本发明专利技术公开了一种基未知数量的节点竞争排序的接纳方法，主要解决现有技术在各从属节点较多场景下接纳时延长，各从属节点发送接纳请求时易发生冲突的问题。其方案是：在由一个中心节点和多个未知数量从属节点组成的星型接入网络中，中心节点根据当前请求接纳的从属节点数将连续的多个接纳周期组成一个竞争期，并根据这些从属节点数量动态调整竞争期大小；各从属节点从竞争期中随机选择一个接纳周期，在该接纳周期内的多个上行探测帧时隙中随机选择一个上行探测帧时隙发送接纳请求；中心节点按顺序依次接纳各从属节点。本发明专利技术减小了接纳时间，避免了在从属节点较多时的冲突，提高了接纳效率，可用于各种时分复用/时分多址机制分配信道的接入网络。制分配信道的接入网络。制分配信道的接入网络。
【技术实现步骤摘要】
基于未知数量节点的竞争排序接纳方法
[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种竞争排序接纳方法，可用于各种采用时分复用/时分多址机制分配信道的接入网络，对网络中新上电的终端节点进行快速高效地接入。
技术介绍
[0002]在基于共享媒质的接入网中，常采用由一个中心节点和若干从属节点组成的星型拓扑结构。在这种网络结构中，中心节点和从属节点之间可以直接进行数据通信，各从属节点之间的通信则需要通过中心节点进行转发。一个新的从属节点上电初始化或复位之后，向中心节点注册并加入到现有系统的过程称为节点接纳。通常，节点接纳完成之后，才能进行正常数据通信。为完成节点接纳，中心节点和从属节点通常需要多次交互信息。在此过程中，信道在时间上被划分成多个连续的且互不重叠的接纳周期，每个接纳周期含有下行探测帧时隙和上行探测帧时隙，下行探测帧时隙用于中心节点生成并发送下行探测帧，上行探测帧时隙用于从属节点生成并发送上行探测帧。上行/下行探测帧主要完成物理层的信道训练，并承载中心节点和从属节点在节点接纳过程中交互的媒质接入控制层上行/下行信令帧。相邻两个下行探测帧的起始时间间隔为一个接纳周期。
[0003]在已存在的接入网络系统中，通常各从属节点采用基于竞争的方法获取接纳机会。在这种方法中，每个接纳周期仅含有一个下行探测帧时隙和一个上行探测帧时隙，各从属节点随机退避若干个接纳周期，使用该接纳周期内唯一的上行探测帧时隙发送接纳请求，竞争接纳机会。接纳请求发送成功的从属节点，可以和中心节点进行接纳过程。该从属节点接纳完成后，其余从属节点继续重复上述过程，执行随机退避算法，竞争接纳机会。该方法的不足之处在于：当多个从属节点需要同时接纳到网络中时，大量从属节点在唯一的上行探测帧时隙竞争接纳机会，故而接纳请求易发生冲突；且该方法中一次竞争只能选出一个可被接纳的从属节点，该从属节点完成接纳过程后，其余的待接纳从属节点需要在之后接纳周期内的上行探测帧时隙再次竞争接纳机会，因此需等待较长时间才能完成整个接纳过程。
[0004]国内申请号为201310165257的专利文献中公开了一种“基于多通道的并行节点接纳方法”。该方法中节点接纳的步骤为：(1)划分接入信道，将下行信道在频率上划分为Q个下行接入信道，承载N路下行MAC层信令帧，将上行信道在时间上划分为Q个上行接入信道，承载Q路上行MAC层信令帧；(2)构建双向信令帧通道，将Q个下行MAC层信令帧通道和Q个上行MAC层信令帧通道一一对应，构成Q个并行的双向信令帧通道；(3)从属节点选择信令帧通道，各从属节点从Q个双向信令帧通道中随机选取一个空闲的双向信令帧通道，进行节点接纳流程。该方法可在多个并行的双向信令帧通道上同时进行从属节点接纳，一定程度上缩短了接纳时长，但是，该方法仍然存在的不足之处有两点：其一，当处于接纳状态的忙双向信令帧通道个数较多时，各从属节点在发送接纳请求时可选择的空闲双向信令帧通道个数少，易发生竞争冲突，导致节点接纳成功率低下。其二，使用该方法进行节点接纳时需要在
网络的中心节点配置N套接收机，来完成不同信令帧通道上的从属节点接纳，方法实现过于复杂。
[0005]国内其申请号为201910173511的专利文献中公布了一种“基于竞争排序的节点接纳方法”。该方法中节点接纳的步骤为：(1)划分接纳周期，将信道在时间上划分成多个连续的且互不重叠的时间段，每一个时间段作为一个接纳周期；(2)将M个连续的接纳周期组成一个竞争期，中心节点通告各从属节点可在竞争期内随机选择一个接纳周期发送接纳请求，其中M的取值范围为，大于等于1且小于等于接入网络中的从属节点的总数；(3)从属节点发送接纳请求，每个从属节点在通告的竞争期中随机选择一个接纳周期，并从该接纳周期内的Q个上行探测帧时隙中随机选择一个时隙发送接纳请求；(4)中心节点决定从属节点的接纳顺序并进行通告，(5)请求成功的节点开始按照顺序依次进行接纳。该方法将从属节点的竞争期由原来的一个接纳周期的Q个上行探测帧时隙改为M个接纳周期共M*Q个上行探测帧时隙，该方法减少了竞争冲突次数并且缩短了接纳时长，但是，由于将竞争期M取为固定值，无法根据实际请求接纳从属节点的数量实时改变竞争期时长；当请求接纳的从属节点较多，竞争期较小时，冲突次数较多，竞争次数提升，或者竞争期较大时，会导致竞争期的浪费，均会导致接纳效果变差。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于未知数量节点的竞争排序接纳方法，以使网络中心节点根据请求接纳的从属节点数量实时变化竞争期的时长，减小接纳时延，提高接纳效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术思想是在由一个中心节点和未知数量的从属节点组成的星型接入网络中，为了达到平均接纳时延最小，中心节点根据当前请求接纳的节点数将连续的多个接纳周期组成一个竞争期；各从属节点从竞争期中随机选择一个接纳周期，并在该接纳周期内的Q个上行探测帧时隙中随机选择一个上行探测帧时隙发送接纳请求；中心节点按顺序依次接纳各从属节点；第一次和第二次的竞争期时长均选择固定值，之后，根据前两个竞争期内成功接纳的节点数来估计总的节点数，并且依靠该估计值选择后续竞争期时长。具体实现如下：
[0008](1)将信道在时间上划分成多个连续的且互不重叠的时间段，将每一个时间段作为一个接纳周期；
[0009](2)规划不同用途的时隙：
[0010](2a)将每个接纳周期的起始时刻，作为下行探测帧时隙的起始时刻，中心节点利用下行探测帧时隙，发送承载下行媒质接入控制MAC层信令帧的下行物理层探测帧；
[0011](2b)将每个接纳周期的其余部分Q等分，将每个等分的起点作为每个上行探测帧时隙的起始时刻，从属节点利用上行探测帧时隙，发送承载上行媒质接入控制MAC层信令帧的上行物理层探测帧；
[0012](3)从属节点调整接收功率增益，确定下行物理层信道参数：
[0013](3a)中心节点在下行探测帧时隙持续发送下行探测帧，各从属节点检测持续接收的下行探测帧的信号强度；
[0014](3b)从属节点记录检测到的下行探测帧信号强度，利用增益调整方法调整从属节
点接收功率的增益；
[0015](3c)从属节点利用信道参数估计方法确定出下行物理层的信道参数；
[0016](4)选择竞争期时长
[0017](4a)将M个接纳周期组成一个竞争期，将第一次、第二次竞争期时长即M选择为固定值；
[0018](4b)中心节点根据前两个竞争期内成功接纳的节点数量估计当前竞争期等待接纳的从属节点数N，N取[0,64]之间的整数，即在每个竞争期内，上行探测帧时隙为M*Q，通过仿真得到n个节点成功接纳的概率近似值P；
[0019](4c)找出满足max(P
n1
*P
n2
)成立的最佳N，其中n1、n2分别为前两个竞争期内各自成功接纳的从属节点数，且均为非负整数，N为当前竞争期等待接纳的从属节点数；
[0020本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于未知数量的节点竞争排序的接纳方法，其特征在于，包括如下：(1)将信道在时间上划分成多个连续的且互不重叠的时间段，将每一个时间段作为一个接纳周期；(2)规划不同用途的时隙：(2a)将每个接纳周期的起始时刻，作为下行探测帧时隙的起始时刻，中心节点利用下行探测帧时隙，发送承载下行媒质接入控制MAC层信令帧的下行物理层探测帧；(2b)将每个接纳周期的其余部分Q等分，将每个等分的起点作为每个上行探测帧时隙的起始时刻，从属节点利用上行探测帧时隙，发送承载上行媒质接入控制MAC层信令帧的上行物理层探测帧；(3)从属节点调整接收功率增益，确定下行物理层信道参数：(3a)中心节点在下行探测帧时隙持续发送下行探测帧，各从属节点检测持续接收的下行探测帧；(3b)从属节点记录检测到的下行探测帧，并利用增益调整方法调整其接收功率的增益；(3c)从属节点利用信道参数估计方法确定出下行物理层的信道参数；(4)选择竞争期时长(4a)将M个接纳周期组成一个竞争期，将第一次、第二次竞争期时长即M选择为固定值；(4b)中心节点根据前两个竞争期内成功接纳的节点数量估计当前竞争期等待接纳的从属节点数N，N取[0,64]之间的整数，即在每个竞争期内，上行探测帧时隙为M*Q，通过仿真得到n个节点成功接纳的概率近似值P；(4c)找出满足max(P
n1
*P
n2
)成立的最佳N，其中n1、n2分别为前两个竞争期内各自成功接纳的从属节点数，且均为非负整数，N为当前竞争期等待接纳的从属节点数；(4d)根据N选择竞争期时长即确定M值；(5)中心节点发送下行探测帧，从属节点发送接纳请求：(5a)在竞争期内，中心节点在下行探测帧时隙发送下行探测帧，并通告各从属节点从竞争期内随机选择一个接纳周期；(5b)每个从属节点接收下行探测帧，并从所选接纳周期内的Q个上行探测帧时隙中随机选择一个上行探测帧时隙，发送接纳请求；(6)中心节点按照接收到接纳请求的先后顺序，先将下行媒质接入控制MAC层信令帧中填入可以被接纳的从属节点ID；再将下行媒质接入控制MAC层信令帧封装入下行探测帧，在下行探测帧时隙广播发送该下行探测帧，向各从属节点通告节点接纳顺序；(7)从属节点判断下行媒质接入控制MAC层信令帧中是否存在自身节点的ID：若是，则执行(8)；否则，等待下行媒质接入控制MAC层信令帧中通报的所有从属节点的接纳流...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冰，牛战松，张奭，齐晓鑫，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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