CN105307282A - 一种防止多用户终端接入冲突的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止多用户终端接入冲突的方法及装置，所述方法包括以下步骤：预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID；在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，每个所述用户终端根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列；所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧。本发明在多用户终端被同时激活并需要进行网络接入时，能够大幅降低接入冲突，提高信道使用率。
Description
技术领域
本发明涉及微功率物联网领域，特别涉及一种防止多用户终端接入冲突的方法及装置。
背景技术
现代世界是一个高速自动化的世界，各种设备除了可以与计算机联机外，还可以互联，而最简单的自动化联机方式就是使用串行通信。如今，与有线技术相比，无线技术具有成本低、携带方便、无需布线等优势，广泛应用于各种设备及***，例如手持设备、电池供电设备、工业数据采集***、无线遥控***、智能小区不停车收费***等。无线通信协议的好坏直接关系到***的安全性、误码率以及***运行的速度，因此，在各种无线***应用中，无线通信协议显得尤其重要。
最早出现的用来处理一点对多点数据通信的协议是美国的ALOHA协议，并已经陆续出现了频分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA)、时分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)、码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)和空分多址(SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA)等多种技术的通信方式。多个用户以某种可能导致冲突的方式共享公用信道，所产生的结果是相互冲突，出现数据通信误码率提高、信道使用率下降的问题。纯ALOHA协议的工作原理和特点如下：
工作原理：站点只要产生帧(即需要发送的数据)，就立即发送到信道上若在规定时间内收到应答，则表示发送成功，否则重发；
重发策略：站点等待一段随机时间，然后重发，若再次冲突，则再等待一段随机时间，直至重发成功。
时隙ALOHA协议的工作原理和特点如下：
工作原理：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间，每个站点只能在时槽开始时才允许发送，其他过程与纯ALOHA协议相同。也就是说，通过将时间分为离散的时间片，使得连续的纯ALOHA就变成离散的时隙ALOHA，这样，用户不能如纯ALOHA协议一样立刻发送数据，而是等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，如表1和表2所示，冲突的危险区平均减少为纯ALOHA的一半，信道利用率提高到纯ALOHA协议的两倍。
表1-ALOHA协议冲突概率表
| RTU数量 | 冲突概率 | 通信效果评估 |
| 1 | 0 | 正常 |
| 3 | >80％ | 出错 |
| 5 | 100％ | 不可用 |
| 10 | 100％ | 不可用 |
| 30 | 100％ | 不可用 |
表2-时隙ALOHA协议冲突概率表
| RTU数量 | 冲突概率 | 通信效果评估 |
| 1 | 0 | 正常 |
| 3 | >50％ | 正常 |
| 5 | 100％ | 出错 |
| 10 | 100％ | 不可用 |
| 30 | 100％ | 不可用 |
制订协议的目的主要是降低冲突概率，提高通信效率。对于具有一个中心站与数量较少的远端站的***而言，ALOHA协议能完全有效地解决冲突问题，但随着远端站数量的增加，***通信效率会大幅下降，严重时会出现阻塞。为解决冲突问题，时隙ALOHA协议要求多个远端站同步，规定一个远端站在一个时隙进行数据帧传输期间，其它远端站不能进行通信，只有当一个时隙结束时才能进行下次信道竞争。时隙ALOHA协议使得冲突的概率有较大幅度的下降，但对于无线标签身份识别***而言，由于远端站数量大至几十、几百甚至上千，触发条件相同(即同时有数据需要通信)，需要在有限时间(例如几秒钟内)内处理所有标签数据，从表1和表2可知，纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议并不能有效减少较大数量远端站几乎同时发送数据而产生的冲突问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止多用户终端接入冲突的方法及装置，能更好地解决多用户终端同时被激活时减少接入冲突的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种防止多用户终端接入冲突的方法，包括：
预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID；
在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，每个所述用户终端根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列；
所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
优选地，在所述的预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID之后，将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。
优选地，所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧的步骤包括：
所述接入队列中的每个用户终端在其确定的接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内对数据传输信道进行侦听；
若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道进行数据帧传输，则接入网络并发送数据帧；
若在所述预设侦听时间内侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道进行数据帧传输，则停止接入网络，并重新确定其接入网络的时隙。
优选地，在所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧之后，还包括：
已发送数据帧的用户终端等待接收来自网络的应答；
若已发送数据帧的用户终端收到来自网络的应答，则所述用户终端进入失活状态；
若已发送数据帧的用户终端未收到来自网络的应答，则所述用户终端通过重新确定其接入网络的时隙，接入网络并再次发送数据帧。
优选地，所述用户终端生成随机数，并按照所述随机数，重新确定其接入网络的时隙。
根据本发明的另一方面，提供了一种防止多用户终端接入冲突的装置，包括：
ID设置模块，用于预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID；
时隙确定模块，用于在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，根据分配给每个所述用户终端的用户标识符ID，确定每个所述用户终端接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列；
网络接入模块，用于根据所确定的所述接入队列中的每个用户终端的接入网络的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
优选地，所述ID设置模块还用于在所述的预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID之后，将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。
优选地，所述网络接入模块在所确定的接入队列中的每个用户终端接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内对数据传输信道进行侦听，若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道，则接入网络并发送数据帧，否则停止接入网络，并重新由所述时隙确定模块确定所述用户终端接入网络的时隙。
优选地，所述网络接入模块还用于在接入网络并发送数据帧之后，等待接收来自网络的应答，若收到来自网络的应答，则对所述用户终端进行失活处理，使其进入失活状态，否则，重新确定所述用户终端的接入网络的时隙，使其再次接入网络并发送数据帧。
优选地，所述时隙确定模块还用于生成随机数，并按照所述随机数，重新确定用户终端接入网络的时隙。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明在多用户终端被同时激活并需要进行网络接入时，能够大幅降低接入冲突，提高信道使用率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的第一流程图；
图2是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的第二流程图；
图3是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的装置框图；
图4是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的***框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的方法流程图，如图1所示，步骤包括：
步骤S101：预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID。
进一步地，当用户终端的数量较大时，可以将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。例如将用户终端分为两组，第一组分组基数为0xxH，第二组分组基数为0yyH，一般0yyH比0xxH小一个量级。
步骤S102：在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，每个所述用户终端根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列。
假设数据帧的发送周期为T，用户终端数量为0zzH。
若未进行分组，则用户终端接入网络的时隙为id*0zzH*T；
若已进行分组，则对于第一组的用户终端，其接入网络的时隙为id*0xxH*T，对于第二组的用户终端，其接入网络的时隙为0xxH*T+id*0yyH*T。
步骤S103：所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
进一步地，当用户终端无法进行全网同步时，为了避免冲突，用户终端可以在发送数据帧前，对数据传输信道进行侦听。具体地说，所述接入队列中的每个用户终端在其确定的接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内(例如2ms)对数据传输信道进行侦听，若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道进行数据帧传输，则接入网络并发送数据帧，否则停止接入网络，并重新确定其接入网络的时隙。
对于需要重新确定接入网络的时隙的用户终端，可以通过以下两种方式重新确定接入网络的时隙：
1、用户终端根据用户标识符ID、分组基数、发送周期T，重新确定其接入网络的时隙。
2、用户终端生成一个随机数，并按照所生成的随机数，重新确定其接入网络的时隙。其中，所述随机数的大小大于用户终端的数量。
图2是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的第二流程图，如图2所示，步骤包括：
步骤201：预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID。
进一步地，当用户终端的数量较大时，可以将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。例如，假设存在50H个用户终端，可以将所述50H个用户终端的用户标识符ID分组处理为第一组和第二组，其中，第一组分组基数为40H，可以将用户标识符ID在前的64个用户终端分配为第一组，而第二分组基数为20H，可以将用户标识符ID在后的16个用户终端分配为第二组。
步骤S202：在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，每个所述用户终端根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列。
假设数据帧的发送周期为T，用户终端数量为50H。
若未进行分组，则用户终端接入网络的时隙为id*50H*T；
若已进行分组，则对于分组基数为40H的第一组，用户终端的接入网络的时隙为id*40H*T，对于分组基数为20H的第二组，用户终端的接入网络的时隙为40H*T+id*20H*T。
步骤S103：所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
步骤S104：已发送数据帧的用户终端等待接收来自网络的应答。
步骤S105：若已发送数据帧的用户终端收到来自网络的应答，则所述用户终端进入失活状态，否则所述用户终端通过重新确定其接入网络的时隙，接入网络并再次发送数据帧。
同样地，对于需要重新确定接入网络的时隙的用户终端，可以通过以下两种方式重新确定接入网络的时隙：
1、用户终端根据用户标识符ID、分组基数、发送周期T，重新确定其接入网络的时隙。
2、用户终端生成一个随机数，并按照所生成的随机数，重新确定其接入网络的时隙。其中，所述随机数的大小大于用户终端的数量。
图3是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的***框图，如图3所示，包括ID设置模块10、时隙确定模块20和网络接入模块30。
ID设置模块10用于预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID。当用户终端数量较大时，可以将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，例如分为两组，此时，一般第二组的分组基数要比第一组小一个量级。
时隙确定模块20用于在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，根据分配给每个所述用户终端的用户标识符ID，确定每个所述用户终端接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列。按照ID设置模块10的分组情况，时隙确定模块20进行不同方式的时隙分配，例如，当用户终端数量为0xxH时，若ID设置模块10没有进行分组，则时隙确定模块20确定各用户终端的接入网络的时隙为id*0zzH*T，其中T为数据帧的发送周期；若ID设置模块10将用户终端分为分组基数为0xxH的第一组和分组基数为0yyH的第二组，则对于第一组的用户终端，接入网络的时隙为id*0xxH*T，对于第二组的用户终端，接入网络的时隙为0xxH*T+id*0yyH*T。
网络接入模块30用于根据所确定的所述接入队列中的每个用户终端的接入网络的时隙，依次接入网络并发送数据帧，并在接入网络并发送数据帧之后，等待接收来自网络的应答，若收到来自网络的应答，则对所述用户终端进行失活处理，使其进入失活状态，否则，重新确定所述用户终端的接入网络的时隙，使其再次接入网络并发送数据帧。
需要说明的是，为避免在前用户终端数据传输延时并占用在后用户终端的时隙，导致冲突。所述网络接入模块在所确定的接入队列中的每个用户终端接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内对数据传输信道进行侦听，若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道，则接入网络并发送数据帧，否则停止接入网络，并重新由所述时隙确定模块确定所述用户终端接入网络的时隙。
上述重新确定用户终端接入网络的时隙的方式包括但不限于以下两种：
1、时隙确定模块20根据用户标识符ID、分组基数、发送周期T，重新确定其接入网络的时隙；
2、时隙确定模块20生成随机数，并按照所述随机数，重新确定用户终端接入网络的时隙，其中，随机数的大小大于用户终端数量。
图4是本发明实施例提供的防止多用户终端接入冲突的***框图，在无线标签身份识别(如人员)应用***中，当多于10个RTU在同一时间被激活，且需要在短时间内完成身份上报时，由于接入冲突大幅增加，信道利用率减低，数据损坏或丢失情况严重，无法满足类似图4所示的有时间要求的应用***，即利用现有的通讯协议无法在短时间内识别图4***中的大量移动人员。而本实施例能够解决多点(多于10个RTU)对一点(MTU)数据通信冲突问题，适用于有时间要求且同时接入网络的RTU数量大的应用***，不会造成数据丢失。
如图4所示，n个用户分别携带一个具有特定的用户标识符的用户终端即远端站(RemoteTerminalUnit，RTU)，并通过门禁，RTU1，RTU2，…RTUn在通过门禁***后，接入网络并向中心站(MasterTerminalUnit，MTU)发送数据帧。
门禁***包括：
发码器，用来生成A码信号和B码信号；
天线A，安装在门框内侧，用于发射A码信号；
天线B，安装在门框外侧，用于发射B码信号。
其中，发码器循环生成A码信号和B码信号，并以时分方式通过天线A和天线B依次发射A码信号和B码信号，例如，T1时刻发射A码信号，T1+a时刻发射B码信号，T1+2a时刻发射A码信号，T1+3a时刻发射B码信号，以此类推。A>0，具体取值可以根据需要进行设置，例如可以设置为1ms，2ms等等。
具体工作流程如下：
步骤1：为每个工作于时分模式的用户终端RTU1，RTU2，…RTUn分配特有的用户标识符ID。
可根据实际RTU数量的需求调整分组参数，当RTU数量较大时，分组基数亦相应调整约为RTU数量的三分之二，如果通过时间要求不高，可把分组数值调整的更大一些，具体视***的实际需要而决定。
步骤2：当RTU1，RTU2，…RTUn接近门禁***并进入门禁***的磁感应区时，RTU1，RTU2，…RTUn被同时激活。
步骤3：对于某一个用户终端RTU，当用户携带RTU由内向外通过门禁时，RTU依次接收所述天线A发射的A码信号和所述天线B发射的B码信号，并对所接收的A码信号和B码信号进行解码后按照接收时间进行排列，形成由A码和B码形成的第一判断码序列，并利用所述第一判断码序列，确定携带所述用户终端的用户的进出方向为出门方向；而当用户携带RTU由外向内通过门禁时，RTU依次接收所述天线B发射的B码信号和所述天线A发射的A码信号，并对所接收的B码信号和A码信号进行解码后按照接收时间进行排列，形成由B码和A码形成的第二判断码序列，并利用所述第二判断码序列，确定携带所述用户终端的用户的进出方向为进门方向。
步骤4：RTU1，RTU2，…RTUn根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列。
步骤5：接入队列中的RTU1，RTU2，…RTUn根据其确定的时隙，对数据传输信道进行侦听，若所述数据传输信道中没有数据帧传输，则接入网络并发送包含进出方向信息和用户标识符ID的数据帧。
步骤6：已发送数据帧的RTU1，RTU2，…RTUn在预设等待时间内等待接收来自网络的应答。
步骤7：若已发送数据帧的RTU在预设等待时间内收到来自网络的应答，则该RTU进入失活状态，否则，通过重新确定其接入网络的时隙，接入网络并再次发送所述包含进出方向信息和用户标识符ID的数据帧。
采用本发明提供的技术方案后，冲突概率表如表3所示，通过调整分组参数(包括分组数量和分组基数)RTU数量为50时，冲突概率反而下降。
表3-本发明的冲突概率表
| RTU数量 | 冲突概率 | 通信效果评估 |
| 1 | 0 | 正常 |
| 3 | <5％ | 正常 |
| 5 | <10％ | 正常 |
| 10 | <15％ | 正常 |
| 20 | <20％ | 正常 |
| 30 | <25％ | 正常 |
| 50 | <15％ | 正常 |
综上所述，本发明具有以下技术效果：
通过采用本发明提供的技术方案，能够有效降低多用户终端同时接入网络时产生冲突的概率，大大提高了信道利用率，改善了通信效率。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种防止多用户终端接入冲突的方法，其特征在于，包括：
预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID；
在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，每个所述用户终端根据所分配的用户标识符ID，确定其接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列；
所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID之后，将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧的步骤包括：
所述接入队列中的每个用户终端在其确定的接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内对数据传输信道进行侦听；
若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道进行数据帧传输，则接入网络并发送数据帧；
若在所述预设侦听时间内侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道进行数据帧传输，则停止接入网络，并重新确定其接入网络的时隙。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在所述接入队列中的每个用户终端根据其确定的时隙，依次接入网络并发送数据帧之后，还包括：
已发送数据帧的用户终端等待接收来自网络的应答；
若已发送数据帧的用户终端收到来自网络的应答，则所述用户终端进入失活状态；
若已发送数据帧的用户终端未收到来自网络的应答，则所述用户终端通过重新确定其接入网络的时隙，接入网络并再次发送数据帧。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述用户终端生成随机数，并按照所述随机数，重新确定其接入网络的时隙。
6.一种防止多用户终端接入冲突的装置，其特征在于，包括：
ID设置模块，用于预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID；
时隙确定模块，用于在多个工作于时分模式的用户终端被同时激活并进行网络接入时，根据分配给每个所述用户终端的用户标识符ID，确定每个所述用户终端接入网络的时隙，从而使同时激活的多个用户终端排成接入网络的接入队列；
网络接入模块，用于根据所确定的所述接入队列中的每个用户终端的接入网络的时隙，依次接入网络并发送数据帧。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述ID设置模块还用于在所述的预先为每个工作于时分模式的用户终端分配特有的用户标识符ID之后，将各个用户终端的用户标识符ID进行分组处理，以便使激活的多个用户终端按组排成接入网络的接入队列。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述网络接入模块在所确定的接入队列中的每个用户终端接入网络的时隙到达时，在预设侦听时间内对数据传输信道进行侦听，若在所述预设侦听时间内未侦听到在前的用户终端占用所述数据传输信道，则接入网络并发送数据帧，否则停止接入网络，并重新由所述时隙确定模块确定所述用户终端接入网络的时隙。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的装置，其特征在于，所述网络接入模块还用于在接入网络并发送数据帧之后，等待接收来自网络的应答，若收到来自网络的应答，则对所述用户终端进行失活处理，使其进入失活状态，否则，重新确定所述用户终端的接入网络的时隙，使其再次接入网络并发送数据帧。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述时隙确定模块还用于生成随机数，并按照所述随机数，重新确定用户终端接入网络的时隙。
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