基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、系统及方法，所述检测装置的用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW-RF接入点侧根据MTC终端发出的低速率竞争接入信号进行碰撞检测并发出应答信号；未发生碰撞时广播允许接入消息并分配数据时隙，将MTC设备发出高速率传输数据发送到RF蜂窝网络；发生碰撞时广播碰撞消息，指导MTC终端选择退避窗口。检测系统主要包括系统时隙设置模块，碰撞检测模块。本发明专利技术将MTC终端在光域的竞争接入到OW-RF接入点侧，有效降低了MTC终端能耗，缓解了无线蜂窝网的接入碰撞，并指导MTC用户合理选择退避窗口。

【技术实现步骤摘要】
基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、系统及方法
本专利技术属于机器类通信
，涉及一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、系统及方法。
技术介绍
广域无线移动网络以射频（RF-radiofrequency）通信技术为基础，通过广播形式发送/接收消息，具有带宽不足、保密性差、干扰大及误码率高等限制。无线光技术(OW-OpticalWireless)倍受关注，下一代宽带无线网络将是自由空间无线光网络。点对多点OW通信技术的研究刚刚起步。OW技术具有支持高数据速率、低功率消耗、频谱自由、可用频带宽等显著技术优势，同时LED光源呈现价格低廉等优势。机器类通信（MTC-Machinetypecommunication）涵盖所有增强机器设备通信和网络能力的技术，目标是使机器具备联网和通信能力。3GPP预测了7类、35种MTC业务，具有终端数量巨大、能量受限、业务单一、业务速率确定等特点。MTC通信特点和OW技术特色吻合，MTC光域组网成为引人向往的新研究领域。物联网发展迅猛，M2M终端数量将数十倍于H2H终端数量。海量MTC终端给移动网络带来的负面影响不在于流量负荷的增大，而在于接入碰撞的剧增，突发性竞争接入将不可避免的导致接入碰撞概率的大幅度增加，QoS的突发性下降。近两年，已有学者研究LTE网络降低MTC引发的碰撞概率的方法，该方法忽略了光域通信的自然属性，未见把光学理论引入随机接入，当MTC终端数量较大时，会导致LTE网络负载增大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种将MTC竞争接入限制在OW域，能够有效缓解无线蜂窝网的接入碰撞，减小LTE网络负载的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置和检测系统。为了解决上述技术问题，本专利技术的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备，OW-RF接入点侧；所述用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW-RF接入点侧包括两部分：光接入系统和RF域接入设备；其中光接入系统包括分光镜、成像子系统和控制处理子系统；控制处理子系统包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、解调器和控制处理中心；RF域接入设备包括有存储器、射频发送装置和射频接收装置；成像子系统位于分光镜的一个分光光路上，光电转换器位于分光镜的另一个光路上；成像子系统的图像传感器与控制处理中心连接；光电转换器与解调器连接，解调器与控制处理中心及射频发送装置连接；控制处理中心分别与接入点侧FSO发射设备、射频接收装置连接。当MTC设备有数据需要发送时，首先发出低速率的竞争接入信号；用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道。进入光接入系统的光信号经分光镜分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子系统并成像于图像传感器上；图像传感器将图像信息送入控制处理中心，由控制处理中心进行分析检测并根据检测结果发出应答信号；然后由接入点侧FSO发射设备将携带应答信号的光信号发送到大气信道。用户侧FSO接收设备接收光信号并将应答信号送到MTC设备。未发生碰撞时，控制处理中心广播允许接入消息（允许接入应答信号）并关闭成像子系统，MTC设备发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带高速率传输数据光信号发射到大气信道。进入光接入系统的光信号经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器将接收的携带高速率传输数据的光信号转换为电信号，该电信号由解调器将还原；然后在控制处理中心的操控下高速率传输数据通过射频发送装置发送到RF蜂窝网络。发生碰撞时，控制处理中心发出广播碰撞消息（不允许接入应答信号），指导MTC终端选择退避窗口。RF蜂窝网络传输的数据通过射频接收装置进入控制处理中心，再通过接入点侧FSO发射设备、用户侧FSO接收设备传送至MTC设备。本专利技术提出了MTC接入的另一种途径，即OW-RF跨域接入。MTC终端在光域竞争接入到OW-RF接入点，接入点再把业务接入到RF蜂窝网络。这种通信方式的最大优势在于：(1)OW通信方式有效降低了MTC终端能耗，而能耗是MTC发展的瓶颈性问题；(2)MTC可以独立组网，比直接接入蜂窝网方式更加灵活，物联网可以相对独立发展；(3)把MTC竞争接入限制在OW域，有效缓解了无线蜂窝网的接入碰撞；本专利技术通过碰撞检测可以指导OW-RF接入点合理应答MTC终端的接入请求并指导MTC用户合理选择退避窗口。所述光接入系统还包括波前校正器；波前校正器位于分光镜的入射光路上。所述控制处理子系统还包括前置放大器；光电转换器通过前置放大器与解调器连接，解调器通过存储器与控制处理中心和射频发送装置连接。光电转换器转换的电信号经前置放大器放大后送入解调器还原，还原后的信号缓存于存储器中，然后在控制处理中心的操控下高速率传输数据通过射频发送装置发送到RF蜂窝网络。所述控制处理中心包括处理器和控制器；成像子系统的图像传感器通过处理器与控制器连接，控制器分别与光电转换器、射频发送装置、射频接收装置和接入点侧FSO发射设备连接。处理器用于根据图像传感器采集的图像信息进行碰撞检测；控制器是光接入系统的控制中心，其功能有控制消息的广播、成像子系统的开关以及光电转换器的工作时间。同时控制器也作为OW-RF接入点侧向RF蜂窝网络通信的控制中心。所述各MTC终端还包括信道检测装置、功率调整装置；信道检测装置与功率调整装置连接于用户侧FSO接收设备与用户侧FSO发射设备之间。信道检测装置检测OW-RF接入点侧传输的信道探测消息CSI的强度并将检测结果送入功率调整装置，功率调整装置根据检测结果调整信号功率，使发射到OW-RF接入点侧的信号功率均为固定值P0。为了解决上述技术问题，本专利技术的基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统可以采用下述两种技术方案。技术方案一：基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统包括：图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；系统时隙设置模块：设置多个竞争接入周期Ta，其中竞争接入周期Ta包括控制时隙Tc和数据时隙Td；碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收成像子系统图像传感器的竞争接入信号图像信息，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果有多个光斑则判断发生碰撞并广播碰撞消息。上述系统存在一定的弊端，当图像传感器上有一个光斑时，该光斑可能仅包括一个MTC像点，也可能包括多个MTC像点，因此易产生误判。采用技术方案二可克服上述缺点。技术方案二：基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统包括：图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；系统时隙设置模块：设置多个竞争接入周期Ta，其中竞争接入周期Ta包括控制时隙Tc和数据时隙Td；信道探测模块：在信道探测时隙TS内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P0；碰撞检测模块：在控制时隙Tc的竞争时间τ内，接收成像子系统图像传感器的竞争接入信号图像信息，并根据该图像信息判断是否发生碰撞；如果未发生碰撞则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置，其特征在于包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备，OW?RF接入点侧；所述用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW?RF接入点侧包括两部分：光接入系统和RF域接入设备；其中光接入系统包括分光镜、成像子系统和控制处理子系统；控制处理子系统包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、解调器和控制处理中心；RF域接入设备包括有存储器、射频发送装置和射频接收装置；成像子系统位于分光镜的一个分光光路上，光电转换器位于分光镜的另一个光路上；成像子系统的图像传感器与控制处理中心连接；光电转换器与解调器连接，解调器与控制处理中心及射频发送装置连接；控制处理中心分别与接入点侧FSO发射设备、射频接收装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置，其特征在于包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备，OW-RF接入点侧；所述用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW-RF接入点侧包括两部分：光接入系统和RF域接入设备；其中光接入系统包括分光镜、成像子系统和控制处理子系统；控制处理子系统包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、解调器和控制处理中心；RF域接入设备包括有存储器、射频发送装置和射频接收装置；成像子系统位于分光镜的一个分光光路上，光电转换器位于分光镜的另一个光路上；成像子系统的图像传感器与控制处理中心连接，控制处理中心根据成像子系统图像传感器传输的图像光斑信息进行碰撞检测，并根据检测结果发出应答信号；光电转换器与解调器连接，解调器与控制处理中心及射频发送装置连接；控制处理中心分别与接入点侧FSO发射设备、射频接收装置连接，由接入点侧FSO发射设备将携带应答信号的光信号发送到大气信道。2.根据权利要求1所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置，其特征在于所述MTC终端还包括信道检测装置、功率调整装置；信道检测装置与功率调整装置连接于用户侧FSO接收设备与用户侧FSO发射设备之间。3.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统，其特征在于包括：图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；系统时隙设置模块：设置多个竞争接入周期Ta，其中竞争接入周期Ta包括控制时隙Tc和数据时隙Td；碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收成像子系统图像传感器的竞争接入信号图像信息，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果有多个光斑则判断发生碰撞并广播碰撞消息。4.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统，其特征在于包括：图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；系统时隙设置模块：设置多个竞争接入周期Ta，其中竞争接入周期Ta包括控制时隙Tc和数据时隙Td；信道探测模块：在信道探测时隙TS内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P0；碰撞检测模块：在控制时隙Tc的竞争时间τ内，接收成像子系统图像传感器的竞争接入信号图像信息，并根据该图像信息判断是否发生碰撞；如果未发生碰撞则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果发生碰撞则广播碰撞消息。5.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统，其特征在于所述碰撞检测模块首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n＝1，则计算图像传感器上光斑的总能量E；若E>E0则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则光斑仅包含一个MTC像点，判定接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中E0为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量。6.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统，其特征在于所述碰撞检测模块首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n＝1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ，如果δ>D或者δ＝D，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息，如果δ<D，则计算此时光斑的光强I；若I>I0，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则判定光斑仅包括一个MTC像点，接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙Td内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中D为相邻光斑中较小光斑的直径；I0为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的光强。7.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测系统，其特征在于所述碰撞检测模块首先计算图像传感器上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE0计算E相对于E0的倍数m，其中E0为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量；如...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟学芬，杨友全，石佳琳，于海凤，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：