專利名稱：長傳播時延無線信道接入方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有長傳播時延的移動通信系統(tǒng)中支持話音和數(shù)據(jù)綜合業(yè) 務的無線信道接入方法。
背景技術：
信道接入方法即多址接入(即媒質(zhì)接入控制，MAC )方法用于解決通信 系統(tǒng)中多個節(jié)點或用戶如何快速、高效、公平、可靠地共享信道資源的問題， 它直接控制信道資源的分配，對于系統(tǒng)性能有著非常重要的影響。按照信道 分配的方式，多址接入方法通常分為固定分配、隨機接入和按需分配三種方 式。
固定分配的多址接入方法一般將信道資源長時間固定分配給共享信道 的某些節(jié)點或者所有節(jié)點，信道吞吐量高，但缺點是不能自適應業(yè)務特性， 在突發(fā)業(yè)務較多的情況下會造成大量的信道資源空閑和浪費。
隨機接入的多址接入方法中，所有節(jié)點共同竟爭信道資源，克服了固定 分配接入方式的資源浪費問題，并且在業(yè)務量較小時接入時延相對較小，但 缺點是當發(fā)送節(jié)點數(shù)和網(wǎng)絡業(yè)務量增大尤其突發(fā)業(yè)務較多時，分組碰撞的概 率會急劇增加，使得平均分組時延、平均分組丟棄率、信道吞吐量均大幅降 低，也同時會出現(xiàn)共享信道不公平等問題，所以不適合實時應用。
按需分配的多址接入方法中各節(jié)點根據(jù)業(yè)務情況申請信道資源，預約成 功后再使用。與隨機接入方式相比，克服了其在網(wǎng)絡業(yè)務量較大時分組沖突 嚴重的問題，提高了信道吞吐量，但缺點是在網(wǎng)絡業(yè)務量較低時，預約申請 和分配的開銷過大，并且所得的傳輸時延也較大；另外，與固定分配方法相
比，在網(wǎng)絡業(yè)務量較高時，按需分配方法存在最大信道吞吐量不夠高、不能 保證共享信道的公平性等問題。該方法適合時間相對較長且比較平穩(wěn)的流業(yè) 務，不適合突發(fā)多媒體業(yè)務。
綜上可知，上述單一的信道接入方法均不能滿足突發(fā)業(yè)務(bursts)(如 話音)的要求，而移動通信系統(tǒng)中突發(fā)業(yè)務卻非常普遍。為了能夠較好地支 持突發(fā)業(yè)務，移動通信系統(tǒng)中通常使用混合式的信道接入方法如隨機與按需 分配相結(jié)合的分配方式。
對于通信距離短、時延小的移動通信系統(tǒng)如蜂窩網(wǎng)、Ad hoc網(wǎng)絡等， 它們的信道接入方法需要大量的信息交互和握手，從而耗費很多寶貴的信道 資源，不適用于通信距離遠的移動通信系統(tǒng)，原因在于在信息接入期，此 類系統(tǒng)特有的大的傳播時延不容許中心站點和終端之間進行頻繁的信息交 互。另外，網(wǎng)絡資源(如信道帶寬、能量、內(nèi)存、處理能量)受限也是信道 接入方法必須面臨的一個重大挑戰(zhàn)。
為了使長傳播時延無線信道能夠更好地支持隨機突發(fā)業(yè)務，在單個報文 (message)或者單個分組(packet)的基礎上動態(tài)分配傳輸容量是一種有 效的信道資源分配方式，尤其對于實時性要求較高的話音業(yè)務。只在終端處 于話音有聲期(talkspurts)時分配信道容量，在靜止期(silent phrases) 時則不分配的方法可以充分利用信道資源，提高信道利用率和吞吐量。
1989年D.G Goodman提出分組預約多址接入(packet reservation multiple access, PRMA)方法(見D.丄Goodman, R. A. Valenzuela， K. T. Gdyliard， and B. Ramamurthi, "Packet reservation multiple access for local wireless communications," IEEE Trans. Commun.， vol. 37， pp. 885-890，.Aug,4989.),它最先利用了上述原理，在終端.上采用話音活動檢
測器(VAD)檢測話音的有聲期和靜止期，在有聲期內(nèi)，1幀時間內(nèi)的話音 信息剛好打包為1個分組，每幀在預約時隙上發(fā)送1個話音分組；轉(zhuǎn)為靜止 期時則釋放該時隙。該方法的缺點是數(shù)據(jù)業(yè)務不能預約時隙，數(shù)據(jù)分組只 能與VTs的請求(同時也是1個語音分組)共同竟爭可用時隙，在數(shù)據(jù)業(yè)
務量較大的情況下，會產(chǎn)生過多的發(fā)送沖突，導致話音的時延和丟包率等性 能急劇下降，且數(shù)據(jù)業(yè)務的平均消息時延較大，所以該方法只能支持低速率
的數(shù)據(jù)業(yè)務；并且，使用整個時隙發(fā)送接入請求的方法大大限制了系統(tǒng)的接 入效率，在業(yè)務量較大、信道上發(fā)送的請求較多時，沖突過多導致系統(tǒng)很不 穩(wěn)定，并且很多時隙無法利用，極其浪費信道資源。
2000年，Giuliano Benelli等人提出了帶阻滯狀態(tài)的PRMA (PRMA國Hindering States, PRMA-HS )方法(見Giuliano Benelli， Romano Fantacci， Giovanni Giambene, and Carlo Ortolani, Voice and Data Transmissions with a PRMA國Like Protocol in High Propagation Delay Cellular Systems,舊EE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 49, No. 6， pp: 2126-2147， November 2000)，以克服PRMA方法中VTs必須
至少等棒1個往返傳播時延(round-tripdelay, RTD)才能得到中心站反饋 的信道分配結(jié)果，然后才能在專用時隙上發(fā)送分組的缺點。所謂"阻滯狀態(tài) (Hindering States)"，即在幀間隔大于信道的往返傳播時延前提下，話音 等實時業(yè)務在得到預約結(jié)果之前不斷搶占時隙發(fā)送分組，以實現(xiàn)對信道的快 速接入，.降低丟包率。不過這種單純搶占時隙的方法在重載時會導致竟爭沖 突加劇，丟包率性能惡化；另外，幀間隔過大，意味著未預約成功的話音業(yè) 務和數(shù)據(jù)業(yè)務均需等待更長的時間才能繼續(xù)發(fā)送請求，最大可用請求發(fā)送次 數(shù)減少(由于Dmax限制)，導致話音業(yè)務丟包率增加、服務質(zhì)量降低，數(shù) 據(jù)業(yè)務的平均分組時延增加、吞吐量降低。
在上述方法的基礎上，Romano Fantacci等人于2000年提出了修改的 PRMA ( modified PRMA， MPRMA)方法(見Romano Fantacci, Giovanni Giambene, and Riccardo Angioloni, A Modified PRMA Protocol for Voice and Data Transmissions in Low Earth Orbit Mobile Satellite Systems, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 49， No. 5， September 2000),它將未被話音業(yè)務預約的一部分空閑時隙作為接入時隙，由話音 和數(shù)據(jù)請求共同竟爭，預約成功的話音業(yè)務使風老用時隙發(fā)送話音分組，接
入時隙之外剩余的空兩時隙分'配給已成功發(fā)送了接入請求的數(shù)據(jù)業(yè)務。并且 為了減少沖突，允許話音和數(shù)據(jù)分組捎帶新的接入請求。不過該方法也是使 用整個時隙發(fā)送請求分組，在重載時沖突嚴重導致容量浪費。
2001年，A. Andreadis等人提出了 DRAMA+ (Dynamic Resource Assignment Multiple Access-enhanced version )方法(見A. Andreadis, R. Angioloni, R. Fantacci' G. Giambene, Efficient integration of isochronous and data bursty traffics in low earth orbit-mobile sateHite systems, Int.丄 Satell. COmmun. 2002; 20:201-229.),它將時隙分為接入時悟:和信息時隙， 1個接入時隙里含特定數(shù)目的微時隙，供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)送請求，每幀有 特定數(shù)目的接入時隙；信息時隙用于傳輸信息分組。中心站按照已接入話音 用戶、未接入話音用戶、數(shù)據(jù)業(yè)務用戶的優(yōu)先級順序分配時隙。已獲得接入 的數(shù)據(jù)業(yè)務終端可在最后一個數(shù)據(jù)分組中捎帶預約請求，從而避免再次竟爭 加劇沖突。不過該方法中，接入時隙的數(shù)目是固定的，不能隨負載的變化自 適應動態(tài)調(diào)整，在接入請求不多的情況下可能會導致接入時隙閑置，浪費信 道資源；另外，對于一個通話過程，在采用話音分組傳輸?shù)那闆r下，在開始 階段可以忍受較高的丟包率，而在通話過程中則希望盡量不要中斷，所以通 常情況下，已接入話音用戶的優(yōu)先級高于未接入用戶，在時隙分配和信道接 入階段都應如此，而DRAMA+方法卻沒有在信道接入階段對話音用戶的類 別進行合理的區(qū)分。
2004年，Ramano Fantacci等人又進一步提出了衛(wèi)星PRMA (satellite-PRMA, S-PRMA )方法(見Ramano Fantacci, Tommaso Pecorella， and Ibrahim Habib， Proposal and Performance Evaluation of an Efficient Multiple-Access Protocol for LEO Satellite Packet Networks, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 22' No. 3， April 2004.)，它將接入時隙劃分為兩個獨立的微時隙集合，分別用于發(fā)送話音 和數(shù)據(jù)請求，使得話音業(yè)務的請求不受突發(fā)性較強的數(shù)據(jù)業(yè)務影響，增加了 系統(tǒng)穩(wěn)定性；在有聲期內(nèi)，話音業(yè)務使用專舟時隙發(fā)送分組,且使用"阻滯
狀態(tài)"。隨機竟爭接入的數(shù)據(jù)請求存儲在數(shù)據(jù)請求隊列中，將空閑時隙以特 定概率分配給位于隊列前端的數(shù)據(jù)終端，提高了數(shù)據(jù)業(yè)務吞吐量，能夠支持
較高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務。但是該方法的缺點是微時隙子集固定，不能夠隨業(yè) 務的變化自適應調(diào)整；并且使用"阻滯狀態(tài)"需要幀間隔大于1個RTD，意味 著未預約成功的話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務均需等待更長的時間才能繼續(xù)發(fā)送請 求，導致話音業(yè)務丟包率增加、服務質(zhì)量降低，數(shù)據(jù)業(yè)務的平均分組時延增 加、吞吐量降低。
總之，綜上可知，目前還沒有一個非常適合長傳播時延無線信道的信道 接入方法，能夠較好地支持話音和數(shù)據(jù)綜合業(yè)務，并且充分利用寶貴的信道 資源，使終端靈活、快速、高效地接入信道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題克服現(xiàn)有技術的不足，提出了一種有效支持話 音和數(shù)據(jù)綜合業(yè)務的靈活、快速、高效的信道接入方法，以高效利用有限的 信道資源，降低話音等實時業(yè)務的丟包率，改善服務質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)業(yè)務的 吞吐量。
本發(fā)明的技術解決方案長傳播時延無線信道接入方法，其特點在于 步驟如下
(1 )在初始運行時間內(nèi)，以PRMA方法作為初始的信道接入方法； (2)在初始運行時間之后，中心站(BaseStaion，簡稱BS')根據(jù)接收 到的終端請求分組內(nèi)的終端類別標志，即話音終端VT ( voice terminal,簡 稱VT)或數(shù)據(jù)終端DT (dataterminal,簡稱DT)，將它們的ID分別放進 V下請求隊列，簡稱VQ和DT請求隊列，筒稱DQ，然后根據(jù)'信道容量分配 策略安排上行信道的下一幀的時隙，所述的信道分配策略為
a.在下一幀中，正處于有聲期(talkspurts)中的各話音終端VTs仍繼 續(xù)使用專用時隙發(fā)送話音分組；
b. 將下一幀除去VTs的專用時隙后剩余的時隙(包括有聲期結(jié)束進入 靜止期的VTs釋放的時隙)稱為待用時隙，已成功發(fā)送請求但之前還未獲 得專用的預約時隙的VTs優(yōu)先享用待用時隙，進入VT請求處理；
c. 將下一幀中VTs未預約的待用時隙稱為空閑時隙，查看是否還有空 閑時隙，若有，則以概率Pa分配空閑時隙給DQ前端的DTs,即進入DT 請求處理；若沒有，則此次時隙分配過程結(jié)束；
d. 將上述步驟(c)中剩余的空閑時隙作為所述中心站控制的各終端的 接入時隙，每個接入時隙包括M個微時隙(M值可根據(jù)系統(tǒng)情況調(diào)整)， 用于發(fā)送終端的請求微分組，劃分為專為VTs預留的部分和VTs與DTs共 用的部分，分別稱為VT子集和共用子集，VT子集的大小基于預測周期性 地動態(tài)調(diào)整；
(3) 中心站將下一幀時隙安排組合成一個確認分組，在下行信道上向所 述中心站控制的各終端進行廣播；
(4) 各終端在接收到中心站廣播的確認分組后，根據(jù)其中的時隙安排在 接入微時隙上發(fā)送請求微分組，在信息時隙上發(fā)送信息分組。
發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于 (1 )靈活性
本發(fā)明的靈活性主要體現(xiàn)在
a.在接入時隙和接入微時隙的分配方面(見步驟2);
DRAMA+方法中每幀的接入時隙數(shù)是固定的,不能隨負載變化動態(tài)自適 應調(diào)整，在接入請求不多的情況下會導致接入時隙空閑卻不能用于發(fā)送信息 分組，浪費信道資源，并且接入時隙里的微時隙數(shù)目也固定，不能根據(jù)當前 業(yè)務情況調(diào)整話音和數(shù)據(jù)業(yè)務接入微時隙'分配的比率。另外，S-PRMA方法 將接入時隙的微時隙劃分為兩個固定的子集分別分配給話音和數(shù)據(jù)業(yè)務請 求，不能夠靈活地自適應多變的業(yè)務特性。
而本發(fā)明中，每幀的接入時隙數(shù)為此幀話音業(yè)務尚未預約的空閑時隙的
一部分，隨系統(tǒng)當前話音業(yè)務的負載而變化；并且接入時隙里的微時隙分配 是基于對話音業(yè)務負載的預測而實現(xiàn)的一種動態(tài)預留機制，能夠根據(jù)當前業(yè) 務情況進行靈活調(diào)整。
b.在對用戶多優(yōu)先級的支持方面(見步驟2和步驟4);
DRAMA+方法按照已接入話音用戶、未接入話音用戶以及數(shù)據(jù)業(yè)務用 戶的優(yōu)先級順序分配時隙，是在分配階段對請求接入的話音用戶進行了區(qū) 分，分配原則實際上與其他方法沒有區(qū)別。而對于一個通話過程，在采用話 音分組傳輸?shù)那闆r下，在開始階段可以忍受較高的丟包率，而在通話過程中 則希望盡量不要中斷，即需要保障已接入話音用戶再次接入的成功率，所以 不僅在分配階段，在接入階段已接入話音用戶的優(yōu)先級也應該高于未接入的 話音用戶。本發(fā)明通過區(qū)分VTs的接入狀態(tài)(已接入和未接入)，在已接 入VTs由無聲期轉(zhuǎn)變?yōu)橛新暺谥蟮慕尤腚A段，采取多次發(fā)送接入請求的 方法，提高已接入VTs的接入效率；且在信道容量不足的情況下，優(yōu)先級 高的已接入的VTs會比未接入VTs優(yōu)先獲得時隙，上述方法保障了正在通 話中的終端的服務質(zhì)量。 (2)快速
主要體現(xiàn)在在接入時隙和接入微時隙的分配方面(見步驟2);
本發(fā)明基于對系統(tǒng)內(nèi)請求接入的VTs數(shù)的預測為VTs預留微時隙，使 得VTs有足夠的資源可以及時發(fā)送請求；而且還可以減少甚至避免與數(shù)據(jù) 請求的沖突，從而提高預約的成功率，保證了 VTS對信道資源的快速接入。 而PRMA-HS方法的單純搶占時隙的策略在終端較多的重載情況下會導致 竟爭沖突加劇，丟包率性能惡化，并且?guī)g隔過大，意味著未預約成功的話 音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務均需等待更長的時間',導致話音業(yè)務丟包率增加，服務質(zhì) 量降低，數(shù)據(jù)業(yè)務的平均分組時延增加，吞吐量降低。另外，S-PRMA方法 將接入時隙的微時隙劃分為兩個固定的子集分別用于發(fā)送話音和數(shù)據(jù)業(yè)務 的請求，在話音業(yè)務量較大的情況下，接入微時隙數(shù)目不足將導致沖突加劇，
話音服務質(zhì)量降低，而此辨如果分配給數(shù)據(jù)業(yè)務的接入微時隙空閑會導致容 量浪費，不能充分利用信道資源。
(3) 高效性(見步驟2和4)
PRMA和MPRMA方法在整個時隙上發(fā)送接入請求的方法在發(fā)生沖突 時導致整個時隙閑置、浪費，尤其在重栽情況下，沖突劇增將導致信道資源 的極大浪費。而本發(fā)明將接入時隙劃分為微時隙，即使請求過多、沖突嚴重， 也只是發(fā)生在微時隙上，不會影響信息時隙上信息的傳輸，從而可以充分利 用信息時隙；并且，基于對請求接入的VTs數(shù)的預測預留接入微時隙，可 以減少甚至避免話音請求與數(shù)據(jù)請求的沖突，從而降低整個系統(tǒng)在接入階段 的發(fā)送沖突，提高接入時隙的利用率。
(4) 同時，本發(fā)明還帶來了其他優(yōu)點基于對請求接入的VTs數(shù)的預 測預留接入微時隙，可以減少甚至避免話音請求與數(shù)據(jù)請求的沖突，從而降 低整個系統(tǒng)在接入階段的發(fā)送沖突，降低了突發(fā)的數(shù)據(jù)業(yè)務對話音業(yè)務的影 響，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖2為本發(fā)明的中心站的信道容量分配策略圖3為本發(fā)明中的VTs請求在隊列的示意圖4為本發(fā)明中的DTs請求在隊列的示意圖5為本發(fā)明中的VT請求處理流程圖6為本發(fā)明中的DT請求處理流程圖7為本發(fā)聽中的基于預測機制優(yōu)先為VTs預留一定量的接入微時隙 方法流程圖8為本發(fā)明的各終端中的VTs接入過程處理中請求發(fā)送處理流程圖； 圖9為本發(fā)明的各終端中的VTs接入過程處理流程圖10為本發(fā)明的各終端中的DTs接入過程處理流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的具體實現(xiàn)流程如下
步驟1,在初始運行時間Ta內(nèi)，以PRMA方法作為初始的信道接入方法。
采用PRMA作為初始信道接入方法的原因在于在系統(tǒng)剛啟動時，系 統(tǒng)內(nèi)的終端全部為未接入狀態(tài)，采用微時隙發(fā)送接入請求會使得信息時隙空 閑，導致容量浪費，采用PRMA作為初始的信道接入方法可以充分利用信 道資源，使終端快速接入信道。
步驟2,在初始運行時間Ta之后，中心站依據(jù)接收到的請求分組(此 時收到的終端請求仍是基于PRMA方式)內(nèi)的終端類別(即VT/DT)標識 將請求終端ID分別放進VT請求隊列(筒稱VQ)和DT請求隊列(簡稱 DQ)，然后根據(jù)信道容量分配策略安排上行信道的下一幀時隙。
如圖2所示，中心站的信道分配策略如下
(1 )正處于有聲期的已接入VTs在下一幀中仍繼續(xù)使用專用時隙；
(2) 將下一幀除去VTs的專用時隙后剩余的時隙(包括有聲期結(jié)束進 入靜止期的VTs釋放的時隙)稱為待用時隙，已成功發(fā)送請求但之前還未 獲得專用的預約時隙的VTs優(yōu)先享用待用時隙，進入VT請求處理；
(3) 將下一幀中VTs未預約的待用時隙稱為空閑時隙，查看是否還有 空閑時隙，若有，則以概率Pa分配空閑時隙給DQ前端的DTs,即進入DT 請求處理；若沒有，則此次時隙分配過程結(jié)束；
(4) 將上述步驟(c)中剩余的空閑時除作為所迷中心'站控制的各終端 的接入時隙，每個接入時隙包括M個(M值可根據(jù)系統(tǒng)情況靈活設置)微 時隙，用于發(fā)送請求微分組，劃分為專為VTs預留的部分和VTs與DTs共 用的部分，分別稱為VT子集和共用子集，VT子集的大小基于預測周期性
地動態(tài)調(diào)整?？芍?恢的時愧中除接入時隙外其它均為信息時隙，用于發(fā)送
VTs和DTs的信息分組。
上述中的N根據(jù)下式確定
x」符號表示取整
(即N的值由Rc， Rs, Tf和Hv決定) Rc表示信道傳輸速率 Rs表示話音傳輸速率 Tf表示幀間隔
Hv表示分組頭(packet header)長度。
如圖3所示，將VQ隊列分為VC^和VQo兩個子隊列，VQ"!里是從無 聲期轉(zhuǎn)到有聲期的已接入VTs的請求，VQo里是未接入VT的請求，步驟2 中VTs請求在VQ隊列中的放置原則(排隊原則)如下中心站首先查看請 求微分組里的VT類別標志(1為已接入，0為未接入)判別該終端是"已 接入，，還是"未接入"，然后將終端ID放進相應的子隊列尾部。
如圖4所示，前述步驟2中的DTs請求在DQ隊列里的放置原則(排 隊原則)如下
(1) 若DT請求是來自接入微時隙，則將此請求放入DQ隊列尾部；若 DT請求是數(shù)據(jù)分組捎帶的，則將此請求先放入當前DQ隊列的尾部，并作
(2) 在上行信道上一幀發(fā)送結(jié)束之后，中心站分配時隙之前，檢查DQ 隊列里是否有標記的DT請求，若有，則將所作標記的DT請求后調(diào)，以保 證終端接入的公平性，避免某些終端長期占用時'隙而其他終端無法獲得容 量，并將DQ隊列里此DT對應的的請求分組數(shù)減去所分配的時隙數(shù)。
如圖5所示，前述步驟2中(2)的VT請求處理的方法如下 ( 1 ) 中心站判斷下一幀是否有待用時隙， 若有，則先將待用時隙分配給 VC^隊列里的VTs,即VQ"!優(yōu)先于VQo,將待用時隙依VQ!隊列里的先后 順序逐個分配給VTs,然后轉(zhuǎn)向下一步驟(2);若沒有，則不分配，已成 功發(fā)送請求但之前還未獲得專用的預約時隙的VTs只能等待后續(xù)幀可用的 待用時隙，此次時隙分配過程結(jié)束；
(2)查看下一幀是否還有待用時隙，若有，則再將剩余的待用時隙依隊 列里的先后順序逐個分配給VQo里的VTs，分配給VQi和VQo里的VTs的 時隙在后續(xù)幀均作為它們的專用時隙直到此有聲期結(jié)束，該VT在此專用時 隙上沒有再發(fā)送話音分組之后即此時隙變?yōu)榭臻e后的下 一 幀，此時隙才可供 其他終端使用；若下一幀已沒有待用時隙，則不分配，VQo里的VTs只能 等待后續(xù)幀可用的待用時隙，此次時隙分配過程結(jié)束。
如圖6所示，前述步驟2中(3)中的DT請求處理的方法如下
(1 )中心站以概率pa ( 20.5 ) VTs未預約的空閑時隙分配給位于DQ 請求隊列前端的DTs;
(2)將分配了時隙的DTs的IDs從隊列前端移到尾部，以避免某些終 端獨占信道資源，保證終端接入的公平性，實際上在DQ里終端很少而空閑 時隙較多的情況下， 一個DT可能會分配到多個時隙；并將DQ隊列里此 DT對應的請求分組數(shù)減去所分配的時隙數(shù)，若某DQ隊列里某DT的請求 分組數(shù)為0，則將此DT請求條目從隊列里刪除。
如圖7所示，上述步驟2中的(4)接入微時隙集合的劃分策略是基于 預測機制優(yōu)先為VTs預留一定量的接入微時隙，具體方法如下
(1) 預測機制:以Ta為周期累加每個周期時間內(nèi)的請求VTs數(shù)，預測 方法1:取平均后則得到下一個周期時間內(nèi)可能的請求VTs數(shù)；方法2:采 用遺傳算法計算下一個周期內(nèi)有接入請求的VTs的數(shù)目。
(2) '預留機制
a.基于所預測的有接入請求的VTs的數(shù)目，周期性計算所預留的接入 微時隙數(shù)目。為了使VTs的接入微時隙足夠?qū)捲?，預留的微時隙數(shù)目Mr應 大于所預測接入的VTs數(shù)目Mv，所以，設定兩者之間滿足下述關系
Jl^=Mvx/,其中T^/S2， f值可變，可根據(jù)突際情況確定。
b. 對于下一幀里第一個作為接入時隙的空閑時隙，優(yōu)先為話音業(yè)務預 留M「個微時隙。若M^M，則先將此接入時隙的微時隙全部分配給VTs; 若M,M，則將此時隙剩余的M-Mr個接入微時隙由DTs和VTs共用；
c. 若此幀再有接入時隙，則計算是否需再為VT預留并需預留多少個微 時隙，然后剩余的微時隙再由VTs和DTs共用。
以上說明的是將接入時隙的微時隙優(yōu)先分配為VT子集，然后剩余的 微時隙由VTs和DTs共用。當接入時隙的微時隙僅供或不足以供預測的VTs 請求使用時，則將所有的接入微時隙分配給VTs，即下一幀DTs不能發(fā)送 任何接入請求。
步驟3、中心站將對下一幀時隙的安排組合成一個確認分組，在下行信 道上向所述中心站控制的各終端進行廣播，確認分組的格式實例見表2，表 2中"1"和"0"分別代表是話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務，"ID"是被分配了時隙 的終端ID號；"A"代表該位置的時隙是接入時隙。
表2
1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1IDOID1ID1IDAOID1 ID
步驟4、各終端在接收到中心站廣播的確認分組后，根據(jù)其中的時隙安 排在接入微時隙上發(fā)送請求微分組，在信息時隙上發(fā)送信息分組。
如圖9所示，在前述步驟4中的各終端中VTs的處理過程包括請求 發(fā)送過程和語音分組發(fā)送過程，其中，若VTs由無聲期轉(zhuǎn)為有聲期且還未 獲得預約，則進入請求發(fā)送過程
(1 )請求發(fā)送過程如下，如圖8所示
a. 查看終端接入狀態(tài)，若是"未接入"，轉(zhuǎn)入步驟b;若是"已接入"， 轉(zhuǎn)入步驟c;
b. 在接入微時隙VT子集的某個微時隙上以概率pv ( 0 l，可根據(jù)
系統(tǒng)實際情況選取最優(yōu)值)隨機發(fā)送預約請求微分組；
c.采用多次(一般為2次)發(fā)送的方法，增加預約成功的概率。方法 為除了在VT子集上發(fā)送外，還在VT和DT共享的微時隙上再發(fā)送一次。
(2 )語音分組發(fā)送過程
a. 已發(fā)送請求的VTs在收到中心站公布的確認分組，查看時隙預約結(jié) 果并得知預約成功之后，便每幀在中心站分配的專用時隙上發(fā)送一個話音分 組。
b. 其中，步驟(1)中，在發(fā)送之前，判斷緩沖里的第一個語音分組的 等待時延是否已經(jīng)超過最大接入時延Dmax,若否，則直接在專用時隙上發(fā)送； 若已超過，則丟棄此分組，隊列里下一個分組成為第一個分組，重新判斷隊 列里第一個分組的等待時延是否已經(jīng)大于Dmax，如此，直到將隊列里的接入 時延小于Dmax的第 一個分組在專用時隙上發(fā)送；
c. 在發(fā)送第一個話音分組之后，原本默認接入狀態(tài)為"未接入"的VT 更改為"已接入"；
d. 每次發(fā)送分組之后，VT會判斷此有聲期是否結(jié)束即是否還有新的分 組需要發(fā)送，若無，則停止在該預約時隙上發(fā)送分組，該時隙在此幀變?yōu)榭?閑時隙；若有，則在每幀的專用時隙上繼續(xù)發(fā)送分組，直到該有聲期結(jié)束。
如圖10所示，在前述的步驟4中各終端中的DTs的接入處理過程包括 發(fā)送請求的過程和發(fā)送分組的過程，其中，若DTs有數(shù)據(jù)報文要發(fā)送，首 先進入發(fā)送請求的過程
(1) 發(fā)送請求的過程在共用子集的某個接入微時隙上以概率pd (0<pdsi，可根據(jù)系統(tǒng)實際情況選取最優(yōu)值)發(fā)送請求微分組；收到中心站
廣播的下一幀時隙分配結(jié)果后，查看請求是否發(fā)送成功，若成功，則設置狀 態(tài)為已接入，進入分組發(fā)送過程；若請求未發(fā)送成功，即發(fā)生發(fā)送沖突，則 等到下一幀時，在接入微時隙共用子集的某個微時隙上繼續(xù)發(fā)送請求。
(2) 發(fā)送分組的過程DTs收到中心站廣播的確認分組后，查看下一幀
時隙分配結(jié)果中是否有分配給自己的時隙，若有，則在所分配的時除上發(fā)送
數(shù)據(jù)分組；若沒有，則繼續(xù)等待。如此反復，直到此報文(message)的所有 數(shù)據(jù)分組全部發(fā)送完畢。
(3)另外，某DT在信息時隙上發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前需要判斷是否有新的 數(shù)據(jù)報文到達，若有，則等到發(fā)送此報文的最后一個分組時捎帶下一個報文 的接入請求，若沒有，則按照上述(2)中所述過程進行。
權利要求
1、長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于步驟如下(1)在初始運行時間內(nèi)，以PRMA方法作為初始的信道接入方法；(2)在初始運行時間之后，中心站根據(jù)接收到的終端請求分組內(nèi)的終端類別標志，即話音終端VT或數(shù)據(jù)終端DT，將它們的ID分別放進VT請求隊列，簡稱VQ和DT請求隊列，簡稱DQ，然后根據(jù)信道容量分配策略安排上行信道的下一幀的時隙，所述的信道分配策略為a.在下一幀中，正處于有聲期中的各話音終端VTs仍繼續(xù)使用專用時隙發(fā)送話音分組；b.將下一幀除去VTs的專用時隙后剩余的時隙(包括有聲期結(jié)束進入靜止期的VTs釋放的時隙)稱為待用時隙，已成功發(fā)送請求但之前還未獲得專用的預約時隙的VTs優(yōu)先享用待用時隙，進入VT請求處理；c.將下一幀中VTs未預約的待用時隙稱為空閑時隙，查看是否還有空閑時隙，若有，則以概率pa分配空閑時隙給DQ前端的DTs，即進入DT請求處理；若沒有，則此次時隙分配過程結(jié)束；d.將上述步驟(c)中剩余的空閑時隙作為所述中心站控制的各終端的接入時隙，每個接入時隙包括M個微時隙，用于發(fā)送終端的請求微分組，劃分為專為VTs預留的部分和VTs與DTs共用的部分，分別稱為VT子集和共用子集，VT子集的大小基于預測周期性地動態(tài)調(diào)整；可知一幀的時隙中除接入時隙外其它均為信息時隙，用于發(fā)送VTs和DTs的信息分組；(3)中心站將下一幀時隙安排組合成一個確認分組，在下行信道上向所述中心站控制的各終端進行廣播；(4)各終端在接收到中心站廣播的確認分組后，根據(jù)其中的時隙安排在接入微時隙上發(fā)送請求微分組，在信息時隙上發(fā)送信息分組。
2、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 將所述步驟(2 )中沐VQ隊列分為VQ,和VQo兩個子隊列，VC^里放置的 是從無聲期轉(zhuǎn)成有聲期的已接入VT的請求，VQo里是未接入VT的請求； 所述步驟(2)中各終端中的話音終端VTs的ID標識在VQ請求隊列中的 放置原則為中心站首先查看接入請求微分組里的VT類別標志，判別該終 端是已接入還是未接入，然后根據(jù)它們的類別放進相應的子隊列尾部。
3、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(2)中各終端中的DTs在DQ請求隊列中的放置原則為(1) 若DT請求是來自接入微時隙，則將此請求放入隊列尾部；(2) 若DT請求是數(shù)據(jù)分組捎帶的，則將此請求先放入當前隊列的尾部， 并作標記；(3) 在上行信道上一幀發(fā)送結(jié)束之后，中心站分配時隙之前，檢查DQ 隊列里是否有標記的DT請求，若有，則將所作標記的DT請求后調(diào)，以保 證終端接入的公平性，避免某些終端長期占用時隙而其他終端無法獲得容 量，并將DQ隊列里此DT對應的請求分組數(shù)減去所分配的時隙數(shù)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(2> b中的VT請求處理的方法如下(1 )中心站判斷下一幀是否有待用時隙，若有，則先將待用時隙分配給 VC^隊列里的VTs,即VC^優(yōu)先于VQo，將待用時隙依VC^隊列里的先后 順序逐個分配給VTs，然后轉(zhuǎn)向下一步驟(2);若沒有，則不分配，已成 功發(fā)送請求但之前還未獲得專.用的預約時隙的VTs只能等待后續(xù)幀可用的 待用時隙，此次時隙分配過程結(jié)束；(2)查看下一幀是否還有待用時隙，若有，則再將剩余的待用時隙依隊 列里的先后順序逐個分配給VQo里的V下s,分配給VC^和VQo里的VTs的 時隙在后續(xù)幀均作為它們的專用時隙直到此有聲期結(jié)束，該VT在此專用時 隙上沒有再發(fā)送話音分組之后即此時隙變?yōu)榭臻e后的下一幀，此時隙才可供 其他終端使用；若下一幀已沒有待用時隙，則不分配，VQo里的VTs只能等待后續(xù)幀可用的待麻時隙，此次時隙分配過程結(jié)束。
5、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(2)中各終端中的DT請求處理的方法如下(1 )中心站以概率pa將VTs未預約的空閑時隙分配給位于請求隊列前 端的DTs;(2)將分配了時隙的DTs的IDs從隊列前端移到尾部，以避免某些終 端獨占信道資源，保證終端接入的公平性，并將DQ隊列里此DT對應的請 求分組數(shù)減去所分配的時隙數(shù)。
6、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(2)d中的接入微時隙集合的劃分策略是基于預測機制優(yōu)先為VTs 預留一定量的接入微時隙，方法如下(1 )首先基于預測機制'預測下一時段接入VTs的數(shù)目，記為Mv:以Ta 為周期累加每個周期時間內(nèi)的請求VTs數(shù)進行預測，預測方法1:取平均后 則得到下一個周期時間內(nèi)可能的請求VTs數(shù)；預測方法2:采用遺傳算法計 算下一個周期內(nèi)有接入請求的VTs的數(shù)目；(2)采用預留機制為VTs預留一定數(shù)目記為M「的接入微時隙a. 為了使VTs的接入微時隙足夠?qū)捲?，預留的微時隙數(shù)目Mr應大于步 驟(1)中預測的有接入請求VTs的數(shù)目Mv,設定兩者之間滿足下述關系j^=Mvx/，其中12/《2， f值可變；b. 對于下一幀里第一個作為接入時隙的空閑時隙，優(yōu)先為話音業(yè)務預 留Mr個微時隙，若m M,則先將此接入時隙的微時隙全部分配給VTs; 若Af,M,則將此時隙剩余的M-Mr個接入微時隙由DTs和VTs共用；c. 若此幀再有接入時隙，則計算是否需再為VT預留并需預留多少個微 時隙，然后剩余的微時隙再由VTs和DTs共用。
7、 根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(4)中各終端中的VTs的處理過程包括請求發(fā)送過程和語音分組發(fā)送過程，其中(1) 請求發(fā)送過程如下a. 在某VT發(fā)起新的通話過程時，設置自己的狀態(tài)為未接入，然后在 接入微時隙VT子集的某個微時隙上以概率pv隨機發(fā)送預約請求微分組；b. 若某VT的狀態(tài)為已接入，即已經(jīng)處于通話過程中，當新的有聲期 開始即從無聲期轉(zhuǎn)為有聲期時，采用多次發(fā)送請求的方法，增加預約成功的 概率，方法為除了在VT子集上發(fā)送外，還在VT和DT共享的微時隙上再 發(fā)送一次；(2) 語音分組發(fā)送過程如下a. 已經(jīng)發(fā)送了請求的VTs在收到中心站公布的時隙預約結(jié)果并得知預 約成功獲得專用時隙之后，便每幀在中心站分配的專用時隙上發(fā)送一個話音 務組；b. 其中，步驟(1)中，在發(fā)送之前，判斷緩沖里第一個語音分組的等待時延是否已經(jīng)超過最大接入時延Dmax，若否，則直接在專用時隙上發(fā)送；若已超過，則丟棄此分組，隊列里下一個分組成為第一個分組，重新判斷隊列里第一個分組的等待時延是否已經(jīng)超過最大接入時延Dmax,如此，直到將 隊列里的等待時延不大于Dmax的第一個分組在專用時隙上發(fā)送；c. 在發(fā)送第一個話音分組之后，原本接入狀態(tài)為未接入的VT更改為已 接入；d. 每次發(fā)送分組之后，VT會判斷此有聲期是否結(jié)束即是否還有新的分 組需要發(fā)送，若無，則停止在該預約時隙上發(fā)送分組，此時該時隙變?yōu)榭臻e 時隙；若有，則在每幀的專用時隙上繼續(xù)發(fā)送分組，直到該有聲期結(jié)束。
8、根據(jù)權利要求1所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征在于 所述步驟(4)各終端中的DTs的處理過程包括(1)發(fā)送請求的過程以概率Pd在共用子集的某個微時隙上發(fā)送請求 微分組；若產(chǎn)生發(fā)送沖突，即竟爭不成功，則等到下一幀時，在接入微時隙共用子集的某個微時隙上繼續(xù)發(fā)送請求。(2) 發(fā)送分組的過程DTs收到中心站廣播的確認分組后，查看下一幀 時隙分配結(jié)果中是否有分配給自己的時隙，若有，則在所分配的時隙上發(fā)送 數(shù)據(jù)分組；若沒有，則繼續(xù)等待；如此反復，直到此報文的所有數(shù)據(jù)分組全 部發(fā)送完畢；(3) 某DT在信息時隙上發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前需要判斷是否有新的數(shù)據(jù)報 文到達，若有，則等到發(fā)送此報文的最后一個分組時捎帶下一個報文的接入 請求；若沒有，則按照步驟(2)中所述過程進行。
9、根據(jù)權利要求1或5所述的長傳播時延無線信道接入方法，其特征 在于所述的概率Pa》0.5。
全文摘要
長傳播時延無線信道接入方法，中心站根據(jù)請求分組內(nèi)的VT或DT標志，將終端ID分別放進VT和DT請求隊列，然后根據(jù)信道容量分配策略安排上行信道下一幀時隙，其中剩余的空閑時隙作為接入時隙，每個接入時隙包括M個微時隙，接入微時隙集合劃分為VTs預留和VTs與DTs共用兩部分，分別稱為VT子集和共用子集，VT子集長度基于預測周期性地動態(tài)調(diào)整；中心站將下一幀時隙安排組合成一個確認分組，在下行信道上向各終端廣播；終端接收到確認分組后，根據(jù)其中的時隙安排在接入微時隙和信息時隙上分別發(fā)送請求微分組和信息分組。本發(fā)明具有靈活、快速、高效的優(yōu)點，可以降低話音等實時業(yè)務的丟包率，提高數(shù)據(jù)業(yè)務的吞吐量。
文檔編號H04W74/08GK101111073SQ20071011869
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者凱 劉, 軍 張, 程連貞 申請人:北京航空航天大學