CN112398555B - 增量式资源申请和分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种增量式资源申请和分配方法及系统，该方法包括：通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。本发明实施例通过扰码在数据中向控制节点携带信息，这种信息携带方式具有不需要占用额外的业务资源、传输距离不受链路自适应策略的限制、与用户数据传输的目标用户无关等特点。资源增量式申请不需要专门的资源申请信息的控制信令交互过程，资源申请和分配的时间延迟短且节省控制资源。满足业务传输的最低质量需求，并且在资源申请、分配和调整过程中尽量保证配置的业务资源缓慢增加或者减少，避免资源分配的剧烈变动。

Description

增量式资源申请和分配方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种增量式资源申请和分配方法及系统。

背景技术

常用的信道资源分配方式也就是多址接入控制，按照实现方式可分为静态分配和动态分配两大类。静态分配类不能够适应用户需求的动态变化，不能够充分利用系统的传输资源。动态分配类能够适应用户需求的动态变化，但是需要解决资源冲突和资源复用问题。现有的动态分配类有两种解决该问题的思路：一种是随机竞争接入，允许资源冲突的发生，通过一定的补偿措施抵消资源冲突带来的影响；另一种是控制访问，通过轮询或者预约的方式预先分配资源，避免资源冲突的发生。不管哪种思路，一般都需要有专门的通过控制信令进行资源协调的过程，而为了保证这个资源协调过程的有效性和可靠性，信令交互一般采用低速高可靠的通信手段。因此，与数据交换相比较，信令交换过程的资源利用率低，传输和检测距离远。现有的大部分资源分配方法没有充分考虑和利用上述的信令交互和数据交换的差异。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的增量式资源申请和分配方法及系统。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种增量式资源申请和分配方法，该方法包括：通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

根据本发明实施例第二方面，提供了一种增量式资源申请和分配系统，该系统包括：申请模块，用于通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；分配模块，用于接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的增量式资源申请和分配方法。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的增量式资源申请和分配方法。

本发明实施例提供的增量式资源申请和分配方法及系统至少具有如下有益效果：通过扰码在数据中向控制节点携带信息，这种信息携带方式具有不需要占用额外的业务资源、传输距离不受链路自适应策略的限制、与用户数据传输的目标用户无关等特点。资源增量式申请不需要专门的资源申请信息的控制信令交互过程，资源申请和分配的时间延迟短且节省控制资源。此外，增量式资源申请和分配方法的原则是满足业务传输的最低质量需求，并且在资源申请、分配和调整过程中尽量保证配置的业务资源缓慢增加或者减少(释放)，避免资源分配的剧烈变动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的动态控制访问的基本思路示意图；

图2为现有技术提供的发送用户的覆盖范围示意图；

图3为现有技术提供的控制节点、移动用户的控制信道和业务信道覆盖范围示意图；

图4为现有技术提供的不同传输速率下的拓扑结构示意图；

图5为现有技术提供的传输速率与传输距离的典型关系曲线示意图；

图6为本发明实施例提供的增量式资源申请和分配方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的增量式资源申请和分配过程示意图；

图8为本发明实施例提供的用户的信道质量测量与报告流程示意图；

图9为本发明实施例提供的时帧结构与时隙划分示意图；

图10为本发明实施例提供的一种时帧结构与时隙划分示意图；

图11为本发明实施例提供的网络资源分配情况的快照1；

图12为本发明实施例提供的网络资源分配情况的快照2；

图13为本发明实施例提供的增量式资源申请和分配系统的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先对本发明实施例涉及的相关技术原理进行说明：

1、信道共享

信道一般是表示沿一定方向传送信息的媒体。信道可以是电磁信号的一个特定频率区域，称为频带；也可以是信号的一个特定片段，称为帧。信道共享，就是将同一个信道供多个用户同时使用并保证互不干扰。信道共享可以提高信道资源的利用率，实现信道共享的基本技术主要包括：

1.1频分多址FDMA(Frequency Division Multiple Access)：把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带(称为子频带)，把每个子频带分给一个用户专用(称为地址)。这是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术。

1.2时分多址TDMA(Time Division Multiple Access)：把信道帧划分为若干不相重叠的时隙，把每个时隙分配给一个用户作为专用地址。这是数字数据通信和第二代移动通信的基本技术。

1.3码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)：如果各个用户的地址既不是指定的信号子频带也不是时隙，而是信号的一组正交编码结构(码型)，这些用户信号也可以同时在同一个信道上传输而互不干扰。

1.4空分多址SDMA(Space Division Multiple Access)：使用技术手段将空间分割为若干不重叠的区域，通过不同的区域区别不同的用户。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是自适应阵列天线。

在确定采用的信道共享基本技术的基础上，系统设计需要重点解决的问题是：如何将划分的资源块(频带、时隙、码字或者区域)分配给不同的用户使用，并在保证不冲突或者解决冲突的基础上提高系统的用户容量和用户数据的传输性能，即如何通过信道资源分配满足用户需求，提高系统性能。

2、多址接入与资源分配

常用的信道资源分配方式也就是多址接入控制，按照实现方式可分为静态分配和动态分配两大类：

2.1、静态分配——如传统的FDM或TDM，如果有N个用户，把带宽或时间分成N份，每个用户静态地占用一个。这种分配方式优点是实现简单，数据传输时延小；缺点是信道利用率低，有的用户无数据传输需求时白白浪费资源，且不能有效地处理突发数据。

2.2动态分配——按需分配可用的信道资源，按照策略的不同又可分为随机访问和控制访问两类：

2.2.1随机访问即争用，用户只要有数据，就抢占信道，发送数据，发生冲突后再采取措施解决冲突。随机访问适用于负载轻的网络，负载重时效率低。常用的随机访问协议有ALOHA、CSMA、基于虚拟载波侦听的访问控制协议(802.11MAC)，以及这些基础随机访问协议的各种改进。

2.2.2控制访问即发送站点必须先获得发送的权利，再发送数据，不会发生冲突。控制访问在负载重的网络中可获得很高的信道利用率，主要有轮询(round-robin)和预约(reservation)两种方式。

对于静态分配类，由于传输时间是事先分配的，所以要求将全网络系统参数作为输入。比如，典型的静态多址接入TDMA协议按照网络中的最大用户数量来做出其传输时间安排。对于一个有N个用户的网络，该协议使用的帧长可以为N个时隙，每个用户分得唯一的一个时隙。因为在每一个帧中每个用户能够唯一的访问一个时隙，所以对任何类型的分组都不存在碰撞的问题，并且信道访问时延受帧长影响。

对于动态分配类，给用户分配发送时隙的问题称为传输时间安排问题，其关键点和优势是通过按需分配可用信道提高资源利用率。在移动通信系统(蜂窝网)中研究基站如何协调、控制和分配可用的信道资源，支持移动台与基站之间的上下行通信，如何进行小区间的资源协调、控制和分配，支持移动台的小区切换、漫游和小区间通信。在移动自组织网络中研究如何利用移动自组织网络的多跳网络拓扑进行带宽的空间复用。不同的用户只要相距的足够远，而且不会相互干扰，则可以同时使用相同的资源。考虑使用全向天线的单信道移动自组织网络中安排广播发送传输时间的问题。此时，无冲突广播传输时间安排要求任何两个同时发送的用户之间的距离必须至少等于三跳。

如图1所示，静态分配类不能够适应用户需求的动态变化，不能够充分利用系统的传输资源。动态分配类能够适应用户需求的动态变化，但是需要解决资源冲突和资源复用问题。现有的动态分配类有两种解决该问题的思路：一种是随机竞争接入，允许资源冲突的发生，通过一定的补偿措施抵消资源冲突带来的影响；另一种是控制访问，如图1所示，通过轮询或者预约的方式预先分配资源，避免资源冲突的发生。不管哪种思路，一般都需要有专门的通过控制信令进行资源协调的过程，而为了保证这个资源协调过程的有效性和可靠性，信令交互一般采用低速高可靠的通信手段。因此，与数据交换相比较，信令交换过程的资源利用率低，传输和检测距离远。现有的大部分资源分配方法没有充分考虑和利用上述的信令交互和数据交换的差异。

本发明实施例主要研究有控制中心的网络或者子网。对于这里网络或者子网，适宜采用控制访问的思路解决动态资源分配问题，因此需要网络中的用户通过控制信令向控制中心申请传输资源。同时，若网络采用链路自适应的策略提高系统的资源利用率，且假设网络用户以最低速率传输控制信令，则可能存在控制中心与网络用户能够交互控制信令却不能交互更高速率的业务分组的情况。此时，如果网络用户想在业务信道携带目标用户为控制中心的分组，则必须降低传输速率，降低了资源利用率。

3、链路自适应对资源分配的影响

需要注意的是，发射功率、传输距离和传输速率之间存在着相互制约的关系：发射功率一定的情况下，最大传输速率与最大传输距离成反比，即最大传输速率越高，最大传输距离越小；传输速率一定的情况下，最大发射功率与最大传输距离成正比，即最大发射功率越高，最大传输距离越大；而在传输距离一定的情况下，最大发射功率与最大传输速率成正比，即最大发射功率越高，最大传输速率越高。因此，在功率控制以及链路自适应的过程中，业务信道的传输距离发生变化，造成网络的业务信道的拓扑关系相应的变化。同时，在组网和分组传输过程中，不同的传输信道、不同的分组类型对传输质量的要求不同，所需要采用的传输速率等传输参数也不同，因此相应的传输距离存在明显的差异。

总之，功率控制、链路自适应策略以及特定的服务质量需求等使得相同用户之间不同的分组传输可能存在不同的传输距离，增加了资源协调和分配的难度。为了更好的理解用户之间的关系的模型，下面给出传输范围、干扰范围和载波侦听范围的定义：

3.1传输范围(transmission range，TX_range)是这样一个范围，即发送的分组在这个范围内都能被成功接收。这一传输范围主要取决于发送功率和无线电传播特性。

3.2物理载波侦听范围(physical carrier sensing range，PCS_range)是这样一个范围，即其他站点在这个范围内都能检测到发送。它主要取决于接收机的灵敏度和无线电传播特性。

3.3干扰范围(interference range，IF_range)是这样一个范围，即处于接收状态的站点在这一范围内会被一个发射机干扰而遭受损失。干扰范围通常比传输范围大，并且它是收发用户之间距离和路径损耗模型的函数，很难预测。

参见附图2，如上分析可知，功率控制与网络连通性关系紧密。用户发射功率越大，通信半径越大，可选邻居节点数量越多，连通性越容易得到保证，但是也意味着更大的能量消耗，更强的通信干扰。反之，用户发射功率越小，通信半径越小，可选邻居节点数量越少，连通性保证越困难，但是也将降低用户的能耗与用户间干扰。此外，用户并非一定要和所有的邻居节点建立通信链路，对邻居节点进行适当取舍，有利于降低路由协议、MAC协议开销等。

假设发送用户的发射功率是50W，发送天线高度为15米，接收天线高度为3米，那么在中等起伏地形条件下，现有的典型设备能够达到如下的通信距离：

128kbps速率条件下，最大通信距离不小于20km；

2Mbps速率条件下，最大通信距离不小于10km；

16Mbps速率条件下，最大通信距离不小于5km。

如图3-4所示，给出了用户传输速率为128kbps和16Mbps时用户之间的拓扑关系。可见，当用户低速率传输时，整个网络能够维持比较好的连通性；而当用户高速率传输时，能够与之进行高速通信的邻居节点大量减少。通过上述例子可知，在发射功率、收发天线高度等条件一致的情况下，收发用户之间的传输速率越高，最大通信距离越远。

更一般的，假设采用简单的自由空间传播模型，且设功率衰减与传输距离的4次方程正比，对上述传输速率和传输距离进行拟合，得到如图5所示的传输速率与传输距离的典型关系曲线。

基于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供了一种增量式资源申请和分配方法，解决有控制中心的网络或者子网的快速资源申请和分配问题，可以用于移动通信系统的小区内基站与移动用户之间的快速资源协调和分配，也可用于移动自组织网络一个簇或者群内成员之间的快速资源协调和分配。

参见附图6，本发明实施例提供一种增量式资源申请和分配方法，包括但不限于如下步骤：

步骤101、通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；

步骤102、接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

具体地，上述增量式资源申请和分配方法的核心思想是：网络中已经获得资源使用权的用户通过n个不同的扰码在数据中携带n比特信息，指示用户当前资源需求的状态，包括维持不变、增加资源、减少资源等；然后，控制节点收集用户通过扰码在数据中携带的信息，协调和分配可用的传输资源。

增量式资源申请和分配方法的基本假设和前提如下：

1)无线网络或者子网中有一个控制节点，该控制节点通过预先指定或者选举产生，与网络中的用户通过控制信道交互信令，协调和控制网络资源；控制节点与网络用户之间均能够通过控制信道直接连接，即控制节点与网络用户之间通过控制信道构成了一个以控制节点为中心的星型网络。

2)控制信道和业务信道物理或者逻辑分离，控制信道采用低码率、高功率、抗干扰等措施，尽量做到低速、高可靠、大覆盖；业务信道具备链路自适应能力，传输速率和覆盖范围动态变化，传输速率高则相应的最大覆盖范围小，传输速率低则相应的最大覆盖范围大。

3)网络用户根据需求申请业务资源，根据用户申请资源时的自身业务资源占用情况，将网络用户的资源申请分为一次性申请和增量式申请两类。其中，一次性申请是指用户根据自身业务需求申请相应数量的业务资源，主要用于用户初始建立业务时的资源申请或者新增业务资源需求量超过某个门限时的资源申请。

4)网络用户根据在网络中的状态可以进一步分为未入网用户U_out、空闲状态用户U_idle和忙碌状态用户U_busy。其中，未入网用户是指还未接入网络的用户；空闲状态用户是指用户接入了网络，但是无业务传输需求，未分配业务资源的用户；忙碌状态用户是指用户接入了网络，且有业务传输需求，分配了一定业务资源的用户。

如上所述，网络在控制信道主要通过控制发射功率维持以控制节点为中心的星形拓扑结构，保证组网关键信息的可靠传输，保持网络的可用性；而在业务信道主要是通过调节发射功率和选择邻居关系，满足支持一定业务质量的需求。

在上述假设和前提下，本发明实施例提出的增量式资源申请和分配方法主要包括信道质量测量与报告、资源一次性申请和资源增量式申请三个部分。质量测量与报告负责测量用户之间的信道状态，并将相应的信道状态报告给控制节点；资源一次性申请负责根据当前资源需求一次性申请相应的资源，主要用于资源的初次申请或者是大量资源的申请；资源增量式申请负责根据当前资源需求和资源分配情况调整下一周期的资源需求量，主要用于资源需求的渐进式调整。如图7所示，信道质量测量与报告、资源一次性申请和资源增量式申请周期性工作。用户通过信道质量测量与报告周期性更新和报告自己与邻居节点之间的信道质量，通过资源一次性申请完成资源的初次申请或者超过门限TH_0的资源调整，通过资源增量式申请渐进式的调整自己的资源需求。同时，控制节点根据收集的信道质量和资源申请，协调和分配网络资源。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，信道质量测量与报告具体包括如下内容：

参见附图8，入网的空闲状态用户和忙碌状态用户需要进行信道质量测量与报告。信道质量测量与报告在用户在网时间内周期性的进行，并实时更新相应信息，其具体的流程如下：

步骤1、入网的空闲状态用户和忙碌状态用户在已分配的上行控制信道发送预先定义的信道质量测量导频。

步骤2、入网用户通过接收其他用户在它们的上行控制信道发送的信道质量测量导频，估计用户之间的信道质量，并在下一个已分配的上行控制信道发送信道质量信息。

步骤3、入网用户根据自身与其他用户的信道测量和信息交互，确定用户之间的邻居关系和相应的信道质量，并建立一个能够与自己进行移动用户之间直接通信的邻居信息列表。

步骤4、入网用户通过已分配的上行控制信道周期性发送新建或者更新的邻居信息列表，并通过接收其他用户在它们的上行控制信道发送的邻居信息列表建立以自己的2跳邻居信息列表。

步骤5、控制节点根据用户周期性发送的新建或者更新的邻居信息列表，建立或者更新整个网络的拓扑关系，并周期性广播该拓扑关系。

简言之，上述信道质量测量与报告的主要目的是使得网络中的控制节点建立整个网络的拓扑关系和相应的信道信息，附带的效果是入网用户也可以获得自己的1跳和2跳邻居信息。给出的策略中，控制节点获得整个网络的拓扑关系后，周期性广播拓扑关系，这样网络中所有的用户都可以获得整个网络的拓扑关系。但是，网络拓扑的广播不是必须的，即入网用户是否获得整个网络的拓扑关系不影响本文给出的增量式资源申请和分配方法的实施。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，资源一次性申请包括如下内容：

当空闲状态用户初次申请资源或者忙碌状态用户新增资源需求的变化大于给定门限时，用户通过资源一次性申请策略在一个时帧内申请相应的资源。资源一次性申请策略与传统资源申请策略类似，具体过程如下：

步骤1、用户根据需要传输的业务、服务质量要求、时帧的结构等信息，确定满足业务服务质量要求的最小资源需求，并根据该资源需求计算自己在每个时帧中需要申请的业务资源数量。

步骤2、用户通过随机接入方式或者使用上行控制信道向控制节点发送资源申请，资源申请信息中至少包含资源需求数量、业务优先级、服务质量等。

步骤3、控制节点接收用户发送的资源申请，然后根据所有用户的资源申请信息和网络资源使用情况为用户协调和分配业务资源，并通过下行控制信道或者在随机接入过程中通知用户资源分配情况。

资源一次性申请主要用于初次资源申请或者突发、大量的资源申请，并且为了增加系统的用户容量，申请资源数量为满足业务服务质量要求的最小资源量，控制节点以时帧为周期为用户分配业务资源。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，资源增量式申请具体包括如下内容：

资源增量式申请是忙碌状态用户进行资源调整的一种方式，该方式通过在数据传输过程中使用不同的扰码加扰，指示用户当前资源需求的状态，通知控制节点维持现有资源数量不变、增加资源或者减少资源。

网络预先定义用户可用于数据加扰的n个不同的扰码，并约定每个扰码在资源分配过程中所代表的含义。可知，通过此种方式可以在数据传输过程中向控制节点携带n比特信息，用于指示用户当前资源需求的状态，包括维持不变、增加资源、减少资源等。假设n＝7，并约定资源调整的第一门限Δ1和第二门限Δ2(Δ1<Δ2<TH_0)，资源增量式申请的具体实现过程如下：

步骤1、已经获得一定业务资源的用户首先判断自己是否需要调整业务资源需求。如果不需要调整，则选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，然后使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据。

步骤2、如果需要调整业务资源需求，则比较需要增加或者减少的业务资源量Δ与已知第一门限Δ1和第二门限Δ2的大小，并分为①Δ<Δ1、②Δ1<Δ<Δ2、③Δ2<Δ<TH_0和④TH_0<Δ四种情况。

步骤3、当需要增加业务资源，且满足①、②或③时，则用户选择扰码s1、s2或者s3对需要发送的业务数据进行加扰，表示自己需要额外申请Δ1、Δ2或者TH_0数量的资源，然后使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据。当满足④时，用户仍然选择扰码s3对需要发送的业务数据进行加扰，额外申请TH_0数量的业务资源，同时用户需要使用资源一次性申请的方式申请剩余的业务资源。

步骤4、当需要减少业务资源，且满足②、③或④时，则用户选择扰码s4、s5或者s6对需要发送的业务数据进行加扰，表示自己需要释放Δ1、Δ2或者TH_0数量的资源，然后使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据。当满足①时，用户选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，表示不需要调整业务资源需求。

步骤5、控制节点在时帧的所有上行业务时隙中检测用户数据加扰使用的扰码，并根据预先约定的扰码的含义确定相应用户业务资源调整的需求，然后根据所有用户的资源申请信息和网络资源使用情况为用户协调和分配业务资源，并通过下行控制信道或者在随机接入过程中通知用户资源分配情况。

资源增量式申请的主要特点是用户通过扰码在数据中向控制节点携带信息，携带的信息通过不同的扰码表示。这种信息携带方式具有不需要占用额外的业务资源、传输距离不受链路自适应策略的限制、与用户数据传输的目标用户无关等特点。此外，资源增量式申请不需要专门的资源申请信息的控制信令交互过程，资源申请和分配的时间延迟短且节省控制资源。

基于上述信道质量测量与报告、资源一次性申请和资源增量式申请的内容，以下对整体的工作流程进行说明，增量式资源申请和分配方法的具体过程和测量如下：

1)未入网用户U_out(i)经过同步、随机接入等过程接入网络，成为网络中的空闲状态用户。此时，控制节点已经为用户分配了相应的上行控制信道。

2)空闲状态用户U_idle(j)可以通过接收同步信道和下行控制信道的信息获得网络的具体配置信息，同时通过上行控制信道发送信道质量测量导频，通过接收其他空闲状态用户U_idle和忙碌状态用户U_busy在上行控制信道发送的信道质量测量导频建立与其他用户的邻接关系，并获得相应的信道质量，然后将邻接关系和信道质量报告给控制节点。

3)空闲状态用户U_idle(j)根据业务需求，通过随机接入方式或者使用上行控制信道向控制节点发送资源申请，资源申请信息中至少包含资源需求数量、业务优先级、服务质量等。该申请为资源一次性申请，资源申请数量确定为满足业务质量要求的情况下每个时帧内需要配置的最小资源的数量。

4)忙碌状态用户U_busy(k)根据业务需求变化情况确定资源申请策略。假设业务需求变化引起的资源需求变化为增加Δ，预先定义的资源调整门限为TH_0。如果Δ>TH_0，则忙碌用户U_busy(k)采用资源一次性申请的方式申请额外的资源；如果Δ<HT_0，则忙碌用户U_busy(k)采用资源增量式申请的方式调整资源需求。

5)假设忙碌状态用户U_busy(k)业务需求变化引起的资源需求变化为减少Δ，则忙碌用户U_busy(k)采用资源一次性申请策略释放相应数量的资源。

通过上述资源申请的原则是满足业务传输的最低质量需求，并且在资源申请、分配和调整过程中尽量保证配置的业务资源缓慢增加或者减少(释放)，避免资源分配的剧烈变动。另外，资源分配过程中可以按照现有的方式和策略考虑用户优先级和业务优先级的问题。

本发明实施例提供的增量式资源申请和分配方法至少具有如下有益效果：通过扰码在数据中向控制节点携带信息，这种信息携带方式具有不需要占用额外的业务资源、传输距离不受链路自适应策略的限制、与用户数据传输的目标用户无关等特点。资源增量式申请不需要专门的资源申请信息的控制信令交互过程，资源申请和分配的时间延迟短且节省控制资源。此外，增量式资源申请和分配方法的原则是满足业务传输的最低质量需求，并且在资源申请、分配和调整过程中尽量保证配置的业务资源缓慢增加或者减少(释放)，避免资源分配的剧烈变动。

以下提供一具体实例对本发明实施例提供的上述增量式资源申请和分配方法进行说明：

假设无线网络由多个子网构成，每个子网间采用不同的正交跳频序列实现子网间的频率资源复用，等效为不同的子网使用不同的频带进行子网内的通信。对于同一子网内的通信，控制节点和移动用户在使用相同的跳频序列的基础上(即在任何相同的时刻使用相同的频段)，进一步将频带资源划分为不同的时隙，并在划分时隙资源的基础上定义每个时隙的功能和时帧结构，实现通信资源时域的复用。即在快速跳频的基础上，在子网内部实现时分多址(TDMA)，串行的分配时间资源。

如图9所示，无线网络将子网内的时间资源划分为多个等长的串行时隙，每个时隙的长度为t ms，并根据每个时隙的传输方向、功能和作用的不同进一步将时隙分为多个类：

下行时隙包括：

同步时隙——控制节点用于发送同步信令，用于用户的时间同步。

广播时隙——控制节点用于广播系统消息。

控制时隙——控制节点用于发送下行控制信令。

共享时隙——控制节点用于发送下行共享消息。

上行时隙包括：

控制时隙——移动用户用于发送上行控制信令，如ACK消息。

随机接入时隙——移动用户用于发起随机接入过程。

共享时隙——移动用户用于发送上行共享消息。

上述时隙按照一定的顺序排列，在时间上周期性出现，定义一个周期的时隙构成的时隙序列为一个时帧。时帧起始于下行时隙，终止于上行时隙，经历一次上下行时隙的转换，图示的时帧长度为(m+n+6)个时隙，持续时间为((m+n+6)×t)ms。此外，根据需要可以将多个时帧组合在一起，构成一个超帧。

假设控制节点通过广播信道配置并广播子网工作模式和上下行时隙配置比例，通过下行控制信道配置并广播上下行共享时隙资源的复用模式以及具体的时隙分配指示信息。这里的资源分配主要是指如何无冲突的分配和复用系统的上行共享时隙资源。如图10所示，给出了n＝m＝22，且上下行时隙的比例为3:2时的时帧结构与时隙划分，此时一个时帧中的下行共享时隙为17个，上行共享时隙为27个。

在如上所示的组网方式和时隙结构条件下，假设未入网用户U_out(i)获得网络同步后，通过接收控制节点在广播时隙发送的广播信息获得网络的配置参数，然后在随机接入时隙发起竞争随机接入过程接入网络。当用户成功接入网络后，作为空闲状态用户U_idle(i)，控制节点为其分配周期性的上行控制时隙。假设周期为超帧的长度，而超帧长度由入网的用户数量n_user决定，即超帧长度len_sf＝((m+n+6)×t)×n_user(ms)。例如，若一个时隙长度为4ms，m＝n＝22，入网用户数量n_user＝32，则超帧长度为6.4s，即每个用户每个6.4s分配一个专用的上行控制时隙。

在信道质量测量与报告过程中，空闲状态用户U_idle(i)和忙碌状态用户U_busy(j)通过各自的专用上行控制时隙交互分组，完成信道质量的测量与报告。入网用户U_idle(i)和U_busy(j)使用各自的专用上行控制时隙发送信道质量测量导频，发送获得邻居关系信息，并接收其他用户在它们的专用上行控制时隙发送的相应信息，估计信道质量，建立邻居关系。控制节点接收所有用户发送的信道质量测量导频和邻居关系信息，建立整个子网的拓扑关系，并在下行控制信道广播拓扑关系及其更新信息。根据实例中的网络参数可知，入网用户发送信道测量导频和邻居关系信息的最小周期为6.4s，而控制节点广播拓扑关系及其更新信息的最小周期为200ms。

假设网络预先约定Δ1＝1(时隙/时帧)，Δ2＝2(时隙/时帧)，TH_0＝4(时隙/时帧)，且在如下图所示的时刻网络中的4个用户存在如下情况：

①空闲状态用户U_idle(0)根据业务需求和服务质量要求，需要0.5(时隙/时帧)；

②忙碌状态用户U_busy(1)根据业务需求和服务质量要求，需要在已经获得1(时隙/时帧)的业务资源量的基础上增加2(时隙/时帧)；

③忙碌状态用户U_busy(2)根据业务需求和服务质量要求，需要在已经获得1(时隙/时帧)的业务资源量的基础上增加7(时隙/时帧)；

④忙碌状态用户U_busy(3)根据业务需求和服务质量要求，需要在已经获得8(时隙/时帧)的业务资源量的基础上减少5(时隙/时帧)。

如图11所示，根据增量式资源申请和分配方法：

1、空闲状态用户U_idle(0)采用资源一次性申请策略，通过竞争随机接入的方式向控制节点申请业务资源。如果竞争随机接入采用四次握手的方式进行，则用户U_idle(0)从申请资源到获得资源的最小时间间隔约为2个时帧，即最小资源配置时延约为400ms。

2、忙碌状态用户U_busy(1)采用资源增量式申请策略，使用扰码序列s2对业务分组进行加扰，然后在如图所示的分配的上行共享时隙向目标用户发送加扰后的业务分组，并通知控制节点需要增加(2时隙/时帧)的业务资源量。控制节点检测网络用户使用的扰码，并根据相应的需求协调和分配后续的上行共享信道资源。分析可知，用户U_busy(1)从申请资源到获得资源的最小时间间隔小于1个时帧，即最小资源配置时延小于200ms。

3、忙碌状态用户U_busy(2)所需的资源调整量7>TH_0，需要采用资源增量式申请策略。用户首先使用扰码序列s3对业务分组进行加扰，然后在如图所示的分配的上行共享时隙向目标用户发送加扰后的业务分组，并通知控制节点需要增加4(时隙/时帧)的业务资源量。同时，用户U_busy(2)采用资源一次性申请策略，通过竞争随机接入的方式向控制节点申请额外的业务资源3(时隙/时帧)。如果资源一次性申请的时间超过2个资源调整周期，则用户U_busy(2)可以通过两次资源调整获得数量为8(时隙/时帧)额外资源，完成资源调整，此时最小资源调整时间小于2个时帧，即最小资源配置时延小于400ms。

4、忙碌状态用户U_busy(3)采用资源增量式申请策略，使用扰码序列s6对业务分组进行加扰，然后在如图所示的分配的上行共享时隙向目标用户发送加扰后的业务分组，并通知控制节点需要减少(4时隙/时帧)的业务资源量。然后，用户U_busy(3)在下一个资源调整周期使用扰码序列s4对业务分组进行加扰，然后在如图所示的分配的上行共享时隙向目标用户发送加扰后的业务分组，并通知控制节点需要减少(1时隙/时帧)的业务资源量。分析可知，用户U_busy(3)需要两个资源调整周期完成资源调整，最小资源调整时间小于2个时帧，即最小资源配置时延小于400ms。

如图12所示，增量式资源申请和分配方法通过扰码在数据中向控制节点携带信息，这种信息携带方式具有不需要占用额外的业务资源、传输距离不受链路自适应策略的限制、与用户数据传输的目标用户无关等特点。资源增量式申请不需要专门的资源申请信息的控制信令交互过程，资源申请和分配的时间延迟短且节省控制资源。此外，增量式资源申请和分配方法的原则是满足业务传输的最低质量需求，并且在资源申请、分配和调整过程中尽量保证配置的业务资源缓慢增加或者减少(释放)，避免资源分配的剧烈变动。

基于上述实施例的内容，本发明实施例提供了一种增量式资源申请和分配系统，该增量式资源申请和分配系统用于执行上述方法实施例中的增量式资源申请和分配方法。参见图13，该系统包括：申请模块301，用于通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；分配模块302，用于接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

本发明实施例提供了一种电子设备，如图14所示，该设备包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503上并可在处理器501上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的增量式资源申请和分配方法，例如包括：通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的增量式资源申请和分配方法，例如包括：通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种增量式资源申请和分配方法，其特征在于，包括：

通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；

接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源；

通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息，包括：

已经获得一定业务资源的所述用户判断自身是否需要调整业务资源需求；如果不需要调整，则选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，然后使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；

如果需要调整业务资源需求，则比较需要增加或者减少的业务资源量Δ与已知第一门限Δ1和第二门限Δ2之间的大小，并分为①Δ<Δ1、②Δ1<Δ<Δ2、③Δ2<Δ<TH_0和④TH_0<Δ四种情况；其中，TH_0为给定门限；

当需要增加业务资源且满足①、②或③情况时，则使所述用户选择扰码s1、s2或者s3对需要发送的业务数据进行加扰，以表示自身需要额外申请Δ1、Δ2或者TH_0数量的资源；使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；当满足④情况时，使所述用户选择扰码s3对需要发送的业务数据进行加扰，额外申请TH_0数量的业务资源，同时使所述用户使用资源一次性申请的方式申请剩余的业务资源；

当需要减少业务资源且满足②、③或④情况时，则使所述用户选择扰码s4、s5或者s6对需要发送的业务数据进行加扰，以表示自身需要释放Δ1、Δ2或者TH_0数量的资源；使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；当满足①情况时，使所述用户选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，以表示不需要调整业务资源需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息之前，还包括：

预先定义用户可用于数据加扰的多个不同的所述扰码，并定义每个所述扰码在资源分配过程中所代表的用户当前资源需求的状态，以及资源调整门限；其中，所述状态包括维持不变、增加资源或减少资源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源，包括：

在时帧的所有上行业务时隙中检测用户数据加扰使用的扰码，并根据预先约定的扰码的含义确定相应用户业务资源调整的需求；

根据所述用户的资源申请信息和网络资源使用情况为所述用户协调和分配业务资源，并通过下行控制信道或者在随机接入过程中通知用户资源分配情况。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当空闲状态用户初次申请资源或者忙碌状态用户新增资源需求的变化大于给定门限TH_0时，通过资源一次性申请策略在一个时帧内申请相应的资源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过资源一次性申请策略在一个时帧内申请相应的资源，包括：

用户根据需要传输的业务、服务质量要求或时帧的结构信息，确定满足业务服务质量要求的最小资源需求，并根据所述最小资源需求计算自身在每个时帧中需要申请的业务资源数量；

用户通过随机接入方式或者使用上行控制信道向控制节点发送资源申请信息，所述资源申请信息中至少包含资源需求数量、业务优先级和服务质量；

所述控制节点接收所述资源申请信息，然后根据所有用户的所述资源申请信息和网络资源使用情况为所述用户协调和分配业务资源，并通过下行控制信道或者在随机接入过程中通知用户资源分配情况。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

入网的空闲状态用户和忙碌状态用户在已分配的上行控制信道发送预先定义的信道质量测量导频；

入网用户通过接收其他用户在它们的上行控制信道发送的信道质量测量导频，估计用户之间的信道质量，并在下一个已分配的上行控制信道发送信道质量信息；

入网用户根据自身与其他用户的信道测量和信息交互，确定用户之间的邻居关系和相应的信道质量，并建立一个能够与自身进行移动用户之间直接通信的邻居信息列表；

入网用户通过已分配的上行控制信道周期性发送新建或者更新的邻居信息列表，并通过接收其他用户在它们的上行控制信道发送的邻居信息列表建立以自己的2跳邻居信息列表；

控制节点根据用户周期性发送的新建或者更新的邻居信息列表，建立或者更新整个网络的拓扑关系，并周期性广播该拓扑关系。

7.一种增量式资源申请和分配系统，其特征在于，包括：

申请模块，用于通过扰码在发送的数据中携带用于指示用户当前资源需求的状态信息；

分配模块，用于接收所述状态信息，并根据所述状态信息协调和分配可用的传输资源；

申请模块，具体用于：

已经获得一定业务资源的所述用户判断自身是否需要调整业务资源需求；如果不需要调整，则选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，然后使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；

如果需要调整业务资源需求，则比较需要增加或者减少的业务资源量Δ与已知第一门限Δ1和第二门限Δ2之间的大小，并分为①Δ<Δ1、②Δ1<Δ<Δ2、③Δ2<Δ<TH_0和④TH_0<Δ四种情况；其中，TH_0为给定门限；

当需要增加业务资源且满足①、②或③情况时，则使所述用户选择扰码s1、s2或者s3对需要发送的业务数据进行加扰，以表示自身需要额外申请Δ1、Δ2或者TH_0数量的资源；使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；当满足④情况时，使所述用户选择扰码s3对需要发送的业务数据进行加扰，额外申请TH_0数量的业务资源，同时使所述用户使用资源一次性申请的方式申请剩余的业务资源；

当需要减少业务资源且满足②、③或④情况时，则使所述用户选择扰码s4、s5或者s6对需要发送的业务数据进行加扰，以表示自身需要释放Δ1、Δ2 或者TH_0数量的资源；使用已经获得的业务资源向目标用户发送加扰后的业务数据；当满足①情况时，使所述用户选择扰码s0对需要发送的业务数据进行加扰，以表示不需要调整业务资源需求。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述增量式资源申请和分配方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述增量式资源申请和分配方法的步骤。

Images