CN103081552A - 用于上行链路mu mimo调度的方法和设备 - Google Patents

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CN103081552A CN2011800438805A CN201180043880A CN103081552A CN 103081552 A CN103081552 A CN 103081552A CN 2011800438805 A CN2011800438805 A CN 2011800438805A CN 201180043880 A CN201180043880 A CN 201180043880A CN 103081552 A CN103081552 A CN 103081552A
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Abstract

根据各种实施例，公开一种计算机实施的方法，所述方法包括：接收来自一个或多个STA的帧中的字段或帧，其中所述帧中的字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息；以及通过轮询帧对所述一个或多个STA进行调度以便同时传送上行链路业务。

Description

用于上行链路MU MIMO调度的方法和设备
本公开总体上涉及无线通信领域，并且特别涉及在利用上行链路（UL）多用户（MU）多输入和多输出（MIMO）的网络中调度上行链路传输。
MU MIMO是在无线通信系统中使用的信号传输技术，其中允许多个移动站（STA）与具有共享相同的传输时间和频率的多个天线元件的接入点（AP）进行通信。利用UL MU MIMO，AP被配置成经由多个空间上分开的天线元件接收从多个STA同时传送的组合信号，并且通过适当的信号处理把所接收到的信号分离成来自每个STA的独立信号。利用下行链路（DL）MU MIMO，AP经由多个空间上分开的天线元件朝向预定的STA传送定向无线电信号。
为了促进UL MU MIMO传输，AP对来自多个STA的上行链路传输进行调度。由于参与相同的UL MU MIMO传输的所有STA需要被同时传送，因此AP需要对可以参与相同的UL MU MIMO传输的STA进行轮询。在AP处需要调度机制，使得AP可以更高效地对STA进行轮询。此外，对于AP需要信令机制，以便向AP通知在每个STA处的缓冲业务，并且确定何时轮询以及轮询哪些STA。
附图说明
图1示出根据本公开的各个方面的示例网络架构。
图2是根据一个实施例的示出示例STA的框图。
图3是根据一个实施例的示出示例AP的框图。
图4示出根据本公开的各个方面的从UL MU MIMO STA发送到AP的帧中的示例字段。
图5示出根据本公开的各个方面的最早截止时间优先调度算法的示例流程图。
图6示出根据本公开的各个方面的混合调度算法的示例流程图。
具体实施方式
定义
接入类别（AC）：增强型分布式信道接入（EDCA）参数的公共集合的标签，所述参数由服务质量（QoS）站（STA）使用以竞争信道以便以特定优先级传送介质接入控制（MAC）服务数据单元（MSDU）。
接入点（AP）：具有站（STA）功能并且经由用于关联的STA的WM提供对分发服务的接入的任何实体。
信道：用于在两个或更多个站（STA）之间传递协议数据单元（PDU）的通信介质的实例。
增强型分布式信道接入（EDCA）：在QoS基本服务（BSS）中由服务质量（QoS）站（STA）使用的优先化的具有冲突避免的载波检测多路接入（CSMA/CA）接入机制。该接入机制还由QoS接入点（AP）使用并且与混合协调功能（HCF）控制的信道接入（HCCA）同时操作。
增强型分布式信道接入功能（EDCAF）：服务质量（QoS）站（STA）中的逻辑功能，其使用增强型分布式信道接入（EDCA）确定何时允许经由无线介质（WM）对传送队列中的具有关联的接入类别（AC）的帧进行传送。每个AC有一个EDCAF。
帧：用于站之间的数据传输的基本单位。
移动站（MS）：在运动时使用网络通信的STA类型。
多输入和多输出（MIMO）：MIMO是在传送器和接收器这二者处使用多个天线。
MU：多用户。
捎带（piggyback）：利用对先前接收到的介质接入控制（MAC）协议数据单元（MPDU）的确认和/或对数据帧所针对的站（STA）的轮询来过载所述数据帧。
优先化的服务质量（QoS）：其中与具有较低优先级的介质接入控制（MAC）协议数据单元（MPDU）相比向具有较高优先级的MPDU给予优先对待的服务供应。优先化的QoS是通过增强型分布式信道接入（EDCA）机制来提供的。
站（STA）：包含针对无线介质（WM）的符合IEEE 802.11的介质接入控制（MAC）和物理层（PHY）接口的任何设备。
上行链路（UL）：从非接入点（非AP）站（STA）到接入点（AP）的单向链路。
无线介质（WM）：用来在无线局域网（LAN）的对等物理层（PHY）实体之间实施协议数据单元（PDU）的传送的介质。
描述
根据本公开的一个方面，公开一种计算机实施的方法，所述方法包括：在接入点（AP）处接收来自一个或多个站（STA）的字段或帧，其中所述字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息；以及通过轮询帧对所述一个或多个STA进行调度以便同时传送上行链路业务。
根据本公开的一个方面，公开一种设备，所述设备包括：被布置成在接入点（AP）处接收来自一个或多个站（STA）的字段或帧的接收器，其中所述字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息；以及被布置成通过轮询帧对所述一个或多个STA进行调度以便同时传送上行链路业务的调度模块。
根据本公开的一个方面，公开一种方法，所述方法包括：搜索具有非零缓冲业务的一个或多个STA；从所述一个或多个STA中选择具有最早确定截止时间的一个STA；从所述一个或多个STA中选择满足                                               
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE002
的另一STA，其中
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE004
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合并且
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE006
表示在AP处的AC集合；以及将所述STA添加到集合
Figure 889355DEST_PATH_IMAGE004
。
根据本公开的一个方面，公开一种设备，所述设备包括被布置成执行在计算机可读存储介质上的指令的处理器，所述指令包括下述功能：搜索具有非零缓冲业务的一个或多个STA；从所述一个或多个STA中选择具有最早确定截止时间的一个STA；从所述一个或多个STA中选择满足
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE008
的另一STA，其中
Figure 540916DEST_PATH_IMAGE004
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合并且
Figure 476247DEST_PATH_IMAGE006
表示在AP处的AC集合；以及将所述STA添加到集合
Figure 871456DEST_PATH_IMAGE004
。
根据本公开的一个方面，公开一种方法，所述方法包括：当接入点（AP）接收到来自一个或多个站（STA）的缓冲业务信息时，由AP确定每个接入信道（AC）的超时值。
根据本公开的一个方面，公开一种设备，所述设备包括被布置成执行在计算机可读存储介质上的指令的处理器，所述指令包括下述功能：当接入点（AP）接收到来自一个或多个站（STA）的缓冲业务信息时，由AP确定每个接入信道（AC）的超时值。
根据本公开的一个方面，公开一种计算机实施的方法，所述方法包括：由站（STA）向接入点（AP）传送字段或帧，其中所述字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息。
根据本公开的一个方面，公开一种设备，所述设备包括被布置成由站（STA）向接入点（AP）传送字段或帧的传送器，其中所述字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息。
在这里所公开的各种实施例涉及一种计算机实施的方法，所述方法允许AP高效地从STA轮询各种信息，并且能够使用上行链路机制传送各种类型的MAC帧。为了促进UL MU MIMO传输，AP对来自多个STA的上行链路传输进行调度。由于参与相同的UL MU MIMO传输的所有STA需要同时传送，因此AP需要对可以参与相同的UL MU MIMO传输的STA进行轮询。为了避免盲目地轮询没有缓冲业务的STA，AP需要估计在每个STA处的缓冲业务，并且确定何时轮询以及轮询哪些STA。为了促进UL MU MIMO传输，STA向AP发信号通知其缓冲业务信息。一接收到来自一个或多个STA的缓冲业务信息，AP就调度一些STA以同时传送上行链路业务。
根据各种实施例，具有缓冲业务的每个STA可以包括缓冲业务状态，例如针对传输权利的请求和/或任何上行链路帧中的缓冲业务的队列大小。STA可以使用EDCA来竞争传送上行链路数据帧，并且可以利用上行链路数据帧来捎带缓冲业务状态。AP可以针对UL MU MIMO传输轮询多个STA。在STA接收到包括授予每个STA的特定传输权利的轮询帧之后，该STA可以在由AP确定的时段期间传送其缓冲业务。
UL MIMO STA可以采用信令机制来向AP通知每个AC的来自每个UL MIMO STA的缓冲业务以及每个AC的超时值。可以使用两种调度机制来使AP能够智能地并且有效地调度来自不同STA的UL MU MIMO传输。第一种调度涉及最早截止时间优先调度方法，以及第二种调度机制涉及混合方法。
用于IEEE 802.11无线LAN的QoS信道接入方法是增强型分布式信道接入（EDCA）机制，其利用四个不同级别的信道接入优先权来区分对属于不同业务类别的数据帧的传输对待。针对到AP的传输可以对帧进行排队，并且帧可以具有不同大小。在确定应当传送帧的顺序时，AP可以利用包括接入类别信息在内的信息来规定待决数据之间的相对优先级。
IEEE 802.11规定了被称作用户优先级（UP）的优先级，以及具有特定UP的分组属于其范围从具有最低延迟容限（最高优先级）的分组到具有最大延迟容限（最低优先级）的分组的接入类别（AC）。举例来说，AC_BK（背景）和AC_BE（尽力）往往会具有最高延迟容限。这些AC可以包括诸如网上冲浪和电子邮件之类的应用。具有最小延迟容限的AC包括AC_VI（视频）和AC_VO（语音）。
图1示出根据本公开的各个方面的系统100的示例架构。系统100可以包括AP 102，其被配置成经由多个空间上分开的天线元件104a-104c与关联的STA 106a、106b、106c和106d（在下文中称作“STA 106”）进行无线通信。STA 106a和106b可以使用相同的频带和相同的传输时间（例如使用UL机制）向AP 102同时传送无线电信号。AP 102可以经由天线元件104a-104c接收从STA同时传送的信号，并且可以将所接收到的信号分离成多个单独信号，每个对应于来自每个STA的传输信号。AP 102可以与STA 106传送各种类型的帧，所述帧可以被用来协调AP 102与STA 106之间的帧传输的调度。AP 102可以被配置为IEEE 802.11标准中的接入点（AP）。
图2是示出根据本公开的各个方面的示例STA 106的框图。STA 106尤其可以包括收发器202、控制帧生成模块204和缓冲数据管理模块206。收发器202可以经由无线介质向AP 102传送各种通信和从AP 102接收各种通信。举例来说，收发器202可以从AP 102接收各种通信，包括组轮询和轮询帧；以及向AP 102传送各种通信。
图3是示出根据本公开的各个方面的示例AP 102的框图。AP 102尤其可以包括收发器210、轮询模块212和被布置成执行下面讨论的调度算法的调度模块214。收发器210可以经由无线介质向STA传送数据（即轮询帧，但不限于此）和从STA接收数据（即控制字段或控制帧，但不限于此）。轮询模块212可以与调度模块214进行交互，以便向STA传送轮询帧并且调度来自STA的缓冲业务。
STA在QoS数据分组的QoS控制字段中或在控制帧中以256个八位字节为单位指示缓冲业务信息。在图4中示出在控制帧中包括的字段。图4示出从UL MU MIMO STA发送到AP的帧400中的示例字段。字段405-425包括关于不同AC的缓冲业务和超时信息。举例来说，字段405和410分别包括关于用于AC_VI的缓冲业务和超时值的信息。字段415是可以被用于AC_VO和AC_BE的缓冲业务和超时值的一般代表性字段。字段420和425分别包括关于用于AC_BK的缓冲业务和超时值的信息。
AP保持数据结构，所述数据结构记录用于所有具有UL MIMO能力的STA的缓冲业务信息。为了针对不同AC来改进QoS，AP还对于每个AC的每个STA保持超时值，其以预定时间单位（例如以64μs的单位）记录超时间隔。
根据各个方面，设置和保持超时值可以通过多种方式来确定。在一个实施例中，AP一接收到来自STA的缓冲业务信息，该AP就确定每个AC的超时值。在另一实施例中，STA在该STA向AP传送的帧中指示超时值连同缓冲业务信息。
每当AP接收到来自STA的新信息时，AP就可以更新针对该STA的每个AC的缓冲业务信息，记录帧的接收时间，并且重置超时值。帧接收时间与超时值的总和是截止时间，AP需要在所述截止时间之前轮询对应的STA。可以把与零缓冲业务相关联的所有截止时间设置为预定值，例如无穷大（0xFFFF）。
在一些方面中，AP可以使用最早截止时间优先调度算法来对STA进行调度。在该实例中，AP搜索与非零缓冲业务相关联的截止时间，并且寻找具有最早截止时间的STA：
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE010
其中，deadline [k][m]表示与第k个用户的第m个AC队列相关联的截止时间，
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE012
表示具有非零缓冲业务的STA集合，并且
Figure 420249DEST_PATH_IMAGE006
表示AC集合。在该方法中，AP调度具有最早截止时间的STA。
一旦AP选择了第一个STA和对应的AC队列，该AP就在缓冲业务数据结构中搜索以寻找满足标准（2）的STA。
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 383657DEST_PATH_IMAGE004
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合，并且
Figure 463740DEST_PATH_IMAGE006
表示在AP处的AC集合。
图5示出最早截止时间优先调度算法的流程图。在505处，AP搜索具有非零缓冲业务的所有STA，并且选择具有最早截止时间的STA。在510处，AP确定在集合中是否有足够的STA。如果确定为否，则该过程继续到515，其中由AP确定是否存在另一具有要传送的业务的STA。如果确定为是，从而表明仍然有剩余的空间流来容纳更多STA，则该过程继续到520，其中AP选择满足标准（2）的STA，并且在525处将该STA添加到集合
Figure 65940DEST_PATH_IMAGE004
。该过程于是可以环回到在510处的确定。如果在510处的确定为是和或在515处的确定为否从而表明集合是满的或者不再有STA在相同的AC中具有业务，则该过程前进到530，其中针对UL MU MIMO传输在集合
Figure 813633DEST_PATH_IMAGE004
中对STA进行轮询。
在一些方面中，AP可以使用混合调度算法对STA进行调度。AP可以聚集尽可能多的分组，随后在一次传输中将其传送出去。在一次UL MU MIMO传输中，多个STA可以从不同AC进行传送。在该调度方法中，AP搜索与非零缓冲业务相关联的截止时间，并且寻找具有最早截止时间的STA。AP把所述最早截止时间与用于AC的预定义阈值进行比较。如果所选的截止时间低于用于AC的预定义阈值，则AP对所述STA进行调度。如果所选的截止时间高于阈值，则AP继续搜索与其他STA相关联的最早截止时间。AP选择具有低于针对对应AC的预定义阈值的最早截止时间的STA，直到该AP具有足够数目的STA来轮询。如果AP已经选择了具有低于阈值的最早截止时间的所有STA但是在一次UL MU MIMO传输中可以容纳更多STA，则AP可以基于介质持续时间来选择剩余的STA。
如果没有截止时间低于预定阈值或者在一次UL MU MIMO传输中可以容纳更多STA，则AP选择具有最大介质持续时间的STA，AP选择具有最大介质持续时间的STA：
其中，aggregate_pkt_len [k][m]是来自STA k和对应的AC m的聚集分组的长度，并且data_rate [k]是AP与STA k之间的数据速率。
一旦已经AP选择了第一个用户，该AP就在缓冲业务数据结构中搜索以寻找满足标准（4）的STA：
Figure 2011800438805100002DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 753907DEST_PATH_IMAGE004
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合，并且
Figure 277292DEST_PATH_IMAGE006
表示AC集合。
图6示出混合调度算法的流程图。在605处，AP选择具有最早截止时间的STA j。如果AP在610处确定所述最早截止时间低于预定义阈值，则AP在615处选择该STA作为集合
Figure DEST_PATH_IMAGE020
中的第一个用户i。在620处，AP确定在
Figure 441557DEST_PATH_IMAGE020
中是否有足够的STA。如果在620处确定的结果为是，则AP在630处把满足标准（2）的其他STA i包括在集合
Figure 683183DEST_PATH_IMAGE020
中。如果在620处确定的结果为是或者在625处为否从而表明在
Figure 96322DEST_PATH_IMAGE020
中有足够的STA，则AP在665处针对UL MU MIMO传输对
Figure 739793DEST_PATH_IMAGE020
中的STA进行轮询。该过程可以在630之后环回到610以确定截止时间是否低于阈值。如果AP在610处确定没有STA满足阈值标准，则AP在635处确定是否已经搜索了所有STA。如果在635处确定的结果为否，则AP在640处选择另一STA，并且该过程在605处再次开始。如果AP在635处确定已经搜索了所有STA，则AP在645处选择满足标准（4）的STA i。在650处，AP将STA i添加到集合
Figure 74959DEST_PATH_IMAGE020
。在655处，AP确定在集合
Figure 538302DEST_PATH_IMAGE020
中是否有足够的STA。如果在655处确定的结果是在集合
Figure 617116DEST_PATH_IMAGE020
中没有足够的STA，则AP在660处确定是否存在具有业务的另一STA，并且如果是的话，则该过程环回到645。如果正如在655处确定的在
Figure 256039DEST_PATH_IMAGE020
中有足够的STA或者在660处不存在具有业务的另一STA，则AP在665处针对UL MU MIMO传输对
Figure 27686DEST_PATH_IMAGE020
中的STA进行轮询。
另外，本公开的各种实施例可以用硬件、固件、软件、或其任何合适组合来实现。本公开的方面还可以被实施为存储在机器可读介质上的指令，所述指令可以由一个或多个处理器读取并执行。机器可读介质可以包括用于以由机器（例如计算设备）可读的形式存储或传送信息的任何机构。举例来说，机器可读存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘存储介质、光学存储介质、闪速存储器设备等等。此外，在这里可能是依据可以执行特定动作的具体示例性实施例来描述固件、软件、例程、或指令。然而，下述将是明显的，即这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作事实上可以由计算设备、处理器、控制器、或其他设备执行固件、软件、例程、或指令产生。
在这里的各种实施例被描述为包括特定的特征、结构或特性，但是每个方面或实施例可以不一定包括所述特定的特征、结构或特性。此外，当结合一个实施例来描述特定的特征、结构或特性时，将理解的是，这样的特征、结构或特性可以结合其他实施例来包括，而不管是否被明确地描述。因此，在不背离在这里所描述的本发明构思的范围或精神的情况下，可以对本公开做出许多改变和修改。因此，说明书和附图应当仅仅被视为实例，并且本发明构思的范围应当仅由所附权利要求书来确定。

Claims (15)

1. 一种计算机实施的方法，包括：
在接入点（AP）处接收来自一个或多个站（STA）的字段或帧，其中所述字段或所述帧包括关于用于给定接入类别（AC）的缓冲业务和超时值的信息；以及
通过轮询帧对所述一个或多个STA进行调度以便同时传送上行链路业务。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述字段处于所述帧或不同帧中，并且所述字段包括服务质量（QoS）数据分组的QoS控制字段。
3. 根据权利要求1所述的方法，还包括：保持被布置成记录每个AC的用于所述一个或多个STA的缓冲业务信息和超时值的数据结构，其中所述一个或多个STA是具有上行链路（UL）多用户（MU）多输入和多输出能力的STA。
4. 根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述AP接收到来自所述一个或多个STA的缓冲业务信息之后确定每个AC的超时值。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度包括：
由AP搜索用于与非零缓冲业务相关联的所述一个或多个STA的截止时间；以及
确定用于所述一个或多个STA的最早截止时间。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定是根据                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
来执行的，其中deadline [k][m]表示与第k个用户的第m个AC队列相关联的截止时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示具有非零缓冲业务的STA集合，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示AC集合。
7. 根据权利要求6所述的方法，还包括：在缓冲业务数据中搜索以确定哪些STA满足
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合并且
Figure 928814DEST_PATH_IMAGE006
表示在所述AP处的AC集合。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度包括：
在所述AP处搜索与非零缓冲业务相关联的截止时间；
在所述一个或多个STA内选择具有最早截止时间的STA；
将所述最早截止时间与用于给定AC的预定义阈值进行比较；以及
如果所述最早截止时间低于用于给定AC的所述预定义阈值，则对该STA进行调度。
9. 根据权利要求8所述的方法，还包括：如果所选截止时间高于所述预定义阈值，则搜索与所述一个或多个STA中的另一STA相关联的最早截止时间。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包括：选择具有低于针对对应AC的预定义阈值的最早截止时间的STA，直到所述AP具有足够数目的STA来轮询。
11. 根据权利要求9所述的方法，还包括：如果在UL MU MIMO传输中有附加容纳，则基于介质持续时间来选择所述一个或多个STA中剩余的STA。
12. 根据权利要求11所述的方法，还包括：由所述AP根据
Figure DEST_PATH_IMAGE012
选择具有最大介质持续时间的STA。
13. 根据权利要求12所述的方法，还包括：一旦所述AP已经选择了第一个用户，就在缓冲业务数据结构中搜索以寻找满足的STA，其中
Figure 986900DEST_PATH_IMAGE010
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合并且表示AC集合。
14. 一种方法，包括：
搜索具有非零缓冲业务的一个或多个STA；
从所述一个或多个STA中选择具有最早确定截止时间的一个STA；
从所述一个或多个STA中选择满足
Figure DEST_PATH_IMAGE016
的另一STA，其中
Figure 958584DEST_PATH_IMAGE010
表示已经针对即将发生的UL MU MIMO传输选择的STA集合并且表示在AP处的AC集合；以及
将所述STA添加到集合
Figure 671118DEST_PATH_IMAGE010
。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括：针对UL MU MIMO传输对集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018
中的所述一个或多个STA进行轮询。
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