專利名稱：一種通信系統(tǒng)中的隨機(jī)接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的隨機(jī)接入方法。
背景技術(shù)：
隨著移動業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷拓展和開發(fā)，下一代的無線蜂窩通信將是話音、數(shù)據(jù)、視頻等多種具有不同性能參數(shù)業(yè)務(wù)的混合傳輸。隨機(jī)接入?yún)f(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中一個重要組成部分一直是人們研究的熱點(diǎn)，特別希望能采用一種簡單、高效的隨機(jī)接入技術(shù)，滿足人們隨時隨地信息訪問、計(jì)算和通信的需求。
目前已有許多協(xié)議被提出以解決隨機(jī)接入過程中的問題，有基于時隙ALOHA的協(xié)議、基于資源預(yù)留的協(xié)議和基于動態(tài)配置隨機(jī)接入信道資源的協(xié)議等等。在很多現(xiàn)存的接入系統(tǒng)中都多采用時隙ALOHA這種簡潔高效的接入方案，但該協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)吞吐量較大時，時延變化較大，性能表現(xiàn)不佳。而考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)所提出的動態(tài)接入方案，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，很大程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率，但這些方案缺乏對不同等級接入業(yè)務(wù)的有效支持，當(dāng)接入請求分組發(fā)生碰撞，需要退避重發(fā)時，具有不同業(yè)務(wù)需求的MT都使用相同的發(fā)送模式，沒有考慮優(yōu)先等級較高業(yè)務(wù)的接入請求，不能較好的保障實(shí)時業(yè)務(wù)的QoS需求，也不能滿足當(dāng)今高速全分組網(wǎng)絡(luò)大量接入請求突發(fā)性的要求。因此提供一種新的隨機(jī)接入方法，盡可能的在兼顧業(yè)務(wù)公平性的同時達(dá)到系統(tǒng)資源最佳的利用，成為多媒體移動通信系統(tǒng)中需要面對的一個基本問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述方案中存在的問題，本發(fā)明提出了一種新的隨機(jī)接入方案，此方案顯著提高了接入的成功概率，提高了隨機(jī)接入資源效率，改善了整個系統(tǒng)的吞吐量，為不同業(yè)務(wù)等級的數(shù)據(jù)提供了不同的接入保障。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種通信系統(tǒng)中的隨機(jī)接入方法，包括步驟(1)在接入點(diǎn)根據(jù)每幀內(nèi)隨機(jī)接入信道的狀態(tài)信息，動態(tài)地調(diào)整下一幀的接入信道數(shù)目，并且通過下行公共控制信道廣播接入信道的數(shù)目；(2)移動終端在首次發(fā)送接入請求時，在競爭窗口以發(fā)送概率1發(fā)送所有業(yè)務(wù)等級的業(yè)務(wù)；(3)移動終端在發(fā)送接入請求后，監(jiān)聽下行公共控制信道上廣播的信息，如果在下行公共控制信道上接收到由所述接入點(diǎn)廣播的其接入分組的確認(rèn)信息，則述移動終端接入隨機(jī)接入信道；(4)如果接入分組未能成功發(fā)送而需要重發(fā)時，移動終端動態(tài)調(diào)整競爭窗口的大小，并且在競爭窗口內(nèi)隨機(jī)選擇一個接入信道準(zhǔn)備重發(fā)；在重發(fā)幀到達(dá)時，移動終端根據(jù)以下公式計(jì)算重發(fā)概率，并且隨機(jī)選擇數(shù)值x∈
，若X＝＜P(α)則進(jìn)行本次重發(fā)；否則取消本次重發(fā)；P(α)=1-(NsαNtotalα(α))φ·α]]>其中NsαNtotalα(α)=μNsαNtotalα(α)+(1-μ)Nsα-1Ntotalα-1(α-1)]]>P(α)是第α次發(fā)送接入請求的發(fā)送概率， 是隨機(jī)接入信道的信道利用率，其中NsαNtotalα(α)=μNsαNtotalα(α)+(1-μ)Nsα-1Ntotalα-1(α-1),]]>Nsα是在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的Ns(t)之和，Ns(t)是笫t幀接入成功的RACH信道數(shù)目，Ntotalα是在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的N(t)之和，N(t)是第t幀的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，
φ是業(yè)務(wù)服務(wù)等級，φ∈[1，n]，μ是隨機(jī)接入信道的信道利用率的權(quán)重因子，其中0＜μ＜1；(5)如果重發(fā)成功并且得到接入點(diǎn)發(fā)送的接入成功消息，則所述移動終端接入隨機(jī)接入信道；(6)如果未能重發(fā)或者重發(fā)失敗，則重復(fù)步驟(4)直到業(yè)務(wù)被成功接入或者丟棄。
優(yōu)選地，步驟(1)還包括步驟所述接入點(diǎn)根據(jù)發(fā)送的接入請求分組在接入信道中的發(fā)生碰撞信道數(shù)和被使用信道數(shù)，并且按照以下公式計(jì)算下一幀中隨機(jī)接入信道數(shù)目 其中N(t+1)是第t+1幀的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Nc(t)是第t幀發(fā)生碰撞的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Ny(t)是t幀接入成功的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Cidle(t)是指示標(biāo)志，在t幀中所有RACH信道上都沒有接入分組發(fā)生碰撞時，被賦值為1，否則為0，ω是非空閑信道的權(quán)重參數(shù)，0＜ω≤1，ρbusy(t)=Nu(t)N(t),]]>Nu(t)＝Ns(t)+Nc(t)。
優(yōu)選地，N(t+1)＝min{max{N(t+1)，1}，Nmax}Nmax為在MAC幀中所能分配的最大隨機(jī)接入信道的數(shù)目，并且最小RACH信道數(shù)目為1/優(yōu)選地，在步驟(4)中按照以下公式來動態(tài)調(diào)整競爭窗口CW的大小CW=MAXMAX≤2α2αn<2α<MAXn2α≤n]]>其中α表示重發(fā)次數(shù)，n為下一幀的信道數(shù)，MAX是由系統(tǒng)所定義的最大值。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法還包括步驟
所述移動終端在競爭窗口中隨機(jī)選擇一個整數(shù)M，準(zhǔn)備接入第M個隨機(jī)接入信道，如果本幀隨機(jī)接入信道的數(shù)量小于M，則在下一幀接入隨機(jī)接入信道。
優(yōu)選地，所述競爭窗口的初始大小為本幀中隨機(jī)接入信道的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)思，在接入點(diǎn)AP(Access Point)，根據(jù)接入信道所反映的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，動態(tài)調(diào)整下一幀隨機(jī)接入信道(RACH)的數(shù)目，并通過下行公共控制信道廣播。在請求分組發(fā)生碰撞需要重發(fā)時，移動終端MT利用二進(jìn)制指數(shù)退避算法動態(tài)擴(kuò)大競爭窗口的大小，并根據(jù)下行公共控制信道公布的隨機(jī)接入信道數(shù)目和成功接入請求數(shù)目以及MT業(yè)務(wù)接入優(yōu)先級，重發(fā)次數(shù)等參數(shù)，實(shí)時更新發(fā)送概率以降低重發(fā)碰撞概率。無論是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載低或高的環(huán)境下，本發(fā)明都可以提高隨機(jī)接入成功概率，減少接入時延，并為高等級用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量QoS保障。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的MAC幀結(jié)構(gòu)；圖2示出了本發(fā)明的方法與現(xiàn)有方法的吞吐量隨用戶數(shù)變化的情況，其中定義吞吐量公式如下 圖3示出了本發(fā)明的系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)在50個用戶情況下不同接入優(yōu)先級業(yè)務(wù)的接入時延比較。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種新的接入方案，利用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，動態(tài)調(diào)整競爭窗口大小，發(fā)送概率和接入信道數(shù)目，具體包括步驟在AP中，根據(jù)發(fā)送的接入請求分組在接入信道中的發(fā)生碰撞信道數(shù)和被使用信道數(shù)，計(jì)算下一幀中隨機(jī)接入信道數(shù)目并通過下行信道進(jìn)行廣播。同時，在下行信道中，AP廣播成功接入分組的確認(rèn)信息。
MT首次發(fā)送接入請求時，不分業(yè)務(wù)等級，在競爭窗口以概率1直接發(fā)送。競爭窗口的初始大小為本幀RACH信道個數(shù)。MT在發(fā)送接入請求后，監(jiān)聽下行公共控制信道廣播信息，如得到下行信道廣播中接入成功信息，本次接入結(jié)束；若發(fā)生接入碰撞，需要重新發(fā)送時，首先根據(jù)重發(fā)次數(shù)調(diào)整競爭窗口的大小，在競爭窗口中隨機(jī)選擇一接入信道重發(fā)，同時繼續(xù)監(jiān)聽下行信道的廣播信息，待重發(fā)幀到達(dá)時，根據(jù)記錄的分配總的RACH信道數(shù)目和接入成功的請求分組數(shù)目計(jì)算信道利用率，并根據(jù)信道利用率，重發(fā)次數(shù)，業(yè)務(wù)接入優(yōu)先級計(jì)算重發(fā)概率，并判斷是否發(fā)送。若重發(fā)成功，得到接入成功信息，則本次接入結(jié)束；若未能發(fā)送或發(fā)送失敗，則再次更新競爭窗口，繼續(xù)進(jìn)行隨機(jī)接入過程，直到該業(yè)務(wù)成功接入或被丟棄。
在本發(fā)明中，利用接入信道的接入情況判斷網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況，AP動態(tài)調(diào)整隨機(jī)接入信道的數(shù)目，MT動態(tài)調(diào)整重發(fā)概率，該方法有效的提高了隨機(jī)接入的成功率和系統(tǒng)的利用率，降低了等待時延，并為高等級的業(yè)務(wù)提供了QoS保障。
下面結(jié)合附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明的隨機(jī)接入方法。
假設(shè)在一個半徑為R的蜂窩小區(qū)中，有一個AP接入點(diǎn)，N個移動終端MT，MT和AP間通過無線鏈路連接。AP端負(fù)責(zé)廣播公共控制信息。
AP在該動態(tài)接入信道分配方案上，根據(jù)公式(1)動態(tài)改變下一幀的隨機(jī)接入信道數(shù)目 參數(shù)介紹如下●N(t+1)t+1幀RACH的數(shù)目●Nc(t)t幀發(fā)生碰撞的RACH數(shù)目●Ns(t)t幀接入成功的RACH信道數(shù)目●Cidle(t)指示標(biāo)志。當(dāng)t幀中所有RACH信道上都沒有接入分組發(fā)生碰撞時，賦值為1；否則為0●ω權(quán)重參數(shù)，0＜ω≤1，仿真中取ω＝0.5●ρbusy(t)ρbusy(t)=Nu(t)N(t),]]>Nu(t)＝Ns(t)+Nc(t) (6)為了限定RACH信道數(shù)目，我們做如下規(guī)定N(t+1)＝min{max{N(t+1)，1}，Nmax} (7)Nmax為在MAC幀中所能分配的最大RACH信道數(shù)目，最小RACH信道數(shù)目為1。當(dāng)接入請求較多時，信道數(shù)迅速增長，達(dá)到Nmax。在仿真中我們設(shè)定Nmax＝8。當(dāng)接入請求較少時，信道數(shù)迅速減小到1。這樣，當(dāng)前RACH信道的數(shù)目由之前的接入情況決定，不僅提高了資源的利用率，而且降低了接入時延。
MTMT端的重發(fā)概率計(jì)算公式(3)P(α)=1-(NsαNtotalα(α))φ·α---(3)]]>參數(shù)介紹如下●P(α)第α次發(fā)送接入請求的發(fā)送概率● RACH信道利用率，NsαNtotalα(α)=μNsαNtotalα(α)+(1-μ)Nsα-1Ntotalα-1(α-1)---(4)]]>●Nαs在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的Ns(t)之和。請求分組首次發(fā)送時，我們定義Nsα＝0(α＝1)，所以P(1)＝1●Ntotalα在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的N(t)之和。
●φ業(yè)務(wù)服務(wù)等級●μ權(quán)重因子，0＜μ＜1。μ越低，之前接入情況對發(fā)送概率的影響就越低，在仿真中我們設(shè)定μ＝0.5。
當(dāng)接入分組發(fā)生碰撞時需要重發(fā)時，MT動態(tài)調(diào)整競爭窗口，公式(2)如下CW=MAXMAX≤2α2αn<2α<MAXn2α≤n---(2)]]>
α表示重發(fā)次數(shù)，首次接入時，競爭窗口為RACH信道個數(shù)，發(fā)生碰撞重發(fā)接入請求時，窗口變大，窗口最大為MAX，在仿真中，我們設(shè)定MAX＝256。
當(dāng)MT準(zhǔn)備傳輸接入請求時，它從競爭窗口[1，CW]中隨機(jī)選擇一個整數(shù)M，MT接入第M個RACH信道。計(jì)算Nsα和Ntotalα的值，依發(fā)送概率P(α)發(fā)送接入請求，隨后MT監(jiān)聽下行信道。如果MT收到接入確認(rèn)信息，此次接入過程結(jié)束，α賦值為0。如果MT沒有成功發(fā)送第α次接入請求，令α＝α+1，Nsα＝Ntotalα＝0，重復(fù)以上過程直到該業(yè)務(wù)接入成功或被丟棄。變量Φ指示用戶接入優(yōu)先級，Φ∈[1，n]，Φ＝1時，優(yōu)先級最低，MT的接入請求發(fā)送概率也最低。
在相同網(wǎng)絡(luò)終端和隨機(jī)接入信道資源配置的情況下，由仿真圖2，3可以看出本發(fā)明方案與普通時隙ALOHA系統(tǒng)隨機(jī)接入方案在吞吐量和時延兩個方面的性能差別。同樣我們也對不同φ所對應(yīng)的不同等級業(yè)務(wù)的接入情況進(jìn)行了仿真，在固定用戶數(shù)為50，請求到達(dá)率發(fā)生變化的情況下，本方案提供的三個等級業(yè)務(wù)的隨機(jī)接入時延性能都較接入信道為4時隙ALOHA算法表現(xiàn)優(yōu)異，三個業(yè)務(wù)之間時延曲線也有明顯區(qū)別，在接入請求到達(dá)率為0.05的情況下，接入信道數(shù)為4的ALOHA算法時延大于20幀，三個等級業(yè)務(wù)時延分別為14，11，9幀。顯然本方案在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高的情況下可以更好地滿足不同等級業(yè)務(wù)的QoS需求。
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)中的隨機(jī)接入方法，包括步驟(1)在接入點(diǎn)根據(jù)每幀內(nèi)隨機(jī)接入信道的狀態(tài)信息，動態(tài)地調(diào)整下一幀的接入信道數(shù)目，并且通過下行公共控制信道廣播接入信道的數(shù)目；(2)移動終端在首次發(fā)送接入請求時，在競爭窗口以發(fā)送概率1發(fā)送所有業(yè)務(wù)等級的業(yè)務(wù)；(3)移動終端在發(fā)送接入請求后，監(jiān)聽下行公共控制信道上廣播的信息，如果在下行公共控制信道上接收到由所述接入點(diǎn)廣播的其接入分組的確認(rèn)信息，則述移動終端接入隨機(jī)接入信道；(4)如果接入分組未能成功發(fā)送而需要重發(fā)時，移動終端動態(tài)調(diào)整競爭窗口的大小，并且在競爭窗口內(nèi)隨機(jī)選擇一個接入信道準(zhǔn)備重發(fā)；在重發(fā)幀到達(dá)時，移動終端根據(jù)以下公式計(jì)算重發(fā)概率，并且隨機(jī)選擇數(shù)值x∈
，若x＝＜P(α)則進(jìn)行本次重發(fā)，否則取消本次重發(fā)；P(α)=1-(NsαNtotalα(α))φ·α]]>其中NsαNtotalα(α)=μNsαNtotalα(α)+(1-μ)Nsα-1Ntotalα(α-1)]]>P(α)是第α次發(fā)送接入請求的發(fā)送概率， 是隨機(jī)接入信道的信道利用率，其中NsαNtotalα(α)=μNsαNtotalα(α)+(1-μ)Nsα-1Ntotalα-1(α-1),]]>Nsα是在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的Ns(t)之和，Ns(t)是第t幀接入成功的RACH信道數(shù)目，Ntotalα是在第α次接入請求和第α-1次接入請求之間的N(t)之和，N(t)是第t幀的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，φ是業(yè)務(wù)服務(wù)等級，Φ∈[1，n]，μ是隨機(jī)接入信道的信道利用率的權(quán)重因子，其中0＜μ＜1；(5)如果重發(fā)成功并且得到接入點(diǎn)發(fā)送的接入成功消息，則所述移動終端接入隨機(jī)接入信道；(6)如果未能重發(fā)或者重發(fā)失敗，則重復(fù)步驟(4)直到業(yè)務(wù)被成功接入或者丟棄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)還包括步驟所述接入點(diǎn)根據(jù)發(fā)送的接入請求分組在接入信道中的發(fā)生碰撞信道數(shù)和被使用信道數(shù)，并且按照以下公式計(jì)算下一幀中隨機(jī)接入信道數(shù)目 其中N(t+1)是第t+1幀的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Nc(t)是第t幀發(fā)生碰撞的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Ns(t)是t幀接入成功的隨機(jī)接入信道的數(shù)目，Cidle(t)是指示標(biāo)志，在t幀中所有RACH信道上都沒有接入分組發(fā)生碰撞時，被賦值為1，否則為0，ω是非空閑信道的權(quán)重參數(shù)，0＜ω≤1，ρbusy(t)=Nu(t)N(t),]]>Nu(t)＝Ns(t)+Nc(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中N(t+1)＝min{max{N(t+1)，1}，Nmax}Nmax為在MAC幀中所能分配的最大隨機(jī)接入信道的數(shù)目，并且最小RACH信道數(shù)目為1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(4)中按照以下公式來動態(tài)調(diào)整競爭窗口CW的大小CW=MAXMAX≤2α2αn<2α<MAXn2α≤n]]>其中α表示重發(fā)次數(shù)，n為下一幀的信道數(shù)，MAX是由系統(tǒng)所定義的最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟所述移動終端在競爭窗口中隨機(jī)選擇一個整數(shù)M，準(zhǔn)備接入第M個隨機(jī)接入信道，如果本幀隨機(jī)接入信道的數(shù)量小于M，則在下一幀接入隨機(jī)接入信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述競爭窗口的初始大小為本幀中隨機(jī)接入信道的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隨機(jī)接入方法，在該方法中，接入點(diǎn)AP根據(jù)接入信道所反映的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，動態(tài)調(diào)整下一幀隨機(jī)接入信道的數(shù)目，并通過下行公共控制信道廣播。在請求分組發(fā)生碰撞需要重發(fā)時，移動終端MT利用二進(jìn)制指數(shù)退避算法動態(tài)擴(kuò)大競爭窗口的大小，并根據(jù)下行公共控制信道公布的隨機(jī)接入信道數(shù)目和成功接入請求數(shù)目以及MT業(yè)務(wù)接入優(yōu)先級，重發(fā)次數(shù)等參數(shù)，實(shí)時更新發(fā)送概率以降低重發(fā)碰撞概率。無論是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載低或高的環(huán)境下，本發(fā)明都可以提高隨機(jī)接入成功概率，減少接入時延，并為高等級用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量QoS保障。
文檔編號H04W74/08GK1777333SQ20051013459
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者田輝, 顧雪琳, 張平, 晏巍, 張建華, 陶小峰 申請人:北京郵電大學(xué), 北京三星通信技術(shù)研究有限公司