CN101107820A - 在无线lan的服务时间段中分配传输时间份额的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于管理无线网络通信系统中的传输时间的方法和装置，所述无线网络通信系统在服务时间段(215)内传输至少一个包括多个数据分组(210)的数据流。所述方法包括下面步骤：为每个数据流确定在服务时间段(215)内数据分组传输的累积时间；确定每个数据流在服务时间段(215)内下一个数据分组传输(315)的估算时间；以及当与下一个数据分组所属的数据流相关的累积时间和所述估算时间的结合小于预定值时(320)，允许进行所述下一个数据分组的传输(330)。

Description

在无线LAN的服务时间段中分配传输时间份额的方法和装置

本申请涉及无线通信，具体而言，涉及用来分配传输时间(airtime)份额以提高服务质量(QoS)的方法和装置。

IEEE 802.11(WLAN)在商业信息技术(IT)和家用消费者市场都占据了优势地位。由于共享宽带因特网接入和WiFi技术易于部署，无线家庭网络已成为现实。然而，如高质量音频/视频(A/V)流化传输和IP电话等实时应用有所落后，因为在现有802.11 WLAN标准中没有服务质量(QoS)支持。

无线媒介本身易受外部信道干扰，如干扰、距离、工作于同一频段、位于同一位置的无线LAN、同一WLAN网络中视距和并发业务过载等。这样，无线链路状况随时间和位置发生变化。此外，一个普遍的问题是，现有WLAN产品中缺少“传输时间公平”。例如，当WLAN网络中的无线链路由于这些干扰经历从高质量链路到低质量链路的转变时，这对同一网段中的其他高质量链路的吞吐量会产生影响，这是因为过多的传输时间用来重新传输或被较低物理传输速率所占用。这导致了高质量无线链路的较低吞吐量。因此，为了实现实时应用，需要额外的QoS支持。

无线QoS支持的通常方法包括管理(police)发射机或者业务流在特定时间段所占用的传输时间。正在开发的对现有WLAN协议的QoS补充802.11e提供了支持MAC QoS的机制，用于存在连续QoS要求的无线实时应用。

802.11e中定义的现有机制使用所谓的传输机会(TXOP)机制来实现QoS支持。TXOP是根据业务规范(TSPEC)为业务流、接入类型(AC)或者支持QoS的站(QSTA，QoS-capable station)所计算的传输时间份额。然而，TXOP的实现取决于各个供应商。如本领域的技术人员可理解的，“流”一词在此可用于业务流、接入类型或者支持QoS的站。

因此，业界需要监控和执行输出业务的传输时间分配的方法和系统，其完成所提出的时间公平MAC调度器，以解决支持802.11e的WAN中的传输时间不公平问题。

在本发明的一方面中，管理无线网络通信系统中的传输时间的方法包括下面步骤：所述无线网络通信系统在服务时间段内传输至少一个包括多个数据分组的数据流，为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段内数据分组传输的相关累积时间；确定相关数据流在所述服务时间段内下一个数据分组传输的估算时间；以及当与所述下一个数据分组所属的数据流相关的累积时间和所述估算时间的组合小于预定值时，允许进行所述下一个数据分组的传输。

另一方面，系统的简化版本可以不包括估计每个分组的传输时间。具体而言，简化系统包括为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段内数据分组传输的相关累积时间；以及当与下一个数据分组所属的数据流相关的累积时间小于预定值时，允许进行所述下一个数据分组的传输。该简化版本可被视为本发明的一方面，其中时间估算强制设为零值。因此，这里讨论的本发明可用于该两个方面。

图1示出了根据本发明原理的传输时间管理器(policer)；

图2示出了实现图1所示的传输时间管理器的示例性超帧传输；

图3a和3b示出了执行这里所示的示例处理的流程图；

图4示出了执行这里所示的处理的系统。

应该理解，这些附图仅供说明本发明的概念之用，而不是用于限定本发明的范围。这里附图中示出的并在所附的详细说明中描述的实施例用作解释性实施例，不应解释为实现本发明的唯一方式。而且，相同的参考标号(适当的情况下还附有参考字母)用来表示类似的部件。

图1示出了根据本发明原理的示例性传输时间管理器系统100。队列级别调度器110根据提出的方法，在服务时间段(service interval，SI)内确定每个流或者数据流(i)的累积TXOP。该累积TXOP代表需要为每个特定流(i)在每个SI实现的传输时间份额。在调度器将与特定流(i)相关的数据分组传送给发射机以在空气(即传输介质)中传输之前，传输时间调度器需要检查和分组所属的该流(i)相关的传输时间份额是否已用完。如果传输时间份额未用完，那么允许发射机根据802.11协议将分组发送给无线信道。此外，在从分组所发送到的站(STA)接收到确认后(ACK)，调度器记录用来传输分组的时间。该信息在估算器和流状态模块中使用。流状态模块通过累积在SI期间流(i)的每个分组(p)的实际传输时间来跟踪每个流(i)在超帧中所用的传输时间。估算器使用下面参考图3a和3b更详细描述的方法，在每次成功传输分组(p)之后，更新对相应流(i)的传输时间的估算。

队列级别调度器是WLAN产品中的通用模块。在支持802.11e的系统中，例如，队列级别调度器得到由应用传来的TSPEC形式的业务规范并相应地进行期望的业务调度。尽管示出了一个队列级别调度器并用其来说明本发明，本领域的技术人员应该理解，所示的队列级别调度器是通用的队列级别调度器，本发明可以利用若干队列级别调度器类型运作，而不限于这里示出的特定类型。

已知传输时间取决于IEEE 802.11协议的分组大小、重试的次数和接入参数，例如帧间间隔和最小和最大竞争窗口以及物理层速率和业务负载条件。可以使用属于相关流的传输的分组的实际传输时间的历史来估算传输时间。示例估算算法可表示为：

Ttx_i_estimate(t)＝(1-a)Ttx_i_estimate(t-1)+aTtx_i(p)  [1a]

其中Ttx_i_estimate(t)是流(i)在时刻t的估算传输时间，a是0-1.0之间的值；Ttx_i(p)是流(i)中包括的最近传输的分组(p)的实际传输时间。

通过调整a的值，可以在长期趋势和相对自发的响应之间进行平衡。此外，由于估算是基于每个流的基础进行的，所以估算模型更好地反映了固有业务模型和实际链路状况。

根据本发明的另一方面，估算时间可以作为实际传输时间的函数而确定，其中该函数是属于相关流的若干个(n个)之前传输的分组的传输时间的加权求和。这可以表示为：

${\mathrm{Ttx}}_i\_\mathrm{estimate}\left(t\right)=\underset{p=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_p{\mathrm{Ttx}}_i\left(p\right)---\left[1b\right]$

根据本发明的另一方面，估算时间可以作为属于相关流的若干个(n个)之前传输的组的传输时间的平均值而确定。如本领域的技术人员所认识的那样，该平均值可以参考 $a_k=\frac{1}{n}$ 时的等式1b确定。

这种情况下，该平均值可以表示为：

${\mathrm{Ttx}}_i\_\mathrm{estimate}\left(t\right)=\frac{1}{n}\underset{p=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Ttx}}_i\_\left(p\right)---\left[1c\right]$

根据本发明的另一方面，流(i)的估算传输时间可以固定为0的值。

图2示出了说明本发明原理的示例性分组传输和SI超帧215。在该示例中，分别和流1、2和3相关的数据分组210.1、210.2和210.2以调度器110(图1)基于已知的调度算法确定的速率传输。这种情况下，自左向右看时，数据分组的传输顺序为210.1、210.2、210.1等。另外在每个SI超帧220的开始示出累积传输时间。为每个业务流(i)重设Time_i_consumed(t)。一方面，名义上该值被设为零。对于超帧SI 215中的任何分组传输210，对分组所属的流(i)累积和更新所用的时间。同时还更新传输的分组所述的流(i)的估算传输时间。

PHY速率改变时，Ttx_i_estimate(t)重设为物理(PHY)层速率专有的标称值，即，通过本系统中运行的链路适应算法来适应信道状况。

因此，在成功传输每个分组(p)后，如上所述，对流(i)的估算传输时间进行更新。

此外，分组p所述的流(i)所用的时间如下更新：

Time_i_consumed(t)＝Time_i_consumed(t-1)+T_tx(p_i)  [1a]

其中T_tx(p_i)是对于流(i)传输分组p所用的时间。

当根据公式2确定的组合累积实际传输时间和流(i)的当前估算的传输时间超过预定值时，则所考虑的和流(i)相关的当前分组没有被传输。

图3a示出了根据本发明的原理管理传输时间的示例过程300的流程图。在该示例过程中，在块310得到要传输的下一个分组。在块315，获得或确定和下一个分组相关的流(i)。在块320，得到当前估算的传输时间Ttx_i_estimate(t)和与下一个分组相关的流(i)的累积传输时间。在块325，确定与获得的流(i)相关的传输时间和估算的传输时间的累积是否小于预定值。该过程具体用下式表示：

Time_i_consumed(t)+Ttx_i_estimate(t)＜TxOP_S_i  [3]

如果结果为肯定的，则在块330传输下一个分组，流程前进到块340，在块340确定传输是否成功。如果答案为肯定的，则在块350根据公式2更新传输该分组所用的时间。然后在块355，如上所述(即更新公式1a、1b、1c或设为0)地基于属于流(i)的最近传输的分组(p)对估算的时间Ttx_i_estimate(t)进行更新。然后，流程前进到块310获得下一个分组。然而，如果块340的答案是否定的，那么在块310得到下一个分组。

图3b示出了根据本发明的原理管理传输时间的另一个示例过程360的流程图。在该示例过程中，在块365确定SI超帧是否到期。如果答案为否定的，那么处理继续监控SI超帧的到期。然而，如果答案为肯定的，则在块370将传输每个流(i)所用的累积时间重置。然后处理前进到块365，继续监控SI超帧的到期。如本领域的技术人员所认识到的，SI超帧会在已知时间段到期后到期。也可以用其他方法来指示SI超帧到期。根据本发明的一方面，SI超帧的到期可以发生在检测到某个事件(如中断或者陷阱)之后。这样的中断表明所监控的指示，出现该中断表示SI超帧到期。另一方面中，可以计算当前时间和之前时间之间的差值，当该差值超过已知值时，可以认为出现指示。然后可以监控该指示。

图4示出了可用于实现本发明原理的系统400的示例实施例。系统400可以包括一个或多个输入/输出设备402、处理器403和存储器404。I/O设备402可以访问一个或多个源401或者从一个或多个源401接收信息。客户设备401可以是如计算机、笔记本电脑、PDA、蜂窝电话或者适合提供信息以执行这里所示的处理的设备。设备401可以例如通过无线广域网、无线城市区域网、无线局域网、地面广播系统(收音机、电视)、卫星网络、蜂窝电话或无线电话网络以及这些或者其他类型网络的一部分或其组合来访问一个或多个网络连接450。

输入/输出设备402、处理器403和存储器404可以通过通信媒介425进行通信。通信媒介425可以代表例如总线、通信网络、电路的一个或多个内部连接、电路卡或者其他装置，以及这些或其他通信媒介的一部分或者其组合。从客户设备401输入的输入数据可以根据一个或多个存储在存储器404中的程序进行处理，并由处理器403执行。处理器403可以是任何通用或专用计算系统或者其他硬件配置，如笔记本计算机、台式计算机、服务器、手持式计算机、专用逻辑电路或者集成电路。处理器403还可以是可编程逻辑阵列(PAL)、专用基础电路(ASIC)等，其可以是硬件编程的，以包括响应于已知输入提供已知输出的软件指令或代码。一方面，硬件电路可以取代软件指令来实现本发明，或者也可用硬件电路结合软件指令实现本发明。这里示出的部件也可以用分立的硬件部件来实现，这些硬件部件可以使用编码逻辑操作或者通过执行硬件可执行代码来执行所示操作。存储器404可以是任何半导体存储器，如PROM、EPROM、EEPROM或者RAM，这些存储器可以置于处理器403外部或者集成到处理器403中，如缓存。

一方面，本发明的原理可以通过处理器403执行的计算机可读代码实现。代码可以存储在存储器404中，或者从存储介质483、I/O设备485或磁光介质(如软盘、CD-ROM或者DVD487)中读取或下载。

I/O设备402接收的来自设备401的信息项经过用于执行这里所示的功能的一个或多个软件程序的处理后，也可以在通过网络480传输到一个或多个输出设备，这些输出设备表示为报告设备490、显示器492和第二处理系统495。

如本领域的技术人员可认识的，“计算机”或“计算机系统”这些词可以表示一个或多个和一个或多个存储器单元或其他设备(例如，和至少一个处理单元电连接且进行通信的外设)通信的处理单元。此外，设备可以通过内部总线电连接到一个或多个处理单元，如ISA总线、微通道总线、PCI总线、PCMCIA总线等，也可以通过一个或多个电路的内部连接、电路卡或其他设备以及这些或其他通信媒介或外部网络(如因特网或内部网)的一部分或者它们的组合来连接。

虽然已经示出、描述并强调了优选实施例中本发明的基本新特征，但是应该理解，本领域的技术人员可以对上述的装置所公开的装置的形式、细节、和操作做出各种省略、替代和修改，而不背离本发明的主旨。这里明确表示，以基本上相同的方式执行基本上相同功能以实现基本上相同效果的这些特征的所有组合落入本发明的范围内。用一个所描述实施例中的部件代替另一个实施例中的部件是所考虑和期望的。

Claims (42)

1.用于管理无线网络通信系统中的传输时间的方法，所述无线网络通信系统在服务时间段(215)内传输至少一个包括多个数据分组(210.1、210.2、210.3)的数据流，所述方法包括下面步骤：

为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段(215)内数据分组传输(210.1、210.2)的相关累积时间；

确定相关数据流在所述服务时间段(215)内下一个数据分组传输(315)的估算时间；以及

当与所述下一个数据分组所属的数据流相关的累积时间和所述估算时间的组合小于预定值时，允许进行所述下一个数据分组的传输(320)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定数据分组传输的累积时间的步骤包括如下步骤：对每个相关数据流，累积所述服务时间段(215)中的数据分组传输的实际时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中每个数据流的数据分组传输的所述累积时间在每个服务时间段(215)的开始被初始化(370)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当PHY速率改变时，将所述估算时间重置为标称值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定每个所述至少一个数据流的估算时间的步骤基于和相应数据流相关的实际数据分组传输时间的历史。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定相关流的估算时间的步骤进一步基于和所述数据流相关的数据分组传输时间的平均值。

7.根据权利要求5所述的方法，其中确定相关流的估算时间的步骤进一步基于和所述数据流相关的数据分组传输时间的加权和。

8.根据权利要求5所述的方法，其中确定估算时间的步骤进一步包括如下步骤：组合实际数据分组传输时间的预定百分比以及和相应数据流相关的之前估算的时间的预定百分比。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定百分比是相关的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中确定估算时间的步骤包括将所述估算时间设定为零值的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述预定值以获得期望的QoS。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定值是根据数据流、接入类型和/或支持QoS的STA确定的传输时间份额。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述传输时间份额根据业务规范确定。

14.用于管理无线网络通信系统中的传输时间的装置，所述无线网络通信系统在服务时间段(215)内传输至少一个包括多个数据分组(210.1、210.2、210.3)的数据流，所述装置包括：

与存储器(404)通信的处理器(403)，所述处理器执行代码从而：

为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段(215)内数据分组传输的相关累积时间；

确定相关数据流在所述服务时间段(215)内下一个数据分组传输的估算时间；以及

当与所述分组所属的数据流相关的数据分组传输的累积时间和所述估算的下一个数据分组传输时间的组合小于预定值时，允许进行所述下一个数据分组的传输(320)。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述累积时间是每个相关数据流在所述服务时间段中的数据分组传输的实际时间的累积。

16.根据权利要求14所述的装置，其中每个数据流的数据分组传输的所述累积时间在每个服务时间段(215)的开始被初始化(370)。

17.根据权利要求14所述的装置，其中当PHY速率改变时，将所述估算时间重置为标称值。

18.根据权利要求14所述的装置，其中每个所述至少一个数据流的所述估算时间基于实际数据分组传输时间的历史。

19.根据权利要求18所述的装置，其中相关流的所述估算时间进一步基于和所述数据流相关的数据分组传输时间的平均值。

20.根据权利要求19所述的装置，其中确定相关流的估算时间的步骤进一步基于和所述数据流相关的数据分组传输时间的加权和。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述处理器进一步执行代码以组合实际数据分组传输时间的预定百分比以及和相应数据流相关的之前估算的时间的预定百分比。

22.根据权利要求22所述的装置，其中所述预定百分比是相关的。

23.根据权利要求14所述的装置，其中确定估算时间的步骤包括将所述估算时间设定为零值的步骤。

24.根据权利要求14所述的装置，其中确定所述预定值以获得期望的QoS。

25.根据权利要求14所述的装置，其中所述预定值是基于数据流、接入类型和/或支持QoS的STA的传输时间份额。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述传输时间份额根据业务规范确定。

27.根据权利要求14所述的装置，进一步包括和所述处理器通信的输入/输出设备(402)。

28.根据权利要求14所述的装置，其中所述代码存储在所述存储器(404)中。

29.用于管理无线网络通信系统中的传输时间的方法，所述无线网络通信系统在服务时间段(215)内传输至少一个包括多个数据分组(210.1、210.2、210.3)的数据流，所述方法包括下面步骤：

为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段(215)内数据分组传输(210.1、210.2)的相关累积时间；以及

当与下一个数据分组所属的数据流相关的累积时间小于预定值时，允许进行所述下一个数据分组的传输(320)。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述确定数据分组传输的累积时间的步骤包括如下步骤：对每个相关数据流，累积所述服务时间段(215)中的数据分组传输的实际时间。

31.根据权利要求29所述的方法，其中每个数据流的数据分组传输的所述累积时间在每个服务时间段(215)的开始被初始化(370)。

32.根据权利要求29所述的方法，其中确定所述预定值以获得期望的QoS。

33.根据权利要求29所述的方法，其中所述预定值是根据数据流、接入类型和/或支持QoS的STA确定的传输时间份额。

34.根据权利要求29所述的方法，其中所述传输时间份额根据业务规范确定。

35.用于管理无线网络通信系统中的传输时间的装置，所述无线网络通信系统在服务时间段(215)内传输至少一个包括多个数据分组(210.1、210.2、210.3)的数据流，所述装置包括：

与存储器(404)通信的处理器(403)，所述处理器执行代码从而：

为每个所述至少一个数据流确定在传输所发生的所述服务时间段(215)内数据分组传输的相关累积时间；以及

当与所述分组所属的数据流相关的数据分组传输的累积时间小于预定值时(320)，允许进行所述下一个数据分组的传输(330)。

36.根据权利要求35所述的装置，其中所述累积时间是每个相关流在所述服务时间段中的数据分组传输的实际时间的累积。

37.根据权利要求35所述的装置，其中每个数据流的数据分组传输的所述累积时间在每个服务时间段(215)的开始被初始化(370)。

38.根据权利要求35所述的装置，其中确定所述预定值以获得期望的QoS。

39.根据权利要求35所述的装置，其中所述预定值是基于数据流、接入类型和/或支持QoS的STA的传输时间份额。

40.根据权利要求39所述的装置，其中所述传输时间份额根据业务规范确定。

41.根据权利要求35所述的装置，进一步包括：

和所述处理器通信的输入/输出设备(402)。

42.根据权利要求35所述的装置，其中所述代码存储在所述存储器(404)中。

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