随机接入方法技术

本申请公开了一种随机接入方法，该方法中终端节点根据最小传输帧长F_min，来判断当前接入阶段内的剩余时间是否可以传输一个MAC帧，并在获得竞争分配后根据最优传输帧长F_opt来确定所传输的MAC帧长度。采用本发明专利技术可以充分利用可用的资源进行传输，提高资源的利用率和传输效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了一种，该方法中终端节点根据最小传输帧长F_min，来判断当前接入阶段内的剩余时间是否可以传输一个MAC帧，并在获得竞争分配后根据最优传输帧长F_opt来确定所传输的MAC帧长度。采用本专利技术可以充分利用可用的资源进行传输，提高资源的利用率和传输效率。【专利说明】
本专利技术涉及无线体域网通信技术，特别是涉及一种。
技术介绍
随着我国城市化进程与人口老龄化的加剧，老年病和慢性病越来越普遍，除了给 患者和社会带来沉重的经济负担外，还严重影响了患者的生活品质和家庭幸福。无线体域 网（Wireless Body Area Network, WBAN)的出现，为老年病和慢性病的居家健康监测提供 了一种简单、低成本的短距离通信手段。基于WBAN技术，通过在人体体表或者体内布置相 应的传感设备自动采集人体心电、脑电、肌电、体温、血压、血糖、血氧等生命体征参数，支持 实时、方便、全天候的人体生命体征监测。无线体域网技术已经成为提升医疗诊断效率、提 高医疗服务质量，开展新型远程医疗、居家健康监护重要技术手段。 面对无线体域网技术的重要作用和庞大的市场需求，无线体域网技术迫切需要开 展标准化工作，实现人体体征健康信息规范化管理，推动体域网技术的大规模应用。作为 "人体"传感网，WBAN已经成为国际医疗保健界和通信业界一个战略合作科研攻关方向。 IEEE802. 15于2007年成立了 TG6小组，开展WBAN的标准化研究，并于2012年3发布了世 界上首个WBAN标准--IEEE802. 15. 6,成为目前已经发布的唯一的无线体域网国际标准。 IEEE802. 15. 6标准定义了无线体域网传输的物理（PHY)层和媒质接入控制（MAC)层协议， 基本满足了无线体域网的要求。在国内，中国通信标准化协会（CCSA)也于2012年11月通 过了研究立项"适用于医疗健康应用的无线体域网通信技术要求"，目标是制定适用于我国 医疗健康应用频段、应用需求的体域网标准。从国内外的研究来看，目前WBAN还有很大的 研究空间和价值，未来WBAN标准的实用化和产业化的研究还有大量工作要做。 一种典型的无线体域网网络拓扑结构如图1所示。该无线体域网具有星型网络 拓扑结构，其中有且只有一个中心节点，负责管理多个终端节点的接入，协调无线资源的分 配。无线体域网中终端节点的数目可以是0到最大值之间的任意值，IEEE802. 15. 6标准规 定一个体域网中的终端节点数目的最大值是256。中心节点和终端节点之间以1跳（I-Hop) 链路直接进行帧传输。 在无线体域网中，终端节点通常是布置在人体表面的穿戴式健康监测设备，或者 是布置在人体内部的植入式健康监测设备，终端节点实时采集到人体生命体征数据后发送 到中心节点，中心节点再将数据转发到监测终端或医疗数据库，供患者自己或医生/医护 人员查看。健康监测数据对准确性和实时性的要求很高，需要合理设计终端节点的接入方 法，提高健康监测数据传输的可靠性，减少传输时延。 在IEEE802. 15. 6无线体域网中，定义了多种接入方式：调度接入（Scheduled Access)、即时调度（Improvised Access)和随机接入（Random Access)。调度接入适用于 周期性、数据量恒定的业务；即时调度可以作为调度接入的补充接入方式，为突发的业务分 配更多的资源；随机接入适用于具有突发特性的上行业务。随机接入采用带冲突避免的载 波侦听多址接入（CSMA/CA)方式，终端节点只能在没有其他用户正在传输数据的无线信道 上发送数据。在IEEE802. 15. 6标准中定义的随机接入流程中，终端节点维护两个参数：竞 争窗（Contention Window, CW)和回退（back-off)计数器，对随机接入过程进行控制。CW 是一个介于之间的变量，用于生成back-off计数器。back-off计数器用于 控制终端节点的接入，当back-off计数器减为0的时候，终端节点就获得了一个竞争分配， 在竞争分配内可以发送数据。 在随机接入过程开始后，终端节点首先设置CW的初始值。在不同的场景下，CW的 值设置不同，CW值的设置准则如下： 1)如果终端节点之前从来没有获得过竞争分配，那么将CW的值设置为CWmin。 2)如果终端节点在上一次获得的竞争分配内传输成功，即收到了关于上一次发送 帧的I-Ack或B-Ack确认帧，那么将CW的值设置为CWmin。 3)如果终端节点在上一次竞争分配内发送了一个不需要确认的帧，或者发送了一 个需要L-Ack、G-Ack的帧，CW的值保持不变。 4)如果终端节点在上一次获得的竞争分配内传输失败，即没有收到关于上次发送 帧的确认， (a)如果这是第m次连续传输失败，并且m是奇数，那么CW的值不变； (b)如果这是第η次连续传输失败，并且η是偶数，那么CW的值加倍。 5)如果对CW值的加倍使得CW的值超过了 CWmax，终端节点将CW的值设置为 Cffmax 〇 设置完了 CW的初始值后，终端节点生成一个在的范围内均匀分布的整数 随机数，并将该整数随机数赋值给back-off计数器。对于优先级为1-6的业务，在随机接入 阶段（RAP)或竞争接入阶段（CAP)内，终端节点在每个CSM时隙（slot)开始的时刻，计算 该时隙结束时刻与当前接入阶段的结束时刻之间的时间是否足够传输一个帧，如果不够， 终端节点锁定back-off计数器，在当前接入阶段的剩余时间内不再尝试进行随机接入；如 果足够，终端节点检测该时隙内无线信道是否空闲，如果信道空闲，那么将back-off计数 器减1，如果信道繁忙，终端节点锁定back-off计数器，该时隙结束后back-off计数器的 值不变。对于优先级为7的业务，终端节点可以在RAPXAP和EAP内进行随机接入，方法与 优先级为1-6业务的相同。下面以图2为例介绍无线体域网中的随机接入过 程。 当上行数据到达后，终端节点首先设置CW的初始值。假设这是第一次发起随机接 入，终端节点将CW的值设置为CWmin，假设为8,然后生成一个范围在内均匀分布的 随机整数，假设为3,并将该随机数的值赋给back-off计数器。经过三个时隙后，back-off 计数器减为〇,终端节点获得了一个竞争分配，并在这个竞争分配内发送了一个帧F1，占用 的时间是Tf。但是，终端节点没有如期收到中心节点关于Fl帧的确认，因为这是第1次(奇 数)竞争接入失败，所以在Fl帧结束后，CW的值不变，终端节点重新生成back-off计数器的 值并锁定，假设为5。在CAP内，经过3个时隙后，back-off计数器的值减为2,但由于第四 个时隙的结束时刻与CAP的结束时刻之间的时间小于发送一个帧的时间Tf，所以back-off 计数器锁定，直到RAP2的开始时刻。在RAP2内，经过2个时隙后，back-off计数器的值减 为0,终端节点获得了一个竞争分配并发送了一个Fl帧，但是第2次(偶数)发送失败，所以 在Fl帧结束时刻CW的值加倍为16,终端节点在的范围内再次生成一个均匀分布的 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机接入的方法，其特征在于，包括：a、终端节点设置当前接入阶段的竞争窗初始值，根据该竞争窗初始值设置回退计数器初始值，并锁定该回退计数器；b、在当前时隙的开始时刻，所述终端节点判断当前接入阶段内的剩余时间是否足够发送长度为预设的最小传输帧长F_min的MAC帧，如果足够，则解锁所述回退计数器，执行步骤c，否则，锁定所述回退计数器，停止在当前接入阶段内的随机接入过程；c、所述终端节点检测当前时隙内信道是否被占用，如果信道空闲，则所述回退计数器的值减一，执行步骤d，否则，锁定所述回退计数器，在下一时隙的起始时刻执行所述步骤b；d、所述终端节点判断所述回退计数器的值是否为零，如果不为零，则在下一时隙的起始时刻执行所述步骤b；如果为零，则判断当前接入阶段内的剩余时间是否足够发送长度为预设的最优传输帧长F_opt的MAC帧，如果足够，则发送长度为所述F_opt的MAC帧，否则，计算所述剩余时间内能够发送的最大MAC帧长度Lmax，并发送长度为所述长度为Lmax的MAC帧，其中，所述最优传输MAC帧长F_opt大于等于所述最小传输MAC帧长F_min。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟东，胡炜，刘景文，陈哲，池连刚，张欢，高兴航，鲁智，林佩，潘瑜，
申请(专利权)人：普天信息技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11