一种无线蜂窝网中数据的传输方法及装置与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线蜂窝网中数据的传输方法及装置。

背景技术：

按照目前无线蜂窝网中的通信方式，一次上行数据的传送过程包括：随机接入请求、无线资源的分配及连接建立、数据链路层连接建立、身份的提供、加密启动、数据的传送、数据链路连接释放以及无线资源的连接释放；对于下行数据传送过程，除了包含与上行数据传送过程相同的处理流程外，在随机接入网络之前，还包括寻呼过程。因此可见，为完成数据的传输，所要花费的通信过程信令量很大。

上述无线通信技术能够在一定程度上满足通信的需要。然而，未来存在大量设备同时接入而形成的物联网需求。

在大量的物联网设备中，有时设备每次通信的数据量很小，如果使用现有的无线蜂窝网中的数据传输方法来传输所述小数据，会导致通信系统效率低下，通信过程的信令开销大。

技术实现要素：

本发明解决的问题是如何提高通信系统的效率，降低通信过程中的信令开销。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种无线蜂窝网中数据的传输方法，所述方法包括：侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态达到预设的第一时长，其中，所述物联通信共享信道由基站提供，适于传输所述数据；当所述物联通信共享信道处于空闲状态达到所述第一时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，且所述信息帧中包括欲发送端的身份标识信息；信息帧发送完毕后，在预设第二时长内接收到应答数据帧时， 且所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

可选地，所述方法还包括：当确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据；所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积再与所述第一时长之和。

可选地，所述随机数通过二进制指数退避算法取值。

可选地，所述第一时长为分布式帧间间隙。

可选地，所述第二时长为短帧间间隔。

可选地，所述方法还包括：当所述应答数据帧指示所述信息帧传送错误时，重新执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述方法还包括：当在所述第二时长内未收到所述应答数据帧时，重新执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述方法还包括：当重新传输所述数据至预设的次数时，放弃传输所述数据，并输出错误警告信息。

可选地，所述应答数据帧为ack帧。

可选地，所述欲发送端的标识信息存储于所述信息帧的mac头或分组数据汇聚协议层中。

本发明实施例提供了一种无线蜂窝网中数据的传输装置，所述装置包括：信道侦听单元，适于侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态达到预设的第一时长，其中，所述物联通信共享信道由基站提供，适于传输所述数据；数据发送单元，适于当所述物联通信共享信道处于空闲状态达到所述第一时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，且所述信息帧中包括欲发送端的身份标识信息；确定单元，适于在预设第二时长内接 收到应答数据帧时，且所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

可选地，所述信道侦听单元，还适于当确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道；所述数据发送单元，还适于在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据；所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积再与所述第一时长之和。

可选地，所述随机数通过二进制指数退避算法取值。

可选地，所述第一时长为分布式帧间间隙。

可选地，所述第二时长为短帧间间隔。

可选地，所述装置还包括：第一数据重传单元，适于当所述应答数据帧指示所述信息帧传送错误时，使得所述信道侦听单元执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述装置还包括：第二数据重传单元，适于当在所述第二时长内未收到所述应答数据帧时，使得所述信道侦听单元执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述装置还包括：计时单元，适于记录重新发送所述数据的次数；警告单元，适于当重新发送所述数据至预设的次数时，放弃传输所述数据，并输出错误警告信息。

可选地，所述应答数据帧为ack帧。

可选地，所述欲发送端的标识信息存储于所述信息帧的mac头或分组数据汇聚协议层中。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过在物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长时，以包含有欲发送端的标识信息的信息帧的格式发送所述数据，信息帧发送完毕，并在第二时长后，收到指示所述信息帧传送正确的应答数据帧时，即确定完成所 述数据的传输，这一数据传输过程无须随机接入网络、无线资源分配及连接建立、数据链路连接建立、身份的提供、加密启动、数据的传送、数据链路连接释放、无线资源的连接释放这些通信步骤，故可以降低通信过程中的指令开销，并可以提高通信系统的效率。

进一步，在确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，通过继续侦听所述物联通信共享信道，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长时，开始利用所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，而所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积再与所述第一时长之和，从而可以避免两个或多个欲发送端同时再次尝试传输数据而造成的通信冲突，故有助于通信负荷的平滑。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中一种信息帧的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种通信网络层级结构示意图；

图4是本发明实施例中另一种信息帧的结构示意图；

图5是本发明实施例中的一种物联通信共享信道的空口时序图；

图6是本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输装置的流程示意图。

具体实施方式

按照目前无线蜂窝网中的通信方式，一次上行数据的传送过程包括：随机接入网络、无线资源分配及连接建立、数据链路层连接建立、身份的提供、加密启动、数据的传送、数据链路层连接释放以及无线资源的连接释放；对于下行数据传送过程，除了包含与上行数据传送过程相同的处理流程外，在随机接入网络之前，还包括寻呼过程。因此可见，为完成数据的传输，所要花费的通信过程信令量很大。

上述无线通信技术能够在一定程度上满足通信的需要。然而，未来存在大量设备同时接入而形成的物联网需求。

在大量的物联网设备中，有时设备每次通信的数据量很小，如果使用现有的无线蜂窝网中的数据传输方法来传输所述小数据，会导致通信系统效率低下，通信过程的信令开销大。

为解决上述问题，本发明实施例通过在物联通信共享信道处于空闲状态达一定时长时，以包含有欲发送端的标识信息的信息帧的格式发送所述数据，并在收到指示所述信息帧传送正确的应答数据帧时，确定完成所述数据的传输，这一数据传输过程无须随机接入网络、无线资源资源分配及连接建立、数据链路层连接建立、身份的提供、加密启动、数据的传送、数据链路层连接释放、无线资源的连接释放这些通信步骤，故可以降低通信过程中的指令开销，并可以提高通信系统的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

以下提供了本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输方法，下面结合图1对所述方法进行详细介绍，所述方法可以包括如下步骤：

s11:侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态达预设的第一时长t1。

在具体实施中，所述物联通信共享信道适于传输通信数据，可以被多个终端与基站共享使用，也就是说，多个终端或基站均可以有权限使用所述信道传输数据，但同一时刻，只能有一个终端或基站占用所述信道。并且所述信道可以由基站提供，比如基站可以确定所述信道的频率等传送参数，然后将所述传送参数通过广播的形式通知其它的基站以及终端。

需要说明的是，为便于本领域技术人员更好地理解和实现本发明，本文均以欲发送端来表示将要使用所述物联通信共享信道来传输数据的设备。并且，如前面所述，所述设备可以为终端，也可以为基站。

由于所述物联通信共享信道可以被多个终端与基站共享使用，故在本发明一实施例中，为了避免通信冲突，在使用所述信道发送数据之前，所述欲发送端可以侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态。

在本发明一实施例中，所述第一时长t1可以为分布式帧间间隙(distributedinter-framespacing，difs)。difs为最长的帧间间隔，优先级最低，可以用于异步帧竞争访问的时延。本领域技术人员根据实际需要，可以设置所述第一时长t1的大小。

当所述物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长t1时，执行s12；反之，执行s14。

s12：在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，且所述信息帧中包括欲发送端的身份标识信息。

在具体实施中，可以在所述物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长t1时，以信息帧的形式，在所述物联通信共享信道上，发送所述数据，这样一来，就可以避免多个设备同时使用所述信道发送数据。并且所述信息帧中包括欲发送端的身份标识信息，表明欲发送端的身份，以使得接收端可以识别是哪个欲发送端发送了所述数据，从而便于后续接收端对所述数据的接收状态进行反馈，因此欲发送端的身份标识信息可以为多种形式，比如可以为所述欲发送端的id，也可以为欲发送端的物理地址，还可以为随机数。

为了防止攻击及提高数据的安全性，在具体实施中，在以信息帧的形式发送所述数据时，在所述信息帧中，可以对所述数据进行加密。

在本发明一实施例中，所述信息帧的格式可以如图2所示，所述信息帧结构示意图包括：mac头(macheader)、设备标识ueid、加密数据(ciphereddata)及帧校验序列(framechecksequence，fcs)。

其中：所述macheader用于长包分割重组、传送、确认、误包重传、加解密、完整性检查等物理层功能的实现，可以加入优先级控制、源地址、目的地址等信息；所述ueid用于标识终端，这是由于终端开启后会选择合适的无线网络和小区，并建立连接，而连接建立过程会涉及获知终端身份、互鉴权并生成双方一致的密钥、临时身份分配等步骤，所述ueid可以为临时身份信息，也可以为永久身份信息。为了防止攻击及信息安全，所述欲发送的数据可以被使用密钥进行加密，接收端收到加密数据之后，可以通过ueid获得与所述欲发送端一致的密钥，来解码所述加密数据；所述fcs用于误 包检测。

在本发明另一实施例中，ueid也可以置于macheader中。

需要说明的是，在图2示出所述信息帧的格式，只是为了本领域技术人员更好地理解和实现本发明，但并非表示其为所述信息帧的唯一格式，图2中信息帧的格式并不对本发明的保护范围构成任何限制。并且所述设备标识ueid可以为终端的标识，也可以为基站的标识，根据欲发送端的不同而不同。在本发明的实施例中，所述终端是指可以在交换数据的计算机设备，包括但不限于手机、笔记本、平板电脑以及车载电脑等设备。

在具体实施中，可以使用图3示出的通信网络层级结构来传输所述信息帧，所述层级结构包括：物联通信的应用层(applayer)、网络层(iplayer)、数据链路层(maclayer)及物理层(phylayer)，所述层级结构为从上至下的顺序。

其中：物联信息可以通过ip协议传送，mac层承载着ip数据包的发送和接收，还负责长包分割重组、载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccess，csma)、帧发送、加解密、完整性检查、误包检测、确认、误包重传等，可加入优先级控制。

在本发明另一实施例中，对于长期演进(longtermevolution，lte)通信网络，所述信息帧的格式可以如图4所示。

所述信息帧包括：mac头(macheader)、媒体连接控制头(radiolinkcontrolheader，rlc)、分组数据汇聚协议头(packetdataconvergenceprotocolheader，pdcpheader)、加密数据(ciphereddata)及帧校验序列(framechecksequence，fcs)。这是由于，加密功能由pdcp层实现，ueid可以置于pdcpheader中，如果目前pdcpheader的空间不够，可以通过扩展pdcpheader方式来放置ueid，而长包分割重组功能可以由rlc层承担，mac层可以承担csma、帧发送，误包检测、确认、误包重传功能，还可加入优先级控制。这样一来，可以在对当前的网络协议层做最小改变的基础上，实现本发明实施例中的数据传输方法。

s13：在所述信息帧发送完毕后预设第二时长t2内接收到应答数据帧，且 所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长t1大于所述第二时长t2。

由于在信息帧发送完毕后，接收端可以通过fcs判断数据的正确性，并在预设的第二时长t2内向所述欲发送端回复应答数据帧，而且应答数据帧中携带是否成功接收所述数据的信息。因此在具体实施中，如果所述欲发送端可以在所述信息帧发送完毕后的预设第二时长t2内接收到应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，则可以确定完成了所述数据的传输。

在本发明一实施例中，所述第一时长t1大于所述第二时长t2，可以保证应答数据帧的优先发送。

在本发明一实施例中，所述第二时长t2可以为短帧间间隔(shortinterframespace，sifs)，sifs是最小的帧间间隔，因此采用sifs的欲发送端或节点具有访问无线链路的最高优先级，它等于欲发送端或节点从发送状态切换到接收状态并能正确解码所需要的时间，或者从接收状态转为发送状态所需要的时间。本领域技术人员根据实际需要，可以设置所述第二时长t2的大小。

在本发明另一实施例中，所述应答数据帧可以为确认字符(acknowledgement，ack)，在数据通信中，它是接收端发给发送端的一种传输类控制字符，表示发来的数据已确认接收无误。

s14：继续侦听所述物联通信共享信道，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长t3时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据。

在具体实施中，如果通过侦听确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，可以继续侦听所述物联通信共享信道的状态，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长t3时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，所述第三时长t3＝所述第一时长t1+n*时隙。

并且n为随机数，这样一来，可以有助于通信负荷的平滑。因为如果不 如此，可能两个或多个欲发送端同时尝试传输，导致了冲突，之后在相同的时长之后，这些欲发送端又立即尝试重传，导致一个新冲突。本领域技术人员可以根据实际需要，设置所述第三时长t3的大小。

图5示出了本发明实施例中的一种信道的空口时序图，图5中从左至右分别为从左至右分别为mediabusy时段、分布式帧间间隙difs、竞争期(contentionperiod，cp)时段、信息帧frame占用时段、短帧间间隔sifs及ack帧占用时段。

其中：mediabusy表示信道处于繁忙状态的时间段；difs表示处于所述信道处于空闲状态的时长；cp表示等待所述信道的欲发送端被随机分配等待时长的阶段，slot(时隙)表示cp被分为n份后，每一份的间隙大小；信息帧frame占用时段表示frame占用所述信道期间；短帧间间隔sifs表示欲发送端从发送frame，到接收ack，所需要准备的时长；ack帧占用时段表示ack占用所述信道期间。

下面结合图5，对以上所述的数据传输方法的过程进行描述：当基站或者某一个终端，也就是欲发送端，欲发送数据时，可以先侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态，如果持续difs时长内信道都处于空闲状态，便可立即进行发送信息帧；如果侦听到信道处于mediabusy期间，可以继续不断侦听信道的状态，则需要等待信道持续空闲difs+n*slot才能发送数据，也就是在侦听到所述信道由繁忙状态转至空闲状态并处于所述空闲状态持续达difs+n*slot时，才开始发送所述信息帧。

需要说明的是，n为随机数，n的取值范围有很多种，n可以是通过二进制指数退避算法取值。n*slot为竞争期，可以用于解决信道冲突。

在本发明一实施例中，所述n可以通过二进制指数退避算法取值。根据实际需要，本领域技术人员也可以使用其它的算法来为随机数n赋值。

在具体实施中，如果所述应答数据帧指示所述信息帧传送错误或者在所述第二时长t2内未收到所述应答数据帧时，欲发送端可以重新执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，从而可以重新传输所述数据。如果重新传输所述数据至预设的次数时，可以放弃传输所述数据，并输出错误警 告信息。

综上所述可知，通过在物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长时，以包含有欲发送端的标识信息的信息帧的格式发送所述数据，并在第二时长后，收到指示所述信息帧传送正确的应答数据帧时，确定完成所述数据的传送，可以避免随机接入网络、无线资源的连接建立、身份的提供、加密启动、数据的传送、无线资源的连接释放这些通信步骤，从而可以降低通信过程中的指令开销，并可以提高通信系统的效率。

为使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下还提供了可以实现上述的无线蜂窝网中数据的传输方法的装置，如图6所示，所述装置可以包括：信道侦听单元61、数据发送单元62以及确定单元63，其中：

所述信道侦听单元61，适于侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态大预设的第一时长，其中，所述物联通信共享信道由基站提供，适于传输所述数据；

所述数据发送单元62，适于当所述物联通信共享信道处于空闲状态达所述的第一时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据，且所述信息帧中包括欲发送端的身份标识信息；

所述确定单元63，适于在预设第二时长内接收到应答数据帧时，且所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

在具体实施中，所述信道侦听单元61，还适于当确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道；

所述数据发送单元62，还适于在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长时，在所述物联通信共享信道上，以信息帧的形式发送所述数据；所述第三时长＝所述第一时长+n*时隙，n为随机数。

在具体实施中，所述n通过二进制指数退避算法取值。

在具体实施中，所述第一时长为分布式帧间间隙。

在具体实施中，所述第二时长为短帧间间隔。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第一数据重传单元64，适于当所述应答数据帧指示所述信息帧传送错误时，使得所述信道侦听单元61执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第二数据重传单元65，适于当在所述第二时长内未收到所述应答数据帧时，使得所述信道侦听单元61执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

在具体实施中，所述装置还可以包括：计时单元66，适于记录重新发送所述数据的次数；

警告单元67，适于当重新发送所述数据至预设的次数时，放弃传输所述数据，并输出错误警告信息。

在具体实施中，所述应答数据帧为ack帧。

在具体实施中，所述欲发送端的标识信息存储于所述信息帧的mac头或分组数据汇聚协议层中。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。