专利名称：终端登记方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，具体涉及但不限于在数据通信系统中具有可用性的终端登记的方法。
设计多址通信系统用以提供利用多个通信终端来接入有限通信资源(例如信道)，以便在一个基础结构或网络与该终端之间交换通信消息，例如信息包、数据包、消息等。许多多址通信系统要求在其识别出某些终端为本系统的合法用户之前，将这些终端先在本系统内登记。这类系统中的许多系统实施登记程序限制容许登记的终端的数目和类型。比如，登记程序存在于在一个特定的时间跨度内试图进行最大数目的登记之后不容许终端登记的场合中。
登记程序还存在于终端的业务授权级别要与通信系统中当前实际的业务级别相比较的场合。如果终端的业务级别大于或等于系统当前服务的业务级别，则容许该终端立即登记。否则，该终端须使登记“流产”。
在这样的登记程序中，当大量终端试图在同一时间登记时，有一个问题。这种情况发生在已登录的当前业务级别降低的时候，先前不能在系统中登记的大量低业务级别的终端，现在具有的授权业务级别高得足以保证登记，因而试图这样做。然而，因诸终端都试图同时发送消息而造成许多碰撞，故这样做的结果可能只有极少的终端甚至无终端能成功地实现登记。在这些终端未成功地尝试登记之后，在下一次可用时间再尝试登记而造成又一次消息碰撞时，上述的问题就更严重了。这可能无限制地继续发生。这种情况导致通信资源尤其是信道能力的无效利用。
据此，现在需要一种有助于较有效地利用通信资源的自适应的登记方法。
本发明的特性相信是新颖的，在所附的权利要求书中具体说明了，然而，参照以下附图阅读下文的详细描述将会更加理解本发明及其优点。
图1示出适合应用本发明的一个实施例的无线数据通信系统的方框图。
图2示出适合于在本发明的一个优选方法实施例中使用的一种接收消息的表示。
图3示出适合于在本发明的该优选方法实施例中，使用的另一种接收消息的表示。
图4示出根据本发明的自适应登记的该优选方法的流程图。
图5示出根据本发明的另一种方法实施例的流程图。
总的说来，本发明涉及在通信系统中信道登记的方法，具体涉及在数据通信系统中自适应地便于信道登记的方法。数据通信系统通常包括基础结构设施，例如基站和网络控制器等，它们全体配置和构置得能通过信道(最好是无线电波信道，但也可以是同轴电缆等的有线信道)与多个终端(例如无线调制解调器、便携或移动数据终端、或具有无线连接的计算机等)相通信。自适应登记的一个优选方法实施例在终端上实施，包括确定一种登记状况，和执行自适应于该登记状况一种登记竞争程序。
登记状况根据可基于从例如基础结构接收的登记信息，例如与试图登记业务的预期终端数目对应的信息，与信道负载因数、信道接入级别或级别变化等对应的信息，可以是单一信息或组合的信息。另外，登记状况可以是该终端单独可应用信息(例如登记尝试数目、终端优先权等)的函数。登记程序最后最好包括确定在登记尝试之前何时应使用一个随机延时，以及该随机延时的持续时间应是多少，或应自适应于什么。在自适应延时之后，登记尝试可以根据合理的众所周知的技术和程序，这些可以在分时隙的ALOHA或DSMA(数字检测多址)系统等中找到。请注意，已知的登记程序具有确定一个终端是否允许登记的步骤。然而，本发明根据争用登记程序，它与一个终端在何时尝试登记有关。
一种类似的和替代性的优选方法实施例按照类似的设定来操作，由基础结构来实践。该方法便于由终端的自适应登记程序，包括确定系统登记信息，发送与系统登记信息相对应的消息。该登记信息包括或对应于例如在系统中登记业务所预期的终端数目、信道负载因数、信道接入级别或级别变化，或延时登记指示符。这种附加的登记信息(本文称为“登记争用信息”)由终端使用，来确定一个合适的争用程序。还应注意，这种信息可以组合起来应用，以便根据系统特性和经验判断来得出合适的登记争用程序。
下面将参考附图更全面地描述本发明。图1示出数据通信系统100。数据通信系统100包括一个消息源115，例如公共交换电话机或数据网，它耦合到基础结构设施101上。基础结构设施101的优选形式包括一个收发信机或基站，耦合到天线111上，工作时通过信道109(最好是无线电信道)接收和发送无线电信号。无线电信号由天线113发送机接收，该天线耦合到数据终端103或终端上。数据终端103工作时除了通过信道109与基础结构设施101建立和维持通信链路以外，还接收无线电信号并把它转换成数据消息，反之亦然。
请注意，虽然图1只示出信道、数据终端和基础结构天线或基站都是一个，但在一个实际系统中它们可以是多个。数据通信系统100通常打算以相当透明的(对最终用户)方式往/从特定的终端供给特定的消息。尽管图1示出优选的无线或无线电数据通信系统100，但本发明期望对有线的数据通信系统具有同等的实用性。此外，本发明还期望对数据通信系统具有实用性，而不管数据终端具有什么特定形式。
参考图2，图中示出适用于优选实施例中的一种消息表示，即一个IDLE消息200或接收的消息，它包括一个指示符201。在优选实施例中，具体工作在摩托罗拉公司提供的RD-LAP(无线电数据链路接入程序)系统中，IDLE消息200除了含有指示符201以外，还含有其它的系统参数。空闲消息随时被广播，例如每当基础结构设施无其它信息在下行链路(基础结构到终端)而不是上行链路(终端到信道的基础结构部分)上向一个或多个终端广播或发送的时候。所有的终端都将接收该消息，其内容允许每个终端作出各种组态决定，以利于在该系统上进一步工作。其它的系统参数包含各种信息，例如识别各种系统参数的信息。这些系统参数所采取的形式取决于具体系统，通常是已知的，在本公开文本中不再赘述。不过，登记指示符201含有关于对于限制终端接入来说，根据登记或限制接入登记(RAR)、信道109是否可用或将变为可用的信息。数据通信系统100可以含有一个以上的信道109，为此，指示符201可表示哪些信道109已制约登记接入。
参考图3，图中示出适用于优选实施例的另一种或可替代性的消息，即SYNC消息300，类似于在RD-LAP系统中应用的SYNC消息。该消息随时被广播，例如在信道下行链路部分在每帧开始时广播。所有的终端接收该消息，其内容允许每个终端作出各种组态决定，以利于在该系统中上进一步工作。SYNC消息除了含有其它数据以外，还含有一个登记信息315。该登记信息对应于在系统301上期望登记业务的终端数目301、信道负载因数305、信道接入级别311、延时登记指示符或比特(DR)313、登记速率303等，按照环境要求，可以是单个信息或是组合形式的信息。
期望登记业务的终端数目301在确定合适的登记争用程序中是有用的，因为当期望登记业务的终端数目301增加时，在登记尝试期间碰撞的概率也增加。系统变化可由基础结构设施101用来估计尝试登记的终端数目301。例如，当具体信道109上的信道接入级别311降低时，基础结构设施101可预测有大量的新授权或较低优先权的终端103将尝试登记。
信道负载因数305是一个指示符，表明数据通信系统100的信道109上发生多少无线电业务量。当信道109的负载很重时，登记新的终端103是不希望的。基础结构设施101也可以发送一个信道接入级别311，以便为系统101设定一个阈值，或在具体信道109上设定阈值。这个阈值允许基础结构设施101对终端103的优先权设定一个最小值，即无论其它情况怎样，在信道109上允许登记。为此，基础结构设施101可以向较高优先权的用户直接赋予优先权，诸如用该指示符313使公众安全方面的终端103领先于例如送比萨饼的较低优先权的终端103。
SYNC消息300还含有系统的登记速率303，它对应于系统能登记终端103的最大速率。
在下文将详细论述的优选方法实施例中，基础结构设施101在给定的合适环境下可发送出一个延时登记指示符313。该指示符313包含关于基础结构设施101是否要求终端103参与登记争用程序(即在登记尝试之前最好有一个自适应随机延时)的信息。
参考图4，图中示出根据本发明的一种自适应登记方法实施例的流程图。登记是允许一个终端103由基础结构设施101承认作为数据通信系统100的有效用户的任何程序或方案，允许该终端103在一个给定的有效接入尝试过程中可利用信道109。正当地登记的终端是一种使基础结构设施按需正确地建立链路的终端。图4的流程图通常适合于按照已知的技术在任何通用控制器中实施，该控制器执行合适的操作软件，该软件适合于在带有接收机的终端或数据终端中提供该类型的功能。这种终端的一个例子是摩托罗拉公司供应的TACTM数据终端，该终端使用了一个控制器，该控制器以摩托罗拉公司MC68300系列处理器和摩托罗拉公司MC56000数字信号处理器为基础。
为使终端103在系统100中登记，终端103典型地在控制器方向上遵从图4中示出的自适应登记的优选方法。在步骤401，终端103得出或确定出一个登记状况来执行图4的方法，在步骤403，执行一种适应于该登记状况的登记争用程序。在步骤403，成功地争用之后，如果需要，则在步骤421该终端继续正常的登记程序。
总的来看，步骤401最终使终端103在步骤415登记“流产”，并在步骤403参与或执行一个登记争用程序，或在步骤421参与或执行正常的登记程序。在诸如是正常的登记程序是按照例如在RD-LAP系统的当前系统中实施的已知的登记程序实现的。正常的登记可以包括一个登记接入请求，随后是一个许可，最后是一个消息，它标识出该终端和特定系统中该终端的任何具体要求。这种正常的登记程序是公知的，这里不再赘述。
具体地说，步骤401在步骤405开始，在那里接收一个消息诸如图2所示的消息。然后，在步骤411，测试RAR或登记接入限制比特或符号201，以确定它是否置位。如果“否”，则执行正常的登记，为此，过程前进到步骤421。如果RAR比特置位，则该过程继续到步骤407，在那里接收到诸如图3所示的一个消息，以提供一个登记信息。接着，在步骤413，最好将信道接入级别与终端级别相比较，如果信道接入级别高，则在步骤415登记过程“流产”，如果信道接入级别低于终端级别，则在步骤421执行登记过程。请注意，这两种情况分别对应于基础结构设施表明由于缺乏优先权而使某些终端被拒绝接受业务；由于优先权被许可而到达比基础结构设施高些的级别上，而现在可接受业务。终端级别值对应于终端103已接入的业务等级。终端级别值可以是一个动态值，但是，最好将一个固定值编程入终端103中。
在任一种情况下，如果终端值等于信道接入值，则该方法前进到步骤403。步骤403在步骤417开始，检查DR比特。如果DR比特未置位，则终端103按照诸如在RD-LAP中采用的那些已知技术继续其登记过程。如果DR比特置位，则该方法前进到步骤419，在那里触发一个随机计时器，使该过程延时一个随机时间，它最好均匀分布在0到Tmax(秒)之间。Tmax可按照下文的论述得出，但通常取决于在步骤407接收到的登记信息。具有较长Tmax的终端在尝试登记之前从统计观点来看等待时间比具有较短Tmax的终端长些。作为一般规律，经受较短的随机延时、经常试图登记的终端更有可能寻找到空闲信道，因此更有可能在步骤421执行登记。
按照优选的方法实施例，随机延时均匀地分布在0到Tmax之间。然而，如本领域的技术人员显而易见的，其它的概率分布也可以实现。例如，可以实现一种分布，可使终端103制约在一个特定的延时时间范围内进行登记，否则，终端103延时登记一段由一个最大值限制的随机时间。
与这里公开的本方法相对照，先前已知的登记程序在信道接入级别等于终端级别值时，要求终端103在下一个可应用时间或机会尝试登记。如果有大量的终端103在尝试登记，则可能发生碰撞。在优选方法中，如果信道接入级别311等于终端级别值，则终端103在步骤417评估延时登记指示符313。如果延时登记指示符313不要求终端103延时登记，则终端103在步骤421继续其正常登记程序。如果延时登记指示符313要求一个时间延时，则终端103在步骤419延时登记一段具有均匀分布在0到Tmax之间的最大持续期的随机时间。然后，在步骤421继续其正常的登记程序。Tmax最好由终端103接收作为SYNC消息300的一部分。如果在步骤421登记尝试不成功，则不要求终端103重复步骤403的争用程序。在此情况下，终端103宁可在下一个可应用的机会再简单地尝试登记。
如上讨论的，作为对于接收一个消息中的Tmax的另一种替代方案，Tmax是由终端103导得的，或是利用一个查找表查到的。终端将从其接收信息中计算Tmax，或从诸如内部计数器，时钟或存储器内一个固定值之类的其它源中可应用的信息来计算Tmax。终端除了或代之以执行计算以外，还可以应用一个查找表。
例如，Tmax可以是一个固定值，它根据具体的通信系统被编程在终端103内。经验和模仿表明，当利用一个具体通信系统的终端的数目在10000个的量级上时，取Tmax固定值为30分钟可得到最佳结果。在实施RD-LAP协议的典型系统中，已确定登记速率为每秒2.7次登记的量级。具体地说，最佳Tmax值是将试图登记的期望终端103数目除以登记速率得出的。在确定出期望登记的终端103数目的过程中，作出了几个假定具有任何单一优先权级别的现用终端103的数目假定为总的系统容量的70％；如果信道接入级别311从最高接入级别到最低接入级别增加时，将重新登记的终端103的最大数目假定为系统终端容量的50％；当信道接入级别311增加时，在另一个信道上重新登记的终端103的最小数目是系统终端容量的15％；当信道接入级别311增加期间，被关断的终端103的最小数目假定为总的系统终端容量的15％。在这些假定下，得出Tmax的固定值为30分钟。
通过评估SYNC消息300中接收的各种登记信息或登记争用信息，也可以确定Tmax。终端103根据期望登记业务的终端数目301或者登记速率可以确定Tmax。登记速率可以是在终端中最佳估值基础上的一个固定值，或是接收的消息的一部分。将期望登记的终端数目除以登记速率可以得出Tmax。当登记速率为一个固定值时，Tmax的量值可选择为与期望登记的终端数目301成正比例。此外，Tmax的量值可以单独地按照信道负载因数305或者结合很可能登记的终端数目或登记速率来确定。Tmax可以选择得可使Tmax的量值直接与信道负载因数305成正比例，因在信道109负载重时，许多系统操作人员发现，阻止进一步的登记尝试是有利的。一个矢量可以接收到，它规定对于不同等级的终端所对应的Tmax信息，而不是单一的Tmax值。例如，图3消息300中的期望登记的终端数目301字段或信道负载因数305字段可以是一个信息矢量，在该字段中选择一个不同元素的是一个具有较高优先权的终端，而不是较低优先权的终端，所选择的元素可用于下一步计算，或作为查找表的指针，或者直接作为Tmax。
Tmax可以根据信道接入级别311的变化导得出来。当终端观察到信道接入级别311变化时，选择Tmax以使其量值与信道接入级别311变化成反比。例如，观察和经验表明，如果信道接入级别下降一个级别并且Tmax相应地从10分钟增加到20分钟，则可得到可接受的结果。类似地，如果信道接入级别下降两个级别，则Tmax应从10分钟增加到30分钟。因信道接入级别311变化能够对应于试图登记的终端103数目的变化，故当信道接入级别311下跌时，随着信道接入级别311变化而使Tmax变化，就会减少碰撞的机会，而在信道接入级别311增加时，可以避免要求终端103等待不必要的长时间。
再则，按照终端使用的查找表所作的计算或求索还根据尚未接收的信息。例如，考虑通过评估与终端103可应用的登记争用有关的信息而不接收消息来确定Tmax。登记在某些时间上更是可能的，为此，Tmax是以日时或星期的时间为基础来确定的。在典型的高登记速率的时段期间，例如上午的中段时间是用户可能启用终端103的时间，Tmax具有较大的量值。在所用的具体的登记程序要求终端103在一次未成功的登记尝试之后延时Tmax时，Tmax可能是以登记尝试的次数为基础来确定的。
参考图5，图中示出在基础结构设施101处实现的一种可替代性的方法实施例。如图所示，该方法在步骤501确定一个系统登记信息，在步骤517产生一个消息，在步骤519发送该消息。系统登记信息包括与登记争用信息对应的信息，该登记争用信息对应于一种争用程序，该程序适合于终端103实施或满足其要求。
更具体地说，步骤501在步骤505开始设定限制的登记指示符201，这是在做上述确定或环境允许例如在信道接入级别正下降的时候，或是在其它情况下例如基础结构设施101预先考虑了大量的终端103试图登记的情况，或因信道负载呈现出或有可能过量的情况。在步骤507，基础结构设施101，例如通过保持登记尝试次数的历史性记录和保持登记尝试次数与一些参数诸如日时间或周时间，信道接入级别311的变化，或其它系统参数，例如碰撞次数，按环境的情况可采用组合形式或单个形式的关系，来确定期望登记的终端数目。在步骤509，基础结构设施利用得出与在系统中登记的终端103总数与系统的终端容量之比相对应的一个数值，确定信道负载因数305。在步骤511，基础结构设施101通过将期望登记的终端数目除以系统的登记速率确定Tmax。基础结构设施101利用其它信息诸如信道接入级别311的变化或者信道负载因数305，也能确定或调整Tmax。
在步骤513，基础结构设施101按照两种可能的情况设定延时登记指示符313。一种情况是对具体信道109来说信道接入级别311下降的时候。当基础结构设施101使信道接入级别311降低时，它同时使DR置位。第二种情况是在具有信道接入级别311的信道109上使DR置位，以便对于已被取消接入另一个信道109的终端103有可能尝试登记。这是发生信道接入级别311在一个具体信道109上增加和较低优先权的终端103被强制在其它信道109上重新登记的时候的典型情况。在预先考虑登记的所有终端103登记所需的时间过去之后，延时登记指示符被清零。例如，这个时间可选择为系统100的登记速率303与预先考虑的正登记的终端数目301之积。
在步骤515，基础结构设施按照已知的方法诸如在RD-LAP中所实施的方法，确定信道接入级别311。然后，在步骤517，基础结构设施按照环境的情况产生一个或多个消息，随后，在步骤519，发送该消息。
本领域的技术人员理解，本公开提供各种用于执行自适应登记程序而对数据终端无不适当损害通信业务的方法。这些有创造性的方法可以便利地和有益地分组数据系统或其它通信系统中实施，通过降低与不成功的登记尝试有关的无收益的开销，可提高通信资源的效率，同时对具有合适的授权级别的终端等仍然提供业务。据此，本发明提供了一个示例性的自适应登记的方法，能更合适地将资源分配给恰当的或最有价值的终端，有助于满足无线数据通信有的长期需要，以利于推动数据通信的发展。
本领域的技术人员显然理解，本公开的发明能以无数的方式进行修改，并且认为除了上文具体地提出和说明了的优选形式以外还有许多实施例。据此，所附的权利要求书意在覆盖对本发明的一切修改，它们都处在本发明的真实精神和范围之内。
权利要求
1.在含有基础结构设施的通信系统中设置该基础结构设施能通过一条信道与多个通信单元通信，一种在通信单元处自适应登记的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤接收至少一个消息，该消息表明接入级别的变化，并包括登记信息；确定是否根据当前的接入级别进行登记和根据登记信息何时登记；在根据该登记信息的一个延时之后，发送登记消息。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述的确定何时登记的步骤包括当该消息包括一个限制的接入指示符时，根据该登记信息确定延时。
3.权利要求2的方法，其特征在于，所述的确定延时的步骤包括根据登记信息至少的一部分确定该延时，登记信息该部分对应于预先考虑试图登记的许多通信单元中至少一个通信单元、一个登记指示符和一个信道接入级别。
4.权利要求1的方法，其特征在于，所述的确定何时登记的步骤包括根据通信单元优先权确定该延时。
5.权利要求1的方法，其特征在于，所述的确定何时登记的步骤包括根据通信单元尝试登记的次数确定该延时。
6.权利要求1的方法，其特征在于，发送步骤包括在尝试登记之前等待一段随机时间。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述的随机时间的最大持续时间对应于所述登记信息。
8.在含有基础结构设施的数据通信系统中设置该基础结构设施能通过一条信道与许多通信单元通信，一种在基础结构设施处实施的、由通信单元提供自适应登记的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤确定何时改变接入级别，是否限制登记，如果“是”，则确定一个登记信息，由所述的多个通信单元用于确定何时登记；发送一个消息，该消息表明接入级别的变化，并包括该登记信息。
9.权利要求8的方法，其特征在于，所述的发送所述消息的步骤包括发送所述消息，其中，所述消息对应于预先考虑试图登记的许多通信单元中的至少一个通信单元、一个延时登记指示符和一个限制的接入指示符。
全文摘要
在含有基础结构设施(101)的数据通信系统(100)中设置该基础结构设施能通过一条信道(109)与多个终端(103)通信，一种自适应登记方法包括确定登记状态(401)，执行与登记状态适应的登记争用程序(403)。便于自适应登记的一种相应方法包括确定登记争用信息(501)，该登记竞争信息对应于由多个终端实施的一个争用程序，和发送一个消息(519)，该消息对应于所述的系统登记信息。
文档编号H04L29/06GK1142739SQ96108588
公开日1997年2月12日 申请日期1996年6月26日 优先权日1995年6月27日
发明者法赞·玛格哈尼, 托马斯·W·洛克哈特, 威廉姆·H·齐尔那 申请人:摩托罗拉公司