长传播时延无线信道接入方法

专利名称：长传播时延无线信道接入方法
技术领域：
本发明涉及具有长传播时延的移动通信系统中支持话音和数据综合业 务的无线信道接入方法。
背景技术：
信道接入方法即多址接入(即媒质接入控制，MAC )方法用于解决通信 系统中多个节点或用户如何快速、高效、公平、可靠地共享信道资源的问题， 它直接控制信道资源的分配，对于系统性能有着非常重要的影响。按照信道 分配的方式，多址接入方法通常分为固定分配、随机接入和按需分配三种方 式。
固定分配的多址接入方法一般将信道资源长时间固定分配给共享信道 的某些节点或者所有节点，信道吞吐量高，但缺点是不能自适应业务特性， 在突发业务较多的情况下会造成大量的信道资源空闲和浪费。
随机接入的多址接入方法中，所有节点共同竟争信道资源，克服了固定 分配接入方式的资源浪费问题，并且在业务量较小时接入时延相对较小，但 缺点是当发送节点数和网络业务量增大尤其突发业务较多时，分组碰撞的概 率会急剧增加，使得平均分组时延、平均分组丢弃率、信道吞吐量均大幅降 低，也同时会出现共享信道不公平等问题，所以不适合实时应用。
按需分配的多址接入方法中各节点根据业务情况申请信道资源，预约成 功后再使用。与随机接入方式相比，克服了其在网络业务量较大时分组冲突 严重的问题，提高了信道吞吐量，但缺点是在网络业务量较低时，预约申请 和分配的开销过大，并且所得的传输时延也较大；另外，与固定分配方法相
比，在网络业务量较高时，按需分配方法存在最大信道吞吐量不够高、不能 保证共享信道的公平性等问题。该方法适合时间相对较长且比较平稳的流业 务，不适合突发多媒体业务。
综上可知，上述单一的信道接入方法均不能满足突发业务(bursts)(如 话音)的要求，而移动通信系统中突发业务却非常普遍。为了能够较好地支 持突发业务，移动通信系统中通常使用混合式的信道接入方法如随机与按需 分配相结合的分配方式。
对于通信距离短、时延小的移动通信系统如蜂窝网、Ad hoc网络等， 它们的信道接入方法需要大量的信息交互和握手，从而耗费很多宝贵的信道 资源，不适用于通信距离远的移动通信系统，原因在于在信息接入期，此 类系统特有的大的传播时延不容许中心站点和终端之间进行频繁的信息交 互。另外，网络资源(如信道带宽、能量、内存、处理能量)受限也是信道 接入方法必须面临的一个重大挑战。
为了使长传播时延无线信道能够更好地支持随机突发业务，在单个报文 (message)或者单个分组(packet)的基础上动态分配传输容量是一种有 效的信道资源分配方式，尤其对于实时性要求较高的话音业务。只在终端处 于话音有声期(talkspurts)时分配信道容量，在静止期(silent phrases) 时则不分配的方法可以充分利用信道资源，提高信道利用率和吞吐量。
1989年D.G Goodman提出分组预约多址接入(packet reservation multiple access, PRMA)方法(见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，在终端.上采用话音活动检
测器(VAD)检测话音的有声期和静止期，在有声期内，1帧时间内的话音 信息刚好打包为1个分组，每帧在预约时隙上发送1个话音分组；转为静止 期时则释放该时隙。该方法的缺点是数据业务不能预约时隙，数据分组只 能与VTs的请求(同时也是1个语音分组)共同竟争可用时隙，在数据业
务量较大的情况下，会产生过多的发送冲突，导致话音的时延和丟包率等性 能急剧下降，且数据业务的平均消息时延较大，所以该方法只能支持低速率
的数据业务；并且，使用整个时隙发送接入请求的方法大大限制了系统的接 入效率，在业务量较大、信道上发送的请求较多时，沖突过多导致系统很不 稳定，并且很多时隙无法利用，极其浪费信道资源。
2000年，Giuliano Benelli等人提出了带阻滞状态的PRMA (PRMA國Hindering States, PRMA-HS )方法(见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,旧EE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 49, No. 6， pp: 2126-2147， November 2000)，以克服PRMA方法中VTs必须
至少等棒1个往返传播时延(round-tripdelay, RTD)才能得到中心站反馈 的信道分配结果，然后才能在专用时隙上发送分组的缺点。所谓"阻滞状态 (Hindering States)"，即在帧间隔大于信道的往返传播时延前提下，话音 等实时业务在得到预约结果之前不断抢占时隙发送分组，以实现对信道的快 速接入，.降低丢包率。不过这种单纯抢占时隙的方法在重载时会导致竟争冲 突加剧，丢包率性能恶化；另外，帧间隔过大，意味着未预约成功的话音业 务和数据业务均需等待更长的时间才能继续发送请求，最大可用请求发送次 数减少(由于Dmax限制)，导致话音业务丟包率增加、服务质量降低，数 据业务的平均分组时延增加、吞吐量降低。
在上述方法的基础上，Romano Fantacci等人于2000年提出了修改的 PRMA ( modified PRMA， MPRMA)方法(见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),它将未被话音业务预约的一部分空闲时隙作为接入时隙，由话音 和数据请求共同竟争，预约成功的话音业务使風老用时隙发送话音分组，接
入时隙之外剩余的空两时隙分'配给已成功发送了接入请求的数据业务。并且 为了减少沖突，允许话音和数据分组捎带新的接入请求。不过该方法也是使 用整个时隙发送请求分组，在重载时沖突严重导致容量浪费。
2001年，A. Andreadis等人提出了 DRAMA+ (Dynamic Resource Assignment Multiple Access-enhanced version )方法(见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.),它将时隙分为接入时悟:和信息时隙， 1个接入时隙里含特定数目的微时隙，供话音和数据业务发送请求，每帧有 特定数目的接入时隙；信息时隙用于传输信息分组。中心站按照已接入话音 用户、未接入话音用户、数据业务用户的优先级顺序分配时隙。已获得接入 的数据业务终端可在最后一个数据分组中捎带预约请求，从而避免再次竟争 加剧冲突。不过该方法中，接入时隙的数目是固定的，不能随负载的变化自 适应动态调整，在接入请求不多的情况下可能会导致接入时隙闲置，浪费信 道资源；另外，对于一个通话过程，在采用话音分组传输的情况下，在开始 阶段可以忍受较高的丢包率，而在通话过程中则希望尽量不要中断，所以通 常情况下，已接入话音用户的优先级高于未接入用户，在时隙分配和信道接 入阶段都应如此，而DRAMA+方法却没有在信道接入阶段对话音用户的类 别进行合理的区分。
2004年，Ramano Fantacci等人又进一步提出了卫星PRMA (satellite-PRMA, S-PRMA )方法(见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.)，它将接入时隙划分为两个独立的微时隙集合，分别用于发送话音 和数据请求，使得话音业务的请求不受突发性较强的数据业务影响，增加了 系统稳定性；在有声期内，话音业务使用专舟时隙发送分组,且使用"阻滞
状态"。随机竟争接入的数据请求存储在数据请求队列中，将空闲时隙以特 定概率分配给位于队列前端的数据终端，提高了数据业务吞吐量，能够支持
较高速率的数据业务。但是该方法的缺点是微时隙子集固定，不能够随业 务的变化自适应调整；并且使用"阻滞状态"需要帧间隔大于1个RTD，意味 着未预约成功的话音业务和数据业务均需等待更长的时间才能继续发送请 求，导致话音业务丢包率增加、服务质量降低，数据业务的平均分组时延增 加、吞吐量降低。
总之，综上可知，目前还没有一个非常适合长传播时延无线信道的信道 接入方法，能够较好地支持话音和数据综合业务，并且充分利用宝贵的信道 资源，使终端灵活、快速、高效地接入信道。

发明内容
本发明解决的技术问题克服现有技术的不足，提出了一种有效支持话 音和数据综合业务的灵活、快速、高效的信道接入方法，以高效利用有限的 信道资源，降低话音等实时业务的丟包率，改善服务质量，提高数据业务的 吞吐量。
本发明的技术解决方案长传播时延无线信道接入方法，其特点在于 步骤如下
(1 )在初始运行时间内，以PRMA方法作为初始的信道接入方法； (2)在初始运行时间之后，中心站(BaseStaion，简称BS')根据接收 到的终端请求分组内的终端类别标志，即话音终端VT ( voice terminal,简 称VT)或数据终端DT (dataterminal,简称DT)，将它们的ID分别放进 V下请求队列，简称VQ和DT请求队列，筒称DQ，然后根据'信道容量分配 策略安排上行信道的下一帧的时隙，所述的信道分配策略为
a.在下一帧中，正处于有声期(talkspurts)中的各话音终端VTs仍继 续使用专用时隙发送话音分组；
b. 将下一帧除去VTs的专用时隙后剩余的时隙(包括有声期结束进入 静止期的VTs释放的时隙)称为待用时隙，已成功发送请求但之前还未获 得专用的预约时隙的VTs优先享用待用时隙，进入VT请求处理；
c. 将下一帧中VTs未预约的待用时隙称为空闲时隙，查看是否还有空 闲时隙，若有，则以概率Pa分配空闲时隙给DQ前端的DTs,即进入DT 请求处理；若没有，则此次时隙分配过程结束；
d. 将上述步骤(c)中剩余的空闲时隙作为所述中心站控制的各终端的 接入时隙，每个接入时隙包括M个微时隙(M值可根据系统情况调整)， 用于发送终端的请求微分组，划分为专为VTs预留的部分和VTs与DTs共 用的部分，分别称为VT子集和共用子集，VT子集的大小基于预测周期性 地动态调整；
(3) 中心站将下一帧时隙安排组合成一个确认分组，在下行信道上向所 述中心站控制的各终端进行广播；
(4) 各终端在接收到中心站广播的确认分組后，根据其中的时隙安排在 接入微时隙上发送请求微分组，在信息时隙上发送信息分组。
发明与现有技术相比的优点在于 (1 )灵活性
本发明的灵活性主要体现在
a.在接入时隙和接入微时隙的分配方面(见步骤2);
DRAMA+方法中每帧的接入时隙数是固定的,不能随负载变化动态自适 应调整，在接入请求不多的情况下会导致接入时隙空闲却不能用于发送信息 分组，浪费信道资源，并且接入时隙里的微时隙数目也固定，不能根据当前 业务情况调整话音和数据业务接入微时隙'分配的比率。另外，S-PRMA方法 将接入时隙的微时隙划分为两个固定的子集分别分配给话音和数据业务请 求，不能够灵活地自适应多变的业务特性。
而本发明中，每帧的接入时隙数为此帧话音业务尚未预约的空闲时隙的
一部分，随系统当前话音业务的负载而变化；并且接入时隙里的微时隙分配 是基于对话音业务负载的预测而实现的一种动态预留机制，能够根据当前业 务情况进行灵活调整。
b.在对用户多优先级的支持方面(见步骤2和步骤4);
DRAMA+方法按照已接入话音用户、未接入话音用户以及数据业务用 户的优先级顺序分配时隙，是在分配阶段对请求接入的话音用户进行了区 分，分配原则实际上与其他方法没有区别。而对于一个通话过程，在采用话 音分组传输的情况下，在开始阶段可以忍受较高的丢包率，而在通话过程中 则希望尽量不要中断，即需要保障已接入话音用户再次接入的成功率，所以 不仅在分配阶段，在接入阶段已接入话音用户的优先级也应该高于未接入的 话音用户。本发明通过区分VTs的接入状态(已接入和未接入)，在已接 入VTs由无声期转变为有声期之后的接入阶段，采取多次发送接入请求的 方法，提高已接入VTs的接入效率；且在信道容量不足的情况下，优先级 高的已接入的VTs会比未接入VTs优先获得时隙，上述方法保障了正在通 话中的终端的服务质量。 (2)快速
主要体现在在接入时隙和接入微时隙的分配方面(见步骤2);
本发明基于对系统内请求接入的VTs数的预测为VTs预留微时隙，使 得VTs有足够的资源可以及时发送请求；而且还可以减少甚至避免与数据 请求的冲突，从而提高预约的成功率，保证了 VTS对信道资源的快速接入。 而PRMA-HS方法的单纯抢占时隙的策略在终端较多的重载情况下会导致 竟争冲突加剧，丟包率性能恶化，并且帧间隔过大，意味着未预约成功的话 音业务和数据业务均需等待更长的时间',导致话音业务丟包率增加，服务质 量降低，数据业务的平均分组时延增加，吞吐量降低。另外，S-PRMA方法 将接入时隙的微时隙划分为两个固定的子集分别用于发送话音和数据业务 的请求，在话音业务量较大的情况下，接入微时隙数目不足将导致冲突加剧，
话音服务质量降低，而此辨如果分配给数据业务的接入微时隙空闲会导致容 量浪费，不能充分利用信道资源。
(3) 高效性(见步骤2和4)
PRMA和MPRMA方法在整个时隙上发送接入请求的方法在发生冲突 时导致整个时隙闲置、浪费，尤其在重栽情况下，冲突剧增将导致信道资源 的极大浪费。而本发明将接入时隙划分为微时隙，即使请求过多、沖突严重， 也只是发生在微时隙上，不会影响信息时隙上信息的传输，从而可以充分利 用信息时隙；并且，基于对请求接入的VTs数的预测预留接入微时隙，可 以减少甚至避免话音请求与数据请求的沖突，从而降低整个系统在接入阶段 的发送冲突，提高接入时隙的利用率。
(4) 同时，本发明还带来了其他优点基于对请求接入的VTs数的预 测预留接入微时隙，可以减少甚至避免话音请求与数据请求的沖突，从而降 低整个系统在接入阶段的发送冲突，降低了突发的数据业务对话音业务的影 响，增加了系统稳定性。


图1为本发明方法的流程图2为本发明的中心站的信道容量分配策略图3为本发明中的VTs请求在队列的示意图4为本发明中的DTs请求在队列的示意图5为本发明中的VT请求处理流程图6为本发明中的DT请求处理流程图7为本发听中的基于预测机制优先为VTs预留一定量的接入微时隙 方法流程图8为本发明的各终端中的VTs接入过程处理中请求发送处理流程图； 图9为本发明的各终端中的VTs接入过程处理流程图10为本发明的各终端中的DTs接入过程处理流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的具体实现流程如下
步骤1,在初始运行时间Ta内，以PRMA方法作为初始的信道接入方法。
采用PRMA作为初始信道接入方法的原因在于在系统刚启动时，系 统内的终端全部为未接入状态，采用微时隙发送接入请求会使得信息时隙空 闲，导致容量浪费，采用PRMA作为初始的信道接入方法可以充分利用信 道资源，使终端快速接入信道。
步骤2,在初始运行时间Ta之后，中心站依据接收到的请求分组(此 时收到的终端请求仍是基于PRMA方式)内的终端类别(即VT/DT)标识 将请求终端ID分别放进VT请求队列(筒称VQ)和DT请求队列(简称 DQ)，然后根据信道容量分配策略安排上行信道的下一帧时隙。
如图2所示，中心站的信道分配策略如下
(1 )正处于有声期的已接入VTs在下一帧中仍继续使用专用时隙；
(2) 将下一帧除去VTs的专用时隙后剩余的时隙(包括有声期结束进 入静止期的VTs释放的时隙)称为待用时隙，已成功发送请求但之前还未 获得专用的预约时隙的VTs优先享用待用时隙，进入VT请求处理；
(3) 将下一帧中VTs未预约的待用时隙称为空闲时隙，查看是否还有 空闲时隙，若有，则以概率Pa分配空闲时隙给DQ前端的DTs,即进入DT 请求处理；若没有，则此次时隙分配过程结束；
(4) 将上述步骤(c)中剩余的空闲时除作为所迷中心'站控制的各终端 的接入时隙，每个接入时隙包括M个(M值可根据系统情况灵活设置)微 时隙，用于发送请求微分组，划分为专为VTs预留的部分和VTs与DTs共 用的部分，分别称为VT子集和共用子集，VT子集的大小基于预测周期性
地动态调整。可知一 恢的时愧中除接入时隙外其它均为信息时隙，用于发送
VTs和DTs的信息分组。
上述中的N根据下式确定
x」符号表示取整
(即N的值由Rc， Rs, Tf和Hv决定) Rc表示信道传输速率 Rs表示话音传输速率 Tf表示帧间隔
Hv表示分组头(packet header)长度。
如图3所示，将VQ队列分为VC^和VQo两个子队列，VQ"!里是从无 声期转到有声期的已接入VTs的请求，VQo里是未接入VT的请求，步骤2 中VTs请求在VQ队列中的放置原则(排队原则)如下中心站首先查看请 求微分组里的VT类别标志(1为已接入，0为未接入)判别该终端是"已 接入，，还是"未接入"，然后将终端ID放进相应的子队列尾部。
如图4所示，前述步骤2中的DTs请求在DQ队列里的放置原则(排 队原则)如下
(1) 若DT请求是来自接入微时隙，则将此请求放入DQ队列尾部；若 DT请求是数据分组捎带的，则将此请求先放入当前DQ队列的尾部，并作
(2) 在上行信道上一帧发送结束之后，中心站分配时隙之前，检查DQ 队列里是否有标记的DT请求，若有，则将所作标记的DT请求后调，以保 证终端接入的公平性，避免某些终端长期占用时'隙而其他终端无法获得容 量，并将DQ队列里此DT对应的的请求分组数减去所分配的时隙数。
如图5所示，前述步骤2中(2)的VT请求处理的方法如下 ( 1 ) 中心站判断下一帧是否有待用时隙， 若有，则先将待用时隙分配给 VC^队列里的VTs,即VQ"!优先于VQo,将待用时隙依VQ!队列里的先后 顺序逐个分配给VTs,然后转向下一步骤(2);若没有，则不分配，已成 功发送请求但之前还未获得专用的预约时隙的VTs只能等待后续帧可用的 待用时隙，此次时隙分配过程结束；
(2)查看下一帧是否还有待用时隙，若有，则再将剩余的待用时隙依队 列里的先后顺序逐个分配给VQo里的VTs，分配给VQi和VQo里的VTs的 时隙在后续帧均作为它们的专用时隙直到此有声期结束，该VT在此专用时 隙上没有再发送话音分组之后即此时隙变为空闲后的下 一 帧，此时隙才可供 其他终端使用；若下一帧已没有待用时隙，则不分配，VQo里的VTs只能 等待后续帧可用的待用时隙，此次时隙分配过程结束。
如图6所示，前述步骤2中(3)中的DT请求处理的方法如下
(1 )中心站以概率pa ( 20.5 ) VTs未预约的空闲时隙分配给位于DQ 请求队列前端的DTs;
(2)将分配了时隙的DTs的IDs从队列前端移到尾部，以避免某些终 端独占信道资源，保证终端接入的公平性，实际上在DQ里终端很少而空闲 时隙较多的情况下， 一个DT可能会分配到多个时隙；并将DQ队列里此 DT对应的请求分组数减去所分配的时隙数，若某DQ队列里某DT的请求 分组数为0，则将此DT请求条目从队列里删除。
如图7所示，上述步骤2中的(4)接入微时隙集合的划分策略是基于 预测机制优先为VTs预留一定量的接入微时隙，具体方法如下
(1) 预测机制:以Ta为周期累加每个周期时间内的请求VTs数，预测 方法1:取平均后则得到下一个周期时间内可能的请求VTs数；方法2:采 用遗传算法计算下一个周期内有接入请求的VTs的数目。
(2) '预留机制
a.基于所预测的有接入请求的VTs的数目，周期性计算所预留的接入 微时隙数目。为了使VTs的接入微时隙足够宽裕，预留的微时隙数目Mr应 大于所预测接入的VTs数目Mv，所以，设定两者之间满足下述关系
Jl^=Mvx/,其中T^/S2， f值可变，可根据突际情况确定。
b. 对于下一帧里第一个作为接入时隙的空闲时隙，优先为话音业务预 留M「个微时隙。若M^M，则先将此接入时隙的微时隙全部分配给VTs; 若M,M，则将此时隙剩余的M-Mr个接入微时隙由DTs和VTs共用；
c. 若此帧再有接入时隙，则计算是否需再为VT预留并需预留多少个微 时隙，然后剩余的微时隙再由VTs和DTs共用。
以上说明的是将接入时隙的微时隙优先分配为VT子集，然后剩余的 微时隙由VTs和DTs共用。当接入时隙的微时隙仅供或不足以供预测的VTs 请求使用时，则将所有的接入微时隙分配给VTs，即下一帧DTs不能发送 任何接入请求。
步骤3、中心站将对下一帧时隙的安排组合成一个确认分组，在下行信 道上向所述中心站控制的各终端进行广播，确认分组的格式实例见表2，表 2中"1"和"0"分别代表是话音业务和数据业务，"ID"是被分配了时隙 的终端ID号；"A"代表该位置的时隙是接入时隙。
表2
1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1ID1IDOID1ID1IDAOID1 ID
步骤4、各终端在接收到中心站广播的确认分组后，根据其中的时隙安 排在接入微时隙上发送请求微分组，在信息时隙上发送信息分组。
如图9所示，在前述步骤4中的各终端中VTs的处理过程包括请求 发送过程和语音分组发送过程，其中，若VTs由无声期转为有声期且还未 获得预约，则进入请求发送过程
(1 )请求发送过程如下，如图8所示
a. 查看终端接入状态，若是"未接入"，转入步骤b;若是"已接入"， 转入步骤c;
b. 在接入微时隙VT子集的某个微时隙上以概率pv ( 0 l，可根据
系统实际情况选取最优值)随机发送预约请求微分组；
c.采用多次(一般为2次)发送的方法，增加预约成功的概率。方法 为除了在VT子集上发送外，还在VT和DT共享的微时隙上再发送一次。
(2 )语音分组发送过程
a. 已发送请求的VTs在收到中心站公布的确认分组，查看时隙预约结 果并得知预约成功之后，便每帧在中心站分配的专用时隙上发送一个话音分 组。
b. 其中，步骤(1)中，在发送之前，判断緩冲里的第一个语音分组的 等待时延是否已经超过最大接入时延Dmax,若否，则直接在专用时隙上发送； 若已超过，则丟弃此分组，队列里下一个分组成为第一个分组，重新判断队 列里第一个分组的等待时延是否已经大于Dmax，如此，直到将队列里的接入 时延小于Dmax的第 一个分组在专用时隙上发送；
c. 在发送第一个话音分组之后，原本默认接入状态为"未接入"的VT 更改为"已接入"；
d. 每次发送分组之后，VT会判断此有声期是否结束即是否还有新的分 组需要发送，若无，则停止在该预约时隙上发送分组，该时隙在此帧变为空 闲时隙；若有，则在每帧的专用时隙上继续发送分组，直到该有声期结束。
如图10所示，在前述的步骤4中各终端中的DTs的接入处理过程包括 发送请求的过程和发送分组的过程，其中，若DTs有数据报文要发送，首 先进入发送请求的过程
(1) 发送请求的过程在共用子集的某个接入微时隙上以概率pd (0<pdsi，可根据系统实际情况选取最优值)发送请求微分组；收到中心站
广播的下一帧时隙分配结果后，查看请求是否发送成功，若成功，则设置状 态为已接入，进入分组发送过程；若请求未发送成功，即发生发送冲突，则 等到下一帧时，在接入微时隙共用子集的某个微时隙上继续发送请求。
(2) 发送分组的过程DTs收到中心站广播的确认分组后，查看下一帧
时隙分配结果中是否有分配给自己的时隙，若有，则在所分配的时除上发送
数据分组；若没有，则继续等待。如此反复，直到此报文(message)的所有 数据分组全部发送完毕。
(3)另外，某DT在信息时隙上发送数据分组之前需要判断是否有新的 数据报文到达，若有，则等到发送此报文的最后一个分组时捎带下一个报文 的接入请求，若没有，则按照上述(2)中所述过程进行。
权利要求
1、长传播时延无线信道接入方法，其特征在于步骤如下(1)在初始运行时间内，以PRMA方法作为初始的信道接入方法；(2)在初始运行时间之后，中心站根据接收到的终端请求分组内的终端类别标志，即话音终端VT或数据终端DT，将它们的ID分别放进VT请求队列，简称VQ和DT请求队列，简称DQ，然后根据信道容量分配策略安排上行信道的下一帧的时隙，所述的信道分配策略为a.在下一帧中，正处于有声期中的各话音终端VTs仍继续使用专用时隙发送话音分组；b.将下一帧除去VTs的专用时隙后剩余的时隙(包括有声期结束进入静止期的VTs释放的时隙)称为待用时隙，已成功发送请求但之前还未获得专用的预约时隙的VTs优先享用待用时隙，进入VT请求处理；c.将下一帧中VTs未预约的待用时隙称为空闲时隙，查看是否还有空闲时隙，若有，则以概率pa分配空闲时隙给DQ前端的DTs，即进入DT请求处理；若没有，则此次时隙分配过程结束；d.将上述步骤(c)中剩余的空闲时隙作为所述中心站控制的各终端的接入时隙，每个接入时隙包括M个微时隙，用于发送终端的请求微分组，划分为专为VTs预留的部分和VTs与DTs共用的部分，分别称为VT子集和共用子集，VT子集的大小基于预测周期性地动态调整；可知一帧的时隙中除接入时隙外其它均为信息时隙，用于发送VTs和DTs的信息分组；(3)中心站将下一帧时隙安排组合成一个确认分组，在下行信道上向所述中心站控制的各终端进行广播；(4)各终端在接收到中心站广播的确认分组后，根据其中的时隙安排在接入微时隙上发送请求微分组，在信息时隙上发送信息分组。
2、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 将所述步骤(2 )中沐VQ队列分为VQ,和VQo两个子队列，VC^里放置的 是从无声期转成有声期的已接入VT的请求，VQo里是未接入VT的请求； 所述步骤(2)中各终端中的话音终端VTs的ID标识在VQ请求队列中的 放置原则为中心站首先查看接入请求微分组里的VT类别标志，判别该终 端是已接入还是未接入，然后根据它们的类别放进相应的子队列尾部。
3、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(2)中各终端中的DTs在DQ请求队列中的放置原则为(1) 若DT请求是来自接入微时隙，则将此请求放入队列尾部；(2) 若DT请求是数据分组捎带的，则将此请求先放入当前队列的尾部， 并作标记；(3) 在上行信道上一帧发送结束之后，中心站分配时隙之前，检查DQ 队列里是否有标记的DT请求，若有，则将所作标记的DT请求后调，以保 证终端接入的公平性，避免某些终端长期占用时隙而其他终端无法获得容 量，并将DQ队列里此DT对应的请求分组数减去所分配的时隙数。
4、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(2> b中的VT请求处理的方法如下(1 )中心站判断下一帧是否有待用时隙，若有，则先将待用时隙分配给 VC^队列里的VTs,即VC^优先于VQo，将待用时隙依VC^队列里的先后 顺序逐个分配给VTs，然后转向下一步骤(2);若没有，则不分配，已成 功发送请求但之前还未获得专.用的预约时隙的VTs只能等待后续帧可用的 待用时隙，此次时隙分配过程结束；(2)查看下一帧是否还有待用时隙，若有，则再将剩余的待用时隙依队 列里的先后顺序逐个分配给VQo里的V下s,分配给VC^和VQo里的VTs的 时隙在后续帧均作为它们的专用时隙直到此有声期结束，该VT在此专用时 隙上没有再发送话音分组之后即此时隙变为空闲后的下一帧，此时隙才可供 其他终端使用；若下一帧已没有待用时隙，则不分配，VQo里的VTs只能等待后续帧可用的待麻时隙，此次时隙分配过程结束。
5、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(2)中各终端中的DT请求处理的方法如下(1 )中心站以概率pa将VTs未预约的空闲时隙分配给位于请求队列前 端的DTs;(2)将分配了时隙的DTs的IDs从队列前端移到尾部，以避免某些终 端独占信道资源，保证终端接入的公平性，并将DQ队列里此DT对应的请 求分组数减去所分配的时隙数。
6、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(2)d中的接入微时隙集合的划分策略是基于预测机制优先为VTs 预留一定量的接入微时隙，方法如下(1 )首先基于预测机制'预测下一时段接入VTs的数目，记为Mv:以Ta 为周期累加每个周期时间内的请求VTs数进行预测，预测方法1:取平均后 则得到下一个周期时间内可能的请求VTs数；预测方法2:采用遗传算法计 算下一个周期内有接入请求的VTs的数目；(2)采用预留机制为VTs预留一定数目记为M「的接入微时隙a. 为了使VTs的接入微时隙足够宽裕，预留的微时隙数目Mr应大于步 骤(1)中预测的有接入请求VTs的数目Mv,设定两者之间满足下述关系j^=Mvx/，其中12/《2， f值可变；b. 对于下一帧里第一个作为接入时隙的空闲时隙，优先为话音业务预 留Mr个微时隙，若m M,则先将此接入时隙的微时隙全部分配给VTs; 若Af,M,则将此时隙剩余的M-Mr个接入微时隙由DTs和VTs共用；c. 若此帧再有接入时隙，则计算是否需再为VT预留并需预留多少个微 时隙，然后剩余的微时隙再由VTs和DTs共用。
7、 根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(4)中各终端中的VTs的处理过程包括请求发送过程和语音分组发送过程，其中(1) 请求发送过程如下a. 在某VT发起新的通话过程时，设置自己的状态为未接入，然后在 接入微时隙VT子集的某个微时隙上以概率pv随机发送预约请求微分组；b. 若某VT的状态为已接入，即已经处于通话过程中，当新的有声期 开始即从无声期转为有声期时，采用多次发送请求的方法，增加预约成功的 概率，方法为除了在VT子集上发送外，还在VT和DT共享的微时隙上再 发送一次；(2) 语音分组发送过程如下a. 已经发送了请求的VTs在收到中心站公布的时隙预约结果并得知预 约成功获得专用时隙之后，便每帧在中心站分配的专用时隙上发送一个话音 务组；b. 其中，步骤(1)中，在发送之前，判断緩沖里第一个语音分组的等待时延是否已经超过最大接入时延Dmax，若否，则直接在专用时隙上发送；若已超过，则丟弃此分组，队列里下一个分组成为第一个分组，重新判断队列里第一个分组的等待时延是否已经超过最大接入时延Dmax,如此，直到将 队列里的等待时延不大于Dmax的第一个分组在专用时隙上发送；c. 在发送第一个话音分组之后，原本接入状态为未接入的VT更改为已 接入；d. 每次发送分组之后，VT会判断此有声期是否结束即是否还有新的分 组需要发送，若无，则停止在该预约时隙上发送分组，此时该时隙变为空闲 时隙；若有，则在每帧的专用时隙上继续发送分组，直到该有声期结束。
8、根据权利要求1所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征在于 所述步骤(4)各终端中的DTs的处理过程包括(1)发送请求的过程以概率Pd在共用子集的某个微时隙上发送请求 微分组；若产生发送冲突，即竟争不成功，则等到下一帧时，在接入微时隙共用子集的某个微时隙上继续发送请求。(2) 发送分组的过程DTs收到中心站广播的确认分组后，查看下一帧 时隙分配结果中是否有分配给自己的时隙，若有，则在所分配的时隙上发送 数据分组；若没有，则继续等待；如此反复，直到此报文的所有数据分组全 部发送完毕；(3) 某DT在信息时隙上发送数据分组之前需要判断是否有新的数据报 文到达，若有，则等到发送此报文的最后一个分组时捎带下一个报文的接入 请求；若没有，则按照步骤(2)中所述过程进行。
9、根据权利要求1或5所述的长传播时延无线信道接入方法，其特征 在于所述的概率Pa》0.5。
全文摘要
长传播时延无线信道接入方法，中心站根据请求分组内的VT或DT标志，将终端ID分别放进VT和DT请求队列，然后根据信道容量分配策略安排上行信道下一帧时隙，其中剩余的空闲时隙作为接入时隙，每个接入时隙包括M个微时隙，接入微时隙集合划分为VTs预留和VTs与DTs共用两部分，分别称为VT子集和共用子集，VT子集长度基于预测周期性地动态调整；中心站将下一帧时隙安排组合成一个确认分组，在下行信道上向各终端广播；终端接收到确认分组后，根据其中的时隙安排在接入微时隙和信息时隙上分别发送请求微分组和信息分组。本发明具有灵活、快速、高效的优点，可以降低话音等实时业务的丢包率，提高数据业务的吞吐量。
文档编号H04W74/08GK101111073SQ20071011869
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月12日 优先权日2007年7月12日
发明者凯 刘, 军 张, 程连贞 申请人:北京航空航天大学