CN1260917C

CN1260917C - 一种随机接入的控制方法

Info

Publication number: CN1260917C
Application number: CN 02153671
Authority: CN
Inventors: 郑平方
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: CN1505336A

Abstract

本发明公开了一种随机接入的控制方法，用户端与服务端建立通信时，用户端先向服务端发送接入请求发起随机接入过程，该接入请求发送失败后，用户端在当前失败时刻后的一个接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求，该方法包含以下步骤：预先设定一个以上用户端接入等级；用户端在发起随机接入过程前，从设定的用户端接入等级中选定一个作为当前用户端接入等级；当用户端向服务端发送接入请求失败后，用户端按照选定的用户端接入等级所对应的接入周期再次发送接入请求。通过本发明能够均衡分散接入负载，降低用户端发生接入碰撞的概率，提高每个接入周期中用户端随机接入的成功率，也可以大大缩短用户端的接入时间。

Description

一种随机接入的控制方法

技术领域

本发明涉及通信的随机接入技术，特别是指一种随机接入的控制方法。

背景技术

无论是在计算机通信还是在无线通信中，当用户端需要与服务端建立通信联系时，必须先进行通信信道的申请。通信信道的申请过程通常采用一种随机接入过程。

用户端在需要和服务端建立通信联系时，向服务端发送一个请求建立一个通信信道的请求报文。当用户端发送请求报文后，服务端可能收到用户端发送的请求报文，也可能没有收到用户端发送的请求报文。当服务端没有收到用户端发送的请求报文时，用户端会在随后的一个随机时刻再次向服务端发送请求报文，这个随机向服务端继续发送请求报文的试探过程就是随机接入过程。

在随机接入过程中，多个用户端共同使用一条或多条公用通信信道。考虑到用户端发送接入请求时刻的随机性，多个用户端可能同时提出接入请求，如果不采取一些技术处理，则多个用户端的接入请求尝试就会因相互的接入碰撞而导致失败。因此，在对系统进行设计时，常采用一些技术来减小接入碰撞的概率。

欢迎(ALOHA)技术是一种随机接入过程的控制技术方案，目前ALOHA技术主要包括纯ALOHA方式和时隙ALOHA方式。

纯ALOHA方式的特点是所有用户端都可以随机发送信息，且只有一条公用通信信道。如果多个用户端所发送的信息在时间上重叠，就会发生碰撞(collision)。碰撞的结果是发生碰撞的双方或多方所发送的数据都出现差错，因而都必须进行信息重发。但发生碰撞的各方不能马上进行信息重发，因为这样会导致碰撞再次发生。纯ALOHA方式采用的信息重发策略是让各用户端等待一段随机时间，然后再进行信息重发。如果再次发生碰撞，则再等待一段随机时间，直到信息重发成功为止。根据理论分析，采用以上这种纯ALOHA方式的系统性能很低，碰撞概率大且接入时间长，系统吞吐量最大只能达到0.18，同时这种系统的网络负载不能超过0.5，否则系统就不能正常工作。

为了提高系统随机接入的吞吐量，一般通信系统中将所有用户端在时间上同步起来，将时间划分为一段段等长的时隙(slot)，同时规定，信息只能在既定的每个时隙开始时才能发送出去，这种改进后的纯ALOHA方式即称为时隙ALOHA方式。从理论上分析，采用时隙ALOHA方式的系统，当网络负载为1时，可以达到系统吞吐量的最大值为0.368，且系统的网络负载不能超过1。虽然时隙ALOHA方式克服了纯ALOHA方式的系统性能低、系统网络负载能力低等缺点，但在系统吞吐量较小时，时隙ALOHA方式的系统性能没有纯ALOHA方式的系统性能好。

通过对上述纯ALOHA方式和时隙ALOHA方式的比较，当系统吞吐量比较小的时候，纯ALOHA方式的系统性能要好一些；当系统吞吐量增大时，纯ALOHA方式的系统性能会急剧下降，而时隙ALOHA方式却可以在更高系统吞吐量的情况下工作。

在移动通信中，对时隙ALOHA方式进行了进一步的改进，将一段段等长的时隙组成一帧，一帧包含多个时隙，每帧的时间长度相同，这些等长的时隙称为接入时隙，由这些接入时隙组成的帧称为接入帧。

图1为时隙ALOHA方式中接入时隙、接入帧和接入周期的关系示意图，如图1所示：接入帧101包含N个时间长度相等的接入时隙102，每个接入帧101包含的接入时隙102的个数是相同的，与一个接入帧101相对应的时间就是一个接入周期103。

时隙ALOHA方式中，发生接入碰撞后，在发生接入碰撞的当前时刻以后的任意一个接入时隙，都可能被选择为下一次随机接入的时刻。改进后的时隙ALOHA方式，发生接入碰撞后，主要对下一个随机接入时刻的选择进行了控制。在改进的时隙ALOHA方式中，发生接入碰撞后，是在发生接入碰撞的接入帧后面的连续两个接入帧中选择一个接入时隙作为随机接入时刻。

可以看出，没有改进的时隙ALOHA方式随机选择接入时隙，因此可以在无限宽的时间范围，这样发生下一次接入碰撞的概率就会小一些；但带来的问题就是，可能会选择一个距离当前接入时隙非常远的接入时隙，这样下一次的随机接入就需要等待很长时间才能发生，这种情况是用户不能容忍的。改进的时隙ALOHA方式，可以避免出现这种选择远离当前接入时隙的情况，但带来的新问题是增加了发生下次接入碰撞的概率。在用户端的密集地区或者热点地区，如运动场、展览场所等，由于用户端多，而一帧中可供选择的接入时隙个数是有限的，因此发生接入碰撞的概率会大大增加，用户端随机接入的时间就会很长。

由上面的技术方案可以看出，无论是采用纯ALOHA方式还是时隙ALOHA方式，在用户端的密集地区(热点地区)，由于用户端发起随机接入过程的概率大，发生接入碰撞的概率也非常大，导致用户端随机接入过程的时间非常长。在用户端非常密集的地区，系统的网络负载高，只能采用时隙ALOHA方式控制多用户端随机接入过程。在这个过程中，用户端在当前的接入时隙发生接入碰撞后，会紧接着在下一个接入周期中选择接入时隙，由于用户端始终集中在相同的时间段内进行随机接入，而该时间段内的接入时隙资源是有限的，所以用户端的接入成功率非常低，导致系统的工作效率大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种随机接入的控制方法，既降低用户端发生接入碰撞的概率，也可以大大缩短用户端的接入时间。

为了达到上述目的，本发明提供了一种随机接入的控制方法，用户端与服务端建立通信时，用户端先向服务端发送接入请求发起随机接入过程，该接入请求发送失败后，用户端在当前失败时刻后的一个接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求，其特征在于该方法还包含以下步骤：

A、预先设定一个以上与接入周期相对应的用户端接入等级；

B、用户端在发起随机接入过程前，根据与接入相关的参数从步骤A设定的用户端接入等级中选定一个作为发起随机接入过程的用户端的当前用户端接入等级；

C、当用户端向服务端发送接入请求失败后，用户端按照步骤B选定的用户端接入等级所对应的接入周期再次发送接入请求。

每个用户端接入等级对应一个接入周期，该接入周期包含至少一个物理帧，每个接入周期中的物理帧个数为2的幂次方。

较佳地，用户端在当前发送接入请求失败后，立即在随后的一个接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求。

步骤B中所述与接入相关的参数为：发起随机接入过程的用户端的用户端等级、该用户端发送的接入请求所对应的业务类型和当前系统负载确定其用户端接入等级。

所述步骤B为：发起随机接入过程的用户端根据用户端发送的接入请求所对应的业务类型确定用户端接入等级。

所述步骤B包括以下步骤：

a、判断用户端发送的接入请求所对应的业务类型是否为紧急呼叫业务，如果是，将该用户端的用户端接入等级设置为最高接入优先级，否则执行步骤b；

b、在用户端当前发送的接入请求所对应的业务类型下，根据当前系统负载情况确定该用户端的用户端接入等级。

较佳地，用户端发送的接入请求所对应的业务类型为实时业务，并用预先设定的等级修正因子修正用户端等级与用户端接入等级间的对应关系时，步骤b包括以下步骤：

b11、用户端判断当前系统负载是否为高负载，如果是高负载，将该用户端的用户端接入等级设置为最高等级修正因子减去用户端等级，否则执行步骤b12；

b12、用户端判断当前系统负载是否为低负载，如果不是低负载，将该用户端的用户端接入等级设置为次高等级修正因子减去用户端等级；否则该用户端直接根据用户端等级确定其用户端接入等级。

用户端发送的接入请求所对应的业务类型为非实时业务，并用预先设定的等级修正因子修正用户端等级与用户端接入等级间的对应关系时，步骤b包括以下步骤：

b21、用户端判断当前系统负载是否为高负载，如果是高负载，将该用户端的用户端接入等级设置为最高等级修正因子减去用户端等级，否则执行步骤b22；

b22、用户端判断当前系统负载是否为低负载，如果不是低负载，将该用户端的用户端接入等级设置为最高等级修正因子减去用户端等级；否则该用户端直接根据用户端等级确定其用户端接入等级。

用户端直接根据用户端等级确定其用户端接入等级为：发送接入请求的用户端的用户端等级最高时，设定该用户端的用户端接入等级为最高接入优先级；发送接入请求的用户端的用户端等级次高时，设定该用户端的用户端接入等级为最高接入优先级；发送接入请求的用户端的用户端等级最低时，设定该用户端的用户端接入等级为次低接入优先级。

用户端等级根据当前用户端的重要程度及其业务量确定。

本发明根据用户端等级、业务类型以及系统负载等情况，在用户端划分不同的用户端接入等级，根据用户端接入等级判断用户端的接入服务优先级，对每个用户端接入等级的接入周期和一个接入帧中可选择的接入时隙进行不同的规划，能够均衡分散接入负载，提高每个接入周期中用户端随机接入的成功率，从而既降低用户端发生接入碰撞的概率，也可以大大缩短用户端的接入时间。

附图说明

图1为时隙ALOHA方式中接入时隙、接入帧和接入周期的关系示意图；

图2为用户端发起随机接入过程的流程图；

图3为确定用户端接入等级的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。

对系统当前的接入时隙和接入周期按照不同的用户端接入等级，即用户端接入优先级进行等级划分。不同的通信系统中，一个物理帧包含的接入帧个数是不相同的，如无线通信中，一个物理帧包含两个接入帧。接入周期为接入时隙的选择范围。

本发明将用户端接入等级划分为四级：

用户端接入等级1，即最高接入优先级：接入周期为一个物理帧，接入时隙的选择范围为一个物理帧，也就是说，符合该用户端接入等级的用户端，在发送接入请求失败后，立即在随后一个接入周期的一个物理帧中随机选择一个可用的接入时隙再次发送接入请求。

用户端接入等级2，即中等接入优先级：接入周期为两个物理帧，接入时隙的选择范围为两个物理帧，也就是说，符合该用户端接入等级的用户端，在发送接入请求失败后，立即在随后的一个接入周期的两个物理帧中随机选择一个可用的接入时隙再次发送接入请求。

用户端接入等级3，即较低接入优先级：接入周期为四个物理帧，接入时隙的选择范围为四个物理帧，也就是说，符合该用户端接入等级的用户端，在发送接入请求失败后，立即在随后的一个接入周期的四个物理帧中随机选择一个可用的接入时隙再次发送接入请求。

用户端接入等级4，即最低接入优先级：接入周期为八个物理帧，接入时隙的选择范围为八个物理帧，也就是说，符合该用户端接入等级的用户端，在发送接入请求失败后，立即在随后的一个接入周期的八个物理帧中随机选择一个可用的接入时隙再次发送接入请求。

在用户端发起随机接入过程前，用户端的应用程序根据系统当前系统负载情况、用户端等级、用户端发起的业务类型等参数确定用户端接入等级。当用户端第一次发送接入请求失败后，就根据用户端接入等级确定发送下一个接入请求的时间范围，并在该时间范围内随机选择一个接入时隙。

图2为用户端发起随机接入过程的流程图，如图2所示：

步骤201：用户端根据相关参数确定该用户端的用户端接入等级。

步骤202：用户端向服务端发送接入请求，发起随机接入过程。

步骤203：用户端判断当前发送的接入请求是否失败，如果是，执行步骤204；如果不是，执行步骤205。

步骤204：用户端根据步骤201确定的用户端接入等级确定其接入周期，在相应的接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求，然后执行步骤202。

步骤205：当前随机接入请求成功，进行与当前发起业务类型相关的通信。

在上述过程中，如何确定用户端接入等级是本发明的关键，该用户端接入等级可以根据很多因素和参数来确定，并且可以采用不同的方法和策略。为了便于理解本发明的思想，以一具体实施例说明确定用户端接入等级的策略。

本实施例主要依据三个参数：用户端等级、用户端发起的业务类型和当前系统负载，以此来确定当前用户端的用户端接入等级。

在本实施例中，根据每个用户端的重要程度及其业务量多少来确定该用户端的用户端等级，一般把用户端分为三个等级：3级的优先级最高，一般指非常重要的用户端；2级的优先级其次，一般为平均业务量较多的用户端；1级的优先级最低，一般为普通用户端，且平均业务量非常小的用户端。

对用户端发起的业务类型进行优先级划分：紧急呼叫，如110、119等呼叫，优先级最高；实时业务，如语音业务、实时数据业务，优先级其次；非实时性业务，如短信息、文件下载等业务，优先级最低。

系统负载是一个动态变化的参数，表明当前系统所服务用户端数的多少，一般采用当前在线的用户端数与系统全配置用户端数的比值，该比值小于1。一般系统负载小于20％称为低负载，系统负载在20％～50％称为中负载，系统负载大于50％称为高负载。

由于当前发起的业务类型和系统负载的不同，需要将用户端等级与用户端接入等级之间的映射关系做一下修正，因此引入等级修正因子，等级修正因子可根据当前系统负载状况的不同进行划分，比如：将高负载对应的修正因子作为最高等级修正因子、次高负载对应的修正因子作为次高等级修正因子，并以此类推。由于本实施例中负载分为三级，即：高负载、中负载和低负载，因此在本实施例中，高负载对应最高等级修正因子，中负载对应次高等级修正因子，本实施例选择5为最高等级修正因子，选择4作为次高等级修正因子。

图3为确定用户端接入等级的流程图，如图3所示，确定用户端接入等级的具体实现过程包括以下步骤：

步骤301～步骤302：在用户端发起随机接入过程前，用户端获取用户端级别、发起当前随机接入过程所对应的业务类型、已经从系统传送过来的当前系统负载数据；根据获取的各参数，首先判断发起当前随机接入过程所对应的业务类型是否为紧急呼叫业务，如果是，执行步骤303，如果不是，执行步骤304。

步骤303：将发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级设置为1，即其接入周期为一个物理帧，接入时隙选择范围为一个物理帧，结束确定用户端接入等级的流程。

步骤304：判断发起当前随机接入过程所对应的业务类型是否为实时业务，如果是，如电话业务或可视电话业务，执行步骤305；如果不是，如上网业务或文件传输业务，执行步骤309。

步骤305：判断当前系统负载是否为高负载，如果是，即当前在线的用户较多、系统资源紧张，此时需要对用户端发起的随机接入过程进行一定限制，并且可以通过控制接入周期，增大用户端随机接入成功的概率，执行步骤306；如果不是，执行步骤307。

步骤306：将发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级设置为5-用户端等级，即如果当前用户端的用户端等级为3，则该用户端的用户端接入等级为2，依照此方法可以得到与其他用户端的用户端等级相对应的用户端接入等级，结束确定用户端接入等级的流程。一个用户端等级应该对应一个用户端接入等级，从而根据该用户端接入等级在相应的接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求。

步骤307：判断当前系统负载是否为低负载，如果不是，即系统负载既不过高也不过低，执行步骤308；如果是，执行步骤312。

步骤308：将发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级设置为4-用户端等级，即如果当前用户端等级为3，则该用户端接入等级为1，依照此方法可以得到与其他用户端的用户端等级相对应的用户端接入等级，结束确定用户端接入等级的流程。

步骤309：判断当前系统负载是否为高负载，如果是，执行步骤311；如果不是，执行步骤310。

步骤310：判断当前系统负载是否为低负载，如果不是，执行步骤311；如果是，执行步骤312。

步骤311：将发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级设置为5-用户端等级，即如果当前用户端等级为3，则该用户端接入等级为2，依照此方法可以得到与其他用户端的用户端等级相对应的用户端接入等级，结束确定用户端接入等级的流程。

步骤312：根据用户端等级确定发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级，即如果当前用户端等级为3，则该用户端的用户端接入等级为1；如果当前用户端等级为2，则该用户端的用户端接入等级为1；如果当前用户端等级为1，则该用户端的用户端接入等级为3。

步骤312为系统负载较低的情况。无论是实时业务还是非实时业务，如果当前系统负载较低，即系统有比较富裕的资源供用户端接入，则按如下的方法确定发起当前随机接入过程用户端的用户端接入等级：如果当前用户端等级为3，则该用户端的用户端接入等级为1；如果当前用户端等级为2，则该用户端的用户端接入等级为1；如果当前用户端等级为1，则该用户端的用户端接入等级为3。

每次发起随机接入过程之前，都需要按照以上步骤确定发起随机接入过程用户端的用户端接入等级。如果每次发起随机接入过程所对应的业务类型不一样，则可能会得到不同的用户端接入等级。同样，当用户端等级改变以后，每次发起随机接入过程时，用户端接入等级也会不同。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1、一种随机接入的控制方法，用户端与服务端建立通信时，用户端先向服务端发送接入请求发起随机接入过程，该接入请求发送失败后，用户端在当前失败时刻后的一个接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求，其特征在于，该方法还包含以下步骤：

A、预先设定一个以上与接入周期相对应的用户端接入等级；

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的每个用户端接入等级对应一个接入周期，该接入周期包含至少一个物理帧，每个接入周期中的物理帧个数为2的幂次方。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述的再次发送接入请求为：用户端在当前发送接入请求失败后，立即在随后的一个接入周期中随机选择一个接入时隙再次发送接入请求。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述与接入相关的参数为：发起随机接入过程的用户端的用户端等级、该用户端发送的接入请求所对应的业务类型和当前系统负载确定其用户端接入等级。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B为：发起随机接入过程的用户端根据用户端发送的接入请求所对应的业务类型确定用户端接入等级。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括以下步骤：

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用户端发送的接入请求所对应的业务类型为实时业务，并用预先设定的等级修正因子修正用户端等级与用户端接入等级间的对应关系时，所述步骤b包括以下步骤：

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用户端发送的接入请求所对应的业务类型为非实时业务，并用预先设定的等级修正因子修正用户端等级与用户端接入等级间的对应关系时，所述步骤b包括以下步骤：

9、根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的用户端直接根据用户端等级确定其用户端接入等级为：发送接入请求的用户端的用户端等级最高时，设定该用户端的用户端接入等级为最高接入优先级；发送接入请求的用户端的用户端等级次高时，设定该用户端的用户端接入等级为最高接入优先级；发送接入请求的用户端的用户端等级最低时，设定该用户端的用户端接入等级为次低接入优先级。

10、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述用户端等级根据当前用户端的重要程度及其业务量确定。