CN101874415B - 在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

用于在分布式控制双向无线电通信网络(200)中提供低开销发言权控制的系统及方法，该通信网络包括一个或者多个订户站(201，205，213，215，217)和没有使用中央控制而经由因特网连接(209)互连的一个或者多个对等站(203，207，211)。订户站(201)利用在定时发言权请求窗(FRW)期间的发言权请求来请求对给定对等站(203)的发言权控制。该系统和方法提供整个通信网络(200)的一致的发言权控制判定，包括一旦已经接收到最初的发言权请求，就阻止来自本地订户站的另外的发言权请求的策略。这使每个对等方能够接收与FRW内的每个其它的对等方同样的发言权请求集合，使得每个对等方将发言权授予相同的订户。

Description

在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的系统及方法

技术领域

本发明的实施例针对分布式控制对等无线电通信网络，并且更具体地针对对等无线电通信网络的低开销发言权控制(floor control)方法。

背景技术

用于双向无线电通信中的转发器系统使用户能与可能在用于将消息重播给某覆盖区域周围的一个或者多个用户的最佳位置的无线电转发器通信。图1是图示单个转发器系统100的现有技术框图，其中通话组A(TG A)中的订户101按无线一键通(PTT)，并且转发器103从订户站101接收语音消息且将该消息传送给TG A的所有成员，诸如订户105和订户107。因而，在单个转发器系统中，在其它通话组(例如，TG B)中表征为“有礼貌的”的，诸如订户109和订户111的那些订户将认识到信道是忙的且不传送以防止干扰。

对等(P2P)无线电系统包括一般通过网际协议(IP)网络链接在一起的两个或者多个对等方(转发器)，在该网际协议(IP)网络中，两个或者多个订户双向无线电设备使用该网络在更大的范围上通信。订户可参与私人呼叫(private call)，诸如一对一的语音/数据通信，或者群呼叫(group call)，诸如其中一个订户在谈话且N个订户在倾听的一对N的语音/数据通信。这些订户站需要来自对等方的资源以便彼此通信。例如，订户可以与共同位于同一对等方(使用对等方作为RF转发器)上的另一订户，或者与在另一对等方上的另一订户通信。对于调度系统(dispatch system)中的语音通信，在递送音频消息时的短的等待时间经常是苛刻的要求。

无线电系统中的一个问题处理期望同时在一个或者多个对等方上

传送的订户站的数目超过可用的RF信道的数目的情况。在低成本P2P无线电系统中，系统可一次只对于传送的订户中的一个具有足够的资源。虽然通过无线电系统许多订户可同时竞争与其它的订户通信，但是在指定的RF信道上一次仅仅一个可以传送。因此，各对等方将负责确定将允许哪个订户传送。使用给定的对等方或者多个对等方(peers)传送的订户一般称作“具有发言权”，这给予该订户向一个或者多个其它的订户传送的专有的使用。

因而，操作使用可靠的手段来在双方都需要实质上同时使用发言权的竞争的订户之间仲裁的低成本的P2P通信系统，将是有利的。

附图说明

在附图中，在全部视图中相似的附图标记表示相同的或者功能上相似的元素，并且附图与下面的详细地描述一起合并在说明书中和形成说明书的一部分，附图用于根据本发明进一步说明多个实施例且解释多个原理和优点。

图1是使用第一和第二通话群的单个转发器系统的现有技术框图。

图2是如根据本发明的实施例所使用的多个转发器系统的框图。

图3是图示根据本发明的实施例的用于在分布式对等网络中提供低开销发言权控制的方法的流程图。

图4是图示根据本发明的实施例的用于选择将赢得发言权的订户的方法的流程图。

本领域技术人员将理解，附图中的元素为了简单和清楚而图示，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元素的尺寸可以相对于其它元素而被放大以帮助改善对本发明的实施例的理解。

具体实施方式

在详细地描述根据本发明的实施例之前，应当观察到实施例主要存在于涉及用于在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的系统和方法的方法步骤和装置组件的组合中。因此，装置组件和方法步骤已经在附图中由常规的符号在适当地方进行了表示，仅示出了对于理解本发明的实施例有关的那些特定细节，以便不会因对受益于这里描述的本领域普通技术人员显而易见的细节而使得本公开模糊。

在该文献中，诸如第一和第二，上和下等的关系术语可仅仅用于在这样的实体和行为之间不必要求或暗示任何实际的这样的关系或顺序的情况下将一个实体或行为与另一个实体或行为相区分。术语“包括”，“包含”，或者其任何变形，意在覆盖非排它的包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或者装置不是仅仅包括那些元素，而是可以包括没有明确地列出的或者这样的过程、方法、物品或者装置固有的其它元素。在没有更多的约束的情况下，之前加“包括一”的元素并不排除在包括该元素的过程、方法、制品或装置中存在另外的同样的元素。

将理解，这里所描述的本发明的实施例可包括一个或者多个常规的处理器和独特存储的程序指令，独特存储的程序指令结合某些非处理器电路控制一个或多个处理器来实现用于在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的系统和方法的功能中的一些、大部分、或者全部。非处理器电路可包括，但是不限于，无线电接收器、无线电发射器、信号驱动器、时钟电路、电源电路，以及用户输入设备。因此，这些功能可以被解释为在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的方法的步骤。

替代地，一些或者所有的功能可以通过没有存储的程序指令的状态机来实现，或者在一个或者多个专用集成电路(ASICs)中实现，其中每个功能或者某些功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，可以使用两种方法的组合。因而，在这里描述了对这些功能的方法和装置。此外，期望的是虽然可能存在极大的努力和由例如可用时间、当前技术、以及经济考虑所激发的许多设计选择，但是当由这里所公开的概念和原理指导时，本领域普通技术人员将很容易能够以最小的实验来产生这样的软件指令以及程序和IC。

图2是如根据本发明的实施例所使用的多个转发器系统200的框图。因而，图2是示出第一转发器或者对等方203上的订户201可在其无线电装置上按PTT以发起对诸如TG A的第一通话群的语音呼叫的例子。在一些情况下，转发器207上的礼貌的订户205在时间上几乎同时可发起对第二通话群TG B的语音呼叫。TG A和TG B的语音流通过因特网连接209来发送且都在发言权请求窗内到达第三转发器211。如这里所描述的，发言权请求窗(FRW)是订户请求使用转发器系统以与其它订户通信的时间段。使用如这里所描述的用于在分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的方法，转发器211将发言权授予语音流中的一个，诸如这里例子中的订户201。注意到在这个无线电通信网络中没有控制的中心点。每个对等转发器负责由那个转发器提供的RF信道的发言权控制仲裁。因此，系统中的转发器203、207和211必须作出一致的选择且将发言权授予相同的发起的订户。本发明的实施例属于在基本上同时的请求的情况下向订户授予发言权的这个选择过程和一致的方法。

因而，P2P发言权控制解决了两类资源竞争，即：(1)多个订户在给定的对等方上竞争无线电频率(RF)。订户可设法开始私人呼叫或者设法在群呼叫上传送。竞争的订户可附属于同一TG或者可属于不同的TGs。对等方必须选择单个订户且将发言权(RF信道)分配给那个订户。对等方必须优于非紧急呼叫将优先级给于紧急呼叫。(2)属于单个TG的多个订户竞争向那个TG的成员传送。TG的成员可位于多个对等方上。带有附属于那个TG的订户的每个对等方必须分配用于由这个TG使用、或者用于由另一TG使用、或者用于由私人呼叫使用的资源。在对这个TG分配资源的对等方集合内，所有的对等方必须向同一订户分配发言权。换句话说，当TG跨越多个对等方时，TG的单个成员在时间上任何给定的点可具有发言权。

必须支持多个呼叫优先级。例如，语音呼叫可被给予比数据呼叫更高的优先级，或者紧急呼叫可以被给予比正常的语音呼叫更高的优先级。当具有不同优先级的两个呼叫请求发言权时，发言权应该总是授予较高优先级的呼叫。如果发言权已经授予了较低优先级的呼叫，则较高优先级的呼叫应该能从较低优先权的呼叫抢占发言权。当在不同的时间请求相同优先级的两个呼叫时，发言权应该授予第一个作出的呼叫，且第二个相等优先权的呼叫应该不能抢占第一个呼叫。

当同时请求相同优先级的两个呼叫时，需要选择一个呼叫优于另一个呼叫的机制，也就是，授给发言权。一个例子可以是将发言权授给具有较低的订户标识(ID)的订户。用于选择相等优先级呼叫中哪一个被选择的方法不在本发明的范围内，然而，只要其在所有的对等方上产生一致的结果，则任何方法是可接受的。虽然分布式系统中的对等方不分享共同的实时时钟，但是当在两个不同的对等方上的订户基本上同时发起呼叫时，对这两个发言权请求的时间段将意味着两个发起源发生在与用于在网络中的任何两个对等方之间发送消息的最大期望消息延迟相等的时间跨度内。

图3是图示用于在分布式对等网络中提供低开销发言权控制的方法的流程图。对等方尝试以先到先服务为基础来分配发言权。对等方的发言权一般处于非使用的空闲状态301。因为发言权请求可从不同的对等方上的订户发起且没有系统范围的时钟，所以固有的系统等待时间不是总有可以确定两个发言权请求中的哪个在时间上是先作出的。当已经提出一个或者多个发言权请求，而还没有授予发言权时，发言权请求窗用于确定这些冲突情况的类型305。对等方通过定义可以接收到一个或者多个发言权请求的FRW来处理该冲突。当第一个发言权请求由对等方接收到时303，FRW开始。发言权请求可以是下列中的任何一个：(a)用于发起群呼叫的来自这个对等方上的订户的空中请求；(b)用于发起私人呼叫的来自这个对等方上的订户的空中请求；(c)用于发起群呼叫的来自远程对等方的请求；或者(d)用于发起私人呼叫的来自远程对等方的请求。

一旦FRW开始，则可以接收来自其它对等方的另外的发言权请求307；然而，必须拒绝来自本地订户的呼叫，除非他们具有比开始FRW的呼叫更高的优先级，或者从开始FRW的同一订户发起。这个策略保证了如果发言权请求是在系统内的任何对等方上作出的，则到FRW结束时那个请求将由每个对等方接收。此外，FRW的持续时间必须足够长以保证来自整个网络的其它订户的同时发言权请求可以被接收到且被考虑用于发言权控制。为此大于或者等于从一个对等方向另一对等方发送消息的最长的期望等待时间的两倍的FRW是足够的。这可以通过使用FRW定时器来实现。如果定时器期满309，则这导致转换到发言权被授予的状态。如图4中所描述的，所有未决的发言权请求被考虑且发言权被授予这些请求中的一个。如果存在来自赢得发言权的订户的另外的发言权请求，那么使另外的请求排队等候。所有其它发言权请求被拒绝。选择授予哪个发言权请求的发言权机制必须在整个系统的所有对等方中是一致的。

举例来说，考虑带有对等方203和对等方207上的成员的通话群。如果对等方203上的订户按其一键通(PTT)按钮以发起双向无线电通信或呼叫，则在对等方203上的FRW开始。对等方203然后通过向带有发言权请求的TG成员的所有其它对等方发送控制消息或者通过使TG音频流向他们来通知他们。所有其它对等方将在最长的期望消息等待时间内接收发言权请求且将开始FRW。一旦对等方上的FRW开始，则在那个对等方上没有本地的订户会被允许请求发言权。因此，最坏情况的延迟将是对等方203上的订户发起呼叫，并且然后刚好在发言权请求通知到达对等方207之前，对等方207上的订户按PTT且发起呼叫。第二个请求必须在不到最大消息延迟时发生，或者FRW将在对等方207上开始且请求不会被允许。然后，第二个发言权请求从对等方207传递到对等方203，且必须在最大消息延迟内到达那里。由于对等方203上的FRW持续最大消息延迟的两倍，所以来自对等方207的发言权请求将总是在对等方203FRW期满之前到达对等方203。将显而易见的是，对等方可开始传送音频之前的时间段可以长于FRW。在对等方开始播放从另一对等方接收到的音频之前，该对等方将以某个预定数目的语音采样来填满抖动缓冲器或者其它类型的延时存储器。

接收另外的发言权控制请求没有重新开始FRW定时；FRW仅仅基于第一个发言权请求的到达。在FRW结束时，对等方将发言权授予恰好发言权请求中的一个且使任何其它的请求排队等候或者拒绝任何其它的请求。发言权应当总是授予最高优先级的呼叫。如果两个或更多的呼叫具有相同的优先级，则将需要使用某种技术来选择获胜者。一旦已经将发言权请求授予订户311，则发言权的控制会保持呼叫会话的持续时间，除非具有比当前的发言权获胜者更高呼叫优先级的新的请求313被接收到318。当现有的会话在进行中时319，拒绝任何相等的或者较低优先权的新的发言权控制请求，除非它是来自拥有发言权的同一订户的呼叫315。如果新的请求具有比拥有发言权的呼叫更高的优先级，则针对新的呼叫的FRW开始，并且在FRW结束时，发言权将被授予较高优先级的呼叫且当前的呼叫将被抢占321。

对等方在相同的FRW内从相同的订户(本地的或者远程的)接收多个发言权控制请求307是可能的。可能发生的典型的情况是订户发送非常短的数据呼叫，紧随其后是语音呼叫。在这样的情况下，对等方将允许两个呼叫竞争发言权。然而，在FRW结束时401，如果那个订户的呼叫中的任何一个被选择为发言权获胜者411，则对等方将保证由那个订户发起的第一个呼叫被授予发言权且使第二个呼叫排队等候425。当第一个呼叫完成时，对等方会立即将发言权授予第二个呼叫325。

一旦发言权已经被授予来自特定订户的呼叫，则来自相同的订户的另一个呼叫可到达对等方313是可能的。可能发生的典型的情况是订户发送数据呼叫(具有比FRW更长的持续时间)，紧随其后是语音呼叫。在这样的情况下，第二个呼叫将排队等候315。当第一个呼叫完成时，对等方会立即将发言权授予第二个呼叫325。

对于群呼叫，会话可被定义为通过由群呼叫悬空时间窗(hang timewindow)329之后的TG 311的单个成员的半双工语音传送。在悬空时间窗期间，来自TG的任何成员的发言权请求可被接收到330且被考虑用于发言权控制331，但是不是用于TG的发言权请求330将被拒绝333，除非它们具有比当前的TG会话更高的呼叫优先级。如果来自TG的成员的发言权请求在悬空时间期间被接收到，则FRW开始335，并且在FRW结束时，发言权被授予309。对于私人呼叫，会话可以包括通过私人呼叫中的一个或者双方参与者的多个半双工语音传送。当订户中的一个发起对其它订户的私人呼叫时，私人呼叫会话开始。

因而，如对本领域普通技术人员将显而易见的，如果当前的呼叫被更高优先级的呼叫抢占321，则任何会话可过早地结束。如果在呼叫参与者中的一个正在传送时语音呼叫被更高优先级的呼叫抢占，则语音呼叫会话立即结束且不存在悬空时间。如果更高优先级的发言权请求330在悬空时间期间被接收到，则FRW开始335且在FRW结束时发言权被授予309最高优先级的呼叫且原会话结束。对于群呼叫和私人呼叫的悬空时间持续时间可是不同的。例如，来自群呼叫的悬空时间可以是1秒而私人呼叫悬空时间可以是500ms。唯一的限制是在所有的对等方上悬空时间必须是一致的。

因而，本发明的实施例提供用于在不需要用于发言权控制的控制的中心点的分布式对等通信网络中提供低开销发言权控制的系统和方法。该系统和方法没有单个故障点，也不需要昂贵的中央控制器。该系统和方法进一步提供整个网络一致的发言权控制判定，其中选择发言权控制窗长度为转发器之间期望的最大消息延迟的两倍，并且一旦已经接收到最初的发言权请求就阻止来自本地订户无线电装置的另外的发言权请求的策略，保证了每个转发器在发言权控制窗内接收到与每个其它的转发器相同的发言权请求集合，使得每个转发器将发言权授予同一订户。该系统进一步提供通过公共因特网递送语音的低等待时间，其中只要语音到达空中则语音可流送到其它的转发器。此外，即使在通过将发言权控制窗设置为保证一致的发言权控制结果所需要的最小长度来做出发言权控制判定之前，语音流送也可以开始。该系统和方法进一步允许快速接续的两个或者多个连贯的呼叫被视为连续的媒体流，由此增强了用户体验。最后，当响应之前的呼叫时，该系统和方法在给予整个网络的所有的用户平等的赢得发言权的机会中显示了公平性，使得发言权控制窗解释网络延迟，所以在响应那个订户时与刚刚完成通话的订户位于同一转发器上的订户具有公平的“领先(head start)”。

在上述说明书中，已经描述了本发明的具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，在不偏离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行多种修改和改变。因此，说明书和附图应当被视为说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改意在包括在本发明的范围内。益处、优点、对问题的解决方案、以及可使得任何益处、优点，或者解决方案发生或者变得更加显著的任何元素(多个)不应当被解释为任何或者所有权利要求的关键的、必须的，或者必要特征或者元素。本发明仅仅由包括在该申请未决期间做出的任何修改的权利要求及如所授权的那些权利要求的所有等同物来限定。

Claims (17)

1.一种用于在分布式控制双向无线电通信网络中提供低开销发言权控制的系统，包括：

多个订户站；以及

多个对等站，所述多个对等站没有使用中央控制而经由因特网连接互连，

其中，所述多个订户站中的至少一个订户站利用在定时时间间隔期间的发言权请求以向至少一个对等站请求发言权控制，以及

其中，以下的至少一个：

以大于或等于第一对等站和第二对等站之间的期望最大消息延迟的两倍来设置所述定时时间间隔，

所述至少一个对等站利用悬空时间以在不释放发言权控制的情况下，向所述多个订户站提供用于回复由所述至少一个订户站发送的消息的时段，和

所述多个对等站中的每个在所述定时时间间隔内接收与每个其它对等站相同的发言权请求集合。

2.如权利要求1所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，所述定时时间间隔是发言权请求窗。

3.如权利要求2所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，在所述定时时间间隔期满时仅授予一个发言权请求，并且拒绝来自其它订户站的所有其它发言权请求。

4.如权利要求3所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，一旦将发言权请求授予一个订户站，则将拒绝来自与已授予的发言权请求相等或者更低优先级的另一个订户站的后续发言权请求。

5.如权利要求3所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中， 具有高优先级的发言权请求能够抢占已授予的发言权请求。

6.如权利要求3所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，来自当前具有所述发言权的所述订户站的另外的发言权请求将排队等候且当完成第一个通信时被随后授予所述发言权。

7.如权利要求2所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，一旦发言权请求窗已经开始用于所述至少一个订户站，则拒绝来自对于对等站是本地的所述多个订户站的发言权请求。

8.如权利要求2所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，一旦发言权请求窗已经开始用于所述至少一个订户站，则允许来自在不同对等站上的所述多个订户站的发言权请求。

9.如权利要求2所述的用于提供低开销发言权控制的系统，其中，当在发言权请求窗期间来自一个订户站的多个发言权请求到达，如果选择来自所述一个订户站的所述发言权请求中的一个以赢得所述发言权，则来自所述一个订户站的最早到达的请求被授予所述发言权，并且来自所述一个订户站的剩余的请求排队等候且当完成第一个通信时以到达的顺序随后被授予所述发言权。

10.一种用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，包括：

多个双向无线电订户站，所述多个双向无线电订户站经由多个通话群通信；

多个对等方，每个对等方经由因特网连接通信且没有中央控制节点；

发言权请求定时器，所述发言权请求定时器与所述多个对等方中的每个相关联；并且

其中，所述订户站中的至少一个利用发言权请求窗以向所述多个 对等方中的至少一个请求发言权控制，使得在发言权请求窗已经开始之后，拒绝来自对于所述多个对等方中的至少一个是本地的所述多个订户站的发言权请求且为对于所述多个对等方中的至少一个非本地的订户站允许发言权请求。

11.如权利要求10所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，在所述发言权请求窗期满时，所述发言权被授予至少一个请求订户站。

12.如权利要求11所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，一旦将发言权请求授予一个订户站，则拒绝来自与已授予的发言权请求相等或者更低优先级的另一个订户站的后续发言权请求。

13.如权利要求11所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，具有高优先级的发言权请求通过维持对所述发言权的控制抢占已授予的发言权请求。

14.如权利要求11所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，来自当前具有所述发言权的所述订户站的另外的发言权请求排队等候且当完成涉及所述订户站的呼叫时随后被授予所述发言权。

15.如权利要求10所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，延迟定时器被至少一个订户站用于在传送期间提供延迟以防止丧失对所述发言权的控制。

16.如权利要求10所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，以大于或等于所述多个对等方中第一对等方和第二对等方之间的期望最大消息延迟的两倍来设置所述发 言权请求窗。

17.如权利要求10所述的用于在双向无线电分布式控制通信网络中提供访问发言权的系统，其中，所述多个对等方中的每个在所述发言权请求窗内接收与每个其它对等方相同的发言权请求集合。