RU2538328C2 - Способ управления доступом к беспроводному каналу - Google Patents

Способ управления доступом к беспроводному каналу Download PDF

Info

Publication number
RU2538328C2
RU2538328C2 RU2013100600/08A RU2013100600A RU2538328C2 RU 2538328 C2 RU2538328 C2 RU 2538328C2 RU 2013100600/08 A RU2013100600/08 A RU 2013100600/08A RU 2013100600 A RU2013100600 A RU 2013100600A RU 2538328 C2 RU2538328 C2 RU 2538328C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
access
information
stations
mode
transmission
Prior art date
Application number
RU2013100600/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013100600A (ru
Inventor
Юрий Борисович Нечаев
Максим Юрьевич Сидоров
Александр Александрович Епифанцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ")
Priority to RU2013100600/08A priority Critical patent/RU2538328C2/ru
Publication of RU2013100600A publication Critical patent/RU2013100600A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2538328C2 publication Critical patent/RU2538328C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сетям радиосвязи. Технический результат заключается в уменьшении времени передачи пользовательской информации в беспроводной сети. Способ управления доступом к беспроводному каналу включает: обеспечение уровнем MAC распределенного режима DCF и централизованного режима PCF доступа к разделяемой среде; передачу всей информации кадрами, состоящими из интервалов управляемого и конкурентного доступа; реализацию на интервале управляемого доступа режима доступа PCF, используемого при передаче чувствительной к задержкам информации; выполнение базовой станцией процедуры опроса, в процессе которого определяются станции, имеющие заявки на передачу информации, чувствительной к задержкам, и поочередное предоставление им необходимого для этого временного ресурса в виде специального кадра, при этом в процессе процедуры опроса базовая станция также определяет станции, имеющие заявки на передачу информации, нечувствительной к задержкам, и предоставляет части таких станций доступ к беспроводному каналу в режиме PCF, а остальные станции передают информацию, нечувствительную к задержкам в режиме DCF. 5 ил.

Description

Изобретение относится к сетям радиосвязи и может быть использовано для уменьшения времени передачи пользовательской информации.
Известен способ управления доступом к беспроводному каналу TDMA от узлов (RN) (relay node), развернутых как сеть с линейной или древовидной топологией, для передач с множеством ретрансляционных участков восходящей линии связи от запрашивающего узла к централизованному узлу (BS) (base station) и/или в нисходящей линии связи от централизованного узла (BS) в направлении конечного узла (RN) [заявка РФ 2008103829, МПК H04L 12/28, H04W 72/00, от 29.06.2006]. В данном способе управления доступом канал TDMA разделяют на кадры, каждый кадр разделяют на подкадр управления и подкадр, предназначенный для передачи данных, каждый подкадр, предназначенный для передачи данных, разделен на две непрерывные части, первая из которых предназначена для трафика нисходящей линии связи, а вторая предназначена для трафика восходящей линии связи, в пределах части трафика нисходящей линии связи узел (BS, RN), более близкий к централизованному узлу (BS), обслуживают перед узлом, более удаленным, а в пределах части трафика восходящей линии связи принимают обратный порядок передачи.
Недостатком описанного способа является передача всей пользовательской информации через (BS), что делает сеть чувствительной к выходу из строя (BS). Описанный способ также не предусматривает работу в режиме конкурентного доступа, что ограничивает возможности по адаптации к изменяющейся интенсивности входного потока заявок.
Известен способ управления доступом к беспроводному каналу связи [заявка РФ 2008146852, МПК H04W 74/04 от 01.05.2007]. В данном способе базовая станция содержит планировщик, выполненный с возможностью осуществления планирования с фиксированным предоставлением ресурсов для передачи данных в заданные временные интервалы, и блок формирования информации планирования, выполненный с возможностью формирования информации планирования, а также с возможностью передачи информации планирования заданной мобильной станции при осуществлении планирования с фиксированным предоставлением ресурсов, при этом информация планирования включает в себя информацию предоставления ресурсов, которая указывает радиоресурс, предоставляемый заданной мобильной станции в заданные временные интервалы при планировании с фиксированным предоставлением ресурсов.
Недостатком такого способа управления доступом к беспроводному каналу связи является невозможность адаптации сети к меняющейся интенсивности входного потока заявок от пользователей сети, концентрация функций управления распределением радиоресурса в базовой станции делает сеть чувствительной к выходу из строя базовой станции.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления доступом к среде согласно стандарту 802.11 [Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации // М.: Техносфера, 2005 - 592 с. (стр.446-452)]. В данном способе уровень MAC (Media Access Control) обеспечивает распределенный режим DCF (Distributed coordination function) и централизованный режим PCF (Point coordination function) доступа к разделяемой среде; вся информация передается кадрами, состоящими из интервалов управляемого и конкурентного доступа; на интервале управляемого доступа реализуется режим доступа PCF, который используется при передаче чувствительной к задержкам информации; БС (базовая станция) выполняет процедуру опроса, в процессе которой определяет станции, имеющие заявки на передачу информации, чувствительной к задержкам, и поочередно предоставляет им необходимый для этого временной ресурс в виде специального кадра, после получения которого станция, направившая заявку на передачу информации, чувствительной к задержкам, отвечает другим кадром, в котором подтверждает прием специального кадра и одновременно передает данные, при этом нечувствительная к задержкам информация передается на интервале конкурентного доступа.
Недостатком данного способа является невозможность адаптироваться к изменениям трафика.
Для того чтобы какая-то доля ресурса всегда оставалась для передачи информации, нечувствительной к задержкам, длительность интервала управляемого доступа ограничена. После его окончания начинается интервал конкурентного доступа. Если интенсивность заявок на передачу информации, чувствительной к задержкам, мала, то большая часть ресурса оказывается выделенной для конкурентного доступа, что приводит к возникновению коллизий и, как следствие, увеличению времени ожидания.
Задача настоящего изобретения состоит в исключении коллизий за счет управляемого распределения ресурса, выделенного для использования на конкурентной основе при имеющейся интенсивности заявок.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении времени передачи пользовательской информации в беспроводной сети.
Технический результат достигается тем, что в способе управления доступом к беспроводному каналу, включающем обеспечение уровнем MAC распределенного режима DCF и централизованного режима PCF доступа к разделяемой среде; передачу всей информации кадрами, состоящими из интервалов управляемого и конкурентного доступа; реализацию на интервале управляемого доступа режима доступа PCF, используемого при передаче чувствительной к задержкам информации; выполнение базовой станцией процедуры опроса, в процессе которой определяются станции, имеющие заявки на передачу информации, чувствительной к задержкам, и поочередное предоставление таким станциям необходимого для этого временного ресурса в виде специального кадра, после получения которого станция, направившая заявку на передачу информации, чувствительной к задержкам, отвечает другим кадром, в котором подтверждает прием специального кадра и одновременно передает данные, согласно изобретению в процессе процедуры опроса базовая станция также определяет станции, имеющие заявки на передачу информации, нечувствительной к задержкам, и предоставляет части таких станций доступ к беспроводному каналу в режиме PCF, а остальные станции передают информацию, нечувствительную к задержкам в режиме DCF.
Предложенный способ позволяет адаптировать сеть к меняющейся интенсивности входного потока заявок посредством динамического управления долями управляемого и конкурентного доступа в кадре. Для этого на основе имеющихся заявок от станций определяется оптимальное, с точки зрения минимизации времени передачи пользовательской информации, соотношение длительности и распределение нагрузки между интервалами управляемого и конкурентного доступа. На основе рассчитанных значений длительности и нагрузки в интервалах управляемого и конкурентного доступа в режиме PCF передается часть информации, нечувствительной к задержкам.
На фиг.1 представлены циклы работы сети в режимах с концентрированным (PCF) и распределенным (DCF) управлением.
На фиг.2 схематически изображен кадр, сочетающий интервалы управляемого и конкурентного доступа.
На фиг.3 представлена зависимость времени передачи информации от соотношения между интервалами управляемого и конкурентного доступа в кадре при значениях λ≤1.
На фиг.4 представлена зависимость времени передачи информации от соотношения между интервалами управляемого и конкурентного доступа в кадре при значениях λ>1.
На фиг.5 представлена схема алгоритма работы способа управления доступом к беспроводному каналу.
Предлагаемый способ доступа к беспроводному каналу осуществляется следующим образом. АС (абонентские станции) передают заявки на выделение ресурса (частотного, временного) на БС. БС анализирует запросы, содержащие тип и приоритет трафика, затем выделяет временные интервалы в интервале управляемого доступа для передачи информации, чувствительной к задержкам, и для передачи данных с высоким приоритетом. Используя информацию об уже имеющейся занятости интервала управляемого доступа и информацию об интенсивности заявок от каждой АС, БС вычисляет оптимальное, с точки зрения минимизации времени передачи пользовательской информации, соотношение длительности и распределение нагрузки между интервалами управляемого и конкурентного доступа (фиг.2) и предоставляет пользователям право на использование среды.
Для определения оптимального, с точки зрения минимизации времени передачи пользовательской информации, соотношения между интервалами управляемого и конкурентного доступа на основе поступивших заявок последовательно оценивается время передачи пользовательской информации при соотношении между интервалами управляемого и конкурентного доступа 1:20, затем 2:20, 3:20 и так далее с шагом 5% от размера кадра. На основе полученной информации определяется оптимальное соотношение между интервалами управляемого и конкурентного доступа, которое корректируется с учетом требования передачи чувствительной к задержкам информации на интервале управляемого доступа путем резервирования части интервала управляемого доступа для передачи информации, чувствительной к задержкам.
Время передачи пользовательской информации может быть вычислено на основе методов теории систем массового обслуживания (Сидоров Ю.В., Сухоруков М.Ю., Сухоруков Ю.С. Модели и анализ сетей радиосвязи // ОАО «Концерн «Созвездие», Воронеж, 2008 - 147 с. (стр.93-97)).
Для вычисления времени передачи пользовательской информации в качестве исходных данных задаются:
- объем передаваемой информации;
- число каналов;
- число ретрансляторов;
- число абонентов;
- интенсивность входного потока заявок от абонента;
- канальная скорость;
- длительность кадра.
Примем, что длительность всех сигнальных сообщений (сигнал вызова Тв, ответный сигнал Тос, сигнал на начало передачи Тнп) одинакова и равна Тс.
Твоснпс
Одинаково также время обработки сигналов в узлах.
Тогда время передачи сообщения Ти равно:
Ти=3Тссс+3Е(Тоб)+Е(Тож),
где Тсс - время сообщения о соединении, Е(Тоб) - время обработки в узле А, Е(Тож) - время ожидания, причем все параметры, кроме Е(Тож), являются технически определенными.
При расчете параметра Е(Тож) используется N-линейная модель поступления и обслуживания вызовов типа M/M/N, где N - число линий. Данная модель является моделью массового обслуживания с интенсивностью обслуживания, зависящей от состояния системы n:
µn=nµ при n<N;
µn=Nµ при n≥N,
где µ - интенсивность обслуживания.
Уравнение стационарного распределения вероятностей состояния имеет вид
P n = λ n 1 μ n P n 1
Figure 00000001
Параметр относительной нагрузки на канал ρN выражается отношением λ/µN, где λ - интенсивность входного потока.
Параметр P0 находится из условия нормировки:
n = 0 P n = 1
Figure 00000002
При n<N и n>N получим в результате соответствующих преобразований
P 0 = [ n = 0 N 1 ( N ρ N ) n n ! + 1 1 ρ N ( N ρ N ) N N ! ] 1
Figure 00000003
В данной формуле 1 1 ρ N > 0
Figure 00000004
, соответственно λ μ N < 1
Figure 00000005
. Из неравенства видно, что отношение интенсивности входного потока к интенсивности обслуживания должно быть меньше числа линий
λ μ < N
Figure 00000006
Время ожидания Е(Тож) целесообразно определить через промежуточный параметр - вероятность задержки, которая численно равна вероятности того, что в системе находится не менее N вызовов, и выражается формулой Эрланга второго рода:
Р з д = n = N P n = ( ρ N N ) N ( 1 ρ N ) N ! = N N ( ρ N ) N N ! 1 ρ N P 0
Figure 00000007
тогда Е ( Т о ж ) = 1 μ Е 2 , N ( A ) N A
Figure 00000008
,
где A - общая нагрузка в Эрлангах на канал, E2,N(A) - функция Эрланга второго рода (Рзд=E2,N(A)).
В формуле для Е(Тож) неизвестным является параметр µ -интенсивность обслуживания. При коммутации пакетов параметр µ определяется длительностью пакетов, при коммутации каналов и использовании линий речевого канала для передачи управляющих сигналов - общим временем занятия линии (Тзн) для передачи сообщения и сигналов установления соединения.
1 μ = Т з н
Figure 00000009
Учитывая то, что передача различных сигнальных сообщений не занимает много времени, время занятия канала будет определяться в основном длительностью передачи информационного сообщения.
Соответственно, формула для времени передачи информации будет иметь вид
Т и = 3 Т с + Т с с + 3 Е ( Т о б ) + Т з н Е 2 , N ( A ) N A
Figure 00000010
.
Полученная формула верна для сетей с коммутацией каналов. При оценке сети, использующей предложенный способ управления доступом к беспроводному каналу, необходимо также учитывать обмен сообщениями запроса и ответа на выделение ресурса между базовой и абонентской станциями (Тбс). Для передачи служебных сообщений выделяется отдельный канал с конкурентным доступом к среде, что позволяет реализовать функцию самоорганизации сети. При оценке задержек необходимо использовать формулы для пакетных сетей.
T б с = Е ( Т о б ) + Т з + Т о
Figure 00000011
,
где Тз - время передачи запроса от абонента на выделение ресурса, То - время передачи ответного сообщения базовой станцией.
В результате конечная формула для оценки времени передачи информации в сети, использующей предложенный способ управления доступом к беспроводному каналу, будет иметь следующий вид:
Т и = 3 Т с + Т с с + 3 Е ( Т о б ) + Т з н Е 2 , N ( A ) N A + Т б с
Figure 00000012
Из приведенных на фиг.3 и 4 графиков зависимости времени передачи информации от соотношения между интервалами управляемого и
конкурентного доступа в кадре, построенных на основе расчета времени передачи информации по формулам, описанным выше, видно, что при значениях интенсивности входного потока заявок λ>1 совместное использование в кадре режимов управляемого и конкурентного доступа позволяет минимизировать время передачи пользовательской информации. При меньших значениях параметра λ построение сети на основе совместного доступа неэффективно, поэтому целесообразно использовать весь кадр данных под управлением базовой станции или в децентрализованном режиме.
Предложенный способ управления доступом к беспроводному каналу позволяет определить для каждого значения λ минимальное значение времени передачи пользовательской информации и выбрать соотношение между интервалами управляемого и конкурентного доступа, при которых это минимальное значение времени передачи пользовательской информации может быть достигнуто. Таким образом, предложенный способ доступа к беспроводному каналу позволяет уменьшить время передачи пользовательской информации и адаптировать сеть к меняющейся интенсивности входного потока заявок за счет адаптивного изменения порога между интервалами управляемого и конкурентного доступа.

Claims (1)

  1. Способ управления доступом к беспроводному каналу, включающий: обеспечение уровнем MAC распределенного режима DCF и централизованного режима PCF доступа к разделяемой среде; передачу всей информации кадрами, состоящими из интервалов управляемого и конкурентного доступа; реализацию на интервале управляемого доступа режима доступа PCF, используемого при передаче чувствительной к задержкам информации; выполнение базовой станцией процедуры опроса, в процессе которой определяются станции, имеющие заявки на передачу чувствительной к задержкам информации, и поочередное предоставление таким станциям необходимого для этого временного ресурса в виде специального кадра, после получения которого станция, направившая заявку на передачу информации, чувствительной к задержкам, отвечает другим кадром, в котором подтверждает прием специального кадра и одновременно передает данные, отличающийся тем, что в процессе процедуры опроса базовая станция также определяет станции, имеющие заявки на передачу информации, нечувствительной к задержкам, и предоставляет части таких станций доступ к беспроводному каналу в централизованном режиме PCF, а остальные станции передают информацию, нечувствительную к задержкам в распределенном режиме DCF.
RU2013100600/08A 2013-01-09 2013-01-09 Способ управления доступом к беспроводному каналу RU2538328C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013100600/08A RU2538328C2 (ru) 2013-01-09 2013-01-09 Способ управления доступом к беспроводному каналу

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013100600/08A RU2538328C2 (ru) 2013-01-09 2013-01-09 Способ управления доступом к беспроводному каналу

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013100600A RU2013100600A (ru) 2014-07-20
RU2538328C2 true RU2538328C2 (ru) 2015-01-10

Family

ID=51215057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013100600/08A RU2538328C2 (ru) 2013-01-09 2013-01-09 Способ управления доступом к беспроводному каналу

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538328C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705017C1 (ru) * 2016-02-18 2019-11-01 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Улучшенное сосуществование толерантных к задержке и чувствительных к задержке сеансов

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1744503A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Packet scheduling for a wireless local area network
RU2354063C2 (ru) * 2003-12-15 2009-04-27 Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) Распределенное управление доступом к среде передачи для систем широкополосного доступа

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2354063C2 (ru) * 2003-12-15 2009-04-27 Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) Распределенное управление доступом к среде передачи для систем широкополосного доступа
EP1744503A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Packet scheduling for a wireless local area network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВИШНЕВСКИЙ В.М., и др., "Широкополосные беспроводные сети передачи информации", Москва, Техносфера, 2005, с.277-282, 446-452. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705017C1 (ru) * 2016-02-18 2019-11-01 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Улучшенное сосуществование толерантных к задержке и чувствительных к задержке сеансов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013100600A (ru) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ye et al. Distributed and adaptive medium access control for Internet-of-Things-enabled mobile networks
US11979859B2 (en) Methods and systems for autonomous sidelink resource allocation
US8325646B2 (en) Method and system for resource scheduling in wireless system
JP5185367B2 (ja) 無線通信方法、無線通信システム、基地局、及び端末局
US10779268B2 (en) Terminal device and D2D resource management method
JP6900624B2 (ja) データ通信システム、光回線終端装置およびベースバンドユニット
CN109640393B (zh) 一种无线自组网数话同传的竞争式时分多址接入方法
CN113811014A (zh) 无线网络的接入方法和装置
CN105900377A (zh) 一种传输数据的方法和设备
CN102256214B (zh) 码分多址集群系统综合业务和传输特性的动态信道分配方法
WO2021196143A1 (zh) 资源排除方法、装置、设备及存储介质
CN103491597A (zh) 一种微基站的接入控制方法及装置
CN107211459B (zh) 接入点ap、站点sta、通信系统及数据传输方法
CN113411868A (zh) 一种对讲机组网方法、装置、计算机设备和存储介质
RU2538328C2 (ru) Способ управления доступом к беспроводному каналу
KR20090034527A (ko) 피드백 메시지 기반의 상향 트래픽 전송 스케줄링 방법 및장치
Salam et al. Cooperative MTC data offloading with trust transitivity framework in 5G networks
JP2003047047A (ja) 多元接続方式の無線通信システム
CN112672358B (zh) 一种基于移动自组网的时隙调度方法
CN117119552A (zh) 数据传输方法及装置、存储介质和电子设备
CA2005638C (en) Communication system with squelch control
GB2399991A (en) Sharing resource access based on location classes
CN111226474B (zh) 时隙化Aloha冲突改进的方法和系统
US20190335499A1 (en) Channel scheduling for spatial reuse
Kirchhof et al. Improving MAC protocols for wireless industrial networks via packet prioritization and cooperation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160110