CN107888325A - 点对多点星型自组网络及其帧调度方法 - Google Patents

点对多点星型自组网络及其帧调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种点对多点星型自组网络及其帧调度方法，该点对多点星型自组网络包括中心节点和多个接入节点，该方法包括以下步骤：在该中心节点调节通信所需的复帧的长度；在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息；在该复帧中配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；在该复帧中配置多个动态分配帧；以及在该复帧中配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。

Description

点对多点星型自组网络及其帧调度方法
技术领域
本发明主要涉及移动自组网络，尤其涉及一种点对多点星型自组网络及其帧调度方法。
背景技术
移动自组网(Mobile Ad Hoc Network，MANET)由一组无线移动节点组成，是一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施并能够迅速展开使用的网络体系。移动自组网具有以下特点：所需人工干预最少，是没有任何中心实体、自组织、自愈网络；各个网络节点相互协作，通过无线链路进行通信和交换信息，实现信息和服务的共享；网络节点能够动态地、随意地、频繁地加入网络和退出网络，而常常不需要事先示警或通知，而且很可能不会破坏网络中其他节点的通信。
点对多点星型自组网是移动自组网的其中一种拓扑结构，由(N+1)个节点组成，包括1个中心节点和N个接入节点。中心节点在整个网络中作用相当于基站，完成布网、广播、转发、控制等任务。接入节点在整个网络中作用相当于终端，完成搜网接入、收发数据、反馈信号质量等任务。接入节点对于中心节点来说相当于用户。网络中的任意节点都可以是中心节点或接入节点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种点对多点星型自组网络及其帧调度方法，以解决网络的中心节点和多个接入节点的资源分配。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种点对多点星型自组网络的帧调度方法，该点对多点星型自组网络包括中心节点和多个接入节点，该方法包括以下步骤：在该中心节点调节通信所需的复帧的长度；在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息；在该复帧中配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；在该复帧中配置多个动态分配帧；以及在该复帧中配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
在本发明的一实施例中，在该中心节点根据该接入节点的数量决定该复帧的长度。
在本发明的一实施例中，该固定分配帧包含的上行子帧能支持所有用户请求资源。
在本发明的一实施例中，该动态分配帧为配置该固定分配帧后剩余的帧。
在本发明的一实施例中，该随机接入帧散布在该广播帧和该固定分配帧内。
在本发明的一实施例中，该中心节点通过该固定分配帧的上行子帧接收信道质量指示的反馈，用于评估信道质量。
在本发明的一实施例中，在每个复帧中允许某个用户至少一次通过该随机接入帧随机接入的机会。
本发明还提出一种点对多点星型自组网络，该点对多点星型自组网络包括中心节点和多个接入节点，其中在该中心节点调节通信所需的复帧的长度，且在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息，配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；配置多个动态分配帧；以及配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
本发明还提出一种点对多点星型自组网络的节点，当该节点配置为中心节点时，用于调节通信所需的复帧的长度，且在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息，配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；配置多个动态分配帧；以及配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
与现有技术相比，本发明的点对多点星型自组网络及其帧调度方法，可以解决中心节点和多个接入节点的资源分配，实现各节点之间的通信。
附图说明
图1是点对多点星型自组网络的拓扑结构。
图2A是根据本发明一实施例的无线帧结构。
图2B是根据本发明一实施例的子帧结构。
图3A是根据本发明一实施例的复帧结构的上下行配置。
图3B是根据本发明另一实施例的复帧结构的上下行配置。
图3C是根据本发明又一实施例的复帧结构的上下行配置。
图4是根据本发明一实施例的点对多点星型自组网络的帧调度方法。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
为了解决中心节点和多个接入节点的资源分配，本发明提出一种点对多点星型自组网络的帧调度方法。
图1是点对多点星型自组网络的拓扑结构。参考图1所示，点对多点星型自组网络10可包括中心节点11和多个接入节点12。在不同情景中，中心节点和接入节点的角色是可以转换的，网络中的任意节点都可以是中心节点或接入节点。
图2A是根据本发明一实施例的无线帧结构。如图2所示，定义一个基本的时间单位Ts＝1/(15000*2048)＝1/30720000秒。此时间单位可以看作是基于快速傅里叶变换(FastFourier Transform,FFT)且FFT大小等于2048的发射机/接收机所使用的采样时间。定义为一个无线帧的时间为10ms(Tf＝307200×Ts＝10ms)，由2个长达5ms的半帧(half-frame)组成。每个半帧由5个长达1ms的子帧组成。每个子帧包含14个符号，前两个符号分别为保护间隔(Guard Period,GP)和前导码(Preamble)，长度分别为2192Ts，GP用来进行上下行射频器件转换或者频点带宽转换等，前导码用来进行接收AGC的稳定；后12个符号，分两个时隙，每个符号由循环前缀(Cyclic Prefix,CP)和数据组成，数据长度均为2048Ts，每个时隙的第一个符号CP长度为160Ts，其他符号的CP长度为144Ts。
基于上述帧结构设计一个时分工作系统，上下行配置如表1，D代表下行，方向是中心节点发送，接入节点接收；U代表上行，方向是接入节点发送，中心节点接收。
表1上下行配置
以N＝16为例，1个中心节点和16个接入节点，定义以160ms作为一个复帧结构。也就是说，中心节点11可以根据接入节点12的数量决定复帧的长度。
复帧结构配置为兼容广播、接入、每个用户固定分配资源和基于整体网络效率的动态资源四部分。对于中心节点11分配的下行D帧，是中心节点11来用的；其他接入节点12作为接收帧。对于中心节点11分配的上行U帧，是接入节点12来用的；中心节点11作为接收帧。
由此，根据本发明一实施例的点对多点星型自组网络的帧调度方法如图4所示，包括以下步骤：
在步骤401，在中心节点调节通信所需的复帧的长度。
在步骤402，在复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息。
在步骤403，在复帧中配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧。
在步骤404，在复帧中配置多个动态分配帧。
在步骤405，在复帧中配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
复帧中所有子帧调度都可由中心节点控制。
图3A-3C是根据本发明不同实施例的复帧结构的上下行配置。参考图3A-3C所示，广播帧用于给用户发送系统消息，如图中所示的D(SI)就代表了广播消息(SI，Systeminformation)的发送，这个系统消息重复发送的次数根据需要可以变化，取决于可用D帧个数。广播帧的发送周期可以为160ms，即每个复帧发送一次。
随机接入帧用于给用户做随机接入，每个160ms的复帧结构可以有多个子帧的随机接入机会，且每个子帧可以支持多个用户的接入。具体支持的用户数取决于检测随机接入序列的能力。随机接入帧可以散布在广播帧和固定分配帧内，如图3A-3C中所示。图3A-3C中的MSG1_n，MSG2_n，MSG3_n，MSG4_n(n＝0,1)代表了随机接入的过程，n代表了可以做随机接入的机会，而每次机会还可以允许多个用户进行随机接入。也就是说，随机接入在一个复帧允许某个用户接入一次，失败后等待下一个复帧接入帧再接入。
固定分配帧用于中心节点按照用户序号依次给每个用户分配一个发送上行子帧。为此，固定分配帧包含的上行子帧需要能支持所有用户请求资源。在这个发送子帧中，用户可将把本接入节点的12后续发送数据需求和对中心节点11的测量情况、GPS信息等发送给中心节点11。
动态分配帧由中心节点11根据各用户的实际资源请求和信道质量来进行具体分配。中心节点11在收齐所有用户请求之后，决定后续的动态分配的资源怎么给需要的用户。如图3A-3C中的Ui(CQIi，i＝0,…,15)所示，在固定分配帧中用户可固定反馈CQI(ChannelQuality Indicator)，反馈周期为160ms，用于中心节点11评估信道质量。
总体来说，本实施例的方法是根据系统需要支持的用户数来确定固定分配和动态分配的时间，原则是固定分配帧必须能保证支持系统中所有用户都能分到U帧资源，发送调度请求，剩下的时间都配置为动态分配帧。
从中心节点的角度看，其需要执行的操作包括：调节通信所需的复帧的长度，且在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息，配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；配置多个动态分配帧；以及配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
本发明上述实施例的点对多点星型自组网络及其帧调度方法，可以解决中心节点和多个接入节点的资源分配，实现各节点之间的通信。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种点对多点星型自组网络的帧调度方法，该点对多点星型自组网络包括中心节点和多个接入节点，该方法包括以下步骤：
在该中心节点调节通信所需的复帧的长度；
在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息；
在该复帧中配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；
在该复帧中配置多个动态分配帧；以及
在该复帧中配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该中心节点根据该接入节点的数量决定该复帧的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该固定分配帧包含的上行子帧能支持所有用户请求资源。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该动态分配帧为配置该固定分配帧后剩余的帧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该随机接入帧散布在该广播帧和该固定分配帧内。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该中心节点通过该固定分配帧的上行子帧接收信道质量指示的反馈，用于评估信道质量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个复帧中允许某个用户至少一次通过该随机接入帧随机接入的机会。
8.一种点对多点星型自组网络，该点对多点星型自组网络包括中心节点和多个接入节点，其中在该中心节点调节通信所需的复帧的长度，且在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息，配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；配置多个动态分配帧；以及配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
9.一种点对多点星型自组网络的节点，当该节点配置为中心节点时，用于调节通信所需的复帧的长度，且在该复帧中配置一广播帧，用于给用户发送系统消息，配置多个固定分配帧，用于该中心节点按照用户序号依次给用户分配发送上行子帧；配置多个动态分配帧；以及配置一个或多个随机接入帧，用于给用户做随机接入。
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