專利名稱：基于802.15.3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理方法
技術領域：
本發(fā)明網(wǎng)絡實時資源管理辦法，具體涉及一種可以充分挖掘?qū)π诺罆r間資源的利 用，最大化地提升網(wǎng)絡整體吞吐量的基于802. 15. 3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資
源管理方法。
背景技術：
隨著4G時代的鄰近，無線個人局域網(wǎng)(WPAN)作為小范圍內(nèi)的無線通信方式，正引 起越來越多的人重視并逐漸開始扮演無縫網(wǎng)絡時代的一個重要角色。超寬帶(UWB)作為 WPAN里的關鍵技術，近年來正被廣泛研究和投入應用。美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)分配了 3. 1-10. 6GHz這一無需授權的頻段給予UWB使用，較為充裕的帶寬使得高速的傳輸速率成 為可能?，F(xiàn)今，multiband OFDM(MB-OFDM) UWB系統(tǒng)已可達到最高480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率， 滿足了相當一部分短距離無線高速應用的需求。然而，隨著HDTV等高清內(nèi)容的廣泛應用，比如高標準多媒體接口(HDMI)，用來傳 輸無壓縮的高清視頻數(shù)據(jù)的目標速率需要在2Gbps以上；而其他諸如藍光DVD播放機，視頻 點播，高清攝像機的流媒體內(nèi)容下載服務，高速互聯(lián)網(wǎng)的接入，大文件的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?均需要Gbps級別以上的無線傳輸支持，而現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡傳輸能力已不能滿足以上應用 的需求。因此，尋找一種新的技術解決方案勢在必行。60GHz毫米波(mm-Wave)的短距無線傳輸技術為我們提供了解決問題的可能，它 是未來實現(xiàn)室內(nèi)高速無線通信的生力軍，相比較現(xiàn)存的其他無線通信方式，60GHz毫米波通 信有著鮮明的優(yōu)勢。首先，歐、美、日等眾多國家和區(qū)域相繼在60GHz附近劃分出5 9GHz的免許可連 續(xù)頻段作為一般用途，中國也開放了 59-64GHZ頻段。巨大的可利用帶寬資源是實現(xiàn)Gbps 級超高速無線傳輸?shù)幕A，而完全免費的頻段使用使得商業(yè)開發(fā)的成本大大降低。其次， 相比較其他無線傳輸技術，60GHz通信允許更高的無線發(fā)射功率來克服其較高的路徑損耗。 這個雖然一方面是缺點，但這個特性很好地將60GHz無線傳輸?shù)挠绊懛秶拗圃谝粋€房間 內(nèi)，極大地降低了不同房間和區(qū)域間的信號干擾。使得高的頻段復用率得以實現(xiàn)，從而可以 有效提高無線網(wǎng)絡整體的吞吐量。另外，因為60GHz無線電波的波長很短，小尺度的天線大 大便利了 MIMO技術在個人無線手持終端的應用，而不用過多擔心尺寸上的限制。最后，對 于MB-OFDM系統(tǒng)而言，在3. 1 10. 6GHz范圍內(nèi)有五個子波段，根據(jù)Friis傳播原理，信號 傳播的衰減反比于載頻的平方。這樣就造成了5個波段的信號覆蓋范圍有明顯的差異。而 60GHz電波因其相對較小的頻率改變，使得覆蓋范圍能夠保持穩(wěn)定。IEEE 802. 15. 3c工作組針對毫米波應用在原有802. 15. 3標準的基礎上修改并提 出了 15. 3c標準。802. 15. 3c無線個域網(wǎng)秉承原有的集中式網(wǎng)絡架構，每一個個域網(wǎng)由一 個網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者(PNC Piconet Coordinator)和網(wǎng)絡中其他設備組成。協(xié)調(diào)者控制網(wǎng)絡的時 間，管理網(wǎng)絡的通信，同步，信道接入控制等等。802. 15. 3c基本時間單元是一個超幀，其基本結構如

圖1所示，包括以下內(nèi)容信標信標由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者在每個超幀向整個個域網(wǎng)廣播，包含了網(wǎng)絡時間信息，傳輸控制信息等；信道接入期信道接入期用來傳遞命令或者異步數(shù)據(jù)，其長度由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者決定， 在信標中廣播，為了支持方向性傳輸，15. 3c中的信道接入期允許被分割成多個方向的子信 道接入期(Sub-CAPs)。網(wǎng)絡中的設備在該時段基于載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/ CA)與網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者交互信息；信道時隙分配期協(xié)調(diào)者分配給設備相應的時隙資源，設備在各自分配的時隙中 無干擾的發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)，設備不得在未分配給自己的時隙中通信。一個超幀中的時隙 資源可用來傳遞命令，同步數(shù)據(jù)或者異步數(shù)據(jù)。在802. 15. 3c中，部分時隙也可用來進行波 束成形或者信道狀態(tài)的感知。信道時隙的分配并不是一成不變的，協(xié)調(diào)者可以根據(jù)網(wǎng)絡的整體通信狀況和信道 狀態(tài)，最優(yōu)地分配信道時隙給不同設備。一個設備如果期望協(xié)調(diào)者分配給其一定的時間資 源，必須在信道接入期向協(xié)調(diào)者發(fā)送信道時隙請求(Channel Time Request CTRq)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提出一種基于802. 15. 3c個 域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理方法，旨在充分利用網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者的中央集中控制 能力，充分挖掘?qū)π诺罆r間資源的利用，在保證一定程度服務公平性的情況下，最大化地提 升網(wǎng)絡整體吞吐量。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明的基于802. 15. 3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售 賣服務的實時資源管理方法是這樣實現(xiàn)的首先，定義接入控制周期(admission cycle)。一個接入控制周期由超幀(即前面 介紹的802. 15. 3c標準里定義的基本時間單元)組成如圖2所示。接入控制周期的超幀數(shù) 目的選擇需要平衡設備的平均吞吐量和計劃在下一個接入控制期內(nèi)被服務的設備的延遲 時長。所有需要在新的接入控制周期中發(fā)送信道時隙請求的設備，都必須在前一個接入 控制周期中的最后一個超幀通知網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者。在每一個接入控制周期開始的時候，所有之 前通知了協(xié)調(diào)者的設備將基于CSMA/CA機制進行信道接入競爭。而協(xié)調(diào)者將根據(jù)每一個超 幀中進行信道競爭接入的設備的數(shù)量，來決定信道接入期CAP的大小。其次，建立信道接入期分配機制，每一個接入控制周期的第一個超幀總是全部 分配信道接入期CAP。從第二個超幀開始，將根據(jù)在該接入控制周期中剩余的還未競爭 成功的設備數(shù)目，決定信道接入期的長度。根據(jù)相關文獻“Chang Woo Pyo, and Hiroshi Harada, "Throughput Analysis and Improvement of Hybrid Multiple Access in IEEE 802. 15.3c mm-ffave WPAN, ”IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 27，No. 8，October 2009”，一個設備發(fā)送一幀的概率可以表示為ζ =Ε[Τ]/Ε[Β]。其 中分母是一個設備經(jīng)歷的退避槽(BackoffSlots)平均個數(shù)，分子是該設備在等待期間嘗 試發(fā)送幀的平均次數(shù)。Ε[Τ]，Ε[Β]分別表示為
權利要求
一種基于802.15.3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)在接入控制周期的第一個超幀，所有有意向在本周期內(nèi)從網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者獲取數(shù)據(jù)的設備通過信道接入期，以載波偵聽多路接入/沖突避免向網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者發(fā)送信道時隙請求；2)網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者PNC判斷當前幀是否是當前接入控制周期第一幀，如果是接入控制期內(nèi)的第一個超幀，那么第一個超幀的全部可利用時間資源用做信道接入期CAP；其他超幀的信道接入期都由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者PNC根據(jù)該接入控制期內(nèi)需要發(fā)送信道時隙請求的設備個數(shù)來決定信道接入期的長度；3)網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者PNC獲取每個用戶設備每幀的信道狀態(tài)并獲得誤碼率信息，根據(jù)先前規(guī)定好的不同數(shù)據(jù)業(yè)務的基本傳輸速率要求，并根據(jù)由當前幀的誤碼率算出的最優(yōu)的幀的有效荷載大小，分配相應的信道時隙給不同設備來滿足每幀的基本服務速率要求；4)獲取每個用戶設備每幀的信道狀態(tài)并獲得誤碼率信息，根據(jù)自身的發(fā)射功率上限，來決定選用帶速率比例約束的吞吐量優(yōu)化算法或者基于幀的效用比例優(yōu)化算法；5)當前幀資源用盡，判斷是否已是最后一幀，如果是最后一幀，則進入下一幀資源分配；如果不是最后一幀，則進入下一個接入控制周期。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于802.15. 3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理 方法，其特征在于所述的步驟2)中信道接入期CAP長度公式為TCAP=e-(Mx^/^xSc+MxSs+E[B]xSi)其中，ε為相應的乘性因子，δ c、δ s、Si分別表示沖突時間槽、成功發(fā)送時間槽、退避 時間槽的時間長度，I和分別是平均發(fā)生幀沖突的概率和成功發(fā)送幀的概率，M為開始參與競爭的設備數(shù)目，為一個設備經(jīng)歷的退避槽平均個數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于802.15. 3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理 方法，其特征在于所述步驟3)中最優(yōu)的幀的有效載荷通過下式計算 , _ I_Ρ )1^_[(I-Peb)1^其中，L胃lMd是幀的有效載荷，As，Ar分別代表正確發(fā)送一幀的時長和重傳一幀所需 要的時間，Peb是傳輸數(shù)據(jù)時所能達到的誤比特率。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的基于802.15. 3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實 時資源管理方法，其特征在于所述步驟4)中在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者發(fā)射功率小于或等于最大容許 功率限制時，可以通過功率控制達到不同數(shù)據(jù)業(yè)務期望的誤碼率，使用帶速率比例約束的 吞吐量優(yōu)化算法；若即使網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者使用最高允許的功率來發(fā)送傳輸文件，仍然無法達到 部分或全部設備所傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務的期望誤碼率，則使用基于幀的效用比例優(yōu)化算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于802.15.3c個域網(wǎng)的內(nèi)容自動售賣服務的實時資源管理方法，該方法綜合采用載波偵聽多路接入/競爭避免和時分復用兩種信道接入方式，計算合理的競爭接入期長度，并根據(jù)誤碼率可以通過功率控制達到和無法通過功率控制達到兩種情況分配信道時隙資源，充分利用網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者的中央集中控制能力，充分挖掘?qū)π诺罆r間資源的利用，在保證一定程度服務公平性的情況下，最大化地提升網(wǎng)絡整體吞吐量，有利于推廣使用。
文檔編號H04L12/24GK101958807SQ20101050302
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者徐平平, 徐祎志 申請人:東南大學