背景技术
传统的蜂窝网络***,如图1所示,该***中由于有中心节点,如基站的调度与控制,在一定程度上能够很好的对通信资源做出合理的分配,同时能够有效地避免各个通信节点的碰撞问题。然而因为中心节点有着极高的控制权,因此如果基站瘫痪,如军事打击或是自然灾害或是覆盖范围不足或容量过小,则会大大影响整个网络的通信性能,网络抗毁性很低。此外,在传统蜂窝网络中,用户即终端或站点必须首先访问基站才能进行无线连接。因此,即使两个用户实际上互相紧挨着,它们也必须通过基站才能进行通信,从而带来不必要的网络开销,降低资源利用率。
无线自组织网络,如图2所示,它是一种大容量高速率的多点对多点网络,是一种新型的可以解决“最后一公里”瓶颈问题的分布式网络。在无线自组织网络中,每个终端都具备路由选择的功能,而且每个终端只与其相邻终端进行通信,各节点都可以充当其他节点的中继节点或者协作通信节点。无线自组织网络具有自组织、自管理、自诊断和自恢复功能,因此有较高的抗毁性,可广泛应用于军事通信和应急通信领域,然而其不可避免地存在各个通信节点的碰撞问题。
蜂窝网络与自组织网络是移动通信***的重要组成部分,融合两者的混合网络已成为当前移动通信***的研究热点之一。混合网络,如图3所示,它兼具蜂窝网与自组织网的特点,其网络用户利用单一终端既可以动态地组成一定范围内的局域子网,享受周边的服务资源,也可以通过多跳转发接入基站获得广域网络的服务。良好的灵活性和扩展性使得混合网络成为现有移动通信网络的一种重要组成形式。
信道资源分配机制是混合网络的主要技术问题之一。在多种通信方式共存的情况下,实际的网络环境中往往会同时存在各种通信场景。如何协调使用有限的信道资源,做到既不影响各小区的通信性能又能最大程度的改善网络容量是现有机制不曾涉及的问题。在蜂窝网络与自组织网络融合形成的混合网络中,采用集中式静态分配资源的方式减少了资源协商步骤,但是这种方式存在严重的资源浪费问题,当其中某一节点不需要传输数据时,它所占用的资源也不可以被其他节点使用。集中式动态分配信道资源的方式可根据业务传输的需要动态申请网络资源,可以避免***资源冲突,但是动态申请集中分配资源存在***延时问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明之一目的在于提供用于混合网络的超帧及其分布实现动态信道资源分配的方法,其可以满足信道资源的分布式动态分配,根据网络拓扑结构集中静态分配少量资源,同时节点间根据业务传输需要分布式动态分配剩余网络资源,减少了无线网络资源干扰,充分利用了无线网络资源。
为达上述及其它目的,本发明提出一种用于混合网络的超帧,该超帧至少包含一控制帧及多个数据帧,该控制帧包括静态资源分配信息和动态资源协商管理信息两部分,每个数据帧包括PMP部分和Mesh部分两部分,该混合网络中的节点选用以PMP方式,利用该超帧中的PMP部分,通过所属基站访问核心网或与其他小区节点通信,或者选用以Mesh方式,利用超帧中的Mesh部分,与小区内其他节点直接进行数据交换或协同中继传。
进一步地,该静态资源分配信包括节点静态分配到的频点和时隙信息以及分配的静态资源在总信道资源中所占的比例,该动态资源协商管理信息在不同阶段分别承载协商消息、协商消息应答以及协商消息确认。。
进一步地,该协商消息中包含可用频点、时隙、带宽请求信息;该协商消息应答中包含选择的频点、时隙、确认的带宽信息;该协商消息确认中包括选择的频点、时隙、带宽信息。
进一步地,该数据帧的PMP与Mesh两部分的长度按需增加或减小,它们的帧长总和保持不变,以保证空中传输业务数据速率峰值不变。
进一步地,该超帧时长为10ms,其包含一控制帧与九个超帧,其包含的每帧时长1ms。
为达到上述及其它目的,本发明还提供一种用于混合网络分布实现动态信道资源分配的方法,包括如下步骤:
根据网络拓扑结构集中静态分配少量资源;
作为请求方的节点于有业务请求且触发条件满足时采用三次握手机制与作为接收方的节点进行信道资源协商;以及
根据协商结果进行资源分配。
进一步地,任意两个相邻结点均可以进行资源协商。
进一步地,该三次握手机制为:
请求方节点向接收方节点发送协商消息帧;
接收方节点接收到信道资源申请时,将请求方的信道资源与自身的信道资源比较,然后选择或分配适当的资源回复协商消息应答帧;以及
请求方节点向接收方节点回复协商消息确认帧。
进一步地,该协商消息帧中包含频点、频点优先级、可用时隙和申请带宽,该协商消息应答帧包括已选频点、已选时隙及确认带宽,该协商消息确认帧包括已选频点、已选时隙及确认带宽。
进一步地,该触发条件为本节点及邻节点流量信息、需要物理层提供发送到邻节点及从邻节点接收的流量信息、待发送数据流量信息。
与现有技术相比,本发明一种用于混合网络的超帧及其分布实现动态信道资源分配的方法根据网络拓扑结构集中静态分配少量资源,同时节点间根据业务传输需要分布式动态分配剩余网络资源,减少了无线网络资源干扰,充分利用了无线网络资源,其不仅解决了现有集中式静态资源分配方式不能根据结点业务传输状况动态申请资源造成资源浪费、允许结点拥有的邻居数量有限造成星型结构下网络结点数量少不能满足实际应用需要的缺点,而且解决了集中式动态分配方式存在的任何资源使用都需要先申请造成时延的缺点。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用,本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用,在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图4为本发明一种用于混合网络的超帧之较佳实施例的结构示意图。如图4所示,本发明一种用于混合网络的超帧,包括一控制帧S0及多个数据帧,在本发明较佳实施例中,具有9个数据帧B1-B9,超帧时长为10ms,其中的每帧时长1ms。
图5为本发明较佳实施例中控制帧的结构示意图。如图5所示,控制帧S0中包括静态资源分配信息RAM(resource allocate message)和动态资源协商管理信息RNM(resource negotiate message)两部分。其中,静态资源分配信息RAM包括节点静态分配到的频点和时隙信息,以及分配的静态资源在总信道资源中所占的比例。动态资源协商管理信息RNM在不同阶段分别承载协商消息NM(negotiate message)、协商消息应答NM_RSP(negotiate message response)、协商消息确认NM_ACK(negotiate message ask)。动态信道资源协商由业务发送方进行申请,业务接收方接收到申请后应答,最后业务发送方进行确认,实现三次握手的功能。协商消息NM中包含可用频点、时隙、带宽请求等信息;协商消息应答NM_RSP中包含选择的频点、时隙、确认的带宽等信息;协商消息确认NM_ACK中包括选择的频点、时隙、带宽等信息。关于超帧中控制帧结构设计,需要确定的问题有:
●静态资源占整个资源的比重
确保三次握手在一个调度周期内完成,并在一个调度周期内通知到协商双方邻居(假设允许邻居数不大于4),那么就需要B的个数为(T+R+T)*4=12,12/36=1/3
●静态分配的资源在一个调度周期内如何分布
均匀分布在静态资源中(简单、低延时)或者离散分布在整个调度周期内部资源中
每个数据帧由PMP(Point to Multipoint,点对多点)部分和Mesh(无线多跳)部分两部分构成。混合网络中的节点选用以PMP方式,利用超帧中的PMP部分,通过所属基站访问核心网或与其他小区节点通信,或者选用以Mesh方式,利用超帧中的Mesh部分,与小区内其他节点直接进行数据交换或协同中继传输。其中,数据帧的PMP与Mesh两部分的长度可以按需增加或减小,它们的帧长总和保持不变,以保证空中传输业务数据速率峰值不变。混合网络中的任何一个终端节点都可以根据需要充当其他节点通信的中继。数据帧按照Mesh部分的使用情况可以分成两种,一种是Mesh部分已被静态分配的数据帧,另一种是Mesh部分可动态协商的数据帧。
图6为本发明一种用于混合网络分布实现动态信道资源分配的方法的步骤流程图。如图6所示,本发明一种用于混合网络分布实现动态信道资源分配的方法,包括如下步骤:
步骤601,根据网络拓扑结构集中静态分配少量资源;
步骤602,请求方于有业务请求且满足触发条件时采用三次握手机制与接收方进行信道资源协商;
步骤603,根据协商结果进行资源分配。在本发明较佳实施例中,分配算法可采用链路质量评估、干扰检测等方式实现,一种简单的实现方法是取双方可用资源列表交集,优化算法可在此基础上添加一些权值或迭代过程。由于分配算法为现有技术所熟知,在此不予赘述。
以下将配合一具体实施例对本发明之用于混合网络分布实现动态信道资源分配的方法进一步描述。图7为本发明较佳实施例中超帧的分布式动态资源协商过程示意图。参照图7,本发明进行分布式动态资源协商时,结点在有业务请求时发送协商消息,接收方收到协商消息后,根据本机资源情况回复应答消息,请求方接收到应答消息后,回复确认消息,任意两个相邻结点都可以进行资源协商。
结点根据业务传输的需要进行信道资源申请,申请时需要提供本结点的频点、时隙使用情况,被申请方接收到信道资源申请时,将申请方的信道资源(频点、时隙)与本机的信道资源比较,然后选择或分配适当的资源回复应答信息,其中应答信息中包含已经协商的信道资源分配信息,申请方接收到应答信息后,回复确认消息(主要是通知其邻居资源使用情况);假设节点Node_A主动向节点Node_B发起资源协商,具体方法如下:
1.节点Node_A向节点Node_B发送协商消息NM帧
协商消息NM帧中包含RL信息和申请带宽,RL信息包括:频点、频点优先级、可用时隙。
其中:频点为该结点的可用频点;频点优先级分为高、中、低三个级别,高优先级表示该结点正在使用该频点,中优先级表示传输范围内的结点未使用该频点,低优先级表示已被邻居使用的频点;可用时隙为结点空闲时隙;申请带宽为结点带宽请求。
2.节点Node_B向节点Node_A回复协商消息应答NM_RSP帧
协商消息应答NM_RSP帧中包含协商后的SRI信息和确认带宽,SRI信息包括:已选频点、已选时隙。
其中:已选频点为两个结点协商后的通信频点;已选时隙为两个结点协商后的通信时隙;确认带宽为被申请结点对申请结点的确认分配的带宽;
3.节点Node_A向节点Node_B回复协商消息确认NM_ACK帧
协商消息确认NM_ACK帧中包含协商后的SRI信息和确认带宽,SRI信息包括:已选频点、已选时隙。SRI信息同NM_RSP;
图8为本发明之较佳实施例实现分布式动态资源协商步骤示意图。参照图8,在一个调度周期内,本发明超帧实现分布式动态资源分配的协商过程采用三次握手机制,当某节点的触发条件满足时发送资源请求消息。
●触发协商的条件
本结点及邻结点流量信息,需要PHY(物理层)提供发送到邻结点及从邻结点接收的流量信息(数据包的个数vs数据包字节数)、待发送数据流量信息(1个B大约能发送或接收600Bytes)
●资源分配算法
分配算法可采用链路质量评估、干扰检测等方式实现,一种简单的实现方法是取双方可用资源列表交集,优化算法可在此基础上添加一些权值或迭代过程。
可见,本发明一种用于混合网络的超帧及其分布实现动态信道资源分配的方法根据网络拓扑结构集中静态分配少量资源,同时节点间根据业务传输需要分布式动态分配剩余网络资源,减少了无线网络资源干扰,充分利用了无线网络资源,其不仅解决了现有集中式静态资源分配方式不能根据结点业务传输状况动态申请资源造成资源浪费、允许结点拥有的邻居数量有限造成星型结构下网络结点数量少不能满足实际应用需要的缺点,而且解决了集中式动态分配方式存在的任何资源使用都需要先申请造成时延的缺点
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰与改变。因此,本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。