CN103108354A - 控制数据传输 - Google Patents

Abstract

在实施例中，一种对从无线设备到经由通信信道连接的接收器的数据传输进行控制的方法包括：在无线设备上执行的应用提供通信信道的端对端带宽的估计；从无线设备中的无线接入电路向应用提供至少一个通信相关参数，并且使用该至少一个通信相关参数在应用中修改端对端带宽的估计。

Description

控制数据传输

技术领域

本发明涉及对从无线设备到接收器的数据传输进行控制。

背景技术

图1是包括第一用户终端UE1和第二用户终端UE2的通信系统的示意性框图。第一和第二用户终端通过通信网络2进行通信。为了能够在第一和第二用户终端之间提供通信，在它们之间建立了通信信道。该信道包括用户终端和网络之间的第一分支，跨网络自身的分支，以及网络和第二用户终端之间的分支。每个分支可以是有线或无线的—通过示例示出了无线连接。通信网络可以是分组交换的，也就是要从第一用户终端传送至第二用户终端的数据采用分组的形式在它们之间所建立的通信信道上进行传递。

在试图尝试并改进数据流，使得拥塞最小化时，并且出于效率的原因，在这样的传输中广泛使用速率控制。也就是说，基于与通过可用带宽进行数据传送的可用带宽相关的信息对从发送侧（传送器）传送数据的速率进行控制。一种用于速率控制的方法是端对端速率控制。端对端速率控制可以以多种不同形式来实现，但是在原则上，其依赖于与存在于发送侧（传送器）和接收侧（接收器）之间的端对端的信道相关的信息。在端对端速率控制的任意实施方式中，来自传送器的消息需要到达接收器，并且在往返行程中从接收器向传送器返回与该消息相关的信息（或消息自身）。端对端速率控制的优势在于不用就通信信道上的最小瓶颈位于哪里进行假设。另一方面，在瓶颈处开始形成拥塞时，这必须在接收器被检测到并且向发送器返回消息。因此，对拥塞的反应占用至少一个往返时间（RTT），其间拥塞变得更为严重，可能危及实时通信体验。

本发明的目标是提供一种用于对数据传输进行控制的技术，其保留了端对端速率控制的优势但是对反应时间有所改进。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种对从无线设备向经由通信信道连接的接收器的数据传输进行控制的方法，该方法包括：

在无线设备上执行的应用提供通信信道的端对端带宽的估计；

从无线设备中的无线接入电路向应用提供至少一个通信相关参数；

使用该至少一个通信相关参数在应用中修改端对端带宽的估计。

还提供了一种具有程序代码装置的计算机程序产品，该程序代码装置在执行时实施以上所定义的方法。

这里所使用的术语“端对端带宽”并非意在被限制为在源和最终目的地之间估计带宽的情形。与在通信网络自身中执行智能操作的模型相反，在当前背景中，端对端带宽涉及在通信系统的端点处出现所谓智能操作的情形。端对端原则是当前互联网的中心设计原则之一，并且应用于许多其它网络通信系统。端对端原则的好处在于网络不必保存流经它的每个业务流的状态，并且网络设计因此变得更为简单且健壮。

特别地，端对端带宽能够包含端点，该端点包括发送器、接收器或者可能位于发送器和最终的接收器之间的叠加/中继节点。

本发明的另一个方面提供了一种在用于通过无线信道向接收器传送数据的无线设备中使用的处理器，一种包括程序代码装置的计算机程序产品，当在处理器上执行时，该程序代码装置配置应用来执行以下步骤：提供通信信道的端对端带宽的估计；从无线接入电路接收至少一个通信相关参数；并且使用该至少一个通信相关参数修改端对端带宽的估计。

以下所描述的本发明的实施例将端对端速率控制的优势与无线接入级别的本地监视相结合。也就是说，这里所描述的本地队列辅助的速率控制允许端点进行速率控制而并不要求网络进行决策。发明人已经意识到，在许多情况下，无线接入技术特别是上行链路是通信信道上最弱的链路，并且因此最可能成为拥塞源。通过在无线接入级别对通信相关参数特别是缓冲器状态指示符进行监视，并且通知应用层，可以将端对端速率控制的优势与基于无线接入级别的信息的快速反应相结合。因此，在以下所描述的实施例中，如果瓶颈实际上出现在本地无线上行链路以外的地方，也可能对本地缓冲器中的变化立即作出反应，同时保持端对端速率控制。

因此可以在发送器侧或接收器侧进行端对端带宽估计。也就是说，可以认为应用例如基于来自诸如发送器的远程设备的反馈而在（发送侧的）无线设备处生成端对端带宽估计，其可能是以对来自远程设备或接收器的返回确认进行测量和低通滤波的形式。

可替换地，能够在接收侧执行端对端带宽的估计，并且应用能够被配置为从远程设备或接收器接收端对端带宽的估计。

因此，可能对在无线接入电路处提供的本地缓冲器进行持续监视，并且通过在检测到拥塞时尽快通知应用而对拥塞立即作出反应。因为来自无线接入级别的反馈可以是该级别处缓冲器队列状态的直接测量，所以它们远比作为基于端对端延迟的速率控制的基础的队列估计更为可靠，因为后者可能会被时钟偏移问题和诸如Wifi信标（beacon）搜索之类的网络假象所影响。

为了更好地理解本发明以示出其会如何生效，现在将参考以下附图。

附图说明

图1是通信系统的示意性框图；

图2是本发明原理的示意性框图；

图3是示出无线设备中各层的示意图；

图4是一种形式的带宽修改的功能框图；

图5是另一种形式的带宽修改的功能框图；

图6是无线接入电路的示意性框图。

具体实施方式

在以下所描述的本发明实施例中，在无线分组交换通信系统（GPRS、UMTS、HSDPA、Wimax、LTE、Wifi等）中，发送侧对物理（网络）层中等待传输的业务量持续进行监视。与物理层上的该缓冲数据相关的信息被送至应用层以促成改进的速率控制。特别地，在一个实施例中，示出了如何将这样的信息与端对端速率控制相结合来实现更为快捷的速率控制器。

图2是图示作为本发明的基础的原理的示意性框图。应用层上的处理代码所实施的带宽修改功能从应用层中所执行的应用接收带宽估计BW-e2e，其通常是从应用的速率控制部分所接收，并且进一步从负责无线接入的较低协议层接收通信相关参数d(k)、c(k)和s(k)。修改功能提供了经修改的带宽估计BW(k)。

参考图2A对本发明背景的示意性版本进行描述。传送器4通过诸如互联网2的基于分组的网络向接收器6发送实时数据（例如，音频和/或视频）。传送器4使用诸如UMTS、HSDPA、Wimax、LTE、Wifi等的无线接入技术来访问互联网，而接收器6则能够使用任意技术（有线或无线）。

传送器是包括微处理器8的无线设备，该微处理器8执行能够本地保存在微处理器8中或者保存在与之相连接的存储器中的代码形式的程序。无线设备4具有用于在无线设备4和网络2之间传送和接收射频（RF）通信的无线电访问芯片10。

无线设备4和网络2之间的RF通信通过由无线电访问芯片10在无线电信道上传送和接收RF信号来进行。

无线设备可以是支持例如GPRS、UMTS、HSDPA、Wimax、LTE或Wifi的至少一种无线电访问技术的任意用户设备（UE）。供处理器执行的软件被组织在图3所示类型的协议栈中。图3仅图示了栈的一个示例—当前在使用中存在许多变体并且本发明可以在任意类型的栈中得以应用。图3中所示例的栈包括应用层12、传输层14、互联网层16和链路层18。链路层被细分为物理链路层20和媒体访问控制（MAC）层22。

链路层负责对用于设备4的通信技术进行组织。其中链路层18内的媒体访问控制层22负责为不同用户寻址、分配多个信道并且避免冲突。特别地，其负责对无线电的操作模式进行控制。其包含随后更为全面讨论的用于对所要传送的数据进行排队的缓冲器以及监视电路。每个层可以与不同无线设备中的其等同层进行通信—链路层18与不同设备中相对应的链路层以帧形式在RF数据级别进行通信。

互联网层以携带具有IP（互联网协议）报头的IP数据的分组形式提供互联网通信，并且负责IP寻址。

传输层14例如根据传输控制协议（TCP）或用户数据报协议（UDP）而运行主机对主机的通信。在该上下文中，主机是寻求进行无线通信的任意类型的用户设备。

应用层12在通信主机之间在进程对进程的级别上对基于应用的交互进行处理。正是该层运行可生成要通过信道进行传送的数据的用户应用。因此，本发明的实施例在用户设备运行至少一个经媒体访问控制层22通过至少一种无线电访问技术连接至互联网2的应用的背景下进行描述。

本发明可以随多种不同应用而使用，但是一种特定背景涉及社交通信，诸如UE之间的VoIP（互联网协议语音通信）呼叫、即时消息（IM）聊天或者在会议架构上运行的直播会晤。伴随这些类型的服务，应用能够负责数据传输，诸如文件传输，更新社交网络中联系人的出现信息，或者控制诸如“保持活着（keep-alive）”数据的数据。

优选地，通过互联网发送实时数据的应用具有被实施以确定该实时数据的编码速率的端对端速率控制方案。该端对端方案可以是本领域已知的任意方法，诸如在Jacobson V.，Congestion Avoidance and Control, ACM Computer Communications Review, 18(4): 314-329, 1988年8月中所描述的。这样的方案通常分为两种类型：

基于接收器的，其中接收侧基于数据的接收而估计要在端对端连接上使用的适当带宽。

基于传送器的，其中传送侧基于从接收器送回的特殊反馈而决定所要使用的带宽。

在任一种情况下，该应用所提供的端对端带宽估计被表示为BW_e2e。端对端速率控制所基于的信息必须穿过从接收器到传送器的网络；因此其将有所延迟。因此，在网络路径上的某处发生拥塞的情况下，传送器对其的反应将相应延迟，并且拥塞问题就变得更为严重。

在可替换但并非优选的实施例中，端对端估计可以简单地等同于最近的发送速率，但是这样的方法在瓶颈出现在其它地方的情况下可能存在问题。

发明人已经意识到，在许多情况下，无线接入技术特别是其上行链路是通信路径上的最弱链路，并且因此最可能成为拥塞源。这种拥塞将在运行实时应用时随着相同设备或计算机中分组队列的构建而出现，然而，其位于不同的网络层。在所描述的本发明实施例中，较低的网络层20、22将关于其内部缓冲器的状态或者在无线级别所监视的其它通信相关参数持续通知给应用层。该信息可以包括以下的一个或多个参数：

· 当前缓冲器在时间（d(k) ）、字节（N(k)）等上的大小。二者可以通过关系N(k) = d(k) * R(k)进行互换，其中R(k)是最近的发送速率，并且因此我们能够如下写出d(k)而并不失其一般性。

· 特殊拥塞指示参数，c(k)。

· 天线信噪比（SNR）等，s(k)。

· 其它应用所发送业务（交叉业务）的指示，例如，Xtr(k) = tr_0(k) / tr_tot(k)，其中tr_0是应用自己的发送速率而tr_tot是所有应用的总体发送速率。

其中k是计数索引。该信息可以以预定间隔或者优选地自适应地进行馈送，以使得类似拥塞的紧急信息在其出现时立即被给予应用层。

还可以利用以上所提到的参数的时间平均值。

c(k)的一种示例实施方式是在d(k)超过预先指定的阈值时设置c(k)=1，并且在d(k)低于另一个较低阈值时返回为0。

从较低网络层送来的信息被用于修改端对端带宽估计。例如，我们能够使用参数来求出针对端对端带宽的校正项：

            (1)

其中p(k)是d(k)、c(k)和s(k)的当前和过去数值的聚合。

在优选实施例中，我们对f()使用：

          (2)

其中d_target是常数，alpha(k)是步幅因数，并且d_aggr是从当前和过去数值的一般化参数集合p(k)所计算的聚合的延迟数值。如果瓶颈出现在网络中的其它地方，则对f(p(k))进行限制是有必要的；建议数值处于beta=0.0 - 0.05的范围中。

对于d_aggr(k)的计算有许多种选择。通常，应当对数值进行平滑以避免快速变化，但是仍然允许对拥塞作出快捷的反应。这可以通过自适应平滑来实现。图4是对所合并的瞬时数值d_inst(k)进行平滑的示意性框图。所合并的观察值d_inst(k)由合并函数40所生成，并且由平滑函数42进行平滑。经平滑的数值d_aggr(k)在其小于当前的瞬时观察值d_inst(k)的情况下被快速更新，否则其被缓慢更新。在数学上，这可以被表达为

其中0.5 < lambda[Slow/Fast] < 1，并且lambdaFast < lambaSlow。

所合并的观察值d_inst(k)可以通过将一些或全部d(k)、c(k)和s(k)的瞬时值进行合并而生成。示例为：

· 直接使用从链路层所报告的平均队列延迟：

d_inst(k) = d(k)

· 通过对连续拥塞指示符进行计数而对拥塞指示符进行聚合，例如

其中d_c的合理数值例如为150 ms。

· 优选实施例在信号质量退化时考虑s(k)以取较大步幅：

其中snrboost从信号质量中的任何近期下降所确定：

snrboost = max(1, s_avg(k)-s(k))，

其中s_avg(k)是s(k)的近期数值的平均值。

在一些情况下，并非所有的参数d(k)、c(k)和s(k)都是可用的；在这种情况下，如果将缺失的参数设置为0则能够直接使用以上所列出的等式。然而，为了提供显著的改进，d(k)或c(k)中的至少一个必须是可用的；这些可以被称之为缓冲器状态指示符，因为它们与网络层18的业务拥塞相关。

以上所描述的方法可能存在的问题在于相同环境中运行的另一个应用可能并没有收听到反馈，因此没有对拥塞作出反应。这样的应用会逐渐从正常作出反应的应用那里窃取（steal）所有的可用带宽。因此，在优选实施例中，我们还将Xtr(k)纳入考虑。这样做的一种方式是令等式（2）中的alpha(k)取决于Xtr(k)。例如，如果如以上所建议的Xtr(k) = tr_0(k) / tr_tot(k)：

其中0<Xtr0<1，例如Xtr0 = 0.5。以这种方式，所采取的后退步幅将会由于应用对总体业务的分享减小而较小。

带宽适应函数44利用本地链路信息对e2e BW的估计进行处理以为应用提供经修改的带宽估计以便在设置数据传输速率时使用。

将要意识到的是，以上等式仅是示例实施例，并且可能存在许多变体。类似地，可能对如图5所示的参数平滑和合并步骤进行互换，其中在合并函数56和BW适应函数58之前对每个相应参数应用各个的平滑函数50、42、54。

图6是仅示出与实施本发明实施例相关的组件的无线电访问芯片10的示意性框图。该芯片提供了具有允许芯片10传送和接收RF数据的相关联RF处理电路的天线66。如以上所描述的，在使用端对端带宽估计控制速率时，这样的数据可以包括反馈和/或带宽的估计。此外，数据可以包括来自应用层的要通过通信信道进行传送的数据。该芯片还被图示为包括缓冲器60以及对通信信道上例如信噪比的无线电条件进行监视以提供参数s(k)的监视电路64。芯片10还包括用于基于缓冲器状态指示符d(k)生成特殊拥塞指示符c(k)的逻辑。芯片10和设备中其它层之间的连接仅通过芯片之中和之外的箭头示意性示出—如何在实践中实施这样的连接以从应用接收所要传送的数据，并且从链路层18中的芯片10向应用层12中的应用提供通信相关参数将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种对从无线设备到经由通信信道连接的接收器的数据传输进行控制的方法，该方法包括：

在无线设备上执行的应用提供通信信道的端对端带宽的估计；

在应用中从无线设备中的无线接入电路接收至少一个通信相关参数；

使用该至少一个通信相关参数在应用中修改端对端带宽的估计。

2.根据权利要求1的方法，其中至少一个通信相关参数包括无线接入电路的缓冲器中的数据量的指示。

3.根据权利要求2的方法，其中该指示包括时间或比特上的指示中的至少一个。

4.根据权利要求1的方法，其中至少一个通信相关参数包括拥塞指示符参数。

5.根据权利要求1的方法，其中至少一个通信相关参数包括无线接入电路所确定的无线信号质量参数。

6.根据权利要求1的方法，其中修改端对端带宽的估计的步骤包括使用多个不同通信相关参数的聚合。

7.根据权利要求6的方法，其中根据以下确定该聚合：

         (2)。

8.根据权利要求6的方法，其中在时间上对集合进行平滑，并且其中在修改端对端带宽的估计时使用经平滑的聚合。

9.根据权利要求1的方法，包括基于经修改的端对端带宽的估计对从来自无线设备的数据传输速率进行控制的步骤。

10.根据权利要求6的方法，其中在包括目标和当前聚合之间的差异的乘法因数函数中使用该聚合，该乘法因数取决于使用通信信道的其它应用所发送的数据的指示。

11.根据权利要求1的方法，其中应用被配置为在无线设备处生成端对端带宽的估计。

12.根据权利要求1的方法，其中应用被配置为从远程设备接收端对端带宽的估计。

13.一种在用于通过无线信道向接收器传送数据的无线设备中使用的处理器，处理器被加载以应用程序，该应用程序进行操作以提供无线设备和接收器之间的通信信道的端对端带宽的估计；

其中处理器中所加载的应用可操作以从无线接入电路接收至少一个通信相关参数，并且使用该至少一个通信相关参数修改端对端带宽的估计。

14.根据权利要求11的处理器，其中应用被配置为从远程设备接收反馈，并且使用所述反馈生成端对端带宽的估计。

15.根据权利要求11的处理器，其中应用被配置为从远程设备接收端对端带宽的估计。

16.一种计算机程序产品，包括在非瞬时计算机可读媒体上实施的代码并且被配置来当在处理器上执行时，该代码执行以下步骤：

提供通信信道的端对端带宽的估计；

从无线接入电路接收至少一个通信相关参数；并且

使用该至少一个通信相关参数修改端对端带宽的估计。

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