CN108770019A - 一种无线网络中基于序列的资源预约多址接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线网络中基于序列的资源预约多址接入方法，涉及通信技术领域，本发明收发节点对之间通过单次信道接入，预约以时间序列组织的多个RB，降低预约单个RB的信令开销；利用序列数量多和序列之间部分重叠的特点，提高RB利用效率，提高网络吞吐率。本发明的有益效果为通过单次预约多个RB组成的序列，降低每次数据传输都需要预约RB的信令开销；通过利用序列数量多和序列之间部分重叠的特点，降低并发链路间的冲突概率，提高网络吞吐率。

Description

一种无线网络中基于序列的资源预约多址接入方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是一种预约多址接入方法，将承载用户业务的多个无线资源块以时间序列的方式进行组织，提出通过单次预约一个时间序列达到预约多个无线资源块的目的，以减小通信网络系统的信令开销、提高网络吞吐率。
背景技术
在无线网络中，多址接入控制(Multiple Access Control，MAC)技术负责在地理位置相近的邻节点之间分配共享的网络资源，从而保障用户间公平、高效的进行数据传输；其中，承载用户业务的无线网络资源可被称为网络资源块(Resource Block，RB)。从用户获取RB的方式看，MAC可被划分为随机多址接入和预约多址接入，其中随机多址接入指的是用户之间以随机竞争的方式接入网络，之后竞争成功者获取RB并进行数据传输，而预约多址接入则是在邻节点用户之间相互协调的分别预约特定的RB，之后在预约的时间点直接获取RB并进行数据传输。
在传统的基于预约接入的多址接入方法中，节点在通过竞争或预约的方式首次成功接入信道之后，在其传输的数据包中携带预约后续RB的信息；之后，则可在预约的RB上进行数据传输。传统的预约方法主要有两种实现方式：第一种，节点每次成功接入信道后只预约下一次数据传输所使用的一个RB；这种方法的缺点是每次只能预约一个RB，信令开销大；第二种，节点每次成功接入信道可预约多个RB，但这些 RB之间在时间间隔上通常是固定的；这种方法的缺点是不同链路预约的某个RB如果发生冲突的话，那么其他RB也会发生冲突，从而造成预约的不可靠，降低了网络吞吐率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于序列的资源预约多址接入方法，收发节点对之间通过单次信道接入，预约以时间序列组织的多个RB，降低预约单个 RB的信令开销；利用序列数量多和序列之间部分重叠的特点，提高RB利用效率，提高网络吞吐率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：
步骤1：所有节点根据序列生成算法，生成预约的RB序列，并为所有的RB序列进行编号，并转步骤2；
所述的序列生成算法的输入包括：RB总个数、不同RB序列之间的部分重叠程度，即不同RB序列所含有的相同RB的个数，输出包括：RB序列集合、每个RB序列所包含的RB个数以及具体RB值；
步骤2：每个节点侦听并记录其邻节点所使用的RB序列号，并将这些RB序列号标记为本节点不可用的RB序列号，转步骤3；
步骤3：当发送端节点S成功接入信道之后，则将其认为可用的RB序列号和其邻节点所使用的RB序列号，通过RBseq数据包均发送给其邻节点；转步骤4；
所述的成功接入信道的方法包括基于随机竞争的多址接入方法和基于预约的多址接入方法；所述的可用的RB序列号指尚未被节点S的邻节点所使用的RB序列号；
步骤4：接收端节点D根据所记录的其邻节点所使用的RB序列号，选择出与发送端节点S共同认为可用的RB序列号，并将其选择的结果通过REP数据包应答给发送端节点S，转步骤5；
所述的选择可用RB序列号的方法包括可用RB序列中每个RB序列所包含的RB 个数，可用RB序列与节点S和节点D的邻节点已选用RB序列的部分重叠度，即可用RB序列中RB在节点S和节点D的邻节点已选用的RB序列中被使用的次数；
步骤5：发送端节点S根据预约的RB序列中的RB位置，在RB序列指定的RB 上发送数据包PKT给接收端节点D，转0；
所述的发送数据的具体数据包PKT中可以包含节点S的邻节点所选择使用的RB 序列号，和本节点与节点D进行通信所选择的RB序列号；
步骤6：接收端节点D根据预约的RB序列中RB的位置，在相应的预约的RB序列中RB上接收数据包DATA，并选择性回复应答节点S的数据包，流程结束；
所述的选择性指的是根据无线网络通信协议进行数据包应答回复，或选择不进行数据包应答回复。所述的应答数据包格式包含节点D的邻节点所选择使用的序列号，和本节点与节点S进行通信所选择的序列号。
本发明的有益效果为通过单次预约多个RB组成的序列，降低每次数据传输都需要预约RB的信令开销；通过利用序列数量多和序列之间部分重叠的特点，降低并发链路间的冲突概率，提高网络吞吐率。
附图说明
图1是本发明基于序列的资源预约多址接入方法示意图。
图2是本发明的主要步骤示意图。
图3是本发明实施例一的示意图。
图4是本发明实施例二的示意图。
图5是本发明实施例二的示意图。
图6是本发明基于拉丁方的伪随机序列示例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提出了一种基于序列的资源预约多址接入方法。首先，每个节点将数据传输阶段期望预约的多个RB以时间序列的方式进行组织，某个或某些RB可同时在多个序列中被复用，即两个序列之间可以在某个或某些RB上存在部分重叠；然后，在信道接入阶段，每个节点侦听并记录其邻节点所使用的RB序列序号；接着，当收发节点成功接入到网络时，预约尚未被其邻节点使用的RB序列的序号；最后，在数据传输阶段，收发节点对按照所预约的RB序列进行数据传输。该方法可为通信系统带来两方面的性能增益：第一，通过单次预约多个RB组成的序列，可以降低单个RB 的预约信令开销；第二，通过充分利用序列数量多和序列之间部分重叠的特点，提高 RB利用效率，提高网络吞吐率。
步骤1：所有节点根据序列生成算法，生成预约的RB序列，并为所有的RB序列进行编号，并转步骤2；
所述的序列生成算法的输入包括：RB总个数、不同RB序列之间的部分重叠程度，即不同RB序列所含有的相同RB的个数，输出包括：RB序列集合、每个RB序列所包含的RB个数以及具体RB值；
步骤2：每个节点侦听并记录其邻节点所使用的RB序列号，并将这些RB序列号标记为本节点不可用的RB序列号，转步骤3；
步骤3：当发送端节点S成功接入信道之后，则将其认为可用的RB序列号和其邻节点所使用的RB序列号，通过RBseq数据包均发送给其邻节点；转步骤4；
所述的成功接入信道的方法包括基于随机竞争的多址接入方法和基于预约的多址接入方法；所述的可用的RB序列号指尚未被节点S的邻节点所使用的RB序列号；
步骤4：接收端节点D根据所记录的其邻节点所使用的RB序列号，选择出与发送端节点S共同认为可用的RB序列号，并将其选择的结果通过REP数据包应答给发送端节点S，转步骤5；
所述的选择可用RB序列号的方法包括可用RB序列中每个RB序列所包含的RB 个数，可用RB序列与节点S和节点D的邻节点已选用RB序列的部分重叠度，即可用RB序列中RB在节点S和节点D的邻节点已选用的RB序列中被使用的次数；
步骤5：发送端节点S根据预约的RB序列中的RB位置，在RB序列指定的RB 上发送数据包PKT给接收端节点D，转0；
所述的发送数据的具体数据包PKT中可以包含节点S的邻节点所选择使用的RB 序列号，和本节点与节点D进行通信所选择的RB序列号；
步骤6：接收端节点D根据预约的RB序列中RB的位置，在相应的预约的RB序列中RB上接收数据包DATA，并选择性回复应答节点S的数据包，流程结束；
所述的选择性指的是根据无线网络通信协议进行数据包应答回复，或选择不进行数据包应答回复。所述的应答数据包格式包含节点D的邻节点所选择使用的序列号，和本节点与节点S进行通信所选择的序列号。
图1给出了本发明提出的基于序列的资源预约多址接入方法示意图，从时间维度看，该方法主要包括三个阶段，即信道侦听阶段、信道接入与资源预约阶段和数据传输阶段，其中信道侦听阶段的主要功能是侦听并记录邻节点所使用的RB序列序号；信道接入与资源预约阶段的主要功能是节点以随机竞争或预约的多址接入方法接入无线信道，之后预约数据传输阶段的RB资源；在本专利中，该阶段所预约使用的RB 序列号将尽量与邻节点所使用的RB序列号不同；数据传输阶段的主要功能是节点根据信道接入时所竞争获取的、或预约占用的RB资源进行数据传输；在本专利中，节点在该阶段将按照所预约的RB资源进行数据传输。
图1给出了数据传输阶段中以时间序列组织起来的多个RB，其中包括序列1所使用的RB和序列2所使用的RB。令{ts,te,ch,b,p,cd}表示一个RB，其中ts表示该RB的起始时间、te表示该RB的终止时间，0≤ts＜te＜∞，ts,te均为实数，ch表示该RB所位于的信道，1≤ch≤Ch，ch为信道序号而Ch为总的信道个数，b表示该RB所位于的波束， 1≤b≤B，b为波束序号而B为总的波束个数，p表示节点在该RB上传输数据时所使用的功率，1≤p≤P，p为实数而P为最大功率值，cd表示节点在该RB上传输数据时所使用的码字，1≤cd≤Cd，cd为码字序号而Cd为总的码字个数。因此，以时间序列组织起来的RB序列是一个包含有多个RB的集合，令S＝{RB1,RB2,L,RBN}表示由N个RB组成的RB序列，设RBn1,RBn2,1≤n1＜n2≤N表示RB序列S的两个RB，且表示这两个RB 的起始时间，则
该RB序列具有下述特点：
(1)所有RB序列含有的RB个数可以不同，每个RB序列中含有的RB个数不限；
(2)不同RB序列可同时使用某一个或多个RB，即不同RB序列之间可在某个或某些RB上发生部分重叠；
(3)每个RB序列中相邻RB之间的起始时间间隔是随机的。
图2给出了本发明的主要步骤。其中节点S表示发送端节点，节点D表示接收端节点；RBseq(Resource Block sequence)数据包包含了节点S选择的拟与节点D进行通信所使用的RB序列，REP(REPly)数据包包含了节点D对节点S所选择的RB序列的确认信息，PKT(PaCKeT)数据包表示节点S根据所预约的RB序列进行数据传输时所传输的数据包，ACK(ACKnowlege)数据包表示节点D在收到数据包PKT之后应答的数据包。
1.具体实施例一
本实施例侧重于描述无线自组织网络中一种基于序列预约的多信道随机多址接入协议，在该协议中，本发明提出的序列预约方法被应用在节点随机竞争接入信道之后，预约在数据传输阶段所使用的RB过程中。具体协议工作步骤如图3所示。
步骤1.所有节点根据序列生成算法，生成数据信道2-C上用于RB预约的RB序列，并为所有的RB序列进行编号；转步骤2；
步骤2.每个节点侦听并记录其邻节点所使用的RB序列号，并将这些序列号标记为本节点不可用的序列号；转步骤3；
步骤3.当发送端节点S发送RTS、并成功收到节点D回复的CTS包时，则节点 S将其认为可用的序列号和其邻节点所使用的序列号，均封装到数据包REV中，并发送给接收端节点D；转步骤4；
步骤4.接收端节点D收到REV包之后，根据REV包中的序列号信息、和节点D 所记录的序列号信息，选择出节点D与节点S共同认为可用的序列号，并将其选择的序列结果封装到CRV数据包中发送给节点S；转步骤5；
步骤5.发送端节点S根据预约序列中RB位置，在序列指定的RB上发送数据给接收端节点D；转0；
步骤6.接收端节点D根据预约序列中RB的位置，在相应的RB上接收数据包 DATA，但不回复应答节点S的数据包；流程结束。
图3中，在无线自组织网络中，设共有C个信道，其中信道1被称为控制信道，用于节点之间采用控制包进行握手，并预约数据传输的RB，信道2-C被称为数据信道，用于承载节点之间的数据传输。数据信道上的RB被以序列的方式进行组织。
2.具体实施例二
本实施例侧重于描述定向无线自组织网络中一种基于序列预约的单信道TDMA 多址接入协议；在该协议中，本发明提出的序列预约方法被应用在多个信道接入与资源预约阶段，用于预约节点对之间的预约握手时隙；具体协议工作步骤如图4所示。
步骤1.所有节点根据序列生成算法，生成N个预约阶段上RB预约的时间序列，并为所有的序列进行编号；转步骤2；
步骤2.在邻节点扫描阶段，每个节点侦听并记录其邻节点所使用的序列号，并将这些序列号标记为本节点不可用的序列号；转步骤3；
步骤3.在邻节点扫描阶段，当发送端节点S与接收端节点D成功握手之后，则将其认为可用的序列号和其邻节点所使用的序列号，均发送给接收节点D；转步骤4；
步骤4.节点端节点D根据所记录的其邻节点所使用的序列号，选择出与发送端节点S共同认为可用的序列号，并将其选择的序列结果应答给发送端节点S；转步骤5；
步骤5.在预约阶段，发送端节点S根据预约序列中RB位置，在序列指定的RB 上发送数据给接收端节点D；转0；
步骤6.接收端节点D根据预约序列中RB的位置，在相应的RB上接收数据包 DATA，并回复应答节点S的数据包；流程结束。
图4中，在定向无线自组织网络中，节点以TDMA的方式接入信道并进行数据传输，1个TDMA超帧中包含有1个邻节点发现阶段、N个预约阶段和N个数据传输阶段，每个阶段均包含有多个时隙；其中，预约阶段的时隙被以序列的方式组织。
3.具体实施例三
本实施例侧重于描述无线自组织网络中一种基于序列预约的多信道TDMA多址接入协议；在该协议中，本发明提出的序列预约方法被应用在数据传输阶段，用于预约节点对之间进行数据传输的时隙；具体协议工作步骤如图5所示。
步骤1.所有节点根据序列生成算法，生成C个信道上数据传输阶段中时隙RB预约的时间序列，并为所有的序列进行编号；转步骤2；
步骤2.在预约阶段，每个节点侦听并记录其邻节点所使用的序列号，并将这些序列号标记为本节点不可用的序列号；转步骤3；
步骤3.在预约阶段，当发送端节点S与接收端节点D成功握手之后，则将其认为可用的序列号和其邻节点所使用的序列号，均发送给接收节点D；转步骤4；
步骤4.节点端节点D根据所记录的其邻节点所使用的序列号，选择出与发送端节点S共同认为可用的序列号，并将其选择的序列结果应答给发送端节点S；转步骤5；
步骤5.在数据传输阶段，发送端节点S根据预约序列中RB位置，在序列指定的 RB上发送数据给接收端节点D；转0；
步骤6.接收端节点D根据预约序列中RB的位置，在相应的RB上接收数据包 DATA，并回复应答节点S的数据包；流程结束。
图5中，在定向无线自组织网络中，共计包含有C个信道，节点以TDMA的方式接入信道并进行数据传输，1个TDMA超帧中包含有1个邻节点发现阶段、N个预约阶段和N个数据传输阶段，每个阶段均包含有多个时隙；其中，邻节点发现阶段工作在信道1上进行邻节点之间的握手和相互发现，预约阶段和数据传输阶段工作在信道1-C上；在预约阶段，已经相互发现的邻节点预约信道2-C上的时隙RB进行数据传输；信道1-C上数据传输阶段中的时隙被以序列的方式组织。
4.具体实施例四
本实施例侧重于描述并给出一种基于拉丁方序列的序列生成方法。
图6给出了一种基于拉丁方的序列图案的示例，该图案中元素的值为序列的序号。比如序列1为{1,4,3,2}，表示在第1-4个时隙内，该序列将分别使用信道{1,4,3,2}；序列2为{2,1,4,3}，表示在第1-4个时隙内，该序列将分别使用信道{2,1,4,3}。
网络中所有节点同步使用相同的序列图案，该图案可随时间同步进行更新变化。

Claims (1)

1.一种无线网络中基于序列的资源预约多址接入方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：所有节点根据序列生成算法，生成预约的RB序列，并为所有的RB序列进行编号，并转步骤2；
所述的序列生成算法的输入包括：RB总个数、不同RB序列之间的部分重叠程度，即不同RB序列所含有的相同RB的个数，输出包括：RB序列集合、每个RB序列所包含的RB个数以及具体RB值；
步骤2：每个节点侦听并记录其邻节点所使用的RB序列号，并将这些RB序列号标记为本节点不可用的RB序列号，转步骤3；
步骤3：当发送端节点S成功接入信道之后，则将其认为可用的RB序列号和其邻节点所使用的RB序列号，通过RBseq数据包均发送给其邻节点；转步骤4；
所述的成功接入信道的方法包括基于随机竞争的多址接入方法和基于预约的多址接入方法；所述的可用的RB序列号指尚未被节点S的邻节点所使用的RB序列号；
步骤4：接收端节点D根据所记录的其邻节点所使用的RB序列号，选择出与发送端节点S共同认为可用的RB序列号，并将其选择的结果通过REP数据包应答给发送端节点S，转步骤5；
所述的选择可用RB序列号的方法包括可用RB序列中每个RB序列所包含的RB个数，可用RB序列与节点S和节点D的邻节点已选用RB序列的部分重叠度，即可用RB序列中RB在节点S和节点D的邻节点已选用的RB序列中被使用的次数；
步骤5：发送端节点S根据预约的RB序列中的RB位置，在RB序列指定的RB上发送数据包PKT给接收端节点D，转步骤6；
所述的发送数据的具体数据包PKT中可以包含节点S的邻节点所选择使用的RB序列号，和本节点与节点D进行通信所选择的RB序列号；
步骤6：接收端节点D根据预约的RB序列中RB的位置，在相应的预约的RB序列中RB上接收数据包DATA，并选择性回复应答节点S的数据包，流程结束；
所述的选择性指的是根据无线网络通信协议进行数据包应答回复，或选择不进行数据包应答回复，所述的应答数据包格式包含节点D的邻节点所选择使用的序列号，和本节点与节点S进行通信所选择的序列号。
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