СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ПОТОКА ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ
METHOD OF TRANSMITTING DATA STREAM IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к технике передачи и приема данных в мобильных самоорганизующихся беспроводных системах связи.
Известен способ беспроводной связи для управления линиями связи, временем работы и состоянием мобильного устройства передачей в кадре управляющей информации через устройство управления беспроводной связью и канал управления соответствующих сообщений на мобильное устройство (патент РФ №2391799) [1]. При этом мобильное приемопередающее устройство может находиться как в неактивном состоянии, так и в режиме связи, время которого определяется содержанием сообщений в кадрах канала управления. Недостатком способа является возможность возникновения конфликтных ситуаций на входе блока управления при приеме заявок на управление линиями связи.
Известен способ передачи услуги «точка - многоточка» в системе беспроводной связи, который содержит этап, на котором принимают по каналу управления первое сообщение, содержащее первый идентификатор группы услуг «точка - многоточка», связанный с первым множеством услуг «точка - многоточка» для заданной области (патент РФ №2407189) [2]. Способ также содержит этап, на котором принимают второе сообщение по каналу управления, содержащее список идентификаторов услуг «точка - многоточка», связанный с первым идентификатором группы услуг «точка - многоточка». Способ также содержит этап, на котором обрабатываются в соответствии с управляющей информацией, принятой по каналу управления, списки идентификаторов услуг, если они содержат, по крайней мере, хотя бы одну услугу. Техническим результатом является передача управляющей информации в соответствии с группированием услуг на стороне сети системы мобильной связи с целью эффективного использования радиоресурсов. Недостатком данного способа являются затраты на постоянную обработку списков идентификаторов при малом числе услуг.
Известна система для распределения каналов при освобождении соединения, использующего радиоресурсы в режиме двойной передачи, в которой применены мобильное устройство и способ, принятый за прототип, предназначенные для использования в беспроводной связи во время перехода мобильного устройства из двойного режима, в котором соединение с коммутацией пакетов и соединение с коммутацией каналов используют совместно, в одиночный режим, в котором передают пакеты (патент РФ №2404514) [3]. Технический результат заключается в обеспечении гибкого распределения ресурсов пакетной передачи, когда соединение с коммутацией каналов освобождается в режиме двойной передачи. Для этого, когда соединение с коммутацией каналов освобождается, ресурсы пакетной передачи выделяют путем преобразования временных интервалов, используемых для графика соединения с коммутацией каналов, во временные интервалы, используемые для графика пакетных данных. При этом в существующее сообщение, передаваемое мобильному устройству, включают новый сигнал оповещения, чтобы сообщить мобильному устройству о том, что после освобождения соединения с коммутацией каналов произойдет указанное преобразование. Недостаток способа заключается в том, что положительный эффект проявляется только при величине графика пакетных данных, который обеспечивает наличие очереди пакетов в мобильном устройстве. При отсутствии очереди пакетов использование способа не дает положительного эффекта, поскольку временной интервал жестко закреплен за соединением с коммутацией каналов и передается независимо от величины графика пакетных данных. Кроме того, способ не предусматривает использование временных интервалов, возможность появления которых не исключается при низком графике пакетных данных, что также является недостатком способа.
Задача изобретения - повышение эффективности использования радиоресурса системы связи в целом.
Поставленная задача решается применением в мобильном устройстве способа передачи потока данных в беспроводной системе связи, при котором два метода коммутации используются отдельно или совместно в соответствии с величиной потока данных, что позволяет рационально использовать радиоресурс системы в целом. При единичных заявках на связь, когда суммарный график минимален, мобильное устройство либо выполняет режим коммутации в составе соединения с коммутацией выделенных каналов, транслируя информацию предыдущего мобильного устройства последующему, либо находится в режиме приема. С ростом числа заявок на связь и потока данных все большее число мобильных устройств, находившихся в режиме приема, последовательно включается в структуры соединений с коммутацией выделенных каналов. В момент, когда последнее мобильное устройство, находившееся в ждущем режиме, включится в структуру соединения с коммутацией каналов, очередная заявка на связь приведет к тому, что на мобильное устройство, коммутирующее выделенный канал, поступит требование организации соединения для коммутации другого канала. В этом случае мобильное устройство переходит в режим коммутации пакетов, принимая пакеты, записывая их в буферное запоминающее устройство и передавая их по правилу «первым вошел - первым вышел»
Способ реализуется в системе связи, состоящей из унифицированных мобильных устройств, каждое из которых при включении питания становится узлом сети и может находиться в следующих режимах:
- в режиме приема, в котором производится дешифрация преамбулы пакета (адреса и поля команд) с целью обнаружения вызова на связь в качестве конечного абонента или в
- режиме связи (ретрансляции - приема и передачи пакетов или пакетной коммутации), в котором анализируется преамбула пакета и, если нет вызова на связь в качестве конечного абонента, формируется новая преамбула, передается пакет или, если есть очередь пакетов, выполняется коммутация пакетных данных, по окончании которой, выполняется переход в режим приема пакетов.
Из второго состояния мобильное устройство может перейти в состояние конечного абонента, приняв собственный адрес в преамбуле пакета и выдав затем сообщение об этом мобильным устройствам, находящимся в его зоне покрытия.
Для передачи данных мобильное устройство оперирует пакетами двух размеров: короткими - в режиме сигнализации, и длинными- в режиме связи. На величину короткого пакета влияет длина адресной части пакета, определяемая количественным составом системы.
Поскольку способ предполагает отдельное или совместное использование видов коммутации с учетом текущего значения величины потока данных, описание способа и порядок применения соединений с коммутацией каналов и пакетной коммутации данных приводятся в порядке возрастания потока данных от минимального значения к максимальному и обратно.
Мобильное устройство, инициирующее создание канала связи, формирует пакет, содержащий собственный адрес, адрес конечного абонента, команду «Сигнализация», и передает его n+1 раз с интервалом, соответствующим длительности короткого пакета, чтобы обеспечить прием пакета всеми мобильными устройствами, находящимися в его зоне покрытия, в том числе ретранслирующими длинные пакеты, после чего переходит в режим приема. Число n есть частное от деления длительности длинного пакета на длительность короткого. Наличие в переданном пакете команды «Сигнализация» для принявших этот сигнал мобильных устройств означает, что передающее является приоритетным.
Мобильные устройства, находящиеся в зоне покрытия приоритетного мобильного устройства, по команде «Сигнализация», запускают счетчики приоритета, в которые записан их адрес, и готовят информацию для передачи. Тактовая частота счета счетчика приоритета обратно пропорциональна длительности короткого пакета. Мобильное устройство, счет адреса в котором закончится раньше остальных, передает короткий пакет, состоящий из входящего адреса (адреса приоритетного мобильного устройства), своего адреса и величины отношения сигнал/шум на входе приемника. Следующий пакет такой же структуры передаст мобильное устройство, адрес которого больше предыдущего, но меньше, чем адреса остальных в зоне покрытия. Таким образом, передача коротких пакетов осуществляется устройствами последовательно в порядке возрастания собственных адресов с разделением передачи пакетов во времени.
Мобильные устройства, являющиеся конечными абонентами, независимо от результата дешифрации адреса конечного абонента, формируют и передают короткий пакет, содержащий собственный адрес, входящий адрес (адрес приоритетного мобильного устройства) и команду «Занят». Приняв пакет с адресом конечного мобильного устройства, приоритетное мобильное устройство блокирует этот и остальные адреса конечных абонентов, находящихся в его зоне покрытия. Если среди этих адресов имеется адрес вызываемого мобильного устройства, на дисплей приоритетного мобильного устройства выдается информация «Занят». Мобильные устройства, находящиеся в режиме связи и не являющиеся конечными абонентами, в преамбуле пакета помещают признак работы в режиме связи. Приоритетное мобильное устройство запоминает адреса этих устройств. Если среди этих адресов есть адрес вызываемого абонента, вызываемое мобильное устройство передает в коротком пакете квитанцию об окончании режима «Сигнализация», оставаясь в режиме связи. Получив квитанцию, приоритетное мобильное устройство реализует прямой канал связи, передавая длинные пакеты. По окончании сеанса связи приоритетное мобильное устройство передает короткий пакет, содержащий команду «Отбой», после чего переходит в режим приема.
Если в зоне покрытия приоритетного мобильного устройства все или большая часть мобильных устройств находятся в режиме приема, приоритетное мобильное устройство ограничивает анализ принятых пакетов числом k. Значение k выбирается с учетом величины допустимой задержки в линии связи. Из этого числа устройств по максимуму отношения сигнал/шум определяется следующее мобильное устройство, которому передается пакет, содержащий адрес этого устройства, адрес приоритетного устройства, адрес конечного мобильного устройства и команду «Сигнализация». После этого приоритетное мобильное устройство переходит в режим приема. Получив команду «Сигнализация», следующее мобильное устройство становится первым узлом выделенного канала связи и, одновременно, приоритетным по отношению к мобильным устройствам, находящимся в его зоне покрытия. В качестве приоритетного мобильного устройства оно выполняет описанные выше операции, формируя следующий узел выделенного канала связи.
Последовательное выполнение подобных операций завершается в мобильном устройстве абонента приемом своего адреса и команды «Сигнализация», получив которую, устройство передает следующий в обратном направлении по узлам выделенного канала пакет, содержащий свой адрес, адрес предыдущего (приоритетного для него) мобильного устройства и квитанцию об окончании режима «Сигнализация». Получив квитанцию, мобильное устройство, инициировавшее сеанс связи, организует сеанс связи передачей длинных пакетов. Длинные пакеты следуют с интервалом между ними, равным длительности короткого пакета. По окончании сеанса связи мобильное устройство передает короткий пакет, содержащий свой адрес, адрес следующего мобильного устройства в выделенном канале и команду «Отбой». По этой команде все мобильные устройства выделенного канала, за исключением работающих в двойном режиме, последовательно переходят в режим приема.
Если в зоне покрытия приоритетного мобильного устройства все мобильные устройства находятся в режиме связи, приоритетное устройство выбирает одно из них описанным выше способом. После этого приоритетное мобильное устройство передает n+1 раз короткий пакет, содержащий, в том числе, адрес выбранного устройства и команду «Сигнализация». Получив новый адрес конечного абонента, это устройство переходит в режим коммутации пакетов.
Рост числа заявок на связь и потока данных приводит к тому, что все, находившиеся в ждущем режиме мобильные устройства, оказываются включенными в соединения с коммутацией каналов. При очередной заявке на связь появляется необходимость соединений с коммутацией каналов через мобильные устройства, работающие в составе выделенного канала, когда в их адрес приходят пакеты с разными адресами. Мобильное устройство, получив пакеты с разными адресами, помещает их в очередь и переходит в режим коммутации пакетов, оставаясь в структуре перешедшего в режим двойной передачи выделенного канала, узлами которого могут быть мобильные устройства, работающие как в режиме коммутации пакетов, так и в режиме соединения с коммутацией выделенного канала. Дальнейший рост потока данных приведет к переходу максимального числа мобильных устройств в режим коммутации пакетов. Если все мобильные устройства системы связи работают в режиме коммутации пакетов, реализуется режим одиночной передачи данных.
При снижении потока данных мобильное устройство инициирует переход к созданию соединения с коммутацией каналов, когда устройство некоторое время принимает пакеты с единым адресом назначения, или, когда пакеты отсутствуют, в режим приема, что существенно повышает эффективность использования энерго- и радиоресурса системы связи.
Пример конкретной реализации
Числовые данные для системы беспроводной мобильной связи на 1000 абонентов: скорость передачи 1028 кбит/с, длительность пакетов короткого - 50 бит (три адреса 30 бит, поле команд 10 бит, обработка при ретрансляции плюс резерв 10 бит), длинного - 250 бит/с (информация 200 бит, преамбула 50 бит).
Величина задержки (округленная) при передаче между двумя узлами - 1 интервал (мин.), между 1-м и 1000-м узлами 999 интервалов (макс.):
- короткого пакета: минимальная 1×50 мкс = 50 мкс, максимальная 999×50 = 50 миллисекунд;
- длинного пакета: минимальная 1×250 = 250 мкс, максимальная 999×250 = 250 миллисекунд.
Число n=250/50=5, число k=3-5 влияет только на величину задержки короткого пакета.
Основное отличие предлагаемого способа состоит в отсутствии единой точки доступа и существенное повышение надежности системы в целом - важнейшей характеристики использования радиоресурса [4].
Отличия в получении доступа к линии
1. Использование двух видов коммутации отдельно и совместно с учетом интенсивности потока данных
2. Снижение времени коллизий при совместном использовании двух методов коммутации.
3. Существенное уменьшение (вплоть до ликвидации) коллизий в режиме соединений с коммутацией каналов.
Источники информации
1. Патент РФ №2391799.
2. Патент РФ №2407189.
3. Патент РФ №2404514 - прототип.
4. В.М.Вишневский Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003, гл 9.