本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及室內(nèi)可見光通信的接入技術(shù)，具體是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法，用于多用戶的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中多用戶接入。

背景技術(shù)：

室內(nèi)可見光通信(Visible light communication,VLC)是近年來迅速發(fā)展的一種新型無線通信方式，它將照明與通信相結(jié)合，在LED照明設(shè)施上增加數(shù)據(jù)傳輸功能，通過LED光源高速明暗閃爍來傳遞信息。相比射頻無線通信而言，室內(nèi)可見光通信具有可利用帶寬大且不用授權(quán)、不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射、安全性高等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于醫(yī)院、加油站、機(jī)艙等要求電磁干擾小，安全性要求高的場(chǎng)所，而且能夠有效緩解當(dāng)前射頻頻帶緊張問題，成為一種全新的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的寬帶接入方式。

由于發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境、良好的照明效果、可持續(xù)利用時(shí)間長(zhǎng)等，使它成為未來的主要照明方式。LED所發(fā)出的光線是自然光，不易傷害到人類的雙眼。隨著白光LED技術(shù)日趨成熟，未來的照明裝置將更多的采用LED陣列布局，會(huì)使得照明的能耗大幅度降低。

因此，將基于LED照明光源的VLC技術(shù)應(yīng)用于下一代無線通信中具有可行性基礎(chǔ)，是構(gòu)建室內(nèi)無線通信系統(tǒng)的一個(gè)備用選擇，具有很大的工程應(yīng)用前景。

在室內(nèi)VLC系統(tǒng)中，存在移動(dòng)多用戶接入情況，由于LED終端上可集成的光探測(cè)器數(shù)目有限，而且在可見光通信網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)資源有限，多個(gè)使用相同波長(zhǎng)的用戶同時(shí)請(qǐng)求接入時(shí)會(huì)產(chǎn)生碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)的通信效率。因此，如何避免碰撞，有效的完成用戶接入，是室內(nèi)VLC系統(tǒng)急需解決的問題。在無線通信中存在的多址接入?yún)f(xié)議有固定多址接入?yún)f(xié)議(如TDMA、FDMA、CDMA等)、隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議(如CSMA/CD、CSMA/CA等)。由于光載波不能監(jiān)聽信道狀態(tài)，所以在無線通信中傳統(tǒng)的多址接入方法不能簡(jiǎn)單地，直接用于室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中。

解決多用戶接入問題是室內(nèi)可見光通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，針對(duì)這方面的研究相對(duì)較少。下面是幾種解決方法：

IEEE 802.15.7提供了一種使用時(shí)隙CSMA/CA來避免碰撞的思想，但是它沒有介紹多用戶接入系統(tǒng)的詳細(xì)步驟和具體方案。

J.Liu等人在“Experiment on Space and Time Division Multiple Access Scheme over Free Space Optical Communication”中提出一種空分/時(shí)分多址接入技術(shù)(SD/TDMA)，但是當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度很難去定義，所以這個(gè)方法不適合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

Ratna Kalos Zakiah Sahbudin and Mazlin Kamarulzaman等人在“Performance of SAC OCDMA-FSO communication systems”中提出使用光碼分多址接入技術(shù)(Optical CDMA)作為無線光通信的接入技術(shù)，但是當(dāng)用戶增多時(shí)，直接序列擴(kuò)頻很難保持完全正交，多址干擾將會(huì)變得嚴(yán)重。

綜上，在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中，現(xiàn)有的多用戶接入技術(shù)主要存在承擔(dān)的接入用戶數(shù)量有限，多用戶接入時(shí)碰撞概率大，信道資源利用率低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法。

本發(fā)明是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)超幀包括有兩部分，一部分是沖突避免(CA，collide avoid)競(jìng)爭(zhēng)接入階段，緊接著是TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，所述沖突避免競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)段采用CA方法，完成多個(gè)用戶接入終端過程；所述TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段采用改進(jìn)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配的TDMA協(xié)議，完成用戶與終端間的數(shù)據(jù)傳輸；TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段劃分為N+1個(gè)時(shí)段，其中第一時(shí)段為控制同步時(shí)段CU，緊接著為N個(gè)連續(xù)且各自獨(dú)立的用戶工作時(shí)段WU，同步時(shí)段CU用于完成終端與用戶的同步并告知用戶TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配的結(jié)果；N個(gè)用戶工作時(shí)段用于各用戶傳輸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)利用了固定多址接入?yún)f(xié)議的優(yōu)勢(shì)，在多用戶傳輸數(shù)據(jù)情況下，保證每個(gè)用戶均分配到合適的信道資源，使信道資源得到充分利用，并在用戶傳輸數(shù)據(jù)過程中不產(chǎn)生沖突碰撞，得到很高的吞吐量；

本發(fā)明還是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法，在權(quán)利要求1-2所述的任一室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，其特征在于，為時(shí)分復(fù)用/沖突避免多址接入方法(TDMA/CA)，接入過程包括：

(1)在一個(gè)超幀的開始，即進(jìn)入一個(gè)時(shí)幀時(shí)，終端發(fā)送一個(gè)廣播CTS(Clear to Send)短幀，通知想要接入終端的用戶可以開始競(jìng)爭(zhēng)接入；

(2)用戶接收到CTS廣播后，想要接入終端的用戶根據(jù)CA方法發(fā)送RTS短幀嘗試接入，在競(jìng)爭(zhēng)接入過程中如果接入過程中沒有產(chǎn)生碰撞，則終端廣播CTS短幀，告知該用戶已成功接入；如果競(jìng)爭(zhēng)接入過程中產(chǎn)生碰撞，則申請(qǐng)接入的用戶執(zhí)行退避算法，重新嘗試接入；

(3)當(dāng)多用戶競(jìng)爭(zhēng)接入后，終端獲得接入用戶的總數(shù)量和接入的用戶信息，給每個(gè)接入的用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配，緊接著開始動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段；

(4)終端在控制同步時(shí)段CU對(duì)所有接入用戶進(jìn)行同步，通知用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

(5)用戶得知可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后，判斷在分配的用戶工作時(shí)段WU內(nèi)是否有數(shù)據(jù)需要傳輸；

(6)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)段上有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則用戶開始傳輸數(shù)據(jù)；

(7)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)段上沒有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則終端通知已接入的有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶通過競(jìng)爭(zhēng)使用此WU時(shí)段，其中一個(gè)用戶競(jìng)爭(zhēng)成功后，使用此WU時(shí)段進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)；

(8)所有接入的用戶在各自WU時(shí)段上執(zhí)行步驟(5)、(6)、(7)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這一超幀時(shí)間結(jié)束，下一超幀從步驟(1)再次開始，反復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法。

本發(fā)明的思路是：提出一種減少碰撞概率，提高吞吐量，減少帶寬資源浪費(fèi)的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提出的一種在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多用戶接入中的超幀結(jié)構(gòu)，此超幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合了固定多址接入?yún)f(xié)議和沖突避免的各自優(yōu)勢(shì)，利用了沖突避免的優(yōu)勢(shì)，解決無線光通信中無法監(jiān)聽信道的問題，減少多用戶接入時(shí)的碰撞概率；利用了固定多址接入?yún)f(xié)議的優(yōu)勢(shì)，保證每個(gè)用戶均分配到合適的信道資源，充分利用信道資源，減少用戶傳輸數(shù)據(jù)過程中的碰撞概率，提高吞吐量。

2.本發(fā)明在動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配階段引入了空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，當(dāng)用戶在分配的工作段內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，則終端通知其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用此空閑時(shí)隙，其他需要傳輸數(shù)據(jù)的用戶可以使用此空閑時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，避免了在動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配階段用戶在工作時(shí)段不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生空閑時(shí)隙導(dǎo)致信道資源浪費(fèi)問題，更充分地使用信道帶寬資源。

3.本發(fā)明在動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，采用了一種基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法(PDSA)，終端根據(jù)用戶的總數(shù)量、優(yōu)先級(jí)及用戶需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量動(dòng)態(tài)地分配信道時(shí)隙給用戶，滿足不同用戶對(duì)信道資源的需求，更好的利用信道資源。

附圖說明：

圖1：是本發(fā)明的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多用戶接入方法整體流程圖；

圖2：是本發(fā)明TDMA/CA的超幀結(jié)構(gòu)總體示意圖；

圖3：是本發(fā)明TDMA/CA的超幀結(jié)構(gòu)中動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段的幀內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：是本發(fā)明多個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)接入時(shí)競(jìng)爭(zhēng)接入階段示意圖；

圖5：是本發(fā)明基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法(PDSA)的性能對(duì)比圖，其中圖5(a)是采用了優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法時(shí)每個(gè)用戶分配的時(shí)隙數(shù)，圖5(b)是采用平均時(shí)隙分配時(shí)用戶分配的時(shí)隙數(shù)；

圖6：是本發(fā)明中有無空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

在無線通信中，多用戶接入問題上已經(jīng)很有很多解決方法，如固定多址接入?yún)f(xié)議、隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議等，能很好地解決無線通信中多用戶接入碰撞問題和信道資源浪費(fèi)問題，在室內(nèi)可見光通信中，由于光載波不能監(jiān)聽信道狀態(tài)，所以在無線通信中傳統(tǒng)的多址接入方法不能簡(jiǎn)單地，直接用于室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中。室內(nèi)可見光通信是近年來迅速發(fā)展的一種新型無線通信方式，它有著十分廣闊的應(yīng)用前景，本發(fā)明是在本技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)與研究，本發(fā)明提出一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多用戶接入方法和超幀結(jié)構(gòu)，可以很好地解決室內(nèi)可見光系統(tǒng)多用戶接入時(shí)接入碰撞和資源浪費(fèi)問題。

本發(fā)明是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)，參見圖2，本發(fā)明的每個(gè)超幀在時(shí)間軸上相當(dāng)于一個(gè)傳統(tǒng)意思上的時(shí)幀，每個(gè)超幀包括有兩部分，一部分是沖突避免(CA，collide avoid)競(jìng)爭(zhēng)接入階段，參見圖2，緊接著是TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，本發(fā)明在沖突避免競(jìng)爭(zhēng)接入階段采用CA方法，CA方法即改進(jìn)的CSMA/CA協(xié)議，用CA方法完成多個(gè)用戶接入終端過程；本發(fā)明的TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段采用改進(jìn)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配的TDMA協(xié)議，完成用戶與終端間的數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段劃分為n+1個(gè)時(shí)段，其中第一時(shí)段為控制同步時(shí)段CU，緊接著為n個(gè)連續(xù)且各自獨(dú)立的用戶工作時(shí)段WU，參見圖3，換一種說法是依據(jù)時(shí)間順序依次設(shè)有第一時(shí)段CU和n個(gè)連續(xù)且各自獨(dú)立的用戶工作時(shí)段WU。WU為分配給對(duì)應(yīng)用戶節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)段。動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段的第一個(gè)時(shí)段是控制同步時(shí)段，同步時(shí)段CU用于完成終端與用戶的同步并告知用戶TDMA動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配的結(jié)果；其后的n個(gè)用戶工作時(shí)段用于各用戶傳輸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提出的一種在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多用戶接入中的超幀結(jié)構(gòu)，此超幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合了固定多址接入?yún)f(xié)議和沖突避免的各自優(yōu)勢(shì)，利用了沖突避免的優(yōu)勢(shì)，解決無線光通信中無法監(jiān)聽信道的問題，減少多用戶接入時(shí)的碰撞概率；利用了固定多址接入?yún)f(xié)議的優(yōu)勢(shì)，保證每個(gè)用戶均分配到合適的信道資源，充分利用信道資源，減少用戶傳輸數(shù)據(jù)過程中的碰撞概率，提高吞吐量。

實(shí)施例2

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)的構(gòu)成同實(shí)例1，WU工作時(shí)段的結(jié)構(gòu)以競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙開始，其競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙的多少與是否競(jìng)爭(zhēng)和競(jìng)爭(zhēng)過程有關(guān)，接著為用戶用于傳輸數(shù)據(jù)時(shí)隙。

參見圖3，如果分配到此WU工作時(shí)段的用戶有數(shù)據(jù)需要傳輸，則此WU工作時(shí)段不包括用于競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)隙，用戶直接在此WU工作時(shí)段中傳輸數(shù)據(jù)，如果分配到此WU工作時(shí)段的用戶沒有數(shù)據(jù)需要傳輸，則用戶在WU工作時(shí)段向終端發(fā)送RTS短幀，告知此WU工作時(shí)段空閑，終端接收到RTS后廣播BTS短幀，通知其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用此WU工作時(shí)段，其他用戶接收到BTS短幀后發(fā)送RTS短幀競(jìng)爭(zhēng)此WU工作時(shí)段，競(jìng)爭(zhēng)完畢后，終端發(fā)送CTS短幀告知競(jìng)爭(zhēng)成功的用戶使用此WU工作時(shí)段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

實(shí)施例3

本發(fā)明還是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法，室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)包括有用戶，終端，用戶和終端之間通過可見光實(shí)現(xiàn)通訊。室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法在上述的任一室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，參見圖1，本發(fā)明也稱為時(shí)分復(fù)用/沖突避免多址接入方法(TDMA/CA)，接入過程包括：

(1)在一個(gè)超幀的開始，即進(jìn)入一個(gè)時(shí)幀時(shí)，多個(gè)用戶開始接入終端，終端發(fā)送一個(gè)廣播CTS(Clear to Send)短幀，通知想要接入終端的用戶可以開始競(jìng)爭(zhēng)接入。

(2)用戶接收到CTS廣播后，想要接入終端的用戶根據(jù)CA方法發(fā)送RTS短幀，嘗試接入，在競(jìng)爭(zhēng)接入過程中如果接入過程中沒有產(chǎn)生碰撞，則終端廣播CTS短幀，告知該用戶已成功接入；如果競(jìng)爭(zhēng)接入過程中產(chǎn)生碰撞，則申請(qǐng)接入的用戶執(zhí)行退避算法，重新嘗試接入。

(3)當(dāng)多用戶競(jìng)爭(zhēng)接入后，終端獲得接入用戶的總數(shù)量和接入的用戶信息，給每個(gè)接入的用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配，緊接著開始動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段。

(4)終端在控制同步時(shí)段CU對(duì)所有接入用戶進(jìn)行同步，通知用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

(5)用戶得知可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先判斷在分配的用戶工作時(shí)段WU內(nèi)是否有數(shù)據(jù)需要傳輸。

(6)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)段上有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則用戶開始傳輸數(shù)據(jù)。

(7)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)段上沒有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，告知終端此WU時(shí)段空閑，則終端通知已接入的有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶通過競(jìng)爭(zhēng)使用此WU時(shí)段，就是用戶通過競(jìng)爭(zhēng)使用空閑時(shí)隙。其中一個(gè)用戶競(jìng)爭(zhēng)成功后，使用此WU時(shí)段進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。

(8)所有接入的用戶在各自WU時(shí)段上均執(zhí)行步驟(5)、(6)、(7)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這一超幀時(shí)間結(jié)束，下一超幀從步驟(1)再次開始，反復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法。

本發(fā)明在動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配階段引入了空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，當(dāng)用戶在分配的工作段內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，則終端通知其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用此空閑時(shí)隙，其他需要傳輸數(shù)據(jù)的用戶可以使用此空閑時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，從而避免了在動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配階段用戶在工作時(shí)段不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生空閑時(shí)隙導(dǎo)致信道資源浪費(fèi)問題，更充分地使用信道帶寬資源。同時(shí)本發(fā)明不存在光碼分多址接入技術(shù)存在的必須保證直接序列擴(kuò)頻完全正交的要求，也不存在嚴(yán)重多址干擾的問題。

本發(fā)明結(jié)合了固定多址接入?yún)f(xié)議和沖突避免方法，引入空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法，以解決多用戶接入時(shí)產(chǎn)生的碰撞問題，提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，減小帶寬資源浪費(fèi)，滿足不同優(yōu)先級(jí)用戶的服務(wù)質(zhì)量要求。

實(shí)施例4

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法同實(shí)施例1-3，其中室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法步驟(2)所述的CA方法，其過程包括：

(2.1)用戶接收到CTS后，等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法，然后發(fā)送RTS信息給終端。

(2.2)如果只有一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS短幀，則在信道上只存在一個(gè)RTS，不會(huì)產(chǎn)生碰撞，終端檢測(cè)到RTS短幀，經(jīng)過一個(gè)SIFS時(shí)間，回復(fù)一個(gè)CTS(Clear to Send)短幀，用戶接受到CTS短幀后，得知已經(jīng)接入成功。

(2.3)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)發(fā)送RTS短幀，則在信道上存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的RTS短幀，會(huì)產(chǎn)生碰撞，終端不能接收到RTS，不會(huì)回復(fù)任何信息，用戶等待SIFS后沒有收到CTS，則用戶可以判斷發(fā)生了碰撞，執(zhí)行退避算法。退避一段時(shí)間后，用戶重新發(fā)送RTS，重新嘗試接入終端。

以圖4為例進(jìn)行更詳細(xì)的說明，本例包括3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，1個(gè)終端，其接入過程為：

(1)終端發(fā)送一個(gè)廣播短幀CTS，通知其覆蓋范圍內(nèi)想要接入終端的用戶可以開始競(jìng)爭(zhēng)接入。

(2)接收到CTS信息后，3個(gè)用戶分別等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法。

(3)用戶節(jié)點(diǎn)1等待一短時(shí)間后，發(fā)送RTS短幀，此時(shí)信道上只有用戶節(jié)點(diǎn)1發(fā)送RTS短幀，不會(huì)在信道上產(chǎn)生碰撞，信道接收到RTS短幀后，經(jīng)過一個(gè)SIFS，發(fā)送一個(gè)廣播短幀CTS給3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)。

(4)3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)接收到CTS短幀后，用戶節(jié)點(diǎn)1被告知已成功接入，用戶節(jié)點(diǎn)2和用戶節(jié)點(diǎn)3均被告知可以競(jìng)爭(zhēng)接入終端。

(5)用戶節(jié)點(diǎn)2和用戶節(jié)點(diǎn)3等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法，然后發(fā)送RTS短幀。

(6)此時(shí)，用戶節(jié)點(diǎn)2和用戶節(jié)點(diǎn)3同上發(fā)送了RTS短幀，在信道上存在兩個(gè)RTS短幀，產(chǎn)生碰撞，終端檢測(cè)不到RTS短幀，不會(huì)回復(fù)CTS短幀。

(7)用戶節(jié)點(diǎn)2和用戶節(jié)點(diǎn)3等待SIFS后沒有收到CTS，判斷出發(fā)生了碰撞，用戶節(jié)點(diǎn)2和用戶節(jié)點(diǎn)3再等待一段隨機(jī)時(shí)間嘗試接入終端。

(8)用戶節(jié)點(diǎn)2等待一段時(shí)間后，發(fā)送RTS短幀競(jìng)爭(zhēng)接入終端，此時(shí)信道上只有一個(gè)用戶發(fā)送RTS短幀，不會(huì)產(chǎn)生碰撞，終端收到RTS短幀后，回復(fù)CTS短幀，告知用戶節(jié)點(diǎn)2已成功接入，告知節(jié)點(diǎn)3可以開始接入。

(9)用戶節(jié)點(diǎn)3收到CTS短幀后，等待一段時(shí)間發(fā)送一個(gè)RTS短幀，此時(shí)只有用戶節(jié)點(diǎn)3發(fā)送RTS短幀，在信道上不會(huì)產(chǎn)生碰撞，終端接收到RTS短幀后回復(fù)一個(gè)CTS短幀，告知用戶節(jié)點(diǎn)3已成接入。

(10)到此，3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)均成功接入終端。

實(shí)施例5

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法同實(shí)施例1-4，室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法步驟(3)所述的動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配，是采用了一種基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法(PDSA)，其算法描述如下：

假設(shè)有n個(gè)用戶UN，在所有用戶中一共存在Q個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)優(yōu)先級(jí)所對(duì)應(yīng)的用戶需要的時(shí)隙數(shù)量為a_j(j＝1,2,...Q)；預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先級(jí)所占比例為c₁:c₂:…:c_Q；超幀中包含的總時(shí)隙數(shù)量為D，則第i個(gè)用戶UNi，其優(yōu)先級(jí)為j，在一個(gè)超幀中所占的時(shí)隙數(shù)量y_ij，表示為：

其中，[.]函數(shù)用于取最接近一個(gè)數(shù)的整數(shù)，是第i個(gè)用戶所需要的帶寬，上標(biāo)(j)表示第i個(gè)用戶的優(yōu)先級(jí)。

本例中假設(shè)有4個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)UN接入終端，4個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)中存在3個(gè)優(yōu)先級(jí)，用戶節(jié)點(diǎn)UN1，UN2，UN3，UN4的優(yōu)先級(jí)分別為1，2，2，3；4個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)所需要的時(shí)隙數(shù)分別為30，280，120和100；3個(gè)優(yōu)先級(jí)預(yù)先設(shè)置的所占比例為5：3：2。參見圖5，可以看到采用PDSA算法時(shí)時(shí)隙分配結(jié)果，參見如5(a)，和采用平均分配的時(shí)隙分配結(jié)果，參見圖5(b)，可以看到，采用PDSA算法時(shí)4個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都傳輸完數(shù)據(jù)需要3個(gè)超幀時(shí)間，采用平均分配時(shí)隙方法時(shí)4個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都傳輸完數(shù)據(jù)需要6個(gè)超幀時(shí)間。

由兩個(gè)結(jié)果對(duì)比可以看出，本發(fā)明采用PDSA算法更好地滿足不同用戶對(duì)信道資源的需求，更大程度地利用信道資源，提高吞吐量。

本發(fā)明采用的基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配算法(PDSA)，根據(jù)用戶的總數(shù)量、優(yōu)先級(jí)及用戶需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量動(dòng)態(tài)地分配信道時(shí)隙給用戶，可以滿足不同用戶對(duì)信道資源的需求，更好的利用信道資源。

實(shí)施例6

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法同實(shí)施例1-5，室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法步驟(7)中所述的用戶競(jìng)爭(zhēng)空閑時(shí)隙包括：

(7.1)如果用戶判斷結(jié)果是在分配的WU時(shí)段上沒有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則向終端發(fā)送一個(gè)RTS短幀，告知終端此WU時(shí)段空閑。

(7.2)終端接收到RTS短幀后，發(fā)送廣播短幀BTS，通知已接入的有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶可以競(jìng)爭(zhēng)使用此WU時(shí)段。

(7.3)有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶接收到BTS短幀后，等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法，然后發(fā)送RTS短幀，申請(qǐng)使用此WU時(shí)段。

(7.4)如果此時(shí)只有一個(gè)用戶申請(qǐng)使用此WU時(shí)段，當(dāng)終端檢測(cè)到該RTS，經(jīng)過一個(gè)短幀間隔(SIFS)時(shí)間，回復(fù)一個(gè)CTS(Clear to Send)短幀，告訴此用戶申請(qǐng)成功，可以使用此WU時(shí)段。

(7.5)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)申請(qǐng)使用此WU時(shí)段，同時(shí)發(fā)送RTS短幀，則RTS在信道上會(huì)發(fā)生碰撞，終端不能檢測(cè)到RTS，不會(huì)回復(fù)任何信息，用戶等待短幀間隔(SIFS)后沒有收到CTS短幀，可判斷已發(fā)生碰撞，則執(zhí)行退避算法，退避一段時(shí)間后，返回步驟(7.3)用戶重新發(fā)送RTS，進(jìn)行申請(qǐng)使用此WU時(shí)段。

在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法中引入空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制后，將用戶不進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所占用的空閑時(shí)隙分配給其他用戶，讓其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用此空閑時(shí)隙來傳輸數(shù)據(jù)，可以減少信道帶寬資源浪費(fèi)。這里對(duì)兩種多用戶接入方案進(jìn)行歸一化吞吐量性能對(duì)比，參見圖6，其中一條是使用本發(fā)明獲得的曲線，即引入了空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，另外一條是沒有空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的多用戶接入方法獲得的曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)6個(gè)接入用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，本發(fā)明的多用戶接入方法可以達(dá)到的歸一化吞吐量為0.85，沒有空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的多用戶接入方法可以達(dá)到的歸一化吞吐量為0.79，通過性能對(duì)比，本發(fā)明引進(jìn)了空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，得到更大的吞吐量。

下面給出一個(gè)連貫詳細(xì)的例子，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，

實(shí)施例7

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法同實(shí)施例1-6，用戶遵循以下過程進(jìn)行接入終端：

(1)在一個(gè)超幀開始，即進(jìn)入一個(gè)時(shí)幀時(shí)，用戶接入過程開始，終端發(fā)送一個(gè)廣播CTS(Clear to Send)短幀，通知想要接入終端的用戶可以開始競(jìng)爭(zhēng)接入；

(2)接收到CTS信息后，想要接入終端的用戶等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法，然后發(fā)送RTS(Request To Send)短幀，嘗試接入終端；

(3)如果此時(shí)只有一個(gè)用戶申請(qǐng)接入終端，當(dāng)終端檢測(cè)到該RTS，經(jīng)過一個(gè)短幀間隔(SIFS)時(shí)間，回復(fù)一個(gè)CTS(Clear to Send)短幀，告知該想要接入終端的用戶已成功接入終端，并告訴其他用戶可以申請(qǐng)接入終端；

(4)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)申請(qǐng)接入，同時(shí)發(fā)送RTS短幀，則RTS在信道上會(huì)發(fā)生碰撞，終端不能檢測(cè)到RTS，不會(huì)回復(fù)任何信息，用戶等待短幀間隔(SIFS)后沒有收到CTS短幀，可判斷已發(fā)生碰撞，則執(zhí)行退避算法，退避一段時(shí)間后，返回步驟(2)用戶重新發(fā)送RTS，進(jìn)行接入；

(5)當(dāng)多用戶競(jìng)爭(zhēng)接入階段結(jié)束后，終端獲得接入用戶的總數(shù)量和接入的用戶信息，給每個(gè)接入的用戶進(jìn)行信道時(shí)隙分配，緊接著開始動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段；

(6)終端在控制同步時(shí)段CU對(duì)所有接入用戶進(jìn)行同步，通知用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

(7)用戶得知可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后，判斷在分配的用戶工作時(shí)段WU內(nèi)是否有數(shù)據(jù)需要傳輸；

(8)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)段上有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則用戶開始傳輸數(shù)據(jù)；

(9)如果用戶判斷結(jié)果是在其WU時(shí)隙上沒有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則向終端發(fā)送一個(gè)RTS短幀，告知終端此WU時(shí)隙空閑

(10)終端接收到RTS短幀后，發(fā)送廣播短幀BTS，通知已接入的有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶可以競(jìng)爭(zhēng)使用此WU時(shí)隙；

(11)有傳輸數(shù)據(jù)需要的用戶接收到BTS短幀后，等待一段隨機(jī)時(shí)間段，此時(shí)間段遵循退避算法，然后發(fā)送RTS短幀，申請(qǐng)使用此WU時(shí)隙；

(12)如果此時(shí)只有一個(gè)用戶申請(qǐng)使用此WU時(shí)隙，當(dāng)終端檢測(cè)到該RTS，經(jīng)過一個(gè)短幀間隔(SIFS)時(shí)間，回復(fù)一個(gè)CTS(Clear to Send)短幀，告訴此用戶申請(qǐng)成功，可以使用此WU時(shí)隙；

(13)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)申請(qǐng)使用此WU時(shí)隙，同時(shí)發(fā)送RTS短幀，則RTS在信道上會(huì)發(fā)生碰撞，終端不能檢測(cè)到RTS，不會(huì)回復(fù)任何信息，用戶等待短幀間隔(SIFS)后沒有收到CTS短幀，可判斷已發(fā)生碰撞，則返回步驟(11)用戶重新發(fā)送RTS，進(jìn)行申請(qǐng)使用此WU時(shí)隙；

(14)所有接入的用戶在各自WU時(shí)段上均執(zhí)行步驟(7)到步驟(13)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這一超幀時(shí)間結(jié)束，下一超幀從步驟(1)再次開始，反復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法。

本發(fā)明的一種室內(nèi)可見光通信(Visible light communication,VLC)中時(shí)分復(fù)用/沖突避免多址接入(time division multiple access/collision avoidance,TDMA/CA)結(jié)構(gòu)及方法。解決了多用戶的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中組網(wǎng)時(shí)多用戶接入問題。

簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明公開的一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法，主要解決現(xiàn)有室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入技術(shù)中存在的碰撞概率大，信道資源利用率低等問題。本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)定義了多用戶競(jìng)爭(zhēng)接入階段和動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，同步時(shí)段和用戶工作時(shí)段構(gòu)成動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段；本發(fā)明的多用戶接入方法，在接入階段針對(duì)多用戶競(jìng)爭(zhēng)引入沖突避免；在動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，基于優(yōu)先級(jí)的時(shí)隙分配算法對(duì)用戶時(shí)隙分配；引入空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，充分利用用戶空閑時(shí)隙，將用戶不進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)隙分配給其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用。本發(fā)明減少了多用戶接入時(shí)的碰撞概率，提高了吞吐量，減少了信道帶寬資源的浪費(fèi)，可以用于室內(nèi)可見光通信領(lǐng)域。