGCH信道中发出一条随机接入许可消息，由于MES1和MES2都在监听AGCH信道，因而他们都会捕获此消息。在捕获该消息后，MES1和MES2的数据链路层分别向自己的RNL层发送一条信令承载链路建立确认（Signaling Bearer Setup Confirmation）原语，而此时MES1和MES2的RNL层就会认为网关站点系统已给其预留好了业务信道。

此时MES1和MES2的信令承载链路建立请求内容完全相同，MES1和MES2均会认为S-GSS回复的随机接入许可消息是发给自己的，因而都会将自身调整接入至S-GSS所分配的业务信道上。在这一时刻，无论网关站点系统S-GSS还是移动终端MES1和MES2都没有发现产生了信道分配上的争用冲突。这一点在实际中是完全有可能的，而且有较高的几率。对于陆地无线通讯系统，连接建立原因和随机区分码都只有有限的几种取值；而对于卫星无线通讯系统，虽然GPS区分码一般是不同的，但是不排除其因为信道条件欠佳而无法正常传送的可能，在这种情况下仅凭5位随机区分码，很容易出现不同移动终端身份重叠。 

在接入业务信道后，MES1和MES2均会向网关站点系统发出一条网络层服务消息（Network Layer Service Request Message），在本实施例中， MES1和MES2分别由其网络层产生携带有其自身TLLI的数据块，通过数据链路层发送给S-GSS。两个移动终端中谁发出的数据块最先被网关站点系统接收，此业务信道就分配给了谁。本实施例中，MES1距离网络段更近，因而S-GSS首先收到了携带有MS1 的包含TLLI的数据块， S-GSS的数据链路层在收到此数据块后将其传送至其RNL层。S-GSS的RNL层此时做两个工作，一个是保存MES1 TLLI，这时网关站点系统S-GSS才真正知道其把业务信道到底分配给了谁；二是将此数据块传至其RANAP层作进一步处理。

而对于MES2，当MES2的数据块到达S-GSS数据链路层并传输至网关站点系统S-GSS的RNL层时， S-GSS的RNL层会将其MES2的 TLLI与预存的MES1的 TLLI进行比对，发现两者不一致时直接将MES2发来的数据块丢弃，不做任何操作。

当S-GSS RNL层完成储存MES1 TLLI和将数据块传输至其RANAP层的工作后，将会给其发送一条数据传输成功响应（Data Transmittion Succeed Response）消息，这条消息包含MES1 TLLI并通过S-GSS数据链路层在业务信道中传输，由于MES1与MES2均享有此业务信道，因而均会收到这条消息。在收到该消息后，MES1经过比对发现其正确占有了此业务信道，因而可以选择继续发送数据；而MES2经过比对发现此消息中含有未知TLLI，因而确定其信道占有失败，即会传送一条数据传输拒绝指示至其UAL层。MES2随即退出此业务信道，开始发送新的随机接入请求。

在本发明中数据传输成功响应（Data Transmittion Succeed Response）消息是一个专用的解决争用冲突的消息，它是一条普通的网络层消息，是在业务信道中传输的，由于其只包含MES1的TLLI信息，因而信息量很小。又由于不管有几个移动终端对业务信道进行争用，这条信息都仅发送一次，因而最大程度上的节省了资源。另外值得一提的是，在本发明中网关站点系统对于MES2发来的任何消息是不做任何反应的，也就是说MES2发来的消息块由于其TLLI值与网关站点系统RNL层预存的TLLI值不符，因而直接被丢弃，不做任何操作，根本没有传输至上层的机会。

数据传输成功响应（Data Transmittion Succeed Response）消息如下表所示：

                                                 

其中：重试次数计数器为当该消息传输失败时最大重传次数；终端种类区分码：针对于卫星无线通讯系统,需要提供其终端种类号，具体见行业标准GMPRS-1 05.002。优先级：标明该消息的优先级,0为正常传输，1为高优先级传输。TLLI：该消息的主要内容,提供所分配信道终端的TLLI码，用于比对,解决信道争用。

而反观传统方法，基站系统BSS在接收到任何移动终端的服务信息请求（Service Request Message）时都需要原封不动的返回一个完整的UA帧，不仅在发送消息的信息量上不经济，而且还可能由于信道繁忙冲突严重而发送大量UA帧，而这形成了恶性循环，又进一步使信道更加拥塞。

对于陆地无线通信系统，可从附表中找出与卫星无线通信系统名词相对应的陆地无线通信系统术语，对相应模块进行改动即可。

附表：GSM术语与GMPRS术语对照表

Claims (2)

1. 一种防止无线通信网络中信道争用冲突的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.终端收发机通过随机接入信道RACH向网关收发机发送随机接入请求,然后守候在随机接入许可信道AGCH监听；

B.网关收发机监听到终端收发机发来的随机接入请求，网络端信道冲突解决模块判断是否存在空闲业务信道；如果不存在空闲业务信道，网关收发机向终端收发机发送随机接入失败消息；否则，发送包含所分配的业务信道信息的随机接入许可消息；

C. 终端收发机监听到网关收发机发来的随机接入许可消息；在所分配的业务信道发送包含移动终端身份信息的数据块；

D．网关收发机监听所分配的业务信道发来的数据块；控制单元中的网络端信道冲突解决模块保存最早收到的数据块，网关收发机在所分配的业务信道上发送数据传输成功响应消息；数据传输成功响应消息为网络层消息，含有所保存数据块中的移动终端设备身份信息；

E. 终端收发机监听网关收发机在所分配的业务信道发来的数据传输成功响应消息，终端信道冲突解决模块将其所包含的移动终端设备的身份信息与自身的身份信息比对；如果相同，则随机接入成功；否则随机接入失败，重新申请随机接入；所述控制单元中设有网络端信道冲突解决模块；所述终端收发机中设有终端信道冲突解决模块；

所述终端信道冲突解决模块按如下步骤工作：

A1：在随机接入信道RACH发送随机接入请求；

A2：监听随机接入许可信道AGCH；

A3：判断是否收到网关站点系统发来的随机接入响应消息；如果没有收到，转到步骤A2；

A4：判断所收到的随机接入响应消息是否为随机接入许可消息；如果不是，转到步骤A1；

A5：在所分配的业务信道，发送包含数据TLLI信息的数据块；

A6：监听所分配的业务信道；

A7：判断是否收到网关站点系统发来的数据传输成功响应消息；如果没有，转到步骤A6；

A8：判断网关站点系统发来的数据传输成功响应消息中所携带的TLLI信息与自身TLLI信息是否相同；如果不同，转到步骤A1；

A9：随机接入成功，结束信道争用冲突解决过程；

所述网络端信道冲突解决模块按如下步骤工作：

A1：监听随机接入信道RACH；

A2：判断是否收到随机接入请求；如果没有收到，转到步骤A1；

A3：判断是否存在空闲业务信道；如果不存在，转到步骤A9；

A4：在随机接入许可信道AGCH发送随机接入许可消息；

A5：监听所分配的业务信道；

A6：判断是否收到数据块；如果没有收到，转到步骤A5；

A7：保存数据块中的TLLI信息；

A8：在所分配的业务信道，发送数据传输成功响应消息；转到步骤A1；

A9：在随机接入许可信道AGCH发送随机接入失败消息。

2. 根据权利要求１所述的防止无线通信网络中信道争用冲突方法的设备，其特征在于：包括网关站点系统（1）、至少两个移动终端设备（2）；所述移动终端设备（2）包括终端收发机和SIM卡；

所述网关站点系统包（1）括网关站点控制器（11）和网关站点（12）；所述网关站点控制器（11）包括码转换器、群组切换区域和控制单元；所述码转换器、群组切换区域和控制单元串联；所述网关站点（12）包括复用器、控制单元和至少一个网关收发机；所述复用器、控制单元和网关收发机串联；所述终端收发机通过空中接口与所述网关收发机分别连接；所述控制单元中设有网络端信道冲突解决模块；所述终端收发机中设有终端信道冲突解决模块。

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