CN102088778B - 用于共存WiFi和WiMAX中心点的WiMAX调度算法 - Google Patents

用于共存WiFi和WiMAX中心点的WiMAX调度算法 Download PDF

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Abstract

在接收到共存中心点正接收共存干扰的指示之后，可发起调度算法。调度可包括在各WiMAX帧内分配相等数量的中心点。将各中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中。

Description

用于共存WiFi和WiMAX中心点的WiMAX调度算法
技术领域
本发明涉及通过中心点使用WiMAX和WiFi这两种通信的网络。
背景技术
在一些网络中，基站可经由全球微波接入互通(WiMAX)(IEEEStd.802.16-2004，IEEE局域网和城域网标准，第16部分：用于固定宽带无线接入系统的空中接口，IEEE New York，New York 10016)与中心点进行通信，中心点又经由WiFi(IEEE Std.802.11(1999-07-15)无线LAN媒体接入控制(MAC)和物理层规范)与个人区域网进行通信。中心点则可说成是共存WiFi和WiMAX收发器。
WiFi和WiMAX组合无线电经由WiMAX来提供无线广域网(WWAN)接入，并且同时经由WiFi来提供无线个人区域网(WPAN)服务。WiMAX基站向多个个人区域网小区提供WiMAX接入。在每个这种小区内，具有共存WiFi和WiMAX无线电的多无线电平台用作中心点，中心点可使用WiMAX在个人区域网外部进行通信，同时还充当个人区域网客户端的接入点。
由于强共存无线电干扰和资源约束，共存WiMAX和WiFi无线电无法同时操作。WiFi无线电通常必须让步于WiMAX无线电。WiFi与WiMAX之间的操作的协调可例如通过MAC协调器来执行，其中在共存无线电之间仲裁资源，并且共存无线电有效地以时分复用方式进行操作。
一般来说，赋予所调度的WiMAX活动比WiFi活动更高的优先级，使得WiFi只能在WiMAX没有处于冲突操作中时才进行操作。同时，个人区域网中心点相互竞争，以便获得通过WiFi的公共信道接入。结果，在中心点之中调度WiMAX活动的不同方式引起在中心点之中WiFi信道争用的不同等级。因此，WiMAX网络业务量的调度影响并存的个人区域网的总吞吐量。一般来说，现有的WiMAX调度算法只根据WiMAX性能标准进行分配。没有考虑并存条件，则这些调度可产生导致破坏个人区域网吞吐量的WiMAX调度模式。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种方法，包括：在基站中从移动台接收消息；自动确定中心点是否具有共存无线电；以及根据与中心点是否具有共存无线电有关的信息来分配帧。
在本发明的方法的一个实施例中，还包括：从中心点接收具有WiMAX和WiFi收发器的所述中心点正遭遇并存干扰的指示；以及将所述中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：根据所有中心点的最大延迟要求来计算平均延迟要求。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：保存帧的调度历史M，并且将M设置为所述延迟要求的最小公倍数。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：对于各帧确定所述平均延迟要求以及在该帧中实际调度的中心点的数量。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：保存任务列表以存储未决的WiMAX调度任务，所述调度任务被按照其最后期限来排序。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：计算可在特定帧内调度的中心点的数量，使得在先前帧和当前帧中调度的中心点的总数等于来自所述先前帧和当前帧的中心点数量除以所述平均延迟，然后求和，最后上取整。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：从已排序的任务列表中首先调度具有最近的最后期限的中心点，受到容量约束，并且由以下计算结果来限制：对于先前帧，将中心点数量除以其平均延迟后减去在先前帧中实际调度的中心点数量，然后求和，再加上对于当前帧的中心点数量除以平均延迟，最后上取整。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：如果帧容量大于0，并且所调度的中心点数量小于nE，则从所述任务列表中分配新的中心点。
在本发明的方法的一个实施例中，包括：如果所调度的中心点数量不小于所调度中心点的预期数量，则将所调度中心点的实际数量设置成等于中心点的预期调度数量。
按照本发明的另一方面，提供一种存储指令的计算机可读介质，所述指令由处理器执行，从而：从中心点接收具有WiMAX和WiFi收发器的所述中心点正遭遇并存干扰的指示；以及将所述中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中。
在本发明的介质的一个实施例中，还存储根据所有中心点的最大延迟要求来计算平均延迟要求的指令。
在本发明的介质的一个实施例中，还存储保存帧的调度历史M并且将M设置为所述延迟要求的最小公倍数的指令。
在本发明的介质的一个实施例中，还存储对于各帧确定所述平均延迟要求以及在该帧中实际调度的中心点数量的指令。
在本发明的介质的一个实施例中，还存储执行下列操作的指令：计算可在特定帧内调度的中心点的数量，使得在先前帧和当前帧中调度的中心点的总数等于来自所述先前帧和当前帧的中心点数量除以所述平均延迟，然后求和，最后上取整。
按照本发明的又一方面，提供一种中心点，包括：WiMAX和WiFi收发器；耦合到所述收发器的控制器；以及耦合到所述控制器的存储装置，所述存储装置存储自动确定所述中心点是否具有共存无线电的指令。
在本发明的中心点的一个实施例中，所述中心点建立具有字段的消息帧，所述字段包括填充有并存干扰源的字段。
在本发明的中心点的一个实施例中，所述中心点为第二字段填充活动时间百分比。
在本发明的中心点的一个实施例中，所述中心点为第三字段填充并存干扰强度。
在本发明的中心点的一个实施例中，所述中心点建立填充有装置位置的消息帧，所述中心点构建消息，并且将所述消息发送给基站以指明所述中心点正遭遇共存干扰。
附图说明
图1是根据一个实施例、工作于WiMAX和WiFi中的网络的示意图示；
图2是用于图1所示的实施例中的基站的流程图；以及
图3是用于图1所示的实施例中的移动台的流程图。
具体实施方式
时分复用可在WiMAX帧级用于共存的WiFi与WiMAX无线电之间。如果在一帧内没有所调度的WiMAX活动，则共存的WiFi无线电能够将该帧持续时间用于WiFi操作。在一些实施例中，目的是在保持由延迟和带宽要求所定义的用于WiMAX业务量的服务质量的同时，获得最大的总计WiFi吞吐量。
由于WiFi无线电需要让步于WiMAX无线电，所以WiMAX调度实际上控制了个人区域网小区在各个时间的可用性。通过并存感知调度优化的分析，可以把总计个人区域网吞吐量建模为活动的个人区域网小区的数量的函数。
对于WiMAX业务量可在可能的最小数量的帧中调度各中心点，使得WiFi无线电获得更多时间进行操作。这意味着，在最小可行数量的帧中处理WiMAX业务量。若给定WiMAX业务量的延迟和带宽要求，多个中心点的调度可在时间上均匀地分布于WiMAX帧。其实，通过将多个中心点的WiMAX活动分布于不同的帧，可利用多用户分集来使WiFi网络能够达到负荷平衡，并且保持网络效率。
WiMAX到达时间可以是例如每隔一帧，因此无需在每一帧调度每一个客户端。更好的是将中心点均匀地分布于各帧。
参照图1，无线网络10可包括具有WiMAX收发器20的基站12。基站还包括控制器18，控制器18控制包括收发器20的基站的操作。控制器使用存储装置22，存储装置22是存储可由控制器18执行的指令的计算机可读介质。在一个实施例中，存储装置可存储调度算法24。
基站12与中心点14进行通信，中心点14也包括控制器26。但是，中心点14包括用于与基站12通信的WiMAX收发器28以及用于与个人区域网(PAN)客户端16通信的WiFi收发器30。个人区域网客户端16包括WiFi收发器32和控制器34。
基站12知道WiMAX客户端是否位于多无线电中心点上，下面进行说明。具备了那种知识，基站12在各帧内分配相等数量的中心点，并且设法将各中心点分配到最少数量的帧中，受到WiMAX容量约束。
可确定在当前时间在中心点i的WiMAX业务量的最大可允许延迟Di以及中心点的总数N。延迟界限指明调度分组以便进行应用所需的处理的最后期限(因为超过该最后期限，分组不再有用)。首先调度具有最短最后期限的中心点，依此类推。另外，调度足够的带宽以满足客户端的最后期限。
等于的平均最大延迟要求是基于所有中心点的当前最大延迟要求。保存M帧的调度历史，其中M比1大得多。在一些实施例中，M可以是所有中心点的延迟要求的最小公倍数：
M＝lcm(Di|i＝1，...N)
对于第k帧，在调度历史M内，平均延迟要求为在第k帧中实际调度的中心点的数量为nA，k。Di和N可随时间而改变，因此在不同帧中可能是不同的。
保存任务列表L，以便存储按其最后期限排序的未决WiMAX调度任务。当新带宽请求到达时更新列表L。
可在第k帧中调度的中心点的理想预期数量nE，k可以是这样的，使得在先前总共k帧中调度的中心点的总数等于的上取整(ceiling)，其中是第j帧的平均延迟要求。
那么，在实际情况中，在帧k中可调度的中心点的预期数量为：
n E , k = ceiling ( N / D k ‾ + Σ j = 1 k - 1 ( N / D j ‾ - n A , j ) )
其中，nA，j是来自历史的在第j帧中调度的中心点的实际数量。第一项是应当对于第k帧调度的中心点的理想数量，以及第二项是本来应当已经被调度、但未被接纳的剩余中心点的数量。
这个差值逐帧地累积，同时始终设法重新回到理想值。这可通过下列步骤来实现：设法处理平均数量的中心点加上本来应当在先前k-1个流中已经处理但未被处理的累积中心点。
在第k帧中实际调度的中心点可从已排序的任务列表L中首先通过最近的最后期限来选择，受到容量约束，并且由nE，k来限制。所调度的中心点的实际数量被记录为nA，k，其中nA，k小于或等于nE，k。
在基站所调度的帧内，专用于任何客户端的带宽量取决于客户端需要的性质。因此，N个中心点可在一定数量的帧内全部获得时间，但所调度的带宽可以不同。带宽是所分配时间乘以频率分配的量。
参照图2，在一些实施例中，序列24可通过硬件、软件或固件来实现。在软件实施例中，该序列可通过控制器18可执行的指令来实现。那些指令可存储在采取存储装置22的形式的计算机可读介质中，计算机可读介质可以是光、磁或半导体存储器。
最初，在框38，基站接收中心点正遭遇共存干扰的指示。在框40，新帧的调度开始。计算平均延迟如框42所示。然后，在框44，计算中心点的预期数量。在一些实施例中，指明所调度的中心点的数量的CPscheduled变量最初被设置成等于0。
在菱形框46，在一个实施例中，检查确定帧容量是否大于0，并且CPscheduled变量是否小于中心点的预期数量nE。如果是的话，则从任务列表L中分配新的中心点，并且更新任务列表L，如框48所示。然后，CPscheduled变量加上帧容量变量可设置成等于所使用的符号的数量(框50)。
在一个实施例中，如果帧容量不大于0或者CPscheduled变量不小于nE(菱形框46)，则把nA设置成等于CPscheduled变量。对于D、nE和nA更新历史，如框52所示。然后，对于当前帧完成调度，如框54所示。
来自异质并存网络和/或无线电的干扰通常呈现与共信道干扰不同的特性。异质干扰由在相邻/重叠频谱中按照不同协议的不同无线电的发射引起，并且是装置相关的和位置相关的。异质干扰相对于干扰无线电的操作常常呈现开/关模式。
在一些实施例中，四个核心信息元素可用于并存相关的优化。可使用对应信令机制，使得订户可将那些信息元素发送给基站。参照图3，一种方式是定义消息帧(框62)，消息帧包括具有并存干扰源的第一字段、具有活动时间百分比的第二字段、具有并存干扰强度的第三字段以及具有装置位置的第四字段。第一字段中的并存干扰源指定干扰源的类型(框64)。可区分三种情况。第一种情况是不存在并存无线电干扰。第二种情况是存在并存干扰，并且WiMAX订户与并存干扰源之间的显式协调不可用。第三种情况是存在并存干扰，但WiMAX订户与并存干扰源之间的显式协调是可用的。
第一字段使基站能够知道订户受到并存干扰，并且基站可如图2所示来处理订户。
第二字段(框66)用于指定并存干扰活动的时间的平均百分比。并存干扰可开和关，并且准确的开关模式可能不是受影响WiMAX订户已知的。活动时间百分比可用于保持和为基站提供与并存干扰有关的粗略等级的定时信息，同时呈现最小开销。基站可使用这个信息来优化调度和其它相关功能模块，以便抵制并存干扰。
第三字段(框68)用于指定当干扰是活动的时的带内并存干扰的平均强度。在共存无线电的情况下，WiMAX订户可遭遇前端饱和。这个字段可由订户用于向基站指明前端饱和的存在。一般来说，当并存干扰是活动的时，它是影响订户的主要因素。另一方面，当并存干扰关掉时，订户一般受到随机信道变化和共信道干扰影响。并存干扰为基站提供与并存干扰的相对强度有关的知识。给定异质干扰的开关性质，这种信息是对信道质量指示符(CQI)反馈信息的补充。第二字段和第三字段在一起对于在基站优化性能的链路优化和功率控制功能模块会特别有用。
第四字段(框70)用于指定订户的物理位置。异质并存干扰是位置相关的。知道了装置的位置，基站可组合来自相互靠近的订户的干扰报告，以便得到与并存干扰有关的更清晰画面。另外，WiMAX对并存网络的影响也是位置相关的。装置位置信息可帮助基站确定对于多个订户的约束。
在填充四个字段(如框64、66、68和70所示)之后，消息则可被制定并且发送给基站，如框72所示。在一些实施例中，序列60可通过软件、硬件或固件来实现。在一个软件实施例中，它可通过计算机可读介质中存储的指令来实现。在一个实施例中，计算机可读介质可以是控制器34的一部分，如图1中的60所示。在其它实施例中，可使用分开的存储装置。在一些实施例中，控制器34可执行计算机可读介质中存储的指令。
本说明书全文中提到“一个实施例”或“实施例”表示结合该实施例所述的具体特征、结构或特性包含在本发明所涵盖的至少一个实现中。因此，短语“一个实施例”或“在一个实施例中”的出现不一定都指的是同一个实施例。此外，具体特征、结构或特性可通过与所示具体实施例不同的其它适当形式来设立，并且所有这类形式可涵盖于本申请的权利要求中。
虽然针对有限数量的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将会从其中知道大量修改和变更。所附权利要求意在涵盖落入本发明的真实精神和范围之内的所有这类修改和变更。

Claims (19)

1.一种用于无线网络中共存WiFi和WiMAX中心点的调度方法，其中所述无线网络包括具有WiMAX收发器的基站，所述基站与中心点通信，其中所述中心点包括用于与所述基站通信的WiMAX收发器和用于与个人区域网客户端通信的WiFi收发器，其中所述个人区域网客户端包括WiFi收发器，所述方法包括：
在基站中从移动台接收消息；
自动确定所述中心点是否具有共存WiFi无线电和WiMAX无线电；以及
具备了所述中心点是否具有共存WiFi无线电和WiMAX无线电的知识，在各帧内分配相等数量的中心点并且设法将各中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中。
2.如权利要求1所述的方法，包括：根据所有中心点的最大延迟要求来计算平均延迟要求。
3.如权利要求2所述的方法，包括：保存帧的调度历史M，并且将M设置为所述延迟要求的最小公倍数。
4.如权利要求3所述的方法，包括：对于各帧确定所述平均延迟要求以及在该帧中实际调度的中心点的数量。
5.如权利要求4所述的方法，包括：保存任务列表以存储未决的WiMAX调度任务，所述调度任务被按照其最后期限来排序。
6.如权利要求5所述的方法，包括：计算可在特定帧内调度的中心点的数量，使得在先前帧和当前帧中调度的中心点的总数等于来自所述先前帧和当前帧的中心点数量除以所述平均延迟，然后求和，最后上取整。
7.如权利要求6所述的方法，包括：从已排序的任务列表中首先调度具有最近的最后期限的中心点，受到容量约束，并且由以下计算结果来限制：对于先前帧，将中心点数量除以其平均延迟后减去在先前帧中实际调度的中心点数量，然后求和，再加上对于当前帧的中心点数量除以平均延迟，最后上取整。
8.如权利要求7所述的方法，包括：如果帧容量大于0，并且所调度的中心点数量小于nE，则从所述任务列表中分配新的中心点。
9.如权利要求8所述的方法，包括：如果所调度的中心点数量不小于所调度中心点的预期数量，则将所调度中心点的实际数量设置成等于中心点的预期调度数量。
10.一种用于调度无线网络中共存WiFi和WiMAX中心点的设备，其中所述无线网络包括具有WiMAX收发器的基站，所述基站与中心点通信，其中所述中心点包括用于与所述基站通信的WiMAX收发器和用于与个人区域网客户端通信的WiFi收发器，其中所述个人区域网客户端包括WiFi收发器，所述设备包括：
用于在基站中从移动台接收消息的装置；
用于自动确定所述中心点是否具有共存WiMAX无线电和WiFi无线电的装置；以及
用于具备了所述中心点是否具有共存WiFi无线电和WiMAX无线电的知识，在各帧内分配相等数量的中心点并且设法将各中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中的装置。
11.如权利要求10所述的设备，还包括用于根据所有中心点的最大延迟要求来计算平均延迟要求的装置。
12.如权利要求11所述的设备，还包括用于保存帧的调度历史M并且将M设置为所述延迟要求的最小公倍数的装置。
13.如权利要求12所述的设备，还包括用于对于各帧确定所述平均延迟要求以及在该帧中实际调度的中心点数量的装置。
14.如权利要求13所述的设备，还包括用于计算可在特定帧内调度的中心点的数量，使得在先前帧和当前帧中调度的中心点的总数等于来自所述先前帧和当前帧的中心点数量除以所述平均延迟，然后求和，最后上取整的装置。
15.一种无线网络，包括基站和中心点，其中所述基站具有WiMAX收发器，所述基站与所述中心点通信，其中所述中心点包括用于与所述基站通信的WiMAX收发器和用于与个人区域网客户端通信的WiFi收发器，其中所述个人区域网客户端包括WiFi收发器，其中所述中心点还包括：
耦合到所述收发器的控制器；以及
耦合到所述控制器的存储装置，所述存储装置存储自动确定所述中心点是否具有共存WiFi无线电和WiMAX无线电的指令，
其中具备了所述中心点是否具有共存WiFi无线电和WiMAX无线电的知识，所述基站在各帧内分配相等数量的中心点并且设法将各中心点分配到受到WiMAX容量约束的最少数量的帧中。
16.如权利要求15所述的无线网络，所述中心点建立具有字段的消息帧，所述字段包括填充有并存干扰源的字段。
17.如权利要求16所述的无线网络，所述中心点为第二字段填充活动时间百分比。
18.如权利要求16所述的无线网络，所述中心点为第三字段填充并存干扰强度。
19.如权利要求16所述的无线网络，所述中心点建立填充有装置位置的消息帧，所述中心点构建消息，并且将所述消息发送给基站以指明所述中心点正遭遇共存干扰。
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