CN101635960A - 通信系统中链路层调度和协调方法及其装置与系统 - Google Patents

通信系统中链路层调度和协调方法及其装置与系统 Download PDF

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Abstract

一种通信系统中链路层调度和协调方法及其装置与系统，其中通信系统中链路层调度方法包括：自通信装置接收请求，以经由通信链路建立通信对话，其中所述请求包括对话参数组；配置第一传输机会以响应所述请求；以及于无接收后续请求下，基于至少部分所述对话参数组，配置后续传输机会。利用本发明能够动态分配和调整后续传输机会以匹配上层通信资源需求和流量模式。

Description

通信系统中链路层调度和协调方法及其装置与系统
技术领域
本发明有关于通信系统和网络应用，更具体地，有关于多址访问通信系统的链路层调度(link layer scheduling)。
背景技术
通信系统使用至少一种可用于网络应用的物理通信链路(physicalcommunications link)进行交换数据。通信链路可以是有线链路或由参数组定义的无线链路。例如，通信链路可由带宽、延迟、抖动(jitter)、数据包/单元错误率(packet/cell error rate)或数据包/单元丢失率(loss rate)定义以支持网络应用的服务质量(Quality of Service，QoS)需求。网络应用依据通信协议(protocol)经由通信链路交换数据。通信协议包括握手程序(handshake procedure)和调整数据交换的流量控制机制。为促进多用户和网络应用经由物理通信链路交换数据，依据网络应用的需求和物理链路的信道特征，定义了多种介质访问控制(Media-Access-Control，MAC)协议。
基于所使用的多址访问协议类型，通信系统可分类成两种基本类型，一种为竞争式(contention-based)多址访问通信系统，另一种为协调式(coordinator-based)多址访问通信系统。在竞争式网络中，网络装置收听媒体，且当媒体空闲以及没有信号时传输数据。竞争式网络的典型例子为使用载波监听多址访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)协议的以太网络(Ethernet)。竞争式网络不能保证网络应用的服务质量需求。在协调式网络中，网络协调装置保留每个网络应用所需求的带宽。协调式网络的一个例子为IEEE 802.16e网络，其中用户站(Subscriber Station，SS)在被基站(Base Station，BS)配置信道前不能够传输数据。这就使得802.16e为QoS提供更强的支持。
图1为先前技术中在协调式网络中异步通信服务的链路层程序。例如IP电视、视频流(streaming video)或视频会议的同步通信服务需要实时(real-time)流媒体。另一方面，对例如文件或档案传输、电子邮件或因特网浏览的异步通信服务，网络应用不需要固定比特率(constant bit rate)。相反的，通过对网络协调装置产生依需(on-demand)带宽请求，网络应用可需要可变的或突发传输(bursttransmission)率。
在如图1所示的例子中，当装置A需要向装置B发送数据时，装置A发送带宽请求#1至协调装置C。协调装置C接收请求#1并响应地发送授予#1至装置A。在装置A接收授予#1后，开始传输数据。最终，装置B在成功接收数据后，发送确认(acknowledgement，ACK)#1至装置A。之后，当装置A再次需要向装置B发送数据时，重复相同的程序。只有在装置A发送请求#2至协调装置C且收到自协调装置C的授予#2后，装置A才开始传输数据。因此，如此请求-授予链路层协议引入了额外延迟(extra latency)，因为装置A每次在传输任何数据前需要产生请求并等待授予。此外，协调装置缺少信息以做更加智能的授予决定。改善网络协调装置的智能以便其可基于应用需求和网络条件做出动态(dynamic)授予决定来促进上层流量控制仍然是个挑战。
发明内容
为了改善通信系统中网络协调装置的智能以便其可基于应用需求和网络条件做出动态授予决定来促进上层流量控制，本发明提供一种通信系统中传输时间调度的方法、链路层协调装置以及多址访问通信系统。
本发明提供一种通信系统中传输时间调度的方法，包括：自通信装置接收请求，以经由通信链路建立通信对话，其中所述请求包括对话参数组；配置第一传输机会以响应所述请求；以及于无接收后续请求下，基于至少部分所述对话参数组，配置后续传输机会。
本发明另提供一种链路层协调装置，包括：网络接口模块，自通信装置接收请求，以经由信链路建立通信对话，其中所述请求包括对话参数组；配置模块，用于配置第一传输机会以响应所述请求，并用于配置后续传输机会，其中，于无接收后续请求下，对后续传输机会的配置基于所述对话参数组。
本发明另提供一种多址访问通信系统，包括：第一通信装置，用以发送请求启动通信对话，并且所述请求包括对话参数组；以及链路层协调装置，其中所述链路层协调装置配置第一传输机会以响应所述请求，并且，于无接收后续请求下，所述链路层协调装置基于所述对话参数组，配置后续传输机会。
利用本发明能够动态分配和调整后续传输机会以匹配上层通信资源需求和流量模式，可使系统资源在网络中得到更有效的使用。
以下为根据多个图式对本发明的较佳实施例进行详细描述，本领域具有通常知识者阅读后应可明确了解本发明的目的。
附图说明
图1为先前技术中在协调式网络中异步通信服务的链路层程序。
图2为新型协调式无线网络的系统结构示意图。
图3为图2中协调式网络中链路层协调装置C的简化方块示意图。
图4为新型链路层调度方法的流程图。
图5为依据图4的流程图中关于图2协调式网络中的链路层调度方法的示意图。
图6为图5中新型链路层调度方法的实施例示意图。
图7为基于TCP加性增乘性减原理的链路层调度例子的示意图。
具体实施方式
图2为新型协调式无线网络10的系统结构示意图。协调式无线网络10包括三个装置：链路层网络协调装置12(装置C)、第一通信装置14(装置A)和第二通信装置16(装置B)。在如图2所示的例子中，这些装置分别通过无线通信链路17、18和19进行通信。图2的协调式网络10为多址访问通信系统。协调装置C提供链路层调度和配置通信资源间的协调，以便网络10的多个装置能够相互通信。通信资源为包含特定传输时间槽(time slot)和/或特定频率信道的传输机会，其中为特定传输时间槽还是特定频率信道取决于所使用的多址访问协议的类型，例如时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)或频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)。在基于TDMA的通信系统中，传输机会包括一个或多个传输时间槽。通过配置更多时间槽，一个网络装置可被配置更多带宽以与另一个网络装置进行通信。举例来说，当装置A发送带宽请求至协调装置C时，协调装置C配置多个传输时间槽至装置A以响应带宽请求。
图3为图2协调式网络10中链路层协调装置C的简化方块示意图。协调装置C包括处理器20、内存22、协调和控制模块28、网络接口模块30和数据总线(data bus)40，其中处理器20、内存22、协调和控制模块28和数据总线40组合在一起称之为配置模块，内存22存储应用软件模块24和操作系统模块26。处理器20通过数据总线40执行来自应用软件模块24和操作系统模块26的指令。网络接口模块30使能网络装置以使其相互间通过有线或无线通信链路进行通信。在图3所示的例子中，网络接口模块30包括Wi-Fi(IEEE 802.11)接口模块32、以太网络接口模块34和60GHz接口模块36。由于网络接口模块30提供对网络媒体的物理访问以及通过使用MAC地址提供低阶寻址方案，基于开放系统互连(Open Systems Interconnection，OSI)网络模型，网络接口模块30一般包括OSI层1(物理层)功能和OSI层2(数据链路层)功能。协调和控制模块28与链路层和上层交互，并实施协调和控制功能。举例来说，协调和控制模块28可包括链路层调度器(scheduler)，其中链路层调度器自网络中的其它网络装置接收带宽请求并发送授予以响应带宽请求。操作系统模块26一般包括OSI层3(网络层)软件模块和层4(传送层)软件模块。举例来说，操作系统模块26可支持TCP/IP协议堆栈(protocol stack)。应用软件模块24一般包括由上面三个OSI层5(演示层)、OSI层6(对话层)、OSI层7(应用层)功能构成的应用。举例来说，应用软件模块24可支持例如远程登入、档案传输、电子邮件、全球信息网和其它异步通信服务的网络应用。
图4为新型链路层调度方法的流程图。在协调式多址访问通信系统中，网络协调装置基于自通信系统的网络装置接收到的请求以配置系统资源。当装置A的网络应用需与另一个装置B进行通信数据时，装置A通过发送初始链路层请求至网络协调装置以建立通信对话(步骤51)。网络协调装置接收初始链路层请求，其中该初始链路层请求包括对话参数组(步骤52)。作为响应，网络协调装置对装置A配置第一传输机会(步骤53)。接着，基于上述对话参数组，网络协调装置动态地配置后续(successive)传输机会至装置A，而不需自装置A接收后续链路层请求(步骤54)。最终，基于网络条件或基于前次已配置传输机会的使用，网络协调装置改变后续传输机会持续时间(步骤55)。协调式通信系统中，网络条件或前次已配置传输机会的使用可由网络协调装置监测或由网络装置通知。
图5为依据图4流程图关于图2协调式网络10中的链路层调度方法的示意图。图5中根据OSI模型的层结构显示了装置A、B和C的方块示意图。在OSI模型下，协调装置C包括物理层64、数据链路层63、传送/网络层62、以及应用/对话/演示层61，装置A包括物理层74、数据链路层73、传送/网络层72、以及应用/对话/演示层71，装置B包括物理层84、数据链路层83、传送/网络层82、以及应用/对话/演示层81。装置A的物理层74经由无线通信链路17与协调装置C的物理层64连接，并经由无线通信链路19与装置B的物理层84连接。网络协调装置C的数据链路层63包括链路层调度器65，链路层调度器65用于在协调式网络10中处理每个装置的带宽请求并用于响应向每个装置配置传输机会。
在图5所示的例子中，网络应用藉由通信协议于网络装置A和网络装置B间建立通信对话。此外，通信协议也传输初始带宽请求(请求#1)至协调装置C的链路层调度器65。链路层调度器65接收请求#1并相应的决定一个或多个传输机会。链路层调度器65将用于描述上述一个或多个传输机会的授予#2传输回至网络装置A。在装置A自协调装置C接收授予#2后，装置A于一个或多个传输机会间发送数据#3至装置B。装置B自装置A接收数据#3后，装置B将确认数据包ACK#4发送回至装置A。
如图5所示，初始请求#1包含对话参数组90。该对话参数组90通常包括如下相关信息：应用类型、通信协议的预设流量控制机制、应用的服务质量需求以及应用的带宽需求等。由于对话参数组90包含在初始请求#1中，链路层调度器65接收关于通信资源需求和上层流量模式(traffic pattern)的所有相关信息。根据下面的详细描述，链路层调度器65因此获得足够的知识并能够基于上层资源需求和流量模式以动态地配置后续传输机会。
从新型方面(novel aspect)，链路层调度器65接收包含对话参数组90的初始请求#1。因此，链路层调度器65为装置A配置第一传输机会以在初始授予#2下传输数据至装置B。此外，通过传输后续授予至装置A，链路层调度器65继续为装置A配置后续传输机会，以传输更多数据至装置B。无需自装置A接收后续请求，即可将后续传输机会配置至装置A。并且，基于包含于对话参数组90内的信息来配置后续传输机会。通过预测装置A的带宽需求并以此配置后续传输机会，装置A无需发送附加请求并等待授予即能够传输数据至装置B。此外，新型链路层调度方法能够匹配上层流量控制机制并更好的促进网络中的访问控制和协调。
图6为图5中新型链路层调度方法的实施例示意图。在图6所示的例子中，网络应用类型为异步通信服务，例如文档或档案传输使用的FTP，其中FTP使用TCP作为其传送层协议。如图6所示，协调装置C首先在授予#2中为装置A配置一个时间槽以便传输数据至装置B。经过预设时间段后，协调装置C在授予#5中为装置A配置两个时间槽以便传输数据至装置B。预设时间段可由协调装置C基于特定网络或应用类型估计。举例来说，如果装置A和装置B在档案传输间传输数据和发回确认的平均时间为近似一毫秒(millisecond)，则协调装置C在其发出授予#2一毫秒后可发出授予#5，因为协调装置C假定装置A传输的数据#3成功地由装置B接收。此外，协调装置C将配置的时间槽从一个时间槽增加到两个时间槽，因为依据TCP传送协议，协调装置C预期装置A有较大的带宽需求。类似的，假定装置A传输的数据#6和数据#9成功地由装置B接收，协调装置C在授予#8中配置四个时间槽，在授予#11中配置八个时间槽。协调装置C继续增加配置的时间槽以匹配TCP流量和拥塞(congestion)控制机制。
在一个实施例中，如果网络装置通知协调装置C在传输中发生了网络拥塞或某些数据丢失，则协调装置C可动态地改变配置。在图6所示的例子中，数据#9在传输中丢失。结果，没有确认自装置B传输至装置A。一段超时(timeout)时间后，装置A发出通知#12至协调装置C。通知#12指示数据的前次传输不成功。收到如此通知后，协调装置C通过在授予#13中配置四个时间槽，减少下次配置。如果数据#14传输成功，则协调装置C通过在授予#16中配置八个时间槽，增加下次配置。通过基于网络条件动态调整传输时间槽的配置，新型链路层调度方法能更好地匹配上层TCP流量和拥塞控制机制。
在另一个实施例中，如果协调装置C监测到前次已配置时间槽低于配置(under-allocated)或超过配置(over-allocated)，协调装置C可动态改变配置。如果协调装置C较低的配置了无线电资源(时间槽)，则装置A可发送信息至协调装置C以指示需要更多的时间槽。作为响应，协调装置C在后续授予中将增加时间槽的数目。另一方面，如果协调装置C较高的配置了无线电资源(时间槽)，则装置A或装置B可发送信息至协调装置C以指示过剩的时间槽。作为响应，协调装置C在后续授予中将减少时间槽的数目。
通过监测已配置时间槽的使用，协调装置C也可监测已配置时间的使用。藉由将已配置时间槽与时间槽的实际使用进行比较，协调装置C可增加或减少配置的时间槽。通过基于前次已配置时间槽的使用以动态调整传输时间槽的配置，系统资源可在网络中得到更有效的使用。
图7为基于TCP加性增乘性减(Addictive Increase and Multiplicative Decrease，AIMD)原理的链路层调度例子的示意图，其横坐标为秒，纵坐标为传输时间槽。作为一种控制拥塞的算法，TCP使用慢速启动(Slow Start)以寻找初始发送率并于超时后重启。TCP也实施AIMD拥塞控制机制。更具体的，当无拥塞发生时TCP发送机线性(加性)增加发送率以探测可用带宽，而指数(乘性)减少发送率以响应网络拥塞指示(数据包丢失)。然而，TCP的加1和减半的AIMD策略并非总是有效。AIMD的实施也依赖于物理层实施和链路层调度方案。如图7所示，依据相同的TCP AIMD原理链路层调度器配置后续传输机会。最初，链路层调度器基于TCP慢速启动算法配置传输机会直到超时发生。之后，链路层调度器匹配TCP AIMD原理，以便当无拥塞发生时对传输时间槽数目增加1，当拥塞发生时对传输时间槽数目减半。结果，通过匹配链路层调度方案至上部传送层TCP慢速启动算法和TCP AIMD流量控制机制，链路层调度器能够更好的估计上层资源需求和流量模式并以此配置传输机会。
上述实施例仅用来例举本发明的实施例子，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。举例来说，图2的协调式网络10也可不是无线网络，相反，其可以为任何具有链路层协调器的有线或无线网络。图6的通知也可不由装置A发送，相反，此类通知可由网络中的另一个装置发送。图7的链路层调度也可不基于例如TCP AIMD原理的预设流量控制机制，其可基于例如TCP流聚合(flow aggregation)的另一个预设控制机制。此外，链路层调度可基于其它对话参数，例如带宽需求、QoS需求和其它应用层信息。因此，各种变形、修改和所述实施例各种特征的组合均属于本发明所主张范围，本发明的权利范围应以申请专利权利要求为准。

Claims (20)

1.一种通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，包括：
自通信装置接收请求，且经由通信链路建立通信对话，其中所述请求包括对话参数组；
配置第一传输机会以响应所述请求；以及
于无需接收后续请求下，基于至少部分所述对话参数组，配置后续传输机会。
2.根据权利要求1所述的通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，所述通信链路的带宽被分成一个或多个时间槽，每个传输机会包括多个传输时间槽。
3.根据权利要求1所述的通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，所述对话参数组包括预设流量控制机制、服务质量需求、带宽需求和应用类型中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，依据所述预设流量控制机制增加或减少后续传输机会。
5.根据权利要求3所述的通信系统中传输时间调度方法，其特征在于，所述预设流量控制机制为传输控制协议的加性增和乘性减机制或为传输控制协议的流聚合机制。
6.根据权利要求1所述的通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，进一步包括：
接收通知并作为响应动态改变后续传输机会，其中所述通知指示前次已配置传输机会的使用。
7.根据权利要求1所述的通信系统中传输时间调度的方法，其特征在于，进一步包括：
监测前次已配置传输机会的使用以改变后续传输机会。
8.一种链路层协调装置，其特征在于，包括：
网络接口模块，自通信装置接收请求，以经由通信链路建立通信对话，其中所述请求包括对话参数组；
配置模块，用于配置第一传输机会以响应所述请求，并用于配置后续传输机会，其中，于无接收后续请求下，对所述后续传输机会的配置基于所述对话参数组。
9.根据权利要求8所述的链路层协调装置，其特征在于，所述通信链路的带宽被分成一个或多个时间槽，每个传输机会包括多个传输时间槽。
10.根据权利要求8所述的链路层协调装置，其特征在于，所述对话参数组包括预设流量控制机制、服务质量需求、带宽需求和应用类型中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的链路层协调装置，其特征在于，依据所述预设流量控制机制改变后续传输机会。
12.根据权利要求10所述的链路层协调装置，其特征在于，所述预设流量控制机制为传输控制协议的加性增和乘性减机制或为传输控制协议的流聚合机制。
13.根据权利要求8所述的链路层协调装置，其特征在于，所述链路层协调装置接收通知并作为响应动态改变后续传输机会，其中所述通知指示前次已配置传输机会的使用。
14.根据权利要求8所述的链路层协调装置，其特征在于，所述链路层协调装置监测前次已配置传输机会的使用，并因此改变后续传输机会。
15.一种多址访问通信系统，其特征在于，包括：
第一通信装置，用以发送请求以启动通信对话，并且所述请求包括对话参数组；以及
链路层协调装置，用以配置第一传输机会以响应所述请求，并且，于无接收后续请求下，所述链路层协调装置基于所述对话参数组，配置后续传输机会。
16.根据权利要求15所述的多址访问通信系统，其特征在于，所述对话参数组包括预设流量控制机制、服务质量需求、带宽需求和应用类型中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的多址访问通信系统，其特征在于，依据所述预设流量控制机制改变后续传输机会。
18.根据权利要求15所述的多址访问通信系统，其特征在于，进一步包括第二通信装置，其中所述第二通信装置发送通知至所述链路层协调装置，所述链路层协调装置改变后续传输机会以响应所述通知，其中所述通知用于指示前次已配置传输机会的使用。
19.根据权利要求15所述的多址访问通信系统，其特征在于，所述链路层协调装置监测前次已配置传输机会的使用，并因此改变后续传输机会。
20.根据权利要求15所述的多址访问通信系统，其特征在于，所述链路层协调装置为通信装置。
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