[发明专利]室内可见光通信系统中的动态多用户接入方法

摘要

本发明公开了一种室内可见光通信系统中的动态多用户接入超帧结构和接入方法，主要解决现有多用户接入中碰撞概率大，信道资源利用率低的问题。本发明的超帧结构定义了多用户竞争接入阶段和动态信道时隙分配阶段，同步时段和用户工作时段构成动态信道时隙分配阶段；多用户接入方法包括有：在接入阶段针对多用户竞争引入冲突避免；在动态信道时隙分配阶段，基于优先级的时隙分配算法对用户时隙分配；引入空闲时隙竞争机制，充分利用用户空闲时隙，将用户不进行传输数据的时隙分配给其他用户竞争使用。本发明减少了多用户接入时的碰撞概率，提高了吞吐量，减少了信道带宽资源的浪费，可以用于室内可见光通信领域，也可延伸至无线光通信领域。

主权项

1.一种室内可见光通信系统中的动态多用户接入方法，其特征在于，在基于室内可见光通信系统中的动态多用户接入超帧结构上实现，超帧结构包括两部分，一部分是冲突避免(CA，collide avoid)竞争接入阶段，紧接着是TDMA动态信道时隙分配阶段，所述冲突避免竞争接入阶段采用CA方法，完成多个用户接入终端过程；所述TDMA动态信道时隙分配阶段采用改进的动态时隙分配的TDMA协议，完成用户与终端间的数据传输；TDMA动态信道时隙分配阶段划分为N+1个时段，其中第一时段为控制同步时段CU，紧接着为N个连续且各自独立的用户工作时段WU，所述用户工作时段WU的结构以竞争时隙开始，接着为用户用于传输数据时隙；控制同步时段CU用于完成终端与用户的同步并告知用户TDMA动态信道时隙分配的结果；N个用户工作时段用于各用户传输数据；动态多用户接入方法为时分复用/冲突避免多址接入方法(TDMA/CA)，接入过程包括：(1)在一个超帧的开始，即进入一个时帧时，终端发送一个CTS(Clear to Send)短帧，通知想要接入终端的用户可以开始竞争接入；(2)用户接收到CTS短帧后，想要接入终端的用户根据CA方法发送RTS短帧尝试接入，在竞争接入过程中如果接入过程中没有产生碰撞，则终端广播CTS短帧，告知该用户已成功接入；如果竞争接入过程中产生碰撞，则申请接入的用户执行退避算法，重新尝试接入；其中，想要接入终端的用户根据CA方法发送RTS短帧尝试接入的过程包括：(2.1)接收到CTS短帧后，用户等待一段随机时间段，此时间段遵循退避算法，然后发送RTS短帧给终端；(2.2)如果只有一个用户发送RTS短帧，则在信道上只存在一个RTS短帧，不会产生碰撞，终端可以检测到RTS短帧，经过一个SIFS(Short Interframe Space)时间，回复一个CTS短帧，用户接收到CTS短帧后，得知已经接入成功；(2.3)如果有两个或两个以上用户同时发送RTS短帧，则在信道上存在两个或两个以上的RTS短帧，会产生碰撞，终端不能接收到RTS短帧，不会回复任何信息，用户等待SIFS时间后没有收到CTS短帧，则用户可以判断发生了碰撞，执行退避算法；退避一段时间后，用户重新发送RTS短帧，重新尝试接入终端；(3)当多用户竞争接入后，终端获得接入用户的总数量和接入的用户信息，给每个接入的用户进行动态信道时隙分配，紧接着开始动态信道时隙分配阶段；其中，动态信道时隙分配是采用了一种基于优先级的动态时隙分配算法(PDSA)，其算法描述如下：假设有n个用户UN，在所有用户中一共存在Q个优先级，每个优先级所对应的用户需要的时隙数量为a_j(j＝1,2,...Q)；预先设置的优先级所占比例为c₁:c₂:…:c_Q；时帧中包含的总时隙数量为D，则第i个用户UNi，其优先级为j，在一个时帧中所占的时隙数量y_ij，表示为：其中，[.]函数用于取最接近一个数的整数，是第i个用户所需要的带宽，上标(j)表示第i个用户的优先级；(4)终端在控制同步时段CU对所有接入用户进行同步，通知用户可以进行数据传输；(5)用户得知可以进行数据传输后，判断在分配的用户工作时段WU内是否有数据需要传输；(6)如果用户判断结果是在其用户工作时段WU上有要传输的数据，则用户开始传输数据；(7)如果用户判断结果是在其用户工作时段WU上没有要传输的数据，告知终端此用户工作时段WU空闲，则终端通知已接入的有传输数据需要的用户通过竞争使用此用户工作时段WU，其中一个用户竞争成功后，使用此用户工作时段WU进行传输数据；其中，用户通过竞争使用此用户工作时段WU的过程包括：(7.1)如果用户判断结果是在其用户工作时段WU上没有要传输的数据，则向终端发送一个RTS短帧，告知终端此用户工作时段WU空闲；(7.2)终端接收到RTS短帧后，广播发送BTS(Broadcast to Send)短帧，通知已接入的有传输数据需要的用户可以竞争使用此用户工作时段WU；(7.3)有传输数据需要的用户接收到BTS(Broadcast to Send)短帧后，等待一段随机时间段，此时间段遵循退避算法，然后发送RTS短帧，申请使用此用户工作时段WU；(7.4)如果此时只有一个用户申请使用此用户工作时段WU，当终端检测到该RTS短帧，经过一个SIFS时间，回复一个CTS短帧，告诉此用户申请成功，可以使用此用户工作时段WU；(7.5)如果有两个或两个以上用户同时申请使用此用户工作时段WU，同时发送RTS短帧，则RTS短帧在信道上会发生碰撞，终端不能检测到RTS短帧，不会回复任何信息，用户等待SIFS时间后没有收到CTS短帧，可判断已发生碰撞，则执行退避算法，退避一段时间后，返回步骤(7.3)用户重新发送RTS短帧，进行申请使用此用户工作时段WU；(8)所有接入的用户在各自用户工作时段WU上均执行步骤(5)、(6)、(7)进行数据传输，这一超帧时间结束，下一超帧从步骤(1)再次开始，反复运行，实现室内可见光通信系统中的动态多用户接入方法。