一种无线蜂窝网中数据的传输方法及装置与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线蜂窝网中数据的传输方法及装置。

背景技术：

目前，按照无线蜂窝网中的通信方式，欲发送端在向接收端发送数据之前，载波侦听信道是否处于空闲状态，当信道处于空闲状态时，开始数据的发送。

但是，采用上述通信方式传输数据，由于欲发送端进行载波侦听确认信道空闲时，可能在接收端附近的信道并不空闲，因而可能存在通信冲突、两端通信的成功率和系统的可靠性低的问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是如何避免无线蜂窝网中数据的传输过程中的通信冲突，并提高两端通信的成功率和系统的可靠性。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种无线蜂窝网中数据的传输方法，所述方法包括：当侦听到物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长时，发送数据发送请求帧，其中：所述数据发送请求帧适于表示欲发送端欲发送所述数据的信息，且包括所述欲发送端的第一身份标识信息；当在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长内接收到与所述数据发送请求帧相应的请求答复帧时，在接收到所述请求答复帧之后的所述第二时长时，通过所述物联通信共享信道，以信息帧的形式发送所述数据，其中：所述信息帧包括所述欲发送端的第二身份标识信息，所述请求答复帧包括所述第一身份标识信息；在所述信息帧发送完毕后的所述第二时长内接收到与所述信息帧相应的应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传输正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

可选地，所述方法还包括：当所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道；在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设的第三时长时，发送所述数据发送请求帧；其中：所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积与所述第一时长之和。

可选地，所述随机数通过二进制指数退避算法取值。

可选地，所述第一时长为分布式帧间间隙。

可选地，所述第二时长为短帧间间隔。

可选地，所述方法还包括：当在所述第二时长内未收到所述请求答复帧时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作。

可选地，所述方法还包括：当连续地未收到所述请求答复帧达预设的第一次数时，输出错误告警信息。

可选地，所述方法还包括：当所述应答数据帧信息指示所述数据传输错误时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述方法还包括：当在所述第二时长内未收到所述应答数据帧信息时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述方法还包括：当重新发送所述数据至预设的第二次数时，放弃传输所述数据，并输出错误告警信息。

可选地，所述应答数据帧为ack帧。

可选地，所述数据发送请求帧为rts。

可选地，所述请求答复帧为cts。

本发明实施例提供了一种无线蜂窝网中数据的传输装置，所述装置包括：信道侦听单元，适于侦听物联通信共享信道的状态；第一发送单元，适于当所述信道侦听单元侦听到物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长时，发送数据发送请求帧，其中：所述数据发送请求帧适于表示欲发送端欲 发送所述数据的信息，且包括所述欲发送端的第一身份标识信息；第一接收单元，适于接收与所述数据发送请求帧相应的请求答复帧；第二发送单元，适于当在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长内接收到所述请求答复帧时，在接收到所述请求答复帧之后的所述第二时长时，通过所述物联通信共享信道，以信息帧的形式发送所述数据，所述信息帧包括所述欲发送端的第二身份标识信息；第二接收单元，适于接收与所述信息帧相应的应答数据帧，所述请求答复帧包括所述第一身份标识信息；确定单元，适于当所述第二接收单元在所述信息帧发送完毕后的所述第二时长内接收到所述应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传输正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

可选地，所述信道侦听单元，还适于当所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道；

所述第一发送单元，还适于在所述信道侦听单元侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设的第三时长时，发送所述数据发送请求帧；其中：所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积与所述第一时长之和。

可选地，所述随机数通过二进制指数退避算法取值。

可选地，所述第一时长为分布式帧间间隙。

可选地，所述第二时长为短帧间间隔。

可选地，所述信道侦听单元，还适于当所述第一接收单元在所述第二时长内未收到所述请求答复帧时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作。

可选地，所述装置还包括：第一警告单元，适于当所述第一接收单元连续地未收到所述请求答复帧达预设的第一次数时，输出错误告警信息。

可选地，还包括：第一数据重传单元，适于当所述应答数据帧信息指示所述数据传输错误时，使得所述信道侦听单元重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述装置还包括：第二数据重传单元，适于当所述第二接收单元在所述第二时长内未收到所述应答数据帧信息时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

可选地，所述装置还包括：第二警告单元，适于当重新发送所述数据至预设的第二次数时，放弃传输所述数据，并输出错误告警信息。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过先发送数据发送请求帧，进而在接收到与所述数据发送请求帧对应的请求答复帧之后，才通过物联通信共享信道，开始所述数据的传输。此过程可以保证欲发送端附近和接收端附近的物理通信共享信道都处于空闲状态，从而可以避免无线蜂窝网中数据的传输过程中的通信冲突，增加两端通信的成功率和系统的可靠性。

进一步，在确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，通过继续侦听所述物联通信共享信道，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长时，开始利用所述物联通信共享信道上，发送数据发送请求帧，而所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积与所述第一时长之和，从而可以避免两个或多个欲发送端同时再次尝试发送数据发送请求帧而造成的通信冲突，故有助于通信负荷的平滑。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中一种信息帧的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种通信网络层级结构示意图；

图4是本发明实施例中另一种信息帧的结构示意图；

图5是本发明实施例中的一种物联通信共享信道的空口时序图；

图6是本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输装置的流程示意图。

具体实施方式

目前，按照无线蜂窝网中的通信方式，欲发送端在向接收端发送数据之前，侦听信道是否处于空闲状态，当信道处于空闲状态时，开始数据的发送。

但是，由于存在对接收端a可见，而对欲发送端b不可见的隐藏节点c，在隐藏节点c向接收端a发送信息时，欲发送端b未侦测到隐藏节点c，也向接收端a发送数据，换言之，欲发送端b和隐藏节点c会同时将数据发送至接收端a，故会引起信号数据冲突，最终导致欲发送端b发送至接收端a的数据丢失。因而，采用上述通信方式传输数据，由于欲发送端在发送数据的过程中，无法侦听到其他节点的存在，因而在某些情况下，存在通信冲突的问题。

为解决上述问题，本发明实施例通过先发送数据发送请求帧，进而在接收到与所述数据发送请求帧对应的请求答复帧之后，才通过物联通信共享信道，开始所述数据的传输。此过程可以保证欲发送端附近和接收端附近的物理通信共享信道都处于空闲状态，从而可以避免无线蜂窝网中数据的传输过程中的通信冲突，增加两端通信的成功率和系统的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

以下示出了本发明实施例中的一种无线蜂窝网中数据的传输方法，下面参考图1，分步骤对所述方法进行详细介绍，所述方法可以包括：

s11：侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态达预设的第一时长t1。

在具体实施中，当侦听到物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长t1时，执行s12，反之，执行s16。

在本发明一实施例中，所述第一时长t1可以为分布式帧间间隙(distributedinter-framespacing，difs)。difs为最长的帧间间隔，优先级最低，可以用于异步帧竞争访问的时延。本领域技术人员根据实际需要，可以设置所述第一时长t1的大小。

s12：发送数据发送请求帧。

在具体实施中，所述数据发送请求帧适于表示欲发送端欲发送所述数据的信息，且包括所述欲发送端的第一身份标识信息，以通知接收端请求发送数据的发射端的身份。

在本发明一实施例中，所述数据发送请求帧为请求发送(requesttosend，rts)。

s13：判断在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长t2内，是否接收到与所述数据发送请求帧相应的请求答复帧。

在具体实施中，当在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长t2内，接收到所述请求答复帧时，执行s14，反之，执行s11。

s14：在接收到所述请求答复帧之后的所述第二时长t2时，通过所述物联通信共享信道，以信息帧的形式发送所述数据。

由于接收端可以获知能与之通信的所有发射端使用所述信道的状态，故在具体实施中，如果在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长t2内接收到请求答复帧，并且所述请求答复帧与所述数据发送请求帧相应时，表示欲发送端可以使用所述信道发送数据，所以欲发送端接着可以在接收到所述请求答复帧之后的所述第二时长t2时，通过所述物联通信共享信道，以信息帧的形式发送所述数据。

为了表明欲发送端的身份，以使得接收端可以识别是哪个欲发送端发送了所述数据，从而便于后续接收端对所述信息帧的发送情况进行反馈，所述信息帧中可以携带所述欲发送端的第二身份标识信息。

需要说明的是，身份标识信息只是为了标识欲发送端的身份，以保证正确的通信，故所述第一身份标识信息与所述第二身份标识信息可以相同，也可以不同。并且所述身份标识信息可以为多种形式，比如可以为所述欲发送端的id，也可以为欲发送端的物理地址，还可以为随机数。换言之，无论是所述第一身份标识信息，还是所述第二身份标识信息，均可以为所述欲发送端的id，也可以为欲发送端的物理地址，还可以为随机数。

在本发明一实施例中，所述请求答复帧可以为清除发送(cleartosend，cts)。并且所述请求答复帧可以包括所述第一身份标识信息，以告知其它欲 发送端所述信道将被所述第一身份标识信息的标识对象所使用。

在本发明一实施例中，所述第二时长t2可以为短帧间间隔(shortinterframespace，sifs)，sifs是最小的帧间间隔，因此采用sifs的欲发送端或节点具有访问无线链路的最高优先级，它等于欲发送端或节点从发送状态切换到接收状态并能正确解码所需要的时间，或者从接收状态转为发送状态所需要的时间。本领域技术人员根据实际需要，可以设置所述第二时长t2的大小。

为了防止攻击及提高数据的安全性，在具体实施中，在以信息帧的形式发送所述数据时，在所述信息帧中，可以对所述数据进行加密。

在本发明一实施例中，所述欲发送的数据对应一个信息帧，也就是所述数据可使用一个信息帧来进行发送。

在本发明一实施例中，所述信息帧的格式可以如图2所示，所述信息帧结构示意图包括：mac头(macheader)、设备标识ueid、加密数据(ciphereddata)及帧校验序列(framechecksequence，fcs)。

其中：所述macheader用于长包分割重组、传送、确认、误包重传、加解密、完整性检查等物理层功能的实现，可以加入优先级控制、源地址、目的地址等信息；所述ueid用于标识终端，这是由于终端开启后会选择合适的无线网络和小区，并建立连接，而连接建立过程会涉及获知终端身份、互鉴权并生成双方一致的密钥、临时身份分配等步骤，所述ueid可以为临时身份信息，也可以为永久身份信息。为了防止攻击及提高数据的安全性，所述数据被使用密钥进行了加密，接收端收到加密数据之后，可以通过ueid获得与所述欲发送端一致的密钥，来解码所述加密数据；所述fcs用于误包检测；。

在本发明另一实施例中，ueid也可以置于macheader中。

需要说明的是，在图2示出所述信息帧的格式，只是为了本领域技术人员更好地理解和实现本发明，但并非表示其为所述信息帧的唯一格式，图2中信息帧的格式并不对本发明的保护范围构成任何限制。并且所述设备标识ueid可以为终端的标识，也可以为基站的标识，根据欲发送端的不同而不同。 在本发明的实施例中，所述终端是指可以在交换数据的计算机设备，包括但不限于手机、笔记本、平板电脑以及车载电脑等设备。

在具体实施中，可以使用图3示出的通信网络层级结构来传输所述信息帧，所述层级结构包括：物联通信的应用层(applayer)、网络层(iplayer)、数据链路层(maclayer)及物理层(phylayer)，所述层级结构为从上至下的顺序。

其中：物联信息可以通过ip协议传送，mac层承载着ip数据包的发送和接收，还负责长包分割重组、载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccess，csma)、帧发送、加解密、完整性检查、误包检测、确认、误包重传等，可加入优先级控制。

在本发明另一实施例中，对于长期演进(longtermevolution，lte)通信网络，所述信息帧的格式可以如图4所示。

所述信息帧包括：mac头(macheader)、媒体连接控制头(radiolinkcontrolheader，rlc)、分组数据汇聚协议头(packetdataconvergenceprotocolheader，pdcpheader)、加密数据(ciphereddata)及帧校验序列(framechecksequence，fcs)。这是由于，加密功能由pdcp层实现，ueid可以置于pdcpheader中，如果目前pdcpheader的空间不够，可以通过扩展pdcpheader方式来放置ueid，而长包分割重组功能可以由rlc层承担，mac层可以承担csma、帧发送，误包检测、确认、误包重传功能，还可加入优先级控制。这样一来，可以在对当前的网络协议层做最小改变的基础上，实现本发明实施例中的数据传输方法。

s15：在所述信息帧发送完毕后的所述第二时长t2内接收到与所述信息帧相应的应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传输正确时，确定完成所述数据的传输。

为了获知数据传输的情况，在具体实施中，可以在所述信息帧发送完毕后的预设第二时长t2内接收到应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传送正确时，确定完成了所述数据的传输。

在本发明一实施例中，所述第一时长t1大于所述第二时长t2，可以保证 应答数据帧的优先发送。

在本发明一实施例中，所述应答数据帧可以为ack帧。

s16：继续侦听所述物联通信共享信道；判断侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续是否达预设的第三时长t3。

在具体实施中，如果通过侦听确定所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，可以继续侦听所述物联通信共享信道的状态，且在侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设第三时长t3时，可以执行s12，反之，则结束流程。

其中，所述第三时长t3＝所述第一时长t1+n*时隙，在具体实施中，本领域技术人员可以根据实际需要，设置所述第三时长t3的大小。

在具体实施中，若n为非随机数，即n为一确定的数值，则可能存在两个或多个欲发送端同时尝试传输的情况，导致所述两个或多个欲发送端之间的传输冲突。相同的时长之后，这些欲发送端又同时尝试重传，导致传输冲突重复发生。因此，在本发明的实施例中，为避免欲发送端之间产生传输冲突，将n设置为随机数，可以有助于通信负荷的平滑。

在本发明一实施例中，所述随机数n通过二进制指数退避算法取值。

在具体实施中，如果在所述第二时长t2内未收到所述请求答复帧，表示暂时无法使用信道向欲发送端发送数据，可以重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以尝试发送数据。

在本发明一实施例中，如果连续多次发送的数据发送请求帧均未收到对应的请求答复帧达预设的第一次数，可以输出错误告警信息，以通知使用用户。

在具体实施中，如果所述应答数据帧指示所述信息帧传送错误或者在所述信息帧发送完毕后的所述第二时长t2内未收到所述应答数据帧时，欲发送端可以重新执行侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。如果重新传输所述数据至预设的第二次数时，可以放弃传输所 述数据，并输出错误警告信息。

图5示出了本发明实施例中的一种信道的空口时序图，图5中从左至右分别为mediabusy时段、竞争期(contentionperiod，cp)时段、rts占用时段、时长间隔sifs、cts占用时段、时长间隔sifs、信息帧frame占用时段、时长间隔sifs及ack帧占用时段。

其中：mediabusy表示信道处于繁忙状态的时间段；difs表示处于所述信道处于空闲状态的时长；cp表示等待所述信道的终端被随机分配等待时长的阶段，slot表示cp被分为n份后，每一份的间隙大小；rts占用时段表示rts占用所述信道期间；时长间隔sifs表示欲发送端从发送rts，到接收cts，所需要准备的时长；cts占用时段表示cts占用所述信道期间；时长间隔sifs表示欲发送端从接收cts，到发送frame，所需要准备的时长；信息帧frame占用时段表示frame占用所述信道期间；时长间隔sifs表示欲发送端从发送frame，到接收ack，所需要准备的时长；ack帧占用时段表示ack占用所述信道期间。

以下参照图5对上述实施例中的数据传输过程进行详细介绍：当基站或者某一个终端欲发送数据时，先侦听物联通信共享信道是否处于空闲状态达sifs时长，如果持续difs时长内信道都处于空闲状态，先发送rts，当接收到与之对应的cts，便可立即进行发送信息帧，直到收到与所述信息帧对应的ack帧后，确认完成此次数据的发送；如果侦听到信道处于mediabusy期间，可以继续不断侦听信道的状态，则需要等待信道持续空闲difs+n*slot才能再次发送cts，也就是等到信道由所述繁忙状态转变至空闲状态，并持续difs+n*slot时长后，才再次发送cts。

综上所述可知，通过先发送数据发送请求帧，进而在接收到与所述请求帧对应的请求答复帧之后，才通过物联通信共享信道，开始所述数据的传输，由于接收端可以检测到所有与之可以通信的发射端的状态，故可以获知所述物联通信共享信道的实际使用状况，因此由接收端来给出通信信道的状态信息，可以避免多个欲发送端同时使用所述信道，故可以避免无线蜂窝网中数据的传输过程中的通信冲突。

为使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，下面还提供了可以实现上述无线蜂窝网中数据的传输方法的装置，如图6所示，所述装置可以包括：信道侦听单元611、第一发送单元612、第一接收单元613、第二发送单元614、第二接收单元615及确定单元616，其中：

所述信道侦听单元611，适于侦听物联通信共享信道的状态；

所述第一发送单元612，适于当所述信道侦听单元611侦听到物联通信共享信道处于空闲状态达预设的第一时长时，发送数据发送请求帧，其中：所述数据发送请求帧适于表示欲发送端欲发送所述数据的信息，且包括所述欲发送端的第一身份标识信息；

所述第一接收单元613，适于接收与所述数据发送请求帧相应的请求答复帧；

所述第二发送单元614，适于当在所述数据发送请求帧发送完毕后的预设的第二时长内接收到所述请求答复帧时，在接收到所述请求答复帧之后的所述第二时长时，通过所述物联通信共享信道，以信息帧的形式发送所述数据，所述信息帧包括所述欲发送端的第二身份标识信息；

所述第二接收单元615，适于接收与所述信息帧相应的应答数据帧，且所述请求答复帧包括所述第一身份标识信息；

所述确定单元616，适于当所述第二接收单元615在所述信息帧发送完毕后的所述第二时长内接收到所述应答数据帧，且所述应答数据帧指示所述信息帧传输正确时，确定完成所述数据的传输，所述第一时长大于所述第二时长。

在具体实施中，所述信道侦听单元611，还适于当所述物联通信共享信道处于繁忙状态时，继续侦听所述物联通信共享信道。

所述第一发送单元612，还适于在所述信道侦听单元611侦听到所述物联通信共享信道由所述繁忙状态转至所述空闲状态并处于所述空闲状态持续达预设的第三时长时，发送所述数据发送请求帧；其中：所述第三时长等于时隙与一随机数的乘积与所述第一时长之和。

在具体实施中，所述随机数通过二进制指数退避算法取值。

在具体实施中，所述第一时长为分布式帧间间隙(distributedinter-framespacing，difs)。

在具体实施中，所述第二时长为短帧间间隔(shortinterframespace，sifs)。

在具体实施中，所述信道侦听单元611，还适于当所述第一接收单元613在所述第二时长内未收到所述请求答复帧时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第一警告单元617，适于当所述第一接收单元613连续地未收到所述请求答复帧达预设的第一次数时，输出错误告警信息。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第一数据重传单元618，适于当所述应答数据帧信息指示所述数据传输错误时，使得所述信道侦听单元611重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第二数据重传单元619，适于当所述第二接收单元615在所述第二时长内未收到所述应答数据帧信息时，重新执行侦听所述物联通信共享信道是否处于空闲状态的操作，以重新传输所述数据。

在具体实施中，所述装置还可以包括：第二警告单元620，适于当重新发送所述数据至预设的第二次数时，放弃传输所述数据，并输出错误告警信息。

为了防止攻击及提高数据的安全性，在所述信息帧中，可以对所述数据进行加密。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。