CN111093283B - 基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法，包括：基站根据统计周期内的业务负荷，调整随机接入退避(Backoff)参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；基站广播所述Backoff参数。应用本申请公开的技术方案，能够根据业务负载对Backoff参数进行动态调整，从而平衡资源利用率和接入时延，以达到同时满足容量和用户接入体验感的最大化目标。

Description

基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法和 设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法和设备。
背景技术
专业数字集群(PDT：Professional Digital Trunking)标准是具有中国自主知识产权的窄带集群通信标准，着眼未来数字对讲技术发展之方向，可满足多数集群通信行业用户的需求。PDT标准充分考虑了中国国情,对国际上的成熟标准技术(如Tetra、P25、DMR、MPT1327等)进行了借鉴及创新设计，遵循高性价比、安全保密、大区制、可扩展和向后兼容的五大原则，有效地解决了多种应急通信网融合通信的问题。
PDT标准以中国公安市场为基础，兼顾县、市、省、国家的不同级别用户需求及网络实际建设需要，既支持低成本单基站系统通信，也能做到高效的大区制覆盖，满足诸如四级联网的全国范围公安应急通信指挥网的建设要求。在地震、风灾、社会治安等紧急突发事件中，能迅速接入公安现有GIS调度平台，实现灵活组网、高效率指挥调度、高质量语音及数据传输等功能，并具有迅速响应、安全保密的特点。
PDT标准具有高效利用频谱资源，大区制组网方式，从模拟MPT1327平滑过渡到数字集群的优点。其业务功能丰富，可扩展，向后兼容，同时系统和移动台成本较低，网络建设速度较快，总体运维成本较低。综合来看，PDT标准在专业无线通讯领域具有长期的竞争优势。其自主安全加密技术，特别适合公共安全用户保密需求。
在语音集群模式下，PDT基站会配置一条控制信道。各移动台按下PTT(Push toTalk：一键通)键时，将根据基站广播的随机接入退避参数(简称Backoff参数)，在0～Backoff*60ms时间内随机等待若干时间后，才在监听到控制信道空闲时发起空口的随机接入申请。该特性主要是为了防止移动台同时并发申请，导致到达基站的申请发生碰撞而无法响应。
目前PDT系统基站默认配置Backoff参数，该参数无法根据业务负载进行动态调整。
发明内容
本申请提供了一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法和设备，以根据业务负载对Backoff参数进行动态调整，平衡资源利用率和接入时延。
本申请公开了一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法，包括：
基站根据统计周期内的业务负荷，调整随机接入退避Backoff参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；
基站广播所述Backoff参数。
较佳的，计算业务负荷的方法包括：
在所述统计周期内，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数；
在采样周期内L2统计所有时隙总数；
采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
较佳的，所述调整Backoff参数包括：
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
不满足上述两个条件时，所述Backoff参数不变；
当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，所述Backoff参数不变；
其中，Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，A<B，0<offset<100，0<M<100。
较佳的，该方法还包括：
当有新呼叫接入且当业务信道占满的情况下，如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该新呼叫；否则，该新呼叫进入繁忙队列进行排队；
对进入繁忙队列的所述新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且全局标识位为0，则对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除；
周期性定时器超时后，检查所述全局标识位是否为1，如果为1，则在繁忙队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对所述业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时；
其中，当有空闲信道时，将所述全局标识位置为1，同时，启动所述周期性定时器。
较佳的，所述对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除包括：
根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道，发出回收业务信道命令。
较佳的，所述基站广播所述Backoff参数包括：基站在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述Backoff参数。
本申请还公开了一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入设备，包括：参数调整模块和通知模块，其中：
所述参数调整模块，用于根据统计周期内的业务负荷，调整Backoff参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；
所述通知模块，用于广播所述随机接入退避参数。
较佳的，所述参数调整模块具体用于：
在所述统计周期内，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数；
在采样周期内L2统计所有时隙总数；
采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
较佳的，所述参数调整模块具体用于：
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
不满足上述两个条件时，维持所述Backoff参数不变；
当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，维持所述Backoff参数不变；
其中，Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，A<B，0<offset<100，0<M<100。
较佳的，该设备还包括排队模块，所述排队模块用于：
当有新呼叫接入且当业务信道占满的情况下，如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该新呼叫；否则，该新呼叫进入繁忙队列进行排队；
对进入繁忙队列的所述新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且全局标识位为0，则对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除；
周期性定时器超时后，检查所述全局标识位是否为1，如果为1，则在繁忙队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对所述业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时；
其中，当有空闲信道时，将所述全局标识位置为1，同时，启动所述周期性定时器。
较佳的，所述排队模块还用于：
根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道，发出回收业务信道命令。
较佳的，所述通知模块具体用于：
在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述Backoff参数。
由上述技术方案可见，本申请由基站根据统计周期内的业务负荷调整Backoff参数，在业务负载高时，将Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将Backoff调小，并向移动台广播所述Backoff参数，使得Backoff参数可以根据业务负载进行动态调整，从而完善了PDT集群系统的基本功能，提升了使用效率，平衡了资源利用率和接入时延，达到了同时满足容量和用户接入体验感的最大化目标。
附图说明
图1为本申请基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法示意图；
图2为本申请基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入设备的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
基站业务量具有潮汐性，同时，各基站配置的载波数也不一，在业务负载高时，系统应自动广播较大值的Backoff参数，以防止随机接入碰撞发生；在业务负载中低时，系统应广播较小值的Backoff参数，以降低随机接入时延，提升用户感知。因此，本申请提出一种基站根据业务负荷自动调整Backoff参数的机制。
本申请提供的基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤101：基站根据统计周期内的业务负荷，调整随机接入退避参数，其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小。
步骤102：基站在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述随机接入退避参数。
上述步骤101涉及基站对业务负荷的计算，方法如下：
在统计周期内(即：设定时间内)，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
●当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数。其中：L1表示协议栈结构中的层1，L2表示协议栈结构中的层2。
●在采样周期内L2统计所有时隙总数。
●采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
上述步骤101中Backoff参数调整的具体方法为：
Backoff参数以连续N个采样点或N个时间单位为调整周期。Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，约束条件A<B。
基站实时监测各采样周期末的上行平均信道利用率，并调整广播的Backoff参数：
●如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1，即：基站后续广播的Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
●如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1，即：基站后续广播的Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
●不满足上述两个条件时，基站维持当前的Backoff参数不变。
●当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，基站维持当前的Backoff参数不变。
其中，0<offset<100，0<M<100。
当有新的呼叫接入且当业务信道占满的情况下，新业务需要进行繁忙排队，具体方法如下：
系统设置一全局标识位，如果系统有空闲信道，则该标示位置位(即：置为1)，否则该标识位不置位(即：该标识位的取值为0)；同时，系统维护一个周期性定时器。
当有新的呼叫接入且当业务信道占满的情况下，基站控制器需进行Qos处理：
●如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该呼叫；否则该呼叫进入队列进行繁忙排队。
●对新进入队列的该新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且上述标识位为0，则系统对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除。
●上述定时器超时后，首先检查上述的标识位是否为1，如果为1，则在繁忙排队队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对该新业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时。
拆信道：当有新的呼叫接入时，在业务信道被占满的情况下，将触发拆除信道的计算。具体的计算方法为：首先根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前基站服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道。
满足拆信道条件后，系统对当前服务的最低优先级信道进行拆除，发出回收业务信道命令。
对应于上述方法，本申请还提供了一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入设备，其组成结构如图2所示，至少包括：参数调整模块和通知模块，其中：
所述参数调整模块，用于根据统计周期内的业务负荷，调整Backoff参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；
所述通知模块，用于广播所述随机接入退避参数。
较佳的，所述参数调整模块具体用于：
在所述统计周期内，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数；
在采样周期内L2统计所有时隙总数；
采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
较佳的，所述参数调整模块具体用于：
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
不满足上述两个条件时，维持所述Backoff参数不变；
当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，维持所述Backoff参数不变；
其中，Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，A<B，0<offset<100，0<M<100。
较佳的，该设备还可以包括排队模块，所述排队模块用于：
当有新呼叫接入且当业务信道占满的情况下，如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该新呼叫；否则，该新呼叫进入繁忙队列进行排队；
对进入繁忙队列的所述新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且全局标识位为0，则对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除；
周期性定时器超时后，检查所述全局标识位是否为1，如果为1，则在繁忙队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对所述业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时；
其中，当有空闲信道时，将所述全局标识位置为1，同时，启动所述周期性定时器。
较佳的，所述排队模块还用于：
根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道，发出回收业务信道命令。
较佳的，所述通知模块具体用于：在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述Backoff参数。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入方法，其特征在于，包括：
基站根据统计周期内的业务负荷，调整随机接入退避Backoff参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；
基站广播所述Backoff参数；
其中，所述调整Backoff参数包括：
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
不满足上述两个条件时，所述Backoff参数不变；
当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，所述Backoff参数不变；
其中，Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，A<B，0<offset<100，0<M<100。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算业务负荷的方法包括：
在所述统计周期内，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数；
在采样周期内L2统计所有时隙总数；
采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
当有新呼叫接入且当业务信道占满的情况下，如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该新呼叫；否则，该新呼叫进入繁忙队列进行排队；
对进入繁忙队列的所述新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且全局标识位为0，则对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除；
周期性定时器超时后，检查所述全局标识位是否为1，如果为1，则在繁忙队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对所述业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时；
其中，当有空闲信道时，将所述全局标识位置为1，同时，启动所述周期性定时器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除包括：
根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道，发出回收业务信道命令。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述基站广播所述Backoff参数包括：基站在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述Backoff参数。
6.一种基于负载的窄带数字集群系统控制信道的随机接入设备，其特征在于，包括：参数调整模块和通知模块，其中：
所述参数调整模块，用于根据统计周期内的业务负荷，调整Backoff参数；其中，在业务负载高时，将所述Backoff参数调大；在业务负载中或低时，将所述Backoff调小；
所述通知模块，用于广播所述随机接入退避参数；
其中，所述参数调整模块具体用于：
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均大于M％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值+1；
如果连续N个采样点或N个时间单位监测的上行信道利用率均小于(M-offset)％，则置Backoff参数值＝当前Backoff参数值-1；
不满足上述两个条件时，维持所述Backoff参数不变；
当Backoff+1>B或者Backoff-1<A时，维持所述Backoff参数不变；
其中，Backoff参数为大于等于A，小于等于B的自然数，A<B，0<offset<100，0<M<100。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述参数调整模块具体用于：
在所述统计周期内，计算各采样周期末的采样上行信道利用率：
当L1接收到上行帧消息发送给L2时，L2累加统计一次采样周期内上行收到的子帧数；
在采样周期内L2统计所有时隙总数；
采样周期末的上行信道利用率＝(L2统计采样周期内本站所有业务信道上收到的子帧总数)/L2统计采样周期内所有业务信道时隙总数×100％。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，该设备还包括排队模块，所述排队模块用于：
当有新呼叫接入且当业务信道占满的情况下，如果排队深度已经达到队列上限，则禁止该新呼叫；否则，该新呼叫进入繁忙队列进行排队；
对进入繁忙队列的所述新呼叫判断其优先级，如果优先级满足拆信道条件且全局标识位为0，则对当前正在服务的最低优先级信道进行拆除；
周期性定时器超时后，检查所述全局标识位是否为1，如果为1，则在繁忙队列中的所有新呼叫中寻找优先级最高的业务，并对所述业务申请进行应答和资源分配；如果不为1，则等待下一个定时器超时；
其中，当有空闲信道时，将所述全局标识位置为1，同时，启动所述周期性定时器。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述排队模块还用于：
根据优先级算法对当前正在服务的信道进行遍历，找出当前服务的最低优先级的信道，如果新呼叫的优先级计算值比最低优先级信道大，并且新呼叫的优先级值大于等于门限值，则触发拆除最低优先级信道，发出回收业务信道命令。
10.根据权利要求6或7所述的设备，所述通知模块具体用于：
在下行控制信道或者下行业务信道，周期式或触发式广播所述Backoff参数。
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