CN1193435A - 多站之间传输控制方法及相应通信站 - Google Patents

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Abstract

本发明与一种通信协议有关,采用这种通信协议,如果每个通信站(GS1)包括一个在接收子组合(33)中检测不成功传输数过大的装置和一个通过给一个含有相应消息的第二队列(322)比含有新产生的消息的第一队列(321)高的传输优先权再循环这些消息直至解决所述冲突的装置,就可减少通信站之间的不成功传输。应用:VSAT卫星网

Description

多站之间传输控制方法及相应通信站
本发明与由一个通信信道互连的多个通信站之间消息传输的控制方法有关，这个通信信道至少包括一个至少部分由这些通信站共享的上行信道(upstream channel)，而这个上行信道被划分成一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息时隙(message slot)和一个公共微时隙区(minislot pool)，每个消息时隙都有一个传输其中一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号(available data slot reservation signal)的微时隙，而公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号。
本发明还与能实现所述控制方法的通信站有关，具体地说，与在由一个通信信道互连的多个通信站之间传输消息的通信站有关，这个通信信道至少包括一个至少部分由这些通信站共享的上行信道，而这个上行信道被划分为一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息时隙和一个公共微时隙区，每个消息时隙都有一个传输其中一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号的微时隙，而公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号。
图1示出了一个称为中枢站1的地面站和由多个地面站(未示出)共享的通信信道2的一些帧I，…I+R，I+R+1。中枢站可以是这些地面站中的一个，构成了一个对所述信道的上行链站进行监控的主控站，以便在随机选取的各时隙中的相应信息分组从一个地面站传送到另一个地面站。如图2所示，通信站之间的通信协议为：每个帧，长度为t(f)秒，包括个数K给定的消息时隙21(l)至21(f)和一个特定的称为公共微时隙区CMP的时隙。每个消息时隙(或称为数据时隙)的持续期为t(m)，包括一个数据部(或数据消息DM)和K个微时隙，而CMP也包括K个微时隙，但没有数据部。每个消息时隙中的微时隙的持续期比t(m)小很多，这些微时隙出现在消息时隙的开始部分。
在有一个消息需要从一个第一通信站发送给一个第二通信站时，这个消息必需要等到下一帧，这里标为帧I，的开始(在帧I之前，各通信站都已从中枢站接收到一个反馈消息或信号，指示对于新的消息或已成功地发出传输请求的消息来说哪个时隙是空闲的)。如果确实有一些可用的消息时隙，那么发送站就随机地选择其中一个消息时隙，在这个时隙的数据部发送它的消息。除了在数据部发送的这个消息以外，还在该消息时隙的一个微时隙中(随机选取)置入一个相关的传输请求，以申明保留这个时隙。如果没有可用时隙，这个通信站就将传输请求置入CMP的一个微时隙。
在给定的传播延迟后(例如，如图1所示在链路经由一个卫星的情况下为0.27秒)中枢站接收到在帧I中发送的所有消息和传输请求。于是，中枢站对各数据时隙的冲突情况进行检测，计算出紧接在各通信站从中枢站接收反馈消息的帧后的帧I+R+1中的可用时隙集ASS(假设所有在帧I发送的通信站都在帧I+R+1前接收到各自的反馈消息)。一个时隙(例如在所述帧I+R+1内的时隙)。称为是可用的(即非保留的)，如果没有请求申明要再在这个时隙传输的话；相反，一个时隙称为是保留的，如果有一个而且只有一个请求申明要再在这个时隙传输的话。如果有多于一个的请求申明要再在同一个时隙传，输那么就不能进行成功传，输让这个时隙为新来的空着，然而现在要在CMP内进行再传输请求。
计算出可用时隙集ASS(即新消息可用的那些时隙)后，中枢站向各通信站广播这个帧的所述ASS和各消息时隙的状态(空闲或可用E，成功占用S，冲突C)：
(1)如果一个通信站已经在一个数据时隙发送了一个消息而接收到的是反馈消息S(成功传输)，它就退出协议；
(2)如果一个通信站接收到一个反馈信号C(冲突)或已在CMP发送了一个请求，就读中枢站广播的ASS：
(a)如果微时隙的标号不符合ASS中的任何时隙，这意味着这个标号与一个保留时隙相应，因此再传输请求成功，这个通信站将在这个保留的数据时隙发送它的消息，从而退出协议；
(b)如果微时隙的标号符合ASS中的一个时隙，这意味着请求失败，这个时隙可用于新消息，但该通信站必需用CMP再发送它的请求。
这种基于争用的协议适合低业务量的情况，非常有利于涉及产生定长短消息的各种应用(例如对于诸如计费电视或多媒体数据库咨询的用户鉴定之类的交互性应用)，可参见美国专利No.4641304。采用这种所谓申明再传输随机接入(ARRA)协议，由于除了在数据时隙发送的消息外还在一个随机选择的伴随微时隙中置入了一个信号，申明在所述消息与其他消息发生冲突时保留后续帧中这个相应时隙，因此如果这个申明没有受到冲突，那么在数据部受到冲突的消息可以在所申明的时隙再发送。在数据部和申明部都受到冲突的情况下，通信站就试着在CMP的一个微时隙中置入一个新的申明。显然，虽然时隙数据部的冲突概度局限于第一次接入试验(避免再与其他消息冲突)，但考虑到每个时隙中的微时隙段或每个帧开始部分的CMP，在申明微时隙中的冲突可能发生不止一次。此外，在信道负载较高的情况下，在有新消息需发送的通信站和数据段和微时隙段都遭受冲突的通信站之间，往往在CMP段会反复发生冲突。由于在CMP中的微时隙数限制为K，因此在这个段中的冲突一直没有解决。在受到双重冲突的消息(即在数据段和微时隙段都有冲突)不允许接入帧的可用时隙时协议饱和，因此这些可用时隙就浪费掉了。这种协议的效率，定义为它的能力或最大归一化吞吐率，于是限制在最大为0.42左右，也就是说成功使用的数据时隙不到50％。
因此，本发明的第一个目的是提出一种改进的协议，减小在微时隙发生的冲突概率，提高协议就平均吞吐量和在网络负载较高情况下的延迟方面的性能。
为此，本发明与本说明的前言部分所述的方法有关，所述方法包括一个根据对有关遭到冲突的次数的信息所作的分析进行再循环的步骤。
这种方法的基本想法是：通过允许至少某些争用消息再接入一个可用消息时隙的数据段给这些消息加上一个优先权，利用浪费的数据时隙来解决CMP中的冲突。
在一个优选实施例中，必需提出的是所述方法的再循环步骤包括一个分析有关所遭冲突数的信息的第一子步骤，以及如果所述冲突数大于一个预定门限，就通过给这些遭冲突的消息一个比新产生的消息高的优先权，再循环它们的第二子步骤。
本发明的另一个目的是提出一种实现所述方法的通信站。
为此，本发明与本说明的前言部分所述的通信站有关，所述通信站有一个包括下列装置的接收子组合：
(a)一个分析电路；用来给定有关所遭冲突数的信息；以及
(b)一个处理电路，用来将所述冲突数与一个预定门限相比较，而且仅当所述冲突数大于所述门限时，通过给这些遭冲突的消息一个比新产生的消息高的优先权再循环这些消息。
本发明也可以与在由一个通信信道互连的多个通信站之间传输消息的通信站有关，这个通信信道至少包括一个至少部分由这些通信站共享的上行信道，而这个上行信道被划分为一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息时隙和一个公共微时隙区，每个消息时隙都有一个传输其中一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号的微时隙，而公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号，所述通信站包括一个用来产生必需发送的消息的产生子组合和一个传输子组合，其中所述通信站还包括一个用来提供有关所遭冲突数的信息的装置。
用这种通信站所进行的测试表明吞吐性能得到了改善，吞吐率值例如对于K＝8达到了0.52左右。
下面将结合附图对本发明进行详细说明，在这些附图中：
图1示意性地示出了一个划分为一系列相继帧的通信信道和一个用来监控各通信站之间通过所述通信信道进行的消息传输的主控站；
图2例示了每个帧的结构；以及
图3示出了一个通信网的配置情况，包括地面站GS1和经包括一个卫星SAT的信道与它通信的主控站(中枢站)MS。
如上所述，帧结构划分成K个数据时隙和一个处在帧的开始部分的具有K个微时隙的公共微时隙区CMP，而每个数据时隙又划分成一个数据部(或数据段)和K个微时隙。参见图3，地面站GS1产生一个消息，在下一帧中的一个可用时隙发送(可用时隙集ASS由中枢站MS广播的反馈信息指示，各地面站在每个帧开始前均可收到)，同时还在一个伴随的微时隙中引入一个保留信号。这个信号用来申明如果所产生的所述信号与另一个地面站产生的消息发生冲突就在后续帧中保留一个时隙(对于伴随时隙Ki，就是K个时隙中的第i个时隙)。所有成功到达中枢站而没有与其他申明发生冲突的保留申明可以使相应的保留时隙不纳入可用时隙集ASS。如果没有可用时隙，所述地面站GS1就试着在CMP的一个微时隙中引入一个类似的申明信号。
按照本发明，每个有关地面站(在本例中为GS1，但任何其他地面站具有同样的结构)都包括一个消息产生子组合31、一个传输子组合32和一个接收子组合33。子组合31是一个业务产生器，在本实施例中遵从到达率为每时隙λ个消息的泊松过程，λ标为总系统负载参数。传输子组合32包括两个队列321和322，第一个队列接在子组合31的输出端，用来存储新消息，而第二个队列用来存储需再循环的消息(这在下面将予以说明)。同时，这两个队列还使消息有一定延迟，以及接入帧中的正确时隙。接收子组合33用来组织传输或再传输过程，它包括一个分析电路331，用来接收中枢站广播的、在每一帧的开始部分指出可用时隙和冲突时隙的反馈信息。电路331后接一个比较电路332，用来对微时隙中的冲突或不成功传输进行计数，并将所计的数与一个对应于预定允许冲突数的门限相比较。
(a)如果所述冲突数低于或等于这个门限，所有产生的消息继续在ASS中寻找一个传输时隙(在图3中，这种情况相当于第一种所例示的传输模式，经传输级351在一个保留时隙内传输)；以及
(b)如果所述冲突数高于门限，就将新产生的消息送至低优先权队列321加以延迟，而将与再传输申明相应的消息送至高优先权队列322，也就是在所述新消息前再循环发送(在图3中，这种情况相当于第二种所例示的传输模式，经传输级352传输)。
在所述例中，每个地面站都具有仅对于每帧一些再循环的消息(例如一个消息)的接入可能性，但本发明也可用于考虑增大每个再循环它的消息的地面站的可能性的更为一般的情况。此外，需要指出的是，在所述地面站如前面所述包括一个用来产生必需发送的消息的产生子组合、一个传输子组合和一个用来提供有关所遭冲突数的信息的装置的情况下也可应用本发明。
在这一系列操作期间，中枢站MS通过执行检测冲突或不成功传输情况和产生相应的反馈信息这两种操作来监控这个过程。这些操作是在检测时隙的数据段中可能发生的消息冲突的第一冲突检测器341内、在检测时隙的微时隙段中或CMP中可能发生的传输请求冲突的第二冲突检测器342内和在向各站发送有关新的或再循环的消息接入通信信道的可用时隙的信息的反馈信息产生电路343内执行的。电路343所广播的在每一帧开始时到达的可用时隙集ASS如前面所述指出了新的和再循环的消息的各个可用时隙。
在不同的网络负载情况下对所述方法的性能所进行的鉴定测试表明对于不同的K值(例如每帧有2个时隙至8个时隙)吞吐率值都有所改善。可以放宽再传输申明的帧数M对于较小的K值比较大的K值更为明显。有关确定最大冲突数(超过这个冲突数的消息就进入再循环)的参数C的情况是最好C＝3。由于所提出的方法将吞吐率性能从采用以前所知的协议时的0.42提高到0.52，因此可以适用于需要以最小的延迟和满意的吞吐率直接接入卫星转发器的超小口径(VSAT)卫星网，也可以适用于在服务提供方与系统用户之间要求有一个低交互层(对数据率的类型询问/应答)的各种多媒体广播应用。

Claims (5)

1.一种控制由一个通信信道互连的多个通信站之间的消息传输的方法，所述通信信道至少包括一个至少部分由所述这些通信站共享的上行信道，所述上行信道被划分成一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息时隙和一个公共微时隙区，每个消息时隙都有一个传输所述这些通信站中的一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号的微时隙，而所述公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号，其中所述方法还包括根据对有关所遭冲突数的信息的分析进行再循环的步骤。
2.一种按权利要求1所述的方法，其中所述再循环步骤包括一个分析有关所遭冲突数的信息的第一子步骤，以及如果所述冲突数大于一个预定门限，就通过给这些遭冲突的消息一个比新产生的消息高的优先权再循环它们的第二子步骤。
3.一种在由一个通信信道互连的多个通信站之间传输消息的通信站，所述通信信道至少包括一个至少部分由所述这些通信站共享的上行信道，所述上行信道被划分成一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息时隙和一个公共微时隙区，每个消息时隙都有一个传输所述这些通信站中的一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号的微时隙，而所述公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号，其中所述通信站有一个包括下列装置的接收子组合：
(a)一个分析电路，用来给定有关所遭冲突数的信息；以及
(b)一个处理电路，用来将所述冲突数与一个预定门限相比较，而且仅当所述冲突数大于所述门限时，通过给这些遭冲突的消息一个比新产生的消息高的传输优先权再循环它们。
4.一种按权利要求3所述的通信站，其中所述接收子组合还包括两个并行的队列，第一队列接收新产生的消息，而所述处理电路将这些遭冲突的消息再循环入第二队列，并给所述第二队列的内容一个比第一队列的内容高的传输优先权。
5.一种在由一个通信信道互连的多个通信站之间传输消息的通信站，所述通信信道至少包括一个至少部分由所述这些通信站共享的上行信道，所述上行信道被划分成一系列相继的具有预定长度的帧，每个帧包括一些消息、时隙和一个公共微时隙区，每个消息时隙都有一个传输所述这些通信站中的一个通信站所产生的至少一个消息的数据部和一些用来发送一个在至少两个消息之间发生冲突的情况下相应的可用数据时隙保留信号的微时隙，而所述公共微时隙区也有一些微时隙，在至少两个保留信号之间发生冲突的情况下用来发送另一个可用数据时隙保留信号，所述通信站包括一个用来产生必需发送的消息的产生子组合和一个传输子组合，其中所述通信站还包括一个提供有关所遭冲突数的信息的装置。
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