CN101147360B - 使用周期性信道时间分配进行服务质量提供的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了最大化节能性能，而不损害应用流的QoS要求，一种方法和无线网络设备生成了可用于介质时间分配的周期性服务间隔子集，以及在按照这种方法分配的连续介质时间内发送数据和信息。这种在服务容量之下的时间周期的选择允许多个应用来访问介质，并且允许选择连续的介质时间，在该时间内可以发生数据传输。

Description

使用周期性信道时间分配进行服务质量提供的方法和装置
技术领域
本申请要求2004年3月8日递交的美国在先申请60/659,631的优先权，将其并入本文作为参考。
背景技术
随着信道调制技术的发展，无线通信带宽得到了显著的增长，使得无线介质成为有线和光纤方案的可行的替代物。同样，在数据和语音通信中，无线连接的使用持续增长。这些设备包括移动电话、无线网络(例如无线局域网(WLANS))中的便携式计算机，以及音频/视频流、音频/视频电话、无线网络中的静止计算机、便携式手持设备，等等。
每个无线网络包括多个层和子层，例如介质访问控制(MAC)子层和物理(PHY)层。MAC层是开放式系统互联(OSI)栈中的数据链路层的两个子层中较低的那个。MAC层在多个需要同时访问同一无线介质的用户之间提供协调。
MAC层协议包括多个规则，用于管理对于网络中的用户所共享的广播介质的访问。已知，定义了若干不同的多路访问技术(通常称为MAC协议)，以用在对MAC层进行管理的协议中。这些技术包括，但不限于，载波监听多路访问(CSMA)、频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)。
尽管提供了标准和协议来显著改进对于语音和数据业务的控制，但是以更高信道速率访问网络同时支持服务质量(QoS)要求的需求持续增长，这需要对协议和标准持续地进行评估并且对其进行更改。例如，许多已知的协议，如分布式介质超宽带(WiMediaUWB)MAC 1.0(出版为ECMA标准368)以及象IEEE 802.11的 其它基于非时隙的WLAN，这些协议要求将来自应用的QoS要求按照该应用流的业务量规范(TSPEC)向下传递到网络栈的较低层。一旦接收了应用流的TSPEC，诸如MAC的较低层分配资源来对业务流进行服务，以达到QoS要求。在各种MAC协议中，其中一种这样的资源是可用于数据或其它信息传输的发射时间(airtime)。在这些无线MAC协议中的QoS提供通常包括，根据例如在TSPEC中指定的QoS要求来分配发射时间。例如，在诸如分布式介质(WiMedia)UWB MAC的基于时隙的MAC协议中，存在多种用于分配介质访问时隙(MAS)(即，介质访问时间)的方法，它们导致延迟、节能等方面的性能差异。
用于数据或发射时间传输的连续发射时间块的分配可能对于一个应用流造成很大的最大服务间隔。这可能导致大的调度等待时间或者延迟界限。然而，在处理超帧的过程中为数据传输所分配的均匀分布的更短的时间，则需要传输设备频繁“唤醒”。这造成很差的节能性能。此外，在超帧过程中的时间分配上的更短分布的分段过多，则还可能使得，尤其是在每个分段的末端，不能成功地传输整个分组。这可能导致很差的信道效率。
因此需要一种实质上至少克服了所述的已知方法缺点的方法和系统。
发明内容
根据一个实例方面，一种用于经由无线网络来发送信息的方法包括以下步骤：基于包括等待时间要求的业务量规范(TSPEC)和本地资源，确定允许的最大周期性服务间隔；将最大周期性服务间隔进行标准化，以生成标准化周期性服务间隔；确定在该标准化周期性服务间隔中的持续的介质访问时间周期；并且在该介质访问时间中发送数据。
在一个实施例中，该标准化步骤包括：用允许该标准化周期性服务间隔变得小于或者等于最大周期性服务间隔的最小整数，来分割超帧。
在一个实施例中，该标准化步骤包括：用值为2n其中n＝{0……∞}、并且允许该标准化周期性服务间隔变得小于或者等于最大周期性服务间隔的最小整数，来分割超帧，并且选择这个整数。
在另一个实施例中，用于确定周期性服务间隔的步骤包括：基于每个流的TSPEC、等待时间要求以及本地资源，确定对于每个应用流所允许的最大周期性服务间隔；并且选择针对所有应用流所确定的多个最大周期性服务间隔中的最小的一个。
此外，一方面，无线网络包括：多个无线设备。每个无线设备包括：用于发送信号的发射机、用于接收信号的接收机、处理器以及电源。该处理器基于TSPEC、等待时间要求以及本地资源，来确定周期性服务间隔；将最大周期性服务间隔进行标准化，以生成标准化周期性服务间隔；在该标准化周期性服务间隔中确定持续的介质访问时间周期；指示发射机用标准化服务间隔来周期性地在介质访问时间内发送应用流的数据。
附图说明
通过以下详细描述并结合附图可以最好地理解本发明。要强调的是，各种特征不必按比例画出。事实上，为了讨论清楚起见，可以任意增加或减小比例。
图1是根据示例性实施例用于表示对介质进行共享的无线通信网络系统的图；
图2是根据示例性实施例的超帧的时间线；
图3是根据示例性实施例的超帧；
图4是具有经由多个不连续的MAS来发送的数据的超帧；
图5是具有经由少数不连续的MAS来发送的数据的超帧；
图6是用于经由无线网络来发送信息的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，为了示例而非限制，描述了公开有具体细节的示例性实施例，以便提供对本示例性实施例的彻底的理解。然 而，对于受益于本公开的具有本领域普通技能的技术人员，与此处所公开的具体细节不同的其他实施例是显而易见的。此外省略了对公知设备、方法系统和协议的描述，以免混淆本发明的描述。但是，根据本发明的示例性实施例，可以使用具有本领域普通技能的技术人员的知识范围之内的设备、方法、系统和协议。最后，在任何可行的地方，相同的参考号码涉及相同的特征。
简单地说，根据示例性实施例，描述了一种用于改进分布式无线网络中的效率和吞吐量的方法和系统。该方法和系统对满足一个或多个应用流的延迟要求和TSPEC的最大服务间隔进行计算。该计算的实现是通过，例如，分配连续的MAS(即介质访问时间的部分)来最小化由于多次“唤醒”造作而导致的功率损失。
根据此处所述的示例性实施例，分布式(即基于时隙的)无线网络操作在分布式介质MAC 1.0之下。当然，这仅仅是示例性的，并且其它MAC协议可以包括：在根据该示例性实施例所述的网络中共享可用设备。这些包括，但不限于，当前分布式介质MAC协议的后续版本，以及其它具有冲突避免的载波监听多路访问(CSMA/CA)协议或者时分多址(TDMA)协议。此外可以将此处所述的实施例应用于具有基于非时隙的介质访问的WLAN，例如IEEE 802.11WLAN。要强调的是，这些协议仅仅是示例性的，并且根据示例性实施例，可以使用具有本领域普通技能的技术人员的知识范围之内的其它协议。
图1是根据示例性实施例的包括多个对通信介质进行共享(即共存)的无线设备或系统的无线网络系统的示意图。无线设备/系统101可以在其传输范围102之内，把业务104发送到其它无线设备101和/或从其它无线设备101接收业务104。此外，在特定的无线设备/系统101的范围102之外，但是在特定设备101’的范围内，可能有其它无线设备/系统103。无线设备101包括收发器110(例如任何已知的发射机/接收机的组合，或者独立的发射机和接收机)、处理器111(例如任何已知的用于处理信息比特的设备)、以及电源112(例如电池)。
图2是第一信标201和第二信标202之间的超帧的时间线200。如此处所用，将信标的开始点称为信标周期开始时间(BPST)，并且在信标之间具有指定的时间周期。在示例性实施例中，将该超帧分割成多个介质访问时隙(MAS)203，其按照示例性实施例来提供有组织的发送和接收。在示例性实施例中，有256个时隙203，每个时隙具有大约256μs的持续时间。因此在示例性实施例中该超帧的总持续时间大约是65.536ms(因此在BPST之间65.536ms)。当然，时隙203的数量和持续时间仅仅是为了示例的目的，并且其决不限于时隙203。
在每个超帧的开头是信标周期204。随着本说明书的继续将更加清楚，信标周期204提供了用于共享该网络100中设备/系统(例如设备101，103)的可用性信息的手段，以及要求系统/设备把业务发送到该示例性实施例的无线网络100的其它设备/系统。
在信标周期204之后是数据传递周期206，其可以包括用于多个应用流的多个服务间隔205。每个服务间隔包括特定数量的时隙。不同的应用流需要不同数量的时隙203，以确保足够的介质访问来完成分组传输。发射机中的处理器确定需要用多少服务间隔来发送其数据分组。通过分析包括了带宽要求、延迟要求和本地资源的应用流TSPEC来执行此确定。此外，服务间隔是周期性的(即，在信标周期204和服务间隔205的多个循环周期上，或者简单的在超帧的多个循环周期上发生)。
为了计算周期性服务间隔，处理器(即图1中的处理器111)根据TSPEC和本地资源，例如，可用的介质时间和发射机在其进行操作的MAC中发送数据所需的缓冲空间，来计算服务率g。该处理器还通过使用所计算的g来计算由应用流的突发(测量为TSPEC中的突发大小字段)所引起的排队延迟dq。可以基于延迟要求，例如如下，来计算使用了该公开的周期性介质访问分配的最大服务间隔206：
SI≤ds-dq
其中ds是延迟要求，dq是由应用流的突发所引起的额外的排队 延迟。
此周期性服务间隔205表示一系列介质块，发射机可以在该系列介质块期间发送数据。图4描述了服务间隔205，在该间隔期间在若干不连续的介质块401上提供了介质访问。发射机必须在每个不连续的介质块401之前“唤醒”(例如图1中所示的收发器110)，并且在该时间期间发送分组数据的一部分。每次“唤醒”需要给发射机加电。此外，在大量不连续的块401上的分段数据的传输有增加开销的风险。开销可以是，例如，MAC帧间间隔(IFS)、当没有足够的时间用于发送时在块末端的重传或者调度延迟、发射机不得不等待后续块来发送其整个分组。
为了最大化节能性能而不损失应用流的QoS要求，可以使用在周期性服务间隔205内的块的子集，并且可以在连续的块中发送数据。选择这种服务间隔之下的时间周期，允许选择连续的MAS，在该连续的MAS期间可能发生数据传输。图5描述了数据传输发生在连续的MAS 501和502的超帧301。在此实例中，发射机可能仅“唤醒”两次，以发送如4所示的超帧301的相同数量的数据。这导致显著的节能。
为了实现应用流的QoS要求和在连续的MAS上发送数据的要求之间的平衡，必须确定一个满足这两个要求的服务间隔。至少有两个示例性方法可用于具体的MAC协议，该协议可以用来选择周期性服务间隔的子集。可以将选择周期性服务间隔的子集的过程解释为标准化的过程。
首先，对于诸如IEEE 802.11 WLAN的基于非时隙的MAC协议，对周期性的服务间隔进行标准化，以适和特定MAC的超帧。这可以通过，例如，确定比为了满足应用流的TSPEC中所指定的带宽和等待时间要求而允许的超帧更短的最大时间量来实现。例如在图3中，假设超帧301等于100ms。标准化函数通过允许该标准化周期性服务间隔303变得小于或者等于最大周期性服务间隔302的最小整数，来分割超帧301。因此如果最大周期性服务间隔302是60ms，则标准化周期性服务间隔303可以是，例如50ms。这允许用 于数据传输的连续MAS的最大化对开销风险进行最小化，同时满足等待时间要求。
对于诸如分布式UWB MAC 1.0的基于时隙的MAC协议，图3的标准化周期性服务间隔303可以是时隙的倍数。例如，可以用值为2n其中n＝{0……∞}、并且允许该标准化周期性服务间隔变得小于或者等于最大周期性服务间隔的最小整数来分割超帧，并且选择这个整数，来标准化最大周期性服务间隔。
紧接在最大周期性服务间隔302的标准化之后，发射机确定在标准化周期性服务间隔303中的连续MAS周期。这可以通过在信标周期204或数据传递周期206期间用分布式预留协议(DRP)做出预留来实现，如分布式UWB MAC 1.0中所定义的或者用于在超帧中的数据传递而选择MAS的任何已知手段所定义的。因此，发射机将在该选择的MAS期间发送数据。
图6描述了用于经由无线网络来发送信息的方法的流程图。在步骤601中，处理器基于包括延迟要求的业务量规范(TSPEC)和设备的本地资源，确定允许的最大周期性服务间隔。在步骤602中，处理器将最大周期性服务间隔标准化，以至少部分地基于该设备所运行的MAC协议的参数(例如，该MAC协议是否是基于时隙的)，来生成标准化周期性服务间隔。在步骤603中，该处理器确定在该标准化周期性服务间隔中的连续MAS。在步骤604，该处理器在该连续MAS中发送数据。
鉴于本公开，注意到，可以用已知的硬件和软件来执行此处所述的各种方法和设备，以实现有效的介质访问和共享分布式无线网络。此外，仅以示例性的而绝非限制性形式来包括了各种方法和参数。鉴于本公开，本领域的技术人员可以将这些技术应用到他们自己的技术和所需的设备中，来实现各种示例性设备和方法，而保持在所附权利要求的范围之内。

Claims (4)

1.一种用于经由无线网络发送信息的方法，包括：
基于包括应用流的等待时间要求的业务量规范TSPEC和设备的本地资源，确定允许的最大周期性服务间隔；
将所述最大周期性服务间隔进行标准化，以生成标准化周期性服务间隔；
用使得所述标准化周期性服务间隔小于或者等于所述最大周期性服务间隔的最小整数，来分割超帧；
确定在所述标准化周期性服务间隔中的持续的介质访问时间周期；以及
在所述介质访问时间中发送信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述标准化步骤进一步包括：用值为2n其中n＝{0……∞}、并且使得所述标准化周期性服务间隔小于或者等于所述最大周期性服务间隔的最小整数，来分割超帧。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述用于确定最大周期性服务间隔的步骤进一步包括：
基于每个流的本地资源和包括等待时间要求的所述TSPEC，确定对于每个应用流的最大周期性服务间隔；以及
选择所有并发应用流的多个所述最大周期性服务间隔中的最小的一个。
4.一种用于经由无线网络发送信息的装置，包括：
用于基于包括应用流的等待时间要求的业务量规范和设备的本地资源，来确定允许的最大周期性服务间隔的装置；
用于将所述最大周期性服务间隔进行标准化，以生成标准化周期性服务间隔的装置，
用于用使得所述标准化周期性服务间隔小于或者等于所述最大周期性服务间隔的最小整数来分割超帧的装置；
用于确定在所述标准化周期性服务间隔中的持续的介质访问时间周期的装置；以及
用于在所述介质访问时间内发送信息的装置。
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