CN111818653B - 一种无线自组网的资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线自组网的资源分配方法，在通信节点在一个SIB消息周期内的第一类型传输时隙内传输SIB消息和业务数据包，第二类型传输时隙内传输业务数据包；每个SIB消息映射在一个或多个第一类型传输时隙内的静态时频资源上，每次业务数据包传输的物理层控制信息和业务数据包映射在一个第一类型传输时隙内的动态时频资源上的不同物理信道上；对于同一个通信节点，如果在第一类型传输时隙#n内的静态时频资源上传输SIB消息，则其只能在传输时隙#n+k及其后传输时隙内的动态时频资源上进行数据包传输，且在数据包传输时刻SIB消息未发生变化；本发明通过优化时频资源分配，降低无线宽带自组网的平均传输时延，提升网络的传输效率。

Description

一种无线自组网的资源分配方法
技术领域
本发明涉及自组网技术领域，具体涉及一种无线自组网的资源分配方法。
背景技术
无线自组网是一种与传统无线蜂窝网络完全不同新型无线网络架构，包含多个通信节点的临时自治网络。网络中的节点之间都是对等的，每个通信节点都装置无线收发装置，具有发送、转发和接收功能，因此网络中任意两个节点可以通过直接链路或多跳链路进行通信。相比传统蜂窝网络，无线自组网不需要依赖基础设施，具有组网灵活简便、网络可靠性高以及覆盖范围大等优点，广泛应用在公共安全、军事战场、灾后重建和急救任务等领域。
随着多媒体业务需求的快速发展和以OFDM-MIMO(正交频分多址和多输入多输出)技术为代表的宽带通信技术的成熟应用，基于宽带通信技术的无线自组网应需而生。由于无线宽带自组网缺乏统一的技术规范，一些厂商通常采用现有的无线宽带通信技术，通过修改或借鉴现有无线宽带蜂窝网络的通信协议，研发基于私有协议的定制化无线自组网节点，例如WiFi协议和4G LTE协议。
在无线宽带自组网内，每个通信节点需要周期性广播SIB(System InformationBlock，***信息块)信息，用于将与配置相关的***消息通知给其他节点。由于SIB消息周期性固定传输，现有技术通常为其分配静态时频资源，即在每个发送周期内每个通信节点都分配固定的时频资源用于传输SIB消息。而对于业务数据包，每个通信节点只有存在发送机会时，才能在动态分配的时频资源上进行传输。相比纯静态资源分配方式，这种分配方式一定程度上增加了网络的灵活性。
在常用的基于TDMA(Time Division Multiplexing Access，时分多址接入)资源复用方式中，一个SIB消息周期内每个通信节点通常分配一个传输时隙的时频资源用于SIB消息传输，即一个传输时隙内的工作频带上的所有频域资源。对于所有通信节点，一个SIB消息周期内分配连续的多个传输时隙(等于通信节点数目)用于SIB消息传输，则一个周期内剩余的传输时隙为动态时频资源，用于数据包传输，如图1所示。由于每个通信节点对应一个静态传输时隙，为简化***设计，通常在动态传输时隙内，也仅允许一个通信节点进行数据包发送。对于网络规模小、通信节点数目少的无线自组网，静态传输时隙占用的资源比例较小，对网络的吞吐量影响较小。但对于网络规模大、通信节点数目多的无线自组网，静态传输时隙占用较大的资源比例，极端情况下所有时频资源将全部分配给SIB消息，造成网络吞吐量非常低。例如一个包含32个通信节点的无线自组网，假设SIB消息周期为60个传输时隙，那么能够用于数据传输的动态资源仅有24个传输时隙。当通信节点数目进一步增长时，用于数据传输的动态资源随之减少。
在现有技术中，传输时隙通常为时域资源划分的基本单元，每个传输时隙又包括多个最小时域资源单元。例如在基于LTE(Long Term Evolution，长期演进)技术的无线宽带自组网中，时域资源的基本单位为子帧(即1ms)，最小时域资源单元为OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分多址)符号，一个子帧包含14个OFDM符号。在用于数据包传输的传输时隙内，所有时频资源根据技术规范划分为不同的传输信道，用于承载不同类型数据包的传输，主要包括物理控制信道、物理共享信道等，如图2所示。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种无线自组网的资源分配方法，通过划分不同类型的传输时隙，优化无线自组网时频资源分配方式，降低SIB消息占用的资源比例和通信节点数目对网络吞吐量的影响，降低无线宽带自组网的平均传输时延，提升网络吞吐量，提升网络的传输效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种无线自组网的资源分配方法，包括：
通信节点在一个SIB消息周期内的第一类型传输时隙内传输SIB消息和业务数据包，第二类型传输时隙内传输业务数据包；
所述第一类型传输时隙按照最小时域资源单元划分为静态时频资源和动态时频资源两个部分；每个SIB消息映射在一个或多个第一类型传输时隙内的静态时频资源上，每次业务数据包传输的物理层控制信息和业务数据包映射在一个第一类型传输时隙内的动态时频资源上的不同物理信道上；
对于同一个通信节点，如果在第一类型传输时隙#n内的静态时频资源上传输SIB消息，则其只能在传输时隙#n+k及其后传输时隙内的动态时频资源上进行数据包传输，且在数据包传输时刻SIB消息未发生变化，其中k>0。
优选地，一个SIB消息周期为连续两次SIB消息传输之间的时间间隔，该时间间隔由T个连续的传输时隙组成；
其中，T个连续的传输时隙包含T1个连续分布的第一类型传输时隙和T2个连续分布的第二类型传输时隙，且T1+T2＝T，T1>0，T2≥0。
优选地，在第一类型传输时隙中，静态时频资源，用于承载SIB消息，另一部分的动态时频资源，用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息；
在第二类型传输时隙中，所有动态时频资源全部用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息。
优选地，在第一类型传输时隙中，一个传输时隙包括X个最小时域资源单元，前X1个最小时域资源单元为静态时频资源，后X-X1个最小时域资源单元为动态时频资源，其中0<X1≤X/2。
优选地，第一类型传输时隙内的静态时频资源大小由SIB消息周期、通信节点数目、编码后的SIB消息数据包大小决定；
在确定X1的情况下，若一个第一类型传输时隙内的静态时域资源能够承载一个经过编码后的SIB消息数据包，则每个SIB消息数据包分配一个第一类型传输时隙；否则，每个SIB消息数据包分配多个第一类型传输时隙；其中，M*N＝T1≤T，其中M为每个SIB消息数据包分配的第一类型传输时隙数目，N为通信节点数目。
本发明的有益效果在于：
(1)不同类型传输时隙相结合，静态资源和动态资源分配相结合，增加了网络传输的灵活性；
(2)在满足SIB消息传输的基础上，降低SIB消息的时频资源占用比例，有效提升了网络的吞吐量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的资源分配方式；
图2为现有技术中基于LTE技术的无线宽带自组网的子帧内物理信道划分；
图3为本发明一个SIB周期内不同类型传输时隙的划分；
图4为本发明第一类型传输时隙内静态时频资源和动态时频资源划分；
图5为本发明第一类型传输时隙内物理信道划分；
图6为本发明同一节点的SIB消息传输和数据包传输时序。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种无线自组网的资源分配方法，具体如下：
1、通信节点在一个SIB消息周期的连续传输时隙内进行传输，其中，一个SIB消息周期的连续传输时隙集合包含第一类型传输时隙和第二类型传输时隙，通信节点在第一类型传输时隙内传输SIB消息和业务数据包，在第二类型传输时隙内仅传输业务数据包；
其中，一个SIB消息周期是指连续两次SIB消息传输之间的时间间隔，该时间间隔由T个连续的传输时隙组成；如图3所示，T个连续的传输时隙包含T1个连续分布的第一类型传输时隙和T2个连续分布的第二类型传输时隙，且T1+T2＝T，T1>0，T2≥0；从时域角度来看，第一类型传输时隙位于第二类型传输时隙之前。
在第一类型传输时隙中，传输时隙按照最小时域资源单元划分为两个部分，一部分为静态时频资源，用于承载SIB消息，另一部分为动态时频资源，用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息。假设一个传输时隙包括X个最小时域资源单元，前X1个最小时域资源单元为静态时频资源，后X-X1个最小时域资源单元为动态时频资源，其中0<X1≤X/2，如图4所示；
在第二类型传输时隙中，所有动态时频资源全部用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息(第二类型中只有动态时频资源)；这种传输时隙类型与现有技术中的用于动态时频资源的传输时隙相同。
2、每个SIB消息映射在一个或多个第一类型传输时隙内的静态时频资源上，第一类型传输时隙内静态时频资源大小由SIB消息周期、通信节点数目、编码后的SIB消息数据包大小等因素决定；
在一个SIB消息周期T内(T取值需要不小于通信节点数目)，所有静态时频资源需要能够承载所有通信节点对应的SIB消息，由于SIB消息周期T的限制，一个周期内第一类型子帧数目T1的最大值为T；
(1)SIB消息周期T取值越大，第一类型子帧数目T1能够取值越大，在通信节点数目和SIB消息数据包大小固定的情况下，一个传输时隙内X1能够取值越小，即可提供足够的静态时频资源能够承载所有SIB消息；
(2)通信节点数目越多，需要传输的SIB消息越多，在SIB消息周期和SIB消息数据包大小固定的情况下，如果T1<T，则X1或T1越大；如果T1＝T，则X1越大；
(3)SIB消息数据包大小越大，需要传输的SIB消息比特越多，所需要的静态时频资源越大；在SIB消息周期和通信节点数目固定的情况下，如果T1<T，则X1或T1越大；如果T1＝T，则X1越大；
总体而言，X1的取值需要综合考虑网络规模、SIB消息配置周期、第一类型传输时隙数目、SIB消息数据包大小等多个因素决定，保证提供的静态时频资源能够满足所有SIB消息传输需求；但是，在一个SIB周期内所有静态时频资源能够满足所有SIB消息传输需求的情况下，优先增加X1而非T1来提供足够的静态时频资源；
在确定X1的情况下，若一个第一类型传输时隙内的静态时域资源能够承载一个经过编码后的SIB消息数据包，则每个SIB消息数据包分配一个第一类型传输时隙；否则，每个SIB消息数据包分配多个第一类型传输时隙；其中，M*N＝T1≤T，其中M为每个SIB消息数据包分配的第一类型传输时隙数目，N为通信节点数目。
3、在第一类型传输时隙内，通信节点在动态时频资源上的不同物理信道上传输物理层控制信息和业务数据包，对于不同物理信道，频域资源位置不变，时域资源位置变化或时域资源减小，即在本发明里面，频域资源不发生任何变；
在第一类型传输时隙内，通信节点只能在X-X1个最小时域资源单元内的动态时频资源上进行数据包传输，动态时频资源需要根据技术规范划分为不同的物理信道，用于承载不同类型的数据，例如物理控制信道承载控制信息，物理共享信道承载数据包，如图5所示；
不同的物理信道划分需要依据无线自组网的技术规范，例如对于基于LTE技术的无线宽带自组网，在一个正常的传输时隙内，物理控制信道一般映射在前1～3个OFDM符号上，其余OFDM符号用于映射物理共享信道及其他物理信道；但是，在第一类型传输时隙内，考虑到静态时域资源分配了前X1个OFDM符号，则物理控制信道映射在X1+1～X1+3个OFDM符号上，其余X-X1-3～X-X1-1个OFDM符号用于映射物理共享信道及其他物理信道，对于物理共享信道来说，所分配的OFDM符号位置和数据均发生了变化；
在本发明方案中，每个通信节点通过配置消息获取X1取值，并通过配置消息和技术规范物理信道划分。
4、对于同一个通信节点，如果在第一类型传输时隙#n内的静态时频资源上传输SIB消息，则其只能在传输时隙#n+k及其后传输时隙内的动态时频资源上进行数据包传输，且在数据包传输时刻SIB消息未发生变化，其中k>0；
通常地，SIB消息用于通知一些配置消息，只有其他通信节点获知配置消息后，当前通信节点才能与其他通信节点进行数据包传输；因此，在SIB消息传输之后经过至少k个传输时隙，当前通信节点才能传输业务数据包，其中k取值取决于其他通信节点获取当前通信节点SIB消息的时间，如图6所示；在数据包传输时刻，还要保证此时SIB消息没有发生变化，这包括两种情况，第一种情况是当前节点在发送完SIB消息后没有再次发送SIB消息，第二种情况是当前节点已经再次发送SIB消息，但两次SIB消息内容相同；
SIB消息和数据包传输之间存在时间间隔将导致两种特殊情况如下：
(1)在无线自组网络刚刚建立的第一个SIB传输周期内，前k个第一类型传输时隙的动态时频资源将空闲，无法承载业务数据包；
(2)业务数据包与再次发送的SIB消息在同一个第一类型传输时隙内传输。
进一步的，为了更清楚的说明本发明方案，假设无线宽带自组网是基于LTE技术的，传输时隙为1ms的子帧，最小时域资源单元为OFDM符号，每个子帧包含14个OFDM符号。在一个子帧内，假设前三个OFDM符号内的时频资源为物理控制信道区域，其余OFDM符号内的时频资源为物理共享信道区域。
假设无线宽带自组网包含32个通信节点，SIB消息传输周期为80ms；根据发明方案描述，在一个80ms的SIB消息周期内，至少包含32个第一类型传输时隙(子帧)；在一个第一类型传输时隙(子帧)内，假设前X1个OFDM符号为静态时频资源，X1≤7，则一个SIB消息周期内包含M*32个第一类型传输时隙(子帧)和80-M*32个第二类型传输时隙(子帧)，M取值随X1取值变化；当X≤7时，如果一个第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源足够承载一个通信节点的编码后的SIB消息数据包，则每个通信节点的SIB消息分配一个第一类型传输时隙(子帧)内的静态时域资源，因此M＝1；但是，当X＝7时，一个第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源不足够承载一个通信节点的编码后的SIB消息数据包，则每个通信节点的SIB消息分配M个第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源，保证分配的所有静态时频资源足够承载一个通信节点的SIB消息，此时M≥2；当M>2时，第一类型传输时隙(子帧)数目超过了SIB消息周期内的子帧数目，此时属于***配置错误，需要重新进行配置。
上述内容反映了静态时频资源大小与编码后的SIB消息数据包之间的关系，即一个第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源不足够承载编码后的SIB消息数据包时，需要配置X1＝7(最大值)；此外，静态时频资源大小还与SIB消息周期和通信节点数目相关；当SIB消息周期增加时，如果通信节点数目不变，每个通信节点可以分配更多的第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源，每个静态时频资源大小可以减小，保证总的静态时频资源足够即可；当通信节点数目增加时，由于SIB消息周期的限制，每个通信节点能够分配的第一类型传输时隙(子帧)内的静态时频资源减小，则需要增加每个静态时频资源大小来保证总的静态时频资源足够。
在第一类型传输时隙(子帧)内，由于前X1个OFDM符号被分配为静态时频资源，这些OFDM符号上无法映射用于数据包传输的物理控制信道和物理共享信道。动态时频资源占用14-X1个OFDM符号，这些OFDM符号上的时频资源需要重新划分物理控制信道和物理共享信道。如图5所示，在动态时频资源上，前三个OFDM符号划分为物理控制信道区域，剩余的OFDM符号划分为物理共享信道区域；相比图2的物理信道划分，物理共享信道占用的资源位置发生变化，且资源数目减小；对于第二类型传输时隙(子帧)，其物理信道划分如图2所示。
在无线宽带自组网中，当网络建立起来时，所有通信节点首先在第一类型传输时隙(子帧)内发送SIB消息，用于通知配置相关信息；对于通信节点i，假设其在子帧#n内发送SIB消息，经过k个子帧之后，网络内其他通信节点获取其发送的SIB消息内容；因此，通信节点i可以从子帧#n+k开始的子帧内向网络内其他通信节点发送业务数据包；注意的是，从子帧#0到子帧#k-1的k个子帧内没有通信节点发送业务数据包。
对于通信节点i，发送业务数据包的子帧和子帧#n可以在同一个SIB周期内，也可以位于不同的SIB周期，但是从子帧#n到发送业务数据包的子帧之间的SIB消息不发生变化；注意的是，传输业务数据包的子帧可以是第一类型传输时隙(子帧)，也可以是第二类型传输时隙(子帧)；当为第一类型传输时隙(子帧)时，通信节点i可能在静态时频资源部分再次传输SIB消息，在动态时频资源部分发送业务数据包。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种无线自组网的资源分配方法，其特征在于，包括：
通信节点在一个SIB消息周期内的第一类型传输时隙内传输SIB消息和业务数据包，第二类型传输时隙内传输业务数据包；
所述第一类型传输时隙按照最小时域资源单元划分为静态时频资源和动态时频资源两个部分；每个SIB消息映射在一个或多个第一类型传输时隙内的静态时频资源上，每次业务数据包传输的物理层控制信息和业务数据包映射在一个第一类型传输时隙内的动态时频资源上的不同物理信道上；
对于同一个通信节点，如果在第一类型传输时隙#n内的静态时频资源上传输SIB消息，则其只能在传输时隙#n+k及其后传输时隙内的动态时频资源上进行数据包传输，且在数据包传输时刻SIB消息未发生变化，其中k>0；
一个SIB消息周期为连续两次SIB消息传输之间的时间间隔，该时间间隔由T个连续的传输时隙组成；
其中，T个连续的传输时隙包含T1个连续分布的第一类型传输时隙和T2个连续分布的第二类型传输时隙，且T1+T2=T，T1>0，T2≥0；
在第一类型传输时隙中，一个传输时隙包括X个最小时域资源单元，前X1个最小时域资源单元为静态时频资源，后X-X1个最小时域资源单元为动态时频资源，其中0<X1≤X/2。
2.如权利要求1所述的一种无线自组网的资源分配方法，其特征在于，
在第一类型传输时隙中，静态时频资源，用于承载SIB消息，另一部分的动态时频资源，用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息；
在第二类型传输时隙中，所有动态时频资源全部用于承载业务数据包及与业务数据包传输相关的物理层控制信息。
3.如权利要求1所述的一种无线自组网的资源分配方法，其特征在于，第一类型传输时隙内的静态时频资源大小由SIB消息周期、通信节点数目、编码后的SIB消息数据包大小决定；
在确定X1的情况下，若一个第一类型传输时隙内的静态时域资源能够承载一个经过编码后的SIB消息数据包，则每个SIB消息数据包分配一个第一类型传输时隙；否则，每个SIB消息数据包分配多个第一类型传输时隙；其中， M*N=T1≤T，其中M为每个SIB消息数据包分配的第一类型传输时隙数目，N为通信节点数目。
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