[发明专利]基于时延优先级的多信道CSMA带宽分配方法

说明书

本发明涉及一种基于时延优先级的多信道CSMA带宽分配方法，该方法的基站根据小区节点数量及节点数据包发送频率估计初始信道负载，计算分配给高优先级节点的带宽，通过下行广播信道广播高优先级节点可用频带；待发送数据节点侦听下行广播信道，获得许可频带，然后进行数据传输；根据一段时间瞬时负载估计下一时段平均负载，利用平均负载计算下一时段分配给高优先级节点的带宽；重复步骤二、三直至收敛。本发明的优点是将频带分为2个用于高优先级节点和低优先级节点通信的子频带，通过合理分配带宽资源保证高优先级节点的接入时延满足应用要求，不断调整分配带宽，以使高优先级节点的接入时延能够一直满足应用要求，保持网络稳定性。

技术领域

本发明涉及一种机器类通信中基于时延优先级的多信道CSMA(载波侦听多路访问)带宽分配方法，属于物联网随机接入技术领域。

背景技术

机器通信是物联网时代最为基础的通信方式，其主要特征是在大量设备节点间独立的无人类干扰地进行无缝的数据交换。机器通信的应用领域包含生活的方方面面，例如智能家庭、智慧健康、智能电网及工业自动化等。这些应用的最大特点就是节点的种类多种多样，常常遇到一个小区中有多种物联网节点并存的情况。但是，不同的应用对于网络的要求也不相同，有些应用对时延十分敏感，需要在很短的时间接入基站，有些应用如智能抄表等对于时延的要求不敏感。因此，怎样保证网络能够满足不同应用的要求显得十分重要。

目前，常用的是通过将不同节点划分为不同的优先级以实现多种应用并存的随机接入方式，该方式主要是将不同优先级的节点分组，并且在发送数据时使用不同的功率、时频资源、发送概率、回退策略等实现高优先级节点和低优先级节点的区别。据了解，在KimT.等人的论文中，介绍了一种高优先级节点和低优先级节点使用不同发射功率从而进行区分的协议，该协议的核心思想是在申请随机接入时各节点随机选择一个前导并将其发送给基站，但是在发送前导时每个节点会根据自己的优先级情况选择不同的发射功率。高优先级节点会选择比较高的发射功率，在基站端检测时也会有比较高的检测门限，低优先级节点会选择比较低的发射功率，在基站端检测时也会相应的对应比较低的检测门限。在基站端，先通过高功率门限检测出高优先级节点的前导，然后在排除所有高优先级节点的前导后利用低功率门限检测出所有低优先级节点的前导。这样做的好处是，即使高优先级节点和低优先级节点同时选择了同一个前导发送给基站，基站仍然只会对高优先级节点的前导进行回应，而忽略低优先级节点的接入请求。但是，这种协议要求M2M节点保持静止，因此在M2M部署中受到很大的限制。在Vilgelm M.等人的论文中，介绍了一种基于前导分离的优先级控制协议，前导的分离主要分为两种，一种是非重叠分配，这种方法的核心是每一种优先级的节点使用不同的前导组合接入，每一个节点只和同一优先级的节点竞争接入，不和其他优先级节点竞争；另一种是重叠分配，这种方法的核心是高优先级节点可以使用所有可用的前导进行随机接入，但是低优先级节点只能使用其中一部分前导进行随机接入，相对高优先级节点来说，低优先级节点可以使用的前导数较少，较容易产生冲突，但这也保证了高优先级节点能够有更大的概率成功计入。在Zangar N.等人的论文中，提出了一种多接入等级控制机制，该机制主要包含两个部分，第一部分是发送节点需要在随机接入信息发送时根据其自身的优先级加入拥塞情况指示，第二部分是基站端对应每一种不同的优先级生成不同的接入等级控制因子。节点的优先级分为三类，分别是高优先级数据，对应于紧急情况时的报警信息；中等优先级数据，对应于传统的语音、移动数据流、视频、网页浏览和文件传输等；低优先级数据对应于日常的环境、电表等检测场景。每个优先级节点在发送数据时都会生成一个计数器用于记录发送前导的次数，并且在每一次发送前导后计数器都会增加1。基站在接收到各节点发送的拥塞指示后就能知道每个优先级节点在随机接入时的拥塞情况，从而可以在下一时隙动态改变对应于每一个优先级的ACB因子。当高优先级节点发生严重的拥塞时，系统可以及时将中等优先级和低优先级节点的ACB因子调小以保证高优先级节点能够用及时传输紧急信息。若高优先级节点拥塞不严重但是中等优先级节点拥塞严重时，可以适当增加中等优先级节点的ACB因子并且将低优先级节点的ACB因子调小以适当保证中等优先级节点的接入效率。

发明内容