CN101273588A - 降低因特网协议语音包的冲突概率 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种移动通信装置，其包括：处理器，其经配置以在网络中与服务器建立网络连接；和数据产生器，其处于所述处理器的控制下且被配置成以具有固定周期的速率周期性地产生数据单元。所述移动通信装置还包括收发器，所述收发器经配置以经由所述网络连接在多个时隙的一者期间传输所述数据单元，每一时隙是所述固定周期的邻近片断部分。

Description

降低因特网协议语音包的冲突概率

技术领域

本发明大体上涉及电信，且更明确地说，涉及用于控制和管理对无线网络的接入的系统和方法。

背景技术

对无线信息服务的需求已经导致开发出越来越多的无线网络。CDMA20001x只是提供广域电话和数据服务的无线网络的一个实例。CDMA20001x是由第三代合作伙伴计划2(3GPP2)颁布的使用码分多址(CDMA)技术的无线标准。CDMA是使用扩展频谱处理来允许多个用户共享共用通信媒体的技术。欧洲通常采用的竞争性无线网络是全球移动通信系统(GSM)。与CDMA20001x不同，GSM使用窄带时分多址(TDMA)来支持无线电话和数据服务。一些其它无线网络包括通用分组无线业务(GPRS)，其支持其中数据速率适合于电子邮件和网页浏览应用的高速数据服务；和通用移动电信系统(UMTS)，其可为音频和视频应用传递宽带语音和数据。

这些无线网络大体上可被视作采用蜂窝式技术的广域网络。蜂窝式技术基于其中将地理覆盖区分解为多个小区的拓扑。在这些小区的每一者内具有固定的基站收发台(BTS)，其与移动用户通信。通常在地理覆盖区中采用基站控制器(BSC)来控制BTS并将通信路由到各种包交换和电路交换网络的恰当网关。

随着对无线信息服务的需求的持续增长，移动装置正在发展以支持综合语音、数据和流媒体且同时在广域蜂窝式网络与无线局域网络(LAN)之间提供无缝网络覆盖。无线LAN通常使用例如IEEE 802.11、蓝牙等标准协议来在相对较小的地理区域上提供电话和数据服务。通过使用无线LAN的基础设施将蜂窝式通信延伸到未经许可的频谱，无线LAN的存在为在广域蜂窝式网络中增加用户容量提供了独特的机会。

然而，与蜂窝式服务不同，许多无线LAN技术在不保证特定服务质量(QoS)等级的情况下允许所有潜在传输装置随机接入广播媒体。因此，对于例如因特网协议语音(VoIP)等某些应用来说，可能在通信用户之间引入延迟，所述延迟至少是微小烦扰，且在最坏的情况下在用户看来是不可接受的。因为许多此类无线LAN还采用随机后退算法来避免用户之间的随后竞争，所以这些延迟(和因此性能)仅随着更多VoIP用户与特定无线LAN相关联而恶化。

过去已经相对于802.11无线LAN开发了一些用于解决此问题的技术。这些技术通常已经包括：向VoIP业务指派优先级且接着使用例如修改竞争窗、修改帧间间隔、干扰或超越其它业务等策略来处理在所实施标准之外的业务；不需要确认(ACK)，使用零后退设定，且在传输队列中等待的任何数据包之前传输VoIP包。

无论这些技术中任一者的优点如何，无线LAN内的VoIP应用的QoS仍需要持续改进，且优选的是在不偏离已经建立的通信标准(例如，802.11)的情况下实现此改进。

发明内容

本发明揭示移动通信装置的一个方面，其涉及：处理器，其经配置以在随机接入网络中与服务器建立连接；和数据产生器，其在所述处理器的控制下且经配置成以具有固定周期的速率周期性地产生数据单元。所述移动通信装置还包括收发器，其经配置以在所述固定周期的每一者中的特定传输时隙期间将数据单元传输到服务器。

本发明描述移动通信装置的另一方面，其涉及：处理器，其经配置以在随机接入网络上建立网络连接；和声码器，其受所述处理器控制且经配置成以具有固定周期的速率产生语音包。此外，所述处理器经配置以缓冲语音包直到传输时间为止。此移动通信装置进一步包括与所述缓冲器通信的收发器，其经配置以在对应于所述固定周期的每一者中的特定时隙的传输时间处传输语音包。

本发明描述移动通信装置的又一方面，其涉及处理器，所述处理器经配置以识别传输周期中的特定传输时隙。所述处理器进一步经配置以在随机接入网络上与服务器建立网络连接，且以大致上等于传输周期的周期来周期性地产生数据单元。根据所述装置的这个方面，收发器经配置以在特定传输时隙期间将数据单元传输到服务器。

应了解，所属领域的技术人员将从以下具体实施方式中容易了解本发明的其它实施例，在具体实施方式中仅以说明方式展示和描述本发明的各种实施例。如将认识到，本发明能够具有其它和不同的实施例，且能够在各种其它方面中对其若干细节进行修改，所有这些均不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和具体实施方式应被视作在本质上是说明性的而并非限制性的。

附图说明

在附图中以实例方式而并非以限制方式说明无线通信系统的各种方面，其中：

图1是无线通信系统的实施例的概念方框图；

图2是说明能够支持蜂窝式和无线LAN通信两者的移动装置的实例的功能方框图；

图3是具有多个移动装置的无线通信系统的概念方框图；

图4是说明根据本发明的原理将时隙指数指派到移动装置的功能性的流程图；和

图5是说明在基于经指派时隙指数的时间处从移动装置传输包的功能性的流程图。

具体实施方式

下文结合附图陈述的具体实施方式希望作为对本发明各种实施例的描述，且不希望代表其中可实践本发明的仅有实施例。为了提供对本发明的彻底理解，具体实施方式包括具体细节。然而，所属领域的技术人员将容易了解，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在一些实例中，以方框图形式展示众所周知的结构和组件以免混淆本发明的概念。

在以下具体实施方式中，将描述用于在多网络环境中选择网络的技术。将在移动通信装置行进穿过具有一个或一个以上无线LAN(其分散在整个蜂窝式覆盖区)的广域蜂窝式网络的上下文中描述许多技术。移动通信装置可以是能够进行无线电话或数据通信的任何适合装置，例如经设计以用于在CDMA20001x网络中进行操作的蜂窝式电话。移动通信装置可能能够采用任何适合协议来接入无线LAN，其中包括(举例来说)IEEE802.11。尽管可在能够与IEEE 802.11网络进行通信的蜂窝式电话的上下文中描述这些技术，但所属领域的技术人员将容易理解这些技术可扩展到能够接入多个网络的其它移动通信装置。举例来说，这些技术可应用于能够在CDMA20001x网络与GSM网络之间切换的移动通信装置。或者，这些技术可应用于能够接入单个网络的移动通信装置，例如IEEE 802.11电话。IEEE 802.11电话可经配置以只有当某些参数指示服务质量为可接受的时才连接到无线LAN。因此，对能够与IEEE 802.11网络通信的蜂窝式电话或任何其它具体实施例的任何参考仅希望说明本发明的各种方面，同时了解到这些方面具有各种各样的应用。

图1是无线通信系统的实施例的概念方框图。通过一连串虚线展示移动装置102移动穿过广域蜂窝式网络104。蜂窝式网络104包括BSC 106，其支持分散在整个蜂窝式覆盖区中的许多BTS。为了解释简单起见，在图1中展示单个BTS 108。移动交换中心(MSC)110可用以提供到公共交换电话网络(PSTN)112的网关。虽然图1中未展示，但蜂窝式网络104可采用许多BSC，其中每一BSC支持任何数目的BTS以扩展蜂窝式网络104的地理范围。当在整个蜂窝式网络104中采用多个BSC时，MSC 110还可用以协调所述BSC之间的通信。

图1中，移动装置102展示为最初位于位置A中。随着移动装置102穿过蜂窝式网络104从位置A移动到位置B，其来到无线LAN 114的覆盖区内。无线LAN 114可以是IEEE 802.11网络或任何其它适合的网络。无线LAN 114包括接入点116以使移动装置102与IP网络118通信。服务器120可用以将IP网络118介接到MSC 110，所述MSC 110提供到PSTN 112的网关。

当最初将功率施加到移动装置102时，其向蜂窝式网络104或无线LAN 114登记。“登记”指的是移动装置102借以告诉MSC 110通过特定网络路由来自PSTN 112的呼叫的过程。向特定网络登记的决定可依据具体应用和整体设计限制而变化。举例来说，移动装置102可经配置以在服务质量为可接受的情况下向无线LAN 114登记。通过经由无线LAN 114将所有呼叫路由到移动装置102，可为其它移动用户释放有价值的蜂窝带宽。

在所描绘的实施例中，随着移动装置102穿过蜂窝式网络104从位置A移动到位置B，其开始检测来自接入点116的信标。一旦移动装置102检测到信标，其便可借助此项技术中众所周知的方式在所述两者之间建立无线电连接。移动装置102接着获得服务器120的IP地址。移动装置102可使用领域名称服务器(DNS)的服务来确定服务器的IP地址。可在蜂窝式网络104上将服务器120的领域名称传递到移动装置102。通过IP地址，移动装置102可与服务器120建立网络连接。一旦建立网络连接，来自服务器120的信息便可结合本地测量用以确定是否更新其向MSC 110的登记，使得通过无线LAN114路由未来呼叫。

图2是说明能够支持蜂窝式和无线LAN通信两者的移动装置的实例的功能方框图。移动装置102可包括蜂窝式收发器202和无线LAN收发器204。在移动装置102的至少一个实施例中，蜂窝式收发器202能够支持与BTS(未图示)进行CDMA20001x通信，且无线LAN收发器204能够支持与接入点(未图示)进行IEEE 802.11通信。然而，所属领域的技术人员将容易了解，结合移动装置102描述的概念可扩展到其它蜂窝式或无线LAN技术。每一收发器202、204经展示为分别具有独立天线206、207，但收发器202、204可共享单个宽带天线。每一天线206、207可包括一个或一个以上辐射元件。

移动装置102还被展示为具有耦合到蜂窝式收发器202和无线LAN收发器204两者的处理器208，然而在移动装置102的替代性实施例中，可针对每一收发器使用单独的处理器。可将处理器208实施为硬件、固件、软件或其任何组合。举例来说，处理器208可包括微处理器(未图示)。所述微处理器可用以支持软件应用，尤其是：(1)控制和管理对蜂窝式网络和无线LAN的接入，和(2)将处理器208介接到键盘210、显示器212和其它用户界面(未图示)。处理器208还可包括具有嵌入软件层的数字信号处理器(DSP)(未图示)，其支持各种信号处理功能，例如卷积编码、调制和扩展频谱处理。DSP还可实施声码器211以提供用以支持电话应用的功能。实施处理器208的方式将取决于特定应用和对整个系统强加的设计限制。所属领域的技术人员将认识到在这些情况下硬件、固件和软件配置的可互换性，和如何针对每一特定应用最好地实施所描述的功能性。

处理器208可经配置以执行媒体接入算法，所述算法用以确定移动装置102何时应将VoIP包传输到接入点116。此算法可实施为由早先论述的基于微处理器的结构支持的一个或一个以上软件应用程序。或者，此算法可以是独立于以硬件、软件、固件或其任何组合实施的处理器208的独立模组。依据具体设计限制而定，媒体接入算法可集成在移动装置102的任何实体中，或分布在移动装置102中的多个实体中。

图3描绘具有与图1的接入点116类似的接入点302的无线LAN 300。此外，接入点302包括通过IP网络118到达服务器120的连接。虽然图3中未明确描绘，但如图1所示，服务器120与MSC 110通信。提供图3作为具有多个与其相关联的装置的无线LAN 300的实例。举例来说，便携式计算机308和两个移动装置304、306被展示为与接入点302相关联。明确地说，移动装置304、306可大致上类似于早先参看图1和图2描述的移动装置102。

符合802.11标准的接入点302可提供一个示范性类型的无线LAN。如所属领域的技术人员已知的，装置304、306和308通过根据标准化协议在空中与接入点302交换包来通信。包传输即没有在不同装置304、306、308间进行协调，也不受接入点302控制。而是，任何装置可自由地在其具有可用数据的任何时间进行广播。此外，802.11标准以及允许随机接入广播媒体(即，随机接入网络)的许多其它标准提供用以检测冲突的机制，其准许装置重新传输可能已经冲突的包。如本文使用，“冲突”可包括在广播媒体上发生阻止在预期目的地处准确接收包的任何现象。通常，当装置试图在另一装置正广播包的同时广播包时发生冲突。

在只有一些装置304、306、308使用接入点302的情况下，发生冲突的可能性十分小，以致用户通常不能检测到对性能的任何影响。然而，随着更多装置与无线LAN 300相关联，冲突的可能性增加且对性能的影响可变得显而易见。另外，一些应用对冲突所引起的任何延迟较为敏感。举例来说，与正利用典型数据应用的用户相比，正将无线LAN300用于VoIP应用的用户将更容易注意到语音传输中的延迟。

除了一些应用(例如VoIP)对延迟较敏感之外，用于处理冲突的算法自身可针对所有应用加剧由冲突引起的性能降级。许多无线LAN标准采用随机后退算法，所述算法阻止装置重新传输包直到随机时间周期期满为止。如果再次发生冲突，那么加长此随机时间周期的最大值。因此，随着更多装置引起更多冲突，随机后退周期的长度可增加，且进而对在拥挤的无线LAN中传输包引起额外延迟。此外，对冲突发生的仅有指示通常是没有接收到ACK包。因此，在知道发生冲突且需要重新传输之前，装置必须等待达用以接收ACK包的超时周期。

图4和图5描绘用以减少经传输包(其可以是(例如)VoIP包)的冲突概率的算法步骤。本文参看类似于图2的CDMA和无线LAN装置来描述这种特定算法步骤。然而，可了解到，在本发明的范围内还预期利用其它电信技术。

通常，在VoIP应用内，声码器211以固定时间间隔产生语音包。举例来说，在下文描述的实例中，声码器每隔20毫秒产生语音包。一旦产生此包，其便穿过MAC层到达PHY层上(如此项技术中通常已知的)。如果两个或两个以上VoIP装置以大致相同的速率(例如，每隔20毫秒)产生语音包且其碰巧在紧密间隔的时间间隔内进行此操作，那么存在其各自语音包将冲突的可能性。此外，因为其将继续以相同速率产生语音包，所以其随后的语音包将同样可能冲突。图4的流程图说明用于通过协调来自不同装置的包传输来减少语音包之间的冲突可能性的示范性算法。在本描述中，仅以实例方式描述声码器和语音包，且所属领域的技术人员将认识到还预期以固定周期产生数据单元或包的其它数据产生器。

在步骤402中，如早先参看图1解释的，移动装置(例如，304)与服务器120连接或向服务器120登记。这个登记过程的一部分涉及识别无线LAN 300。根据对无线LAN 300的识别，在步骤404中，服务器确定所述相同无线LAN 300上的其它VoIP装置(例如，306)。

除了服务器120维持无线LAN 300上的装置的列表之外，服务器还维持与所述装置的每一者相关联的各自时隙指数值。基于此时隙指数信息，在步骤406中，服务器120识别自由时隙且将其指派到正被登记的装置。“时隙”指的是时间周期的可传输语音包的一部分。举例来说，在早先描述的声码器中，在语音包传输之间存在20毫秒时间间隔。在产生另一语音包之前，此时间间隔可用于传输语音包。因为语音包的成功传输可能仅需要1毫秒或更少，所以可在所述20毫秒期间以非重叠方式从不同装置传输多个语音包。如果20毫秒时间间隔被分解成(例如)16个时隙，那么16个不同的1.25ms窗可用于在每一时间间隔期间传输语音包。“时隙指数”仅识别所述可能的16个时隙中的一者。所属领域的技术人员将认识到，仅以实例方式提供20毫秒值、1毫秒值和16个时隙的值，且可用各种不同方式修改这些特定值以界定时间间隔、不同数目的时隙和不同时隙长度(其间可由不同装置传输语音包)。此外，正被传输的包不一定必须是语音包。其它应用中规则发生的数据包的传输(尤其是将遭受包延迟的那些传输)也将受益于本文描述的技术。

在步骤408中，服务器120将识别装置的经指派时隙指数的消息传回到装置。由服务器120传回的信息可简单地将时隙指数识别为一值(例如，“5”)或以例如“20之5”的方式进行识别。此后者方法不仅告知装置其时隙指数而且还告知时隙的最大数目。以此方式，时隙数目和(因此)时隙持续时间可依据传回到装置的信息而变化。图5描绘装置可借以使用时隙指数信息来降低语音包之间的冲突概率的算法的流程图。

在步骤502中，声码器每隔20毫秒产生语音包。如早先描述的，此时间间隔通常是声码器211的函数且可改变。代替立即将语音包传递到无线LAN MAC层以用于传输，在步骤504中，装置将语音包储存在缓冲器213中。装置接着测量从产生语音包时开始的时间。在步骤506中，当用于已经指派给装置的时隙的时间来到时，将经缓冲的语音包传递到802.11MAC层以用于传输。

以此方式协调语音包传输有效地降低不同装置发送的包之间发生冲突的概率。在装置内发生的用以确定其指派时隙何时将发生的计时可通过许多不同方法实现。举例来说，不同装置(例如，304、306)可利用可用的CDMA信号来与共用时钟同步，使得20毫秒时间间隔对于每一装置大致上在相同时间发生。如果20毫秒(或某一其它长度)时间间隔对于不同装置在不同时间发生，那么CDMA信号仍可用于为装置提取足够信息以确定其时间间隔的开始，并进而确定所述时间间隔中的每一时隙何时开始。或者，例如网络时间协议(NTP)等基于IP的协议可通过无线LAN获得以为不同装置提供时间同步信息。还预期允许装置基于经指派的时隙指数来确定在每一规则发生的时间间隔中何时传输语音或其它包的其它替代性方法。

可在不脱离本发明的范围的情况下对以上实例中描述的具体行为和步骤作出许多修改。举例来说，如所描述，服务器确定未经指派的时隙指数以将其指派给正被注册的新装置。然而，可能存在这样一些情况，其中存在比时隙多的装置；在此类情况下，可对时隙指数进行分配以使得尽可能少的装置共享任何特定时隙指数。另外，接入点302而并非服务器120可向每一装置指派时隙指数。时隙指数的指派可以随机方式发生或者可基于在装置之间变化的某数据点(例如，装置进行登记时的时刻或装置MAC地址的最后字节)。除了VoIP业务之外，还可用与本文所述的方式类似的方式对其它规则发生的包传输进行同步化，以便降低包冲突的概率。术语“包”在称为包网络的网络内具有公认的意义；然而，如本文中使用，术语“包”可指代经组合以用于经由网络传输的任何离散数据单元。

结合本文所揭示的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路、元件和/或组件可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑组件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，所述处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算组件的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。

结合本文所揭示的实施例描述的方法或算法可直接在硬件、由处理器执行的软件模块或所述两者的组合中实施。软件模块可驻存在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体可耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和向存储媒体写入信息。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。

提供先前描述是为了使得所属领域的技术人员能够实践本文描述的各种实施例。所属领域的技术人员将容易了解对这些实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，权利要求书不希望限于本文展示的实施例，而是应符合与书面权利要求书一致的整个范围，其中以单数形式提及元件不希望表示“一个且只有一个”(除非明确陈述)，而是表示“一个或一个以上”。在此整个揭示内容中描述的各种实施例的元件的所有结构和功能等效物(所属领域的技术人员已知的或稍后将知道的)以引用方式明确并入本文中且希望由权利要求书涵盖。此外，不希望本文所揭示的任何事物贡献给公众，不管此类揭示内容是否在权利要求书中明确陈述。没有权利要求元素要在35U.S.C.§112第六段的规定下解释，除非所述元素使用短语“用于……的装置”来明确陈述，或在方法项的情况下，使用术语“用于……的步骤”来陈述所述元素。

Claims (21)

1.一种移动通信装置，其包含：

处理器，其经配置以在随机接入网络中与服务器建立连接；

数据产生器，其处于所述处理器的控制下且被配置成以具有固定周期的速率周期性地产生数据单元；和

收发器，其处于所述处理器的控制下且经配置以在所述固定周期的每一者中的特定时隙期间将所述数据单元传输到所述服务器。

2.根据权利要求1所述的移动通信装置，其中所述特定时隙是多个邻近时隙中的一者，所述多个时隙的每一者具有与其相关联的各自时隙指数。

3.根据权利要求2所述的移动通信装置，其中所述多个时隙的大小相等。

4.根据权利要求2所述的移动通信装置，其中所述多个时隙总计大致上等于所述固定周期。

5.根据权利要求2所述的移动通信装置，其中所述多个时隙的每一者具有足够长度以准许在邻近时隙开始之前传输所述数据单元。

6.根据权利要求2所述的移动通信装置，其中所述处理器进一步经配置以从所述服务器接收特定时隙指数。

7.根据权利要求6所述的移动通信装置，其中所述特定时隙对应于与所述特定时隙指数相关联的时隙。

8.根据权利要求1所述的移动通信装置，其中所述数据单元包含因特网协议语音包。

9.根据权利要求1所述的移动通信装置，其中所述网络包含无线局域网(LAN)。

10.一种移动通信装置，其包含：

处理器，其经配置以在随机接入网络中与服务器建立连接；

声码器，其受所述处理器控制且被配置成以具有固定周期的速率产生语音包；

所述处理器进一步经配置以缓冲所述语音包直到传输时间为止；和

收发器，其与所述缓冲器通信且受所述处理器控制，所述收发器经配置以在所述传输时间处传输所述语音包，其中所述传输时间对应于所述固定周期的每一者中的特定时隙。

11.根据权利要求10所述的移动通信装置，其中所述特定时隙是多个时隙中的一者，所述多个时隙的每一者具有与其相关联的各自时隙指数。

12.根据权利要求11所述的移动通信装置，其中所述多个时隙的每一者具有足够长度以准许在邻近时隙开始之前传输所述语音包。

13.根据权利要求11所述的移动通信装置，其中所述处理器进一步经配置以经由所述网络连接从服务器接收特定时隙指数。

14.根据权利要求13所述的移动通信装置，其中所述特定时隙对应于与所述特定时隙指数相关联的时隙。

15.根据权利要求10所述的移动通信装置，其中所述网络包含至少一无线LAN。

16.一种移动通信装置，其包含：

经配置以识别特定传输时隙的处理器；

经配置以在随机接入网络中与服务器建立连接的处理器，所述处理器进一步经配置成以大致上固定的周期周期性地产生数据单元且在所述固定周期的每一者中识别特定传输时隙；和

收发器，其经配置以在所述特定传输时隙期间将所述数据单元传输到所述服务器。

17.根据权利要求16所述的移动通信装置，其中所述处理器进一步经配置以使用相关联的时隙指数值来识别多个传输时隙的每一者。

18.根据权利要求17所述的移动通信装置，其中所述处理器进一步经配置以从所述服务器接收经指派的时隙指数。

19.根据权利要求18所述的移动通信装置，其中所述特定传输时隙对应于与所述经指派的时隙指数相关联的时隙。

20.根据权利要求16所述的移动通信装置，其中所述网络包含至少一无线局域网(LAN)连接。

21.一种移动通信装置，其包含：

用于在随机接入网络上与服务器建立网络连接且以具有固定周期的速率周期性地产生数据单元的装置；和

用于在特定传输时隙期间传输所述数据单元的装置。

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