CN103987074A - 一种基站与客户终端设备cpe的通信管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站与客户终端设备CPE的通信管理方法及装置，用于解决系统信道利用率低的问题。该方法为：确定当前通信的目标CPE，针对目标CPE生成通信开始消息；在系统内广播通信开始消息，通信开始消息用于指示当前通信为目标CPE的独占通信，除目标CPE之外的其他CPE在收到通信开始消息后进行静默；接收目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与目标CPE进行独占通信。采用该方法可以有效避免多个CPE的竞争过程，保证了短时间内基站与CPE的一对一通信，提高了信道利用率，增强了系统鲁棒性。

Description

一种基站与客户终端设备CPE的通信管理方法及装置

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种基站与CPE的通信管理方法及装置。

背景技术

目前的无线局域网络(Wireless Local Area Networks，WLAN)应用领域中，基站和CPE的应用形式可大量应用于农村、城镇、医院、单位、工厂、小区等无线网络接入，这种基站和CPE的应用形式更方便铺设，只需要将基站接入到互联网，CPE通过无线与基站关联，即可进行网络连接，可以大大节省铺设有线网络的费用。基站和CPE的方式网络架构更为简化，相应的硬件成本也更低廉，这样的网络构建方式更适合于农村这样上网用户不多，但上网需求大的网络推广现状。

基站和CPE的应用形式采用的是载波监听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)的竞争机制，该机制能够有效解决多CPE用户并发的数据处理，但这种竞争机制使得总线的利用率降低，竞争过程会造成无线带宽的浪费，进而影响基站下挂的CPE数量。

发明内容

本发明实施例提供一种基站与CPE的通信管理方法及装置，用以解决现有技术中存在基站与CPE通信时，多个CPE竞争造成的无线带宽资源的浪费，影响了系统的信道利用率的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，一种基站与客户终端设备CPE的通信管理方法，包括：

确定当前通信的目标CPE，针对目标CPE生成通信开始消息；

在系统内广播通信开始消息，通信开始消息用于指示当前通信为目标CPE的独占通信，除目标CPE之外的其他CPE在收到通信开始消息后进行静默；

接收目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与目标CPE进行独占通信。

通过本发明实施例提供的方案，可以在系统构建时期，采用基站与CPE短时间一对一的形式为CPE分配唯一的CPE标识，以及在通信管理过程中，通过发送通信开始消息通知全网与目标CPE进行短时间的独占通信，使得其他CPE可以在该时间段进行静默，有效的避免了多个CPE的竞争过程，从而解决了信道利用率差的问题；并且，基站与CPE之间采用私有协议，该私有协议不仅可以使得所有的CPE都能在一个时间段内与基站一对一进行数据交互，还避免了基站和CPE系统受到其他非该系统的WLAN用户的接入，保证了系统的独立性，增强了系统的鲁棒性。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括：

在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程；

接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对响应请求发送消息生成响应清除发送消息；

广播响应清除发送消息，响应清除发送消息用于指示当前注册过程为未注册的一个CPE的独占注册过程，除未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到响应清除发送消息后进行静默；

接收未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对状态更新消息为未注册的一个CPE分配CPE标识。

通过这种可能的实现方式，在每个通信周期对系统中的CPE状态进行更新和配置，注册过程也保证了多个CPE不会产生竞争，逐个进行注册交互，提高了信道利用率。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，确定当前通信的目标CPE，包括：

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE。

通过这种可能的实现方式，基站按照各个CPE注册的先后顺序或者根据CPE上报的业务需求大小，依次与各个CPE进行一对一的数据交互。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式，开始与目标CPE进行独占通信后，还包括：

根据通信开始应答消息中指示的占用时长与目标CPE进行独占通信；

在独占通信结束后，将通信终止消息发送至目标CPE，并接收目标CPE返回的通信终止应答消息终止本次独占通信。

通过这种可能的实现方式，在指示的占用时长到时后，由基站侧终止与当前CPE的一对一通信过程，以便与下一个CPE进行通信。

结合第一方面的第一种至第三种的任意一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，还包括：

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在下一通信周期开始时刻再次在系统内广播基站探测消息。

通过这种可能的实现方式，在每个通信周期对系统中的CPE状态进行更新和配置。

第二方面，一种基站与客户终端设备CPE的通信管理装置，包括：

确定单元，用于确定当前通信的目标CPE，针对目标CPE生成通信开始消息；

广播单元，用于在系统内广播通信开始消息，通信开始消息用于指示当前通信为目标CPE的独占通信，除目标CPE之外的其他CPE在收到通信开始消息后进行静默；

通信单元，用于接收目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与目标CPE进行独占通信。

通过本发明实施例提供的方案，可以在系统构建时期，采用基站与CPE短时间一对一的形式为CPE分配唯一的CPE标识，以及在通信管理过程中，通过发送通信开始消息通知全网与目标CPE进行短时间的独占通信，使得其他CPE可以在该时间段进行静默，有效的避免了多个CPE的竞争过程，从而解决了信道利用率差的问题；并且，基站与CPE之间采用私有协议，该私有协议不仅可以使得所有的CPE都能在一个时间段内与基站一对一进行数据交互，还避免了基站和CPE系统受到其他非该系统的WLAN用户的接入，保证了系统的独立性，增强了系统的鲁棒性。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，还包括：

注册单元，用于在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程，并接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对响应请求发送消息生成响应清除发送消息，以及广播响应清除发送消息，响应清除发送消息用于指示当前注册过程为未注册的一个CPE的独占注册过程，除未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到响应清除发送消息后进行静默，接收未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对状态更新消息为未注册的一个CPE分配CPE标识。

通过这种可能的实现方式，在每个通信周期对系统中的CPE状态进行更新和配置，注册过程也保证了多个CPE不会产生竞争，逐个进行注册交互，提高了信道利用率。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，确定单元具体用于：

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE。

通过这种可能的实现方式，基站按照各个CPE注册的先后顺序或者根据CPE上报的业务需求大小，依次与各个CPE进行一对一的数据交互。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式，通信单元还用于：

根据通信开始应答消息中指示的占用时长与目标CPE进行独占通信，并在独占通信结束后，将通信终止消息发送至目标CPE，并接收目标CPE返回的通信终止应答消息终止本次独占通信。

通过这种可能的实现方式，在指示的占用时长到时后，由基站侧终止与当前CPE的一对一通信过程，以便与下一个CPE进行通信。

结合第一方面的第一种至第三种的任意一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，注册单元还用于：

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在下一通信周期开始时刻再次在系统内广播基站探测消息。

通过这种可能的实现方式，在每个通信周期对系统中的CPE状态进行更新和配置。

附图说明

图1为本发明中的基站与CPE的通信管理方法流程图；

图2为本发明中的基站与CPE系统的构建流程图；

图3为本发明中的基站与CPE系统的通信管理详细流程图；

图4为本发明中的基站与CPE的通信管理装置示意图。

具体实施方式

为了给出避免多个CPE在与基站通信时的竞争过程，提高了系统的信道利用率的实现方案，本发明实施例提供了一种基站与CPE的通信管理方法及装置。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

本发明实施例更改了原有的无线局域网的管理帧，对其进行了重定义，将原有的信标(Beacon)帧、探测请求(Probe Request)帧、关联请求(AssociationRequest)帧、关联响应(Association Response)帧进行了重构，组成了本发明实施例中的管理帧：基站信标(WBSC-Beacon)帧、响应请求发送(ResponseRTS)帧、响应清除发送(Response CTS)帧、状态更新(State Update)帧、标识配置(ID Config)帧、通信开始(Communication Begin)帧、通信开始正确应答(Communication Begin ACK)帧、通信终止(Communication Termination)帧、通信终止正确应答(Communication Termination ACK)帧。

本发明实施例中的系统会改变原有的CSMA系统框架结构，构成基站和CPE之间新的私有协议，该私有协议能够使所有的CPE都能在系统分配的时间间隔内实现与基站的一对一数据交互，避免了各个CPE的竞争过程，同时也避免了基站与CPE的通信管理系统受到其他的非该系统的WLAN用户的接入，保证了系统的独立性，使得系统的鲁棒性更强。

参阅图1所示，本发明实施例中，基站与CPE的通信管理的具体流程如下：

步骤100：基站确定当前通信的目标CPE，针对目标CPE生成通信开始消息。

具体的，基站和CPE之间的通信采用私有协议，因此其他的通用终端(如电脑、手机等)无法接入该系统。在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，该基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程；接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对响应请求发送消息生成响应清除发送消息；广播响应清除发送消息，响应清除发送消息用于指示当前注册过程为该未注册的一个CPE的独占注册过程，除该未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到响应清除发送消息后进行静默；接收该未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对状态更新消息为该未注册的一个CPE分配CPE标识。

参阅图2所示，系统构建与系统维护的过程如下，该过程为基站与一个CPE的通信过程，基站与其他CPE的通信过程也是相同的，在此不再一一赘述：

步骤200：基站通过WBSC-Beacon帧向全网广播基站探测消息；

步骤210：CPE通过Response RTS帧向基站返回响应请求发送消息；

步骤220：基站通过Response CTS帧向全网广播响应清除发送消息；

步骤230：CPE通过State Update帧向基站上报状态更新消息；

步骤240：基站通过ID Config帧下发CPE的CPE标识。

通过同样的方法，对其他未注册的CPE通过同样的步骤完成对CPE的标识分配。

其中，基站探测消息中包括基站的MAC地址、功率、频点、速率等级、帧类型、协议校验码、在线CPE MAC类表等信息，该信息按周期发送，发送时间间隔较长，与此同时CPE设备时刻处于监听状态。当CPE确定自身不在在线CPE MAC类表中时(即未注册)，其接收到基站广播的基站探测消息后，会向基站发送响应请求发送消息。基站收到其中一个CPE发送的响应请求发送消息后，广播响应清除发送消息，当该基站下的所有CPE接收到该响应清除发送消息后，发送响应请求发送消息的CPE继续与基站进行通信，除上述发送响应请求发送消息的CPE之外，其他CPE在收到该响应清除发送消息后进行静默。如此便构成了基站与CPE一对一的交互系统，该系统中CPE通过State Updata帧上报自身的状态更新消息，该状态更新消息中包括MAC信息、功率值、速率等级、帧类型、协议校验码等信息，基站在收到CPE上报的状态更新消息后，对该CPE进行注册，注册成功后基站将通过ID Config帧给CPE分配在该网络中唯一的CPE标识；通过相同的方法，分别对其他未注册的CPE都分配唯一的CPE标识。

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，基站会将一个通信周期分割成N+1份，其中，N为在基站注册的CPE的数目，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE。在N段时长中的每段时长内基站与CPE都是相互独占的。在确定了目标CPE后，生成通信开始消息。

步骤110：基站在系统内广播通信开始消息，通信开始消息用于指示当前通信为目标CPE的独占通信，除目标CPE之外的其他CPE在收到通信开始消息后进行静默。

具体的，基站在全网通过Communication Begin帧广播通信开始消息，该通信开始消息中包括对应的帧类型、目标CPE的CPE标识、占用时间、检验等。目标CPE在收到该通信开始消息后准备开始独占通信，除该目标CPE之外的其他的CPE在收到该通信开始消息后进行静默，形成基站与CPE的唯一通道。

步骤120：基站接收目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与目标CPE进行独占通信。

具体的，目标CPE在收到通信开始消息后，通过Communication Begin ACK帧向基站回复通信开始应答消息，该通信开始应答消息用于确认已经收到上述Communication Begin帧，并上报在线时长、是否有业务流量、时延等信息。基站在接收到目标CPE返回的通信开始应答信息后，开始与目标CPE进行独占通信。

基站根据通信开始应答消息中指示的占用时长与目标CPE进行独占通信；当需要终结一个时间段的信息交互时，通过Communication Termination帧将通信终止消息发送至目标CPE，该通信终止消息中包括交互时间、误码率、交互协商速率等信息，接着，基站接收目标CPE通过Communication TerminationACK帧返回的通信终止应答消息，确认已经收到终结命令，终止本次独占通信。

上述为基站与一个目标CPE进行通信的过程，同样的，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，或者，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE，逐个轮询、逐个交互。

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在下一通信周期开始时刻再次在系统内广播基站探测消息。

在N个CPE与基站的交互过程中，各个CPE会不断注册和更新自身的状态，如更新在线时长、是否有业务流量、时延等信息，同时，基站会删除已经掉线的CPE。

在每次通信周期开始时刻，基站都会广播基站探测消息，网络中的CPE会判断自身是否在在线CPE MAC类表中，如果不在在线CPE MAC类表中，则会发起CPE的注册过程，通过与基站的交互将自己的信息维护到基站的在线CPE MAC类表中。通过该过程，可以更新基站的在线CPE MAC类表，使得基站在该通信周期中获知在线的CPE数目，进行独占时间段的划分，更新基站下的CPE在一个通信周期内的连接情况，将掉线的CPE再次维护在基站的在线CPE MAC类表中。

参阅图3所示，基站与所有注册的CPE通信的步骤如下：

步骤300：基站通过WBSC-Beacon帧向全网广播基站探测消息；

步骤301：各个未注册的CPE通过Response RTS帧向基站发送响应请求发送消息；

步骤302：基站通过Response CTS帧向全网广播响应清除发送消息；

步骤303：各个未注册的CPE分别通过State Update帧向基站上报状态更新消息；

步骤304：基站通过ID Config帧分别下发CPE的CPE标识。

通过步骤300～步骤304，完成基站与CPE系统的管理与维护。

步骤305：基站通过Communication Begin帧向全网CPE广播通信开始消息；

步骤306：CPE-1通过Communication Begin ACK帧返回通信开始应答消息；

步骤307：基站通过Communication Termination帧将通信终止消息发送至CPE-1；

步骤308：CPE-1通过Communication Termination ACK帧返回通信终止应答消息。

基站采用与CPE-1相同的通信管理方法与CPE-2至CPE-(N-1)进行通信管理。

步骤309：基站通过Communication Begin帧向全网CPE广播通信开始消息；

步骤310：CPE-N通过Communication Begin ACK帧返回通信开始应答消息；

步骤311：基站通过Communication Termination帧将通信终止消息发送至CPE-N；

步骤312：CPE-N通过Communication Termination ACK帧返回通信终止应答消息。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的基站与CPE的通信管理方法，相应地，本发明另一实施例还提供了基站与CPE的通信管理装置，装置结构示意图如图4所示，具体包括：

确定单元400，用于确定当前通信的目标CPE，针对目标CPE生成通信开始消息；

广播单元410，用于在系统内广播通信开始消息，通信开始消息用于指示当前通信为目标CPE的独占通信，除目标CPE之外的其他CPE在收到通信开始消息后进行静默；

通信单元420，用于接收目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与目标CPE进行独占通信。

注册单元430，用于在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程，并接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对响应请求发送消息生成响应清除发送消息，以及广播响应清除发送消息，响应清除发送消息用于指示当前注册过程为未注册的一个CPE的独占注册过程，除未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到响应清除发送消息后进行静默，接收未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对状态更新消息为未注册的一个CPE分配CPE标识。

确定单元400具体用于：

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将各个CPE确定为当前通信的目标CPE。

通信单元420还用于：

根据通信开始应答消息中指示的占用时长与目标CPE进行独占通信，并在独占通信结束后，将通信终止消息发送至目标CPE，并接收目标CPE返回的通信终止应答消息终止本次独占通信。

注册单元430还用于：

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在下一通信周期开始时刻再次在系统内广播基站探测消息。

综上所述，本发明实施例提供的方案，可以在系统构建时期，采用基站与CPE短时间一对一的形式为CPE分配唯一的CPE标识，以及在通信管理过程中，通过发送通信开始消息通知全网与目标CPE进行短时间的独占通信，使得其他CPE可以在该时间段进行静默，有效的避免了多个CPE的竞争过程，从而解决了信道利用率差的问题；并且，基站与CPE之间采用私有协议，该私有协议不仅可以使得所有的CPE都能在一个时间段内与基站一对一进行数据交互，还避免了基站和CPE系统受到其他非该系统的WLAN用户的接入，保证了系统的独立性，增强了系统的鲁棒性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基站与客户终端设备CPE的通信管理方法，其特征在于，所述方法包括：

确定当前通信的目标CPE，针对所述目标CPE生成通信开始消息；

在系统内广播所述通信开始消息，所述通信开始消息用于指示当前通信为所述目标CPE的独占通信，除所述目标CPE之外的其他CPE在收到所述通信开始消息后进行静默；

接收所述目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与所述目标CPE进行独占通信。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，所述基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程；

接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对所述响应请求发送消息生成响应清除发送消息；

广播所述响应清除发送消息，所述响应清除发送消息用于指示当前注册过程为所述未注册的一个CPE的独占注册过程，除所述未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到所述响应清除发送消息后进行静默；

接收所述未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对所述状态更新消息为所述未注册的一个CPE分配CPE标识。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定当前通信的目标CPE，包括：

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将所述各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将所述各个CPE确定为当前通信的目标CPE。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开始与所述目标CPE进行独占通信后，还包括：

根据所述通信开始应答消息中指示的占用时长与所述目标CPE进行独占通信；

在所述独占通信结束后，将通信终止消息发送至所述目标CPE，并接收所述目标CPE返回的通信终止应答消息终止本次所述独占通信。

5.如权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在所述下一通信周期开始时刻再次在系统内广播所述基站探测消息。

6.一种基站与客户终端设备CPE的通信管理装置，其特征在于，所述装置包括：

确定单元，用于确定当前通信的目标CPE，针对所述目标CPE生成通信开始消息；

广播单元，用于在系统内广播所述通信开始消息，所述通信开始消息用于指示当前通信为所述目标CPE的独占通信，除所述目标CPE之外的其他CPE在收到所述通信开始消息后进行静默；

通信单元，用于接收所述目标CPE返回的通信开始应答消息，并开始与所述目标CPE进行独占通信。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

注册单元，用于在每个通信周期开始时刻，在系统内广播基站探测消息，所述基站探测消息用于指示系统内未注册的各个CPE发起注册过程，并接收未注册的一个CPE返回的响应请求发送消息，针对所述响应请求发送消息生成响应清除发送消息，以及广播所述响应清除发送消息，所述响应清除发送消息用于指示当前注册过程为所述未注册的一个CPE的独占注册过程，除所述未注册的一个CPE之外的其他CPE在收到所述响应清除发送消息后进行静默，接收所述未注册的一个CPE上报的状态更新消息，针对所述状态更新消息为所述未注册的一个CPE分配CPE标识。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE注册的先后顺序，依次将所述各个CPE确定为当前通信的目标CPE；或者，

在为系统内未注册的各个CPE分配CPE标识后，根据系统内各个CPE上报的业务需求的从大到小，依次将所述各个CPE确定为当前通信的目标CPE。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述通信单元还用于：

根据所述通信开始应答消息中指示的占用时长与所述目标CPE进行独占通信，并在所述独占通信结束后，将通信终止消息发送至所述目标CPE，并接收所述目标CPE返回的通信终止应答消息终止本次所述独占通信。

10.如权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述注册单元还用于：

每次完成与所有注册CPE的独占通信后，结束当前通信周期；

开始下一通信周期，并在所述下一通信周期开始时刻再次在系统内广播所述基站探测消息。