CN1074879C - 在分组数据通信信道上动态分配时隙的方法 - Google Patents

在分组数据通信信道上动态分配时隙的方法

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Abstract

一种为用户终端(103)动态分配有效时隙的方法，用户终端在包括固定网络(101)和用户终端(103)的信息包数据通信系统(100)中操作，该系统使用了组织成时隙的信道以在网络和用户终端之间调度数据通信，该方法包括：(1)向网络通信代表用户终端的有效时隙模式的信息，其中包括终端ID和模式密钥；(2)在有效时隙模式的每个有效时隙期间在用户终端进入一个有效状态。

Description

在分组数据通信信道上动态分配时隙的方法
本发明涉及分组数据通信，具体来说涉及在分组数据通信信道上动态分配时隙，但不局限于此。
在分组数据通信系统中，数据信息在通常数目较少的作为固定网络的一部分的固定场地或基站和位于各种不同的变化的地理位置的数目大得多的便携式的或移动式用户终端之间进行通信或传送。总体来看，数据通信只发生在向所有终端集体提供服务的一个或少数射频信道。任何特定的基站发射机都在以一个射频频带为特征的一个射频信道上操作。通常，基站发射机可能依靠在该信道上操作的所有便携式或移动终端而处在等待数据信息的传递的有效状态。然而，在任何特定的时间点，该发射机仅限于向一般来说一个数据终端发送一个数据信息。
如果指定这一性质，那么通信系统、具体来说即分组数据通信系统就已经选定，从而可把一个信道上的可利用的时间组织成多个时隙，称这个时隙的有限连续序列为一帧，并且各个帧彼此连续相接。在数据信息包中传递数据信息，并且在每个时隙中可以包括一个或多个数据信息包，或者说数据信息包可能与时隙边界重叠。如果在信道上这样组织可利用的时间，并且指定一种或另一种公知的机制或协议以维持终端和基站之间的时隙同步，那么就可针对每个时隙把终端规定为有效状态或无效状态。基站发射机(即，通信系统)只企图在对该终端的有效时隙期间向一特定的终端传递或发送信息。终端可以依靠这些情况，例如在无效时隙期间通过进入一个节能状态可有利地节省能量或电池寿命。
寻呼通信系统利用各种这样的时隙方案以便于节能。其中的一种处理方案是，为每一个寻呼终端规定一个预定的时隙标识或模式，例如每个第4和第8时隙是有效时隙，这对于这个寻呼机的整个寿命来说，至少对于这个寻呼识别号(ID)来说都是不变的。在寻呼系统和某些现有技术的分组数据系统中采用的另一个方案是，在某些数据通信信息包的标题中提供一些终端ID的表格，这些终端对应于在一特定的时隙期间该系统期望传递数据信息包的那些终端。某些系统试图采用上述两种方案的一个综合或组合方案。
两种处理方案都能提供潜在的节能效果，但当从终端的角度观察时每种方案都有一定形式的不灵活性。为了理解这一点，需要介绍一些进一步观察的结果。任何时隙处理方案通常都将增加一个系统参数，称之为信息传递平均等待时间。信息传递平均等待时间是从一个源向期望的终端传递信息过程中引起的时间延迟的一种度量，并且，这个参数与潜在的节能一起按该终端无效时间的百分数成比例地增大。简言之，能量节省或电池寿命的提高是以信息等待时间的增加为代价而获得的，至少对于由特定终端的信息活动的平均频率确定的点是这种情况。
无论如何，在对终端规定一个不变的有效模式而不管该终端可能如何活动的时隙处理方案中，有可能丢掉了节能的机会，或者按另一种方式，可能经受不适当的信息传递平均等待时间。类似地，在提供ID表格的时隙分配方案中，在ID通信的每个时间周期所有的终端都必须有效，而不管其ID是否列在该表中。这再次表明损失了节能的机会。
在包括一个固定网络和多个用户终端的分组数据通信系统中，该系统使用了组织成时隙的信道以在网络和用户终端之间调度数据通信，一种动态分配用户终端的有效时隙的方法包括：从用户终端向网络通信代表该用户终端的一个有效时隙模式的信息；以及，在所说有效时隙模式每个有效时隙期间向该用户终端进入一个有效状态。
另外，在一个类似的设备中，一种向用户终端动态调度信息传递的方法，包括：从用户终端接收代表一个有效时隙模式的信息，给要递到用户终端的信息排队，根据该信息为用户终端确定有效时隙模式，以及在有效时隙模式的一个有效时隙期间向用户终端传递信息。
本发明的据信有新颖性的特征在所附的权利要求书中具体作了规定。但通过参照附图可更好地理解本发明及其更进一步的优点，其中：
图1是适于用本发明的实施例的一个无线通信系统的方块图；
图2描述利用本发明的实施例的一个信道的各种时隙安排；
图3是按本发明的一个优选方法实施例的流程图；
图4是按本发明的一个替换的方法实施例的流程图。
本发明一般来说涉及包括固定网络和用户终端的分组数据通信系统。该系统使用了一个信道，最好是一个无线信道，该信道组织成时隙以调度网络和用户终端之间的数据通信。本发明的一个优选实施例是动态分配一个终端的有效时隙的方法，该方法包括如下步骤：向网络通信代表用户终端的一个有效时隙模式的信息，并且在有效时隙模式的每个有效时隙期间在用户终端进入一个有效状态。
更加详细地说，该实施例进一步包括如下步骤：在用户终端选择信息，该信息可包括一个模式密钥。选择模式密钥可包括选择一个活动程度，例如100％、50％、25％，等等，或者选择一个等待时间或最大延迟时间，它等效于该终端的依次无效时隙的数目。进入步骤的一部分包括检验模式密钥和时隙识别符之间的预定关系，以确定时隙有效的时间。检验步骤进一步包括：构成模式密钥和时隙识别符的第一逻辑组合、构成模式密钥和根时隙的第二逻辑组合、以及比较第一逻辑组合和第二逻辑组合，(最好针对一个等式)，以确定存在该预定关系的时间。根时隙和终端对应，并且可把根时隙作为信息的一部分通信到网络，或者按另外的方式可通过网络针对终端规定根时隙。
在一个类似的环境中，本发明的另一个但是相关联的实施例是从网络到用户终端动态调度信息传递的方法，包括：从终端接收代表一个有效时隙模式的信息，根据该信息确定该终端的有效时隙模式，并且在有效时隙模式的一个有效时隙期间向终端传递该信息。
详细地说，接收信息包括接收模式密钥，确定操作包括检验模式密钥和时隙识别符之间的预定关系以确定时隙有效的时间。检验活动进一步包括：构成模式密钥和时隙识别符的第一逻辑组成、构成模式密钥和对应于该终端的根时隙的第二逻辑组合、并且比较第一逻辑组合和第二逻辑组合(最好针对一个等式)以确定预定关系存在的时间。从终端接收作为该信息的一部分的根时隙，或者通过该网络给终端规定并通信根时隙。
现参照附图作更加详细的描述。图1是适于使用本发明的实施例的一个无线通信系统(如，分组数据通信系统)(100)的方块图。系统(100)包括使用信道(102)与用户终端(101)通信的一个固定网络(101)。固定网络(101)包括耦合到网络控制器(107)的一个信息源(105)，如开关式公共电话网络或数据网络。一般来说，包括用户终端(103)所需的信息或者用户终端(103)发出的信息在内的各种数据信息都要在信息源(105)和网络控制器(107)之间交换。
网络控制器(107)耦合到包括一个天线(110)在内的基站(109)。网络控制器(107)与基站(109)交换数据信息，并且提供各种其它功能，诸如信息路由、调度、网络控制、和计帐。天线(110)把基站(109)耦合到信道(102)，以便向用户终端发射或从用户终端接收数据信息和控制信息。应该明白，图1是一个简化的方块图，实际的系统有可能包括多个基站和多个用户终端。在实际的系统中，路由和调度活动可能消耗大量的控制器资源。此外，网络控制器虽然这里是作为一个完全独立的实体描述的，但它还可以和一个或多个基站设置在一起，或者把它的功能分配在基站之中，或者是上述处理方法的某种组合。
通过天线(111)把用户终端(103)耦合到信道(102)。具体来说，借助于众所周知的背景技术可知，终端(103)包括耦合到天线(111)并且耦合到控制器(115)上的一个收发两用机(113)。收发两用机(113)把二进制数据模式调制成载波信号，例如用于无线信道的无线电信号，或者从这样的载波信号解调出二进制数据模式。二进制数据模式由控制器(115)提供以便进行调制，或者按另一种方式，在解调之后作为二进制数据流提供给控制器(115)以便作进一步解释。控制器(115)很可能把从解调得到的这个二进制数据流解释成已构成的数据流或信道，该已构成的数据流或信道一般来说包括产生信道辅助活动(如，定时，同步，及成帧功能)的各种各样的位模式。代表要在信道上传送的实际信息或有效负载的数据部分是从成帧结构中提取的，并且可将其存贮在存贮器(117)中。控制器进一步耦合到一个用户接口(119)，例如像在寻呼装置或手持计算装置中用于显示数据部分或信息的显示装置。另外，用户终端的用户接口可以把数据信息转发到一个辅助设备，例如膝上型或便携式计算机。控制器(115)一般要仲裁在用户接口(119)、存贮器(117)、和收发两用机(113)单元之间的信息传递。一种这样的用户终端的实例是MotorolaInfoTAC Personal Data Communicator，它的功能块见MotorolaTechnical Manual，文献号为：68P02929C60-0(第一版，1993)的图4、6所示。
通常要对信道(102)进行组织，使其能支持双工能力。对于一个无线信道，可使用两个分开的频带，将这两个频带称之为前向信道和反向信道。前向信道承担从固定网络(101)至用户终端(103)的传送，而反向信道承担从用户终端(103)至固定网络(101)的传送。一个简单的前向信道可依靠下述假设：用户终端(103)可能连续接收来自基站(109)的发送信号。这就允许基站在任何时间随意地向任何用户终端传送数据部分或信息。出于各种理由，其中包括有利于节省用户终端的电池或功率，可将前向无线电信道分成许多时隙。在这些情况下，可以期望：一个指定的用户终端只在某些称之为有效时隙的时隙内才接收传输。
现在参照图2，讨论信道(102)，具体而论讨论信道(102)的期待时间或时隙组织。可以把前向信道分隔成一系列由相等持续时间组成的时隙(201)。每个时隙(Sn)可由序列内针对它的位置的一个时隙号(203)识别，例如图2中的时隙编号0-31，因此时隙(202)可被指定为S7。一组连续的唯时隙的总体称之为一个信道帧(205)，它在图2中由32个连续的时隙构成。读者应注意，不要混淆用于信道容量的时间组织或传递调度的这个信道帧与用于数据传输组织的较比通用的帧或数据帧。在任何情况下，前向无线电信道都由连续重复的信道帧组成。在一个信道帧内，一个用户终端有可能在一个或多个时隙内接收传输，每个这样的时隙记为一个有效的时隙，有效时隙(206)是一种基站可向一个特定的用户终端发送信息的时间间隙，其条件是该用户终端期望接收传输以来就有一个包括有效时隙(206)在内的有效的时隙模式。无效时隙(208)是用户终端不期望接收传输的时间间隙。
每个用户终端都有一个由模式密钥(PK)(207)明显确定的有效时隙模式，它包括总体构成一个信道帧的有效和无效时隙的特定组合或序列。有效时隙模式可以包括少到每个信道帧只有一个有效时隙，或者按另一种情况，在信道帧中所有的时隙都可以是有效的。图2借助于实例描述了12个不同的时隙模式的采样过程，通过(或在用户终端(103)通过)选择相应的模式密钥(PK)(207)并且随后使用下边将要介绍的算法可以对这些时隙模式进行选择或选定。可以使用用户终端的模式密钥(PK)(207)进行如下的判定(使用简单的分布算法)：该终端是否是信道帧的明显有效的时隙模式。
该算法比较两个值，第一个值是模式密钥(PK)和当前时隙号Sn的按位的组合，最好是一个按位完成地逻辑“与”操作；第二个值是PK和一个根时隙号(R)的按位的组合。下边将会进一步讨论根时隙号，它是在所有可能的时隙中以伪随机和均匀分配用户终端的全体的方式为每个用户终端导出并赋予该用户终端的时隙号。可以认为R是根时隙号的偏差，或者是从用户终端的观察的帧边界的偏差。专业知识不多的读者如果在该图2中用R＝00001代替用来产生该图的00000，就可以证实这一点。例如，当PK等于00001(209)时若使用该替换的R，则只对奇数Sn(如Sn＝1、3、5、7、…，将其表示为二进制数)才有PK和R等于00001以及PK和Sn等于00001。因此，R为00001看起来好像是图2描述的帧边界中1个时隙的偏差。
在数学上这可以表示成为：如果PK&Sn＝PK&R不成立，则Sn是无效的，否则Sn是有效的。用文字表达，即，当比较结果相等，则说当前的时隙是一个有效的时隙。当比较的结果不相等，则说当前的时隙是一个无效的时隙。以此方式，只要PK和R已知，用户终端或固定网络就可确定用户终端信道帧中的有效时隙。此外，固定网络可使用R在所有可以利用的时隙中提供负载分布，并且，用户终端可以利用PK来优化该用户终端的性能。
现参照图3的流程图，从(301)步开始介绍按本发明优选实施例的方法。该方法是通过写入的软件实施的，该软件在控制器(115)和一部分的微处理器(未具体示出)上执行，例如Motorola68030。本发明的这个实施例是专门用于包括固定网络和用户终端在内的分组数据通信系统的方法。该系统使用的信道组织成在网络和用户终端之间调度数据通信的时隙，该方法用于为终端动态分配有效时隙，如图3流程图所示。
开始，在303步，选择代表有效时隙模式的信息。这一般是在用户终端(303)处发生的，并且包括：在(305)步选择对应于期望的有效时隙与无效时隙之比的一个活动程度，然后在(307)步选择对应于最大时隙号或对应于有效时隙之间的总时间间隙的等待时间间隔。最后，在(309)步；用户终端选择一个合适的模式密钥(PK)值，该值应该最接近所选的活动程度和等待时间间隔。
在(311)步，最好通过用户终端使代表一个有效时隙模式的信息通信到网络。这一般包括：用户终端分别在(313)和(315)步向网络传送一个唯一的识别符号(ID)和以上选定的相应的PK。在优选实施例中，采用一种通常称之为散列函数的方法(但对于用户终端和固定网络来说该方法是已知的)根据用户终端的唯一的ID逐个地计算该用户终端的根时隙(R)。使用这个计算或散列函数可把大范围的值(如，终端ID)变换成较小的一组值(例如，一个信道帧内的时隙号范围。通过使用众所周知的散列函数，用户终端和网络能够就一个根时隙号达成协议而不必直接交换根时隙号。在Donald E.Knuth的书“The Art of ComputerProgramming，Volume 3：Sorting and Searching”(1973年，由Addison-Wesley出版)的第6章中可以找到有关散列函数的描述和实例。
另一方面，在(317)步，该网络可能通过发送一个R来有选择地响应用户终端，这个R是由该固定网络选定的，因此能在用户终端的全体上并在信道帧内的可利用的时隙中均匀地分配固定网络负载。这种选择性的处理方法有某些优点。这些优点例如包括：在指定根时隙所用的方法中给固定网络一方带来相当大的灵活性。有了这种灵活性，才有可能在相对于期望服务的某种优选的基础上规定根时隙，或者使网络能恰当处理不同的用户终端。总之，在(319)步，用户终端例如通过把这个值送回到网络可以有选择地接收该根时隙。
一旦选定和交换、或按其它方式建立模式密钥和根时隙，用户终端随后在(321)步进入有效模式持续时间是该时隙模式的每个有效时隙。这个进入步骤进一步包括步骤(323)，在(323)步要进行检验，特别是要检验PK和时隙识别符(Sn)之间的预定关系，以确定某个时隙是否有效。预定关系的检验包括在(325)步确定Sn以及随后分别在(327)步和(329)步计算PK&Sn和PK&R。
具体来说，在优选实施例步骤325中，通过用户终端实施监测前向信道。固定网络通过在前向信道上周期性地传送一同步模式识别时隙号和信道帧边界。一旦用户终端接收到该同步模式，网络和终端这两者对于信道帧内的时隙都具有相同的基准。在(327)步计算PK&Sn是构造模式密钥(PK)和时隙识别符(Sn)的第一逻辑组合的一个优选的处理方法。通过在PK和Sn之间完成按位(一位接一位)的逻辑“与”操作来构成该逻辑组合。类似地，在(329)步，通过在PK和R之间完成按位的逻辑“与”操作来构成PK和这时的根时隙(R)的第二逻辑组合。
在(331)步，对第一逻辑组合与第二逻辑组合进行比较，以确定PK和Sn之间的预定关系存在的时间。如果这两个逻辑组合相等，则预定关系存在，该过程前进至(333)步。在(333)步，用户终端确定：当前时隙是一有效时隙，因此在该时隙的持续时间该终端应该保持有效以接收由该网络引向该用户终端的任何数据信息包。在有限时隙结束时，用户终端前进至(335)步。如果这两个逻辑组合不等，那么，在(331)步过程也前进至(335)步。
在(335)步，用户终端确定是否改变PK或者是否应该改变PK。如果模式密钥不变，则用户终端返回到(321)步，等待下一个时隙。当用户终端判定不管出于任何理由都要改变或者应该改变该模式密钥时，用户终端都要返回到流程图的(303)步。可以根据网络传送的信息、或者根据用户终端中内部产生的信息，例如期望修改它的活动级别或者等待时间，来改变PK。
现在参照图4流程图，从(401)步开始，详细描述本发明的一个替换实施例。本发明的这个方法实施例最好类似地专用于包括固定网络和用户终端在内的分组数据通信系统。该系统使用了调度网络和用户终端之间的数据通信的组成时隙的信道。该实施例提供了从固定网络向用户终端动态调度信息传递的方法。该方法最好在网络控制器(107)中实施，并且最好用软件实现，该软件是通过其中的一个以微处理器为基础的系统(图中未具体示出)来执行。
在(403)步，该网络最好从一个用户终端接收代表一个有效时隙模式的信息。具体而论，这包括：最好通过从用户终端的一个传输、分别在(405)步和(407)步接收用户的唯一的识别号(ID)和用户终端的模式密钥(PK)。(405)步和(407)步作为一次传输的一部分可以同时发生。最好，按照以上有效散列函数讨论的网络可以从ID确定用户终端的根时隙(R)。另外，在(409)步，该网络可能响应用户终端的传输，又规定并且传送一个根时隙(R)，特别是经选择以便在所有时隙中均匀分配用户终端整体的时隙号。在(411)步，用户终端可以有选择地确认在(409)步通过把R的这个值传输到网络而接收的这个R。
在(413)步，该网络很可能从信息源接收一个信息，但该信息也可能是在内部产生的，对该信息进行寻址并期望把该信息传递到用户终端。在(417)步确定该终端的一个有效时隙模式之前，在(415)步给企图传递到用户终端的信息排队。在(418)步，网络等待下一个时隙的开始，然后前进至(419)步。步骤(419)涉及对PK和当前时隙识别符(Sn)之间的预定关系的检验，以确定该时隙是否有效。
这包括：在(421)步，通过完成在PK和Sn之间的按位的逻辑“与”操作来构成用户终端的模式密钥和时隙识别符的第一逻辑组合；在(423)步，通过完成在PK和R之间的按位的逻辑“与”操作来构成用户终端的模式密钥和根时隙的第二逻辑组合。如果给定这些逻辑组合，则在(425)步比较第一逻辑组合与第二逻辑组合，以确定存在所说预定关系的时间。如果这两个逻辑组合相等，则该方法前进到(427)步，通过网络把来自(415)步的排队信息传递到用户终端。在(427)步，网络确定：当前的时隙是一个有效的时隙，因此可将排队的信息传递到用户终端。在有效时隙期间传送了一个或多个有关信息之后，网络返回到(413)步，等待进一步的传递请求。如果两个逻辑组合不等，则过程返回并从(418)步开始重复。
本领域的普通技术人员显然清楚，这里公开的设备和方法对于在分组数据通信信道上动态分配时隙提供了各种各样的方法。在分组数据终端或其它通信设备或系统内可以很容易地使用这些创造性的方法，这是非常有益的；因此对于指定的信息等待时间来说，可以节省每个终端的能源，而不会牺牲网络的负荷分布。因此，本发明通过提供优化每个终端的节能的典型方法(从而延长了许多终端的有用的电池寿命)给便携式数据终端提供了便利，这对满足数据通信的长期需要(具体来说，即无线数据通信的长期需要起了推动作用。
本领域的普通技术人员显然清楚，可以按许多方式修改所公开的发明，并且除了上述的具体给出的优选形式外，本发明还可以有其它许多实施例。例如，虽然已讨论的是一个模式密钥族及其各种性质，但显然还存在其它情况。因此期望所附的权利要求书能够覆盖落入本发明的真正构思和范围内的本发明的所有改进。

Claims (10)

1.在包括一个固定网络和多个用户终端的分组数据通信系统中，该系统使用了组织成时隙的信道以在网络和用户终端之间调度数据通信，一种动态分配用户终端的有效时隙的方法，该方法包括如下步骤：
从用户终端向网络通信代表用户终端的一个有效时隙模式的信息；以及
在所说有效时隙模式的每个有效时隙期间向该用户终端进入一个有效状态。
2.如权利要求1的方法，进一步包括步骤：在用户终端选择所说信息。
3.如权利要求2的方法，其中选择所说信息的所说步骤进一步包括选择一个模式密钥。
4.如权利要求3的方法，其中选择所说模式密钥的所说步骤进一步包括为用户终端选择一个活动程度。
5.如权利要求4的方法，其中所说选择模式密钥的步骤进一步包括为用户终端选择一个等待时间。
6.在包括一个用户网络和多个用户终端的分组数据通信系统中，该系统使用了组织成时隙的信道以在网络和用户终端之间调度数据通信，一种向用户终端动态调度信息传递的方法，该方法包括如下步骤：
从用户终端接收代表一个有效时隙模式的信息；
给要传递到用户终端的信息排队；
根据所说信息为用户终端确定所说有效时隙模式；以及
在所说有效时隙模式的一个有效时隙期间向用户终端传递所说信息。
7.如权利要求6的方法，其中所说接收信息的步骤进一步包括接收一个模式密钥。
8.如权利要求7的方法，其中所说的确定步骤进一步包括检验所说模式密钥和一个时隙识别符之间的预定关系，以确定何时时隙有效。
9.如权利要求8的方法，其中选择所说模式密钥的所说步骤进一步包括为用户终端选择一个活动程度。
10.如权利要求9的方法，其中选择所说模式密钥的所说步骤进一步包括为用户终端选择一个等待时间。
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