CN108141882A - 基于竞争的系统中的具有不同优先级的数据流和竞争窗口参数的调整 - Google Patents

Abstract

一种用于通过通信装置（200）访问共享通信信道的方法，其中通过具有不同优先级的业务的多个装置使用对通信信道的基于竞争的访问。通信装置配置成经由共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据类型流具有高于第二数据类型流的传输优先级。对于每种类型的业务，在竞争访问（空闲信道评估）期间指定并应用不同参数集合，这与竞争窗口（最小值和最大值）有关，其允许确定在访问共享介质之前的等待时间以及最终准许的传输时间的持续时间。该方法标识这些参数的各种调整。原则上，第一数据类型业务的时间范围低于第二数据类型业务的时间范围。在发生第二数据传输但是只是部分地传输了分组的情况下，减小对应时间范围的最大值。在其它场景中，在共享介质拥塞的情况下，增加最大时间范围值。此外，根据关联于第一数据类型业务的负载和要求来调整诸如时间范围的最小值否则第二数据类型业务的准许传输窗口的参数。

Description

基于竞争的系统中的具有不同优先级的数据流和竞争窗口参 数的调整

技术领域

本发明涉及一种用于访问共享通信信道的方法和对应的通信装置，其中使用对通信信道的基于竞争的访问。此外，本发明涉及一种用于通过控制节点协调多个通信装置对共享通信信道的访问的方法。此外，提供一种包括通信装置和控制节点的系统、计算机程序和载体。

背景技术

无线技术的用户演进已经显著地改变了用户与他们的环境通信和交互的方式。下一代无线电通信系统（即第五代（5G））通过不仅连接个人而且还连接各种各样的装置和机器而使它甚至更进一步。5G无线电概念的一个主要目的是支持高度可靠的超低延迟机器类型通信（MTC），即，关键MTC。关键MTC和无线工业自动化概念需要解决主要在端到端等待时间和传输可靠性之间的设计权衡，并为无线网络提供适合于不同工业应用使用情况的解决方案。在几乎所有的关键MTC部署中，两种截然不同的业务模式需要共存，其包括实时和非实时业务。实时业务包括例如工业控制消息、警报、警告消息等，而非实时业务主要包括软件更新、日志转储的传输等。无线工业自动化系统需要实行无线电资源管理并支配信道访问，以便确保满足实时业务要求。实时业务具有消息大小很小的特点，而非实时业务典型地由大型数据大小组成。实时业务能够是周期性的以及不定时发生的。在诸如关键MTC系统的无线工业自动化系统中，来自不同节点的业务模式典型地不同，并且取决于应用要求和网络动态而随时间变化。相同节点上的业务模式也能够非常不同。

在许多无线工业自动化场景中，当前使用基于调度的信道访问方案，根据该方案将信道资源预先分配给网络中的所有节点（或通信链路）。一般来说，会对此类预先调度的系统过度供给，并且因此在存在较少业务负载时导致资源（即，频率和/或时间）浪费。尤其当业务模式不可预测且变化时，资源利用的这种低效变得日益令人担忧。尽管具有实时要求的大多数警报和警告消息不能提前预测并且本质上是不定时发生的，但是在基于调度的信道访问方案中，资源的过度供给导致宝贵带宽的浪费。此外，在基于调度的系统中根据网络大小（即，与特定中央节点相关联的节点的数量）的资源或预先分配的需要趋向于在网络大小随时间变化的环境中显露出自然限制。

与基于调度的系统相反，基于竞争的系统通常更好地适合于业务模式中的动态和网络大小变化。然而，基于竞争的系统遭受不能在确定性时间尺度确保业务可靠性保证，尤其是在网络中的增加的系统负载或拥塞的情况下。在较高业务负载条件中以及当多个竞争者试图访问介质时，可能发生分组冲突。如例如Wi-Fi的许多基于竞争的系统通过回退算法操练竞争解决机制以缓解竞争情形并减少分组冲突。诸如由Wi-Fi系统所使用的竞争解决方案的竞争解决方案增加排队分组传输的等待时间，并且这对于实时业务变得高度关键。

对于实时和非实时业务两者对介质具有相同访问优先级对于具有严格定时最终期限的实时业务来说自然地不公平。在Wi-Fi（特别是IEEE 802.11e）中，使用业务访问类别（AC）来将某些类型的分组对于其它类型优先化。然而，众所周知，尽管对于信道访问优先化使用不同服务类，但是当在相同共享介质中在网络中同时存在混合业务（VoIP、尽力服务、视频等）时，Wi-Fi系统对于VoIP业务（具有严格的定时最终期限）示出严重的缺点。

并且，当要传输大型数据（即，MAC SDU（媒体访问层服务数据单元）大于最大允许帧大小）时，Wi-Fi系统将它分成更小片段，并单独地传输它们。Wi-Fi不支配属于出现的相同大型数据分组的片段的传输对于在稍后时间点生成的另一个大型数据分组的片段的任何优先化。这对于被调度以在较早传输的业务导致不公平的信道访问，尤其当业务负载高时。

发明内容

因此，存在对改进在其中使用对通信信道的基于竞争的访问的共享通信信道中具有不同传输优先级的数据流的传输的需要。

该需要通过独立权利要求的特征来满足。从属权利要求中描述了另外的方面。

根据一个方面，提供一种用于通过通信装置访问共享通信信道的方法，其中使用对通信信道的基于竞争的访问，其中通信装置配置成经由共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级。该通信装置观察共享通信信道是否可用于传输，其中当共享通信信道不可用于传输时，通信装置在开始传输之前等待从其中共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间。从第一时间范围选择第一时间间隔以用于第一数据流的传输，并从第二时间范围选择第二时间间隔以用于第二数据流的传输，其中第二时间范围与第一时间范围不重叠。

由于使用不重叠的时间范围，所以与第二数据流相比具有更高优先级的第一数据流之间的更好区分是可能的。通过选择不同时间范围，能够取决于优先级而选择数据传输的起点。优选地，第一时间范围由第一最小值和第一最大值定义，并且第二时间范围由第二最小值和第二最大值定义，其中第一最大值小于第二最小值。

由于从第一时间范围选择的第一时间间隔必定比从第二时间范围选择的第二时间间隔短，所以最长第一时间间隔比最短第二时间间隔短。因此，与在开始传输具有较低优先级的第二数据流之前等待第二时间间隔的通信装置相比，传输具有较高优先级的第一数据流的通信装置更早地开始传输数据。因此，当同时发起传输时，将比第二数据流更早地传输具有较高优先级的第一数据流。当共享通信信道忙碌时，与传输第二数据流的通信装置相比，传输第一数据流的通信装置在检测到共享通信信道可用于传输之后更早地访问共享通信信道。

此外，提供对应的通信装置，其包括配置成传输不同数据流的接口，并包括如上所述从第一时间范围选择第一时间间隔并从第二时间范围选择第二时间间隔的至少一个处理单元。

根据另一个方面，提供一种用于通过控制节点协调多个通信装置对共享通信信道的访问的方法，其中由多个通信装置使用对通信信道的基于竞争的访问，其中通信装置配置成经由共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级。通信装置中的每个通信装置观察共享通信信道是否可用于传输，并且当通信信道不可用于传输时，每个通信装置在开始传输之前等待从其中共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间。根据该方法的一个步骤，控制节点确定第一时间范围，通信装置中的每个通信装置从所述第一时间范围选择用于传输第一数据流的时间间隔；并确定第二时间间隔，通信装置中的每个通信装置从第二时间间隔选择用于传输第二数据流的时间间隔。确定第二时间范围以使得第二时间范围与第一时间范围不重叠。另外，告知多个通信装置关于第一时间范围和第二时间范围。

当连接到控制节点的不同通信装置对于第一数据流使用第一时间范围并且对于第二数据流使用第二时间范围时，能够更有效地传输具有较高优先级的数据流。此外，本发明涉及对应的控制节点，其包括配置成如上所述确定第一时间范围和第二时间范围的至少一个处理单元，并包括配置成告知多个通信装置关于第一时间范围和第二时间范围的接口。

根据另一个方面，提供一种用于通过控制节点协调多个通信装置对共享通信信道的访问的方法，其中使用对通信信道的基于竞争的访问，其中多个通信装置配置成经由共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级。控制节点确定即将通过多个通信装置之一在共享通信信道上传输的至少一个第一数据流的数据流要求。另外，它准许多个通信装置在传输窗口的时间周期访问共享通信信道，其中基于至少一个第一数据流的要求来调适传输第二数据流的通信装置的传输窗口的第二时间周期。另外，将传输窗口的调适的第二时间周期传输给通信装置。

由于传输窗口表示对应数据流的最大传输时间，所以控制节点基于具有较高优先级的数据流的数据流要求来调适具有较低优先级的数据流的传输窗口。作为示例，当检测到应当在共享通信信道上传输具有非常严格的定时要求的第一数据流时，控制节点可相应地调适第二传输窗口的第二时间周期，例如它可减小传输窗口的大小，以使得传输具有较低优先级的数据流的通信装置占据共享通信信道较短的时间周期，并且能够确保任何出现的第一数据流的实时要求。

此外，本发明涉及如上所述的控制节点。

此外，提供一种包括如上文所讨论的通信装置和控制节点的系统。

根据另一个方面，提供一种包括即将由通信装置或控制节点的至少一个处理单元执行的程序代码的计算机程序，其中程序代码的执行促使至少一个处理单元执行如在上文描述或在下文更详细地描述的方法。此外，提供一种包括计算机程序的载体。

将了解，在不背离本申请的范围的情况下，上文提到的特征或下文仍将解释的特征不仅能够在指示的相应组合中使用，而且还能够在其它组合或隔离中使用。除非另外明确地提到，否则上文提到的方面实施例的特征可在其它实施例中彼此组合。

附图说明

当结合附图阅读以下详细描述时，本申请的前述和附加特征和效果将变得显而易见，图中类似参考标记指类似元件。

图1示出其中多个通信装置使用对共享通信信道的基于竞争的访问来使用控制节点的共享通信信道的情形的示例视图。

图2示出包括为实时和非实时业务选择不同时间间隔的竞争窗口计数器的系统的示例图示。

图3示出通过通信装置实行以用于对于不同优先级的业务通过对通信信道的基于竞争的访问来传输数据流的方法的示例流程图。

图4示出包括通过图1的控制节点实行以用于确定时间范围的步骤的流程图的示例，所述时间范围用作为具有不同优先级的数据流的传输选择时间间隔的基础。

图5示出包括在控制节点处实行的步骤的流程图的示例，所述控制节点基于具有较高优先级的数据业务的业务要求来调适具有较低优先级的业务的传输窗口。

图6示出在控制节点处实行以用于基于具有较高优先级的数据流的业务要求来调适用于传输具有较低优先级的数据流的最小时间间隔的方法的流程图的示例。

图7示出当确定不能在一个传输窗口内传输数据分组的所有片段时通过通信装置实行的方法的流程图的示例。

图8示出当通信不成功时在通信装置处实行的方法的流程图的示例。

图9示出控制通信装置对共享通信信道的访问的控制节点的示例体系结构视图。

图10示出通过共享通信信道传输具有不同优先级的数据分组流的通信装置的示例体系结构视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。将了解，不应以限制意义采用以下对实施例的描述。本发明的范围不打算通过下文描述的实施例或通过只是为了示范而采用的附图来限制。

附图将视为是表示，并且附图中示出的元件不一定按比例示出。而是，各种元件被表示以使得它们的功能和一般目的对于本领域技术人员变得显而易见。附图中示出或在本文中描述的功能块、装置、组件或物理功能单元之间的任何连接或耦合可通过间接连接或耦合来实现。可通过有线或无线连接建立组件之间的耦合。此外，可以采用硬件、软件、固件或其组合来实现功能块。

本发明支持具有较高传输优先级的第一数据流与具有低优先级的第二数据流共存。较高优先级数据流能够是实时数据流，而第二数据流能够是非实时数据流或业务。应了解，可存在不只两个不同优先级类。作为示例，可存在实时业务，并且对于非实时数据流可存在多个不同优先级类。

下文描述的方法尤其基于业务类型实行信道访问优先级管理。

在下文中，尤其将提到通信装置。通信装置可以是任何类型的通信装置，诸如机器类型通信装置，又称为“工业IoT装置”，例如仪表、或数字布告板、或移动电话、便携式计算机、膝上型计算机、智能电视屏、网络共享（tethering）接入点节点、诸如实现通信功能性的汽车的车辆。

如结合图1所公开，在其中多个通信装置200访问由控制节点100提供并控制的共享通信信道50的环境中使用本发明。不同于当前数据系统，本申请对于实时和非实时业务两者均指定了当前竞争窗口的下限和上限两者。此外，本发明对于实时业务保证较小的竞争窗口计数器选择。

根据另外的方面，还基于网络中的实时业务的等待时间预算或数据流要求来控制非实时业务的最大传输时间。最大传输时间能够预先配置或在运行时间调适。特别地，取决于系统中的动态（变化的应用要求和网络条件），后面的情况允许非实时业务的性能增强。

根据第三方面，与较新的非实时数据流相比，对于属于相同数据分组或MAC SDU的数据片段，增加信道访问的概率。这尤其能够通过对于属于相同数据分组或MAC SDU的片段减小当前窗口限制来实现。

参考回图1，在能够访问共享通信信道20之前，通信装置200中的每个通信装置需要执行先听后说（LBT）规程，其中节点感测介质并执行空闲信道评估（CCA）。只有当发现共享通信信道空闲时，对应通信装置才实行传输。如果在检测到介质空闲之后多个通信装置200同时尝试分组传输，那么分组冲突并且因此计划内的接收器不能解码数据分组流的传输的分组。为了避免该情形，每个通信装置传输器随机（以均匀分布）选择确定通信装置在访问通信信道之前不得不等待的时隙数量的竞争窗口计数器。这在图2中进一步详细示出，其中将共享通信信道传输窗口示为传输机会（TXOP），其中传输窗口是其中允许通信装置之一传递它的数据的有界限的时间间隔。如图2中所指示，在左侧上示出的传输窗口TXOP1中，由通信装置之一占据共享通信信道。然后，当检测到通信信道空闲时，开启通信装置内的竞争窗口计数器，该竞争窗口计数器确定通信装置在访问介质之前不得不等待的时隙数量。

如所示的，竞争窗口计数器240使用时隙30作为时间单位。对于每个时隙30，通信装置感测介质。如果感测到介质空闲，那么将计数器240递减。如果时隙被检测为忙碌，那么不将计数器递减。如从图2能够看到，不同通信装置现在对于较高优先级的业务使用第一竞争窗口，对于较低优先级的业务在另一个竞争窗口中。作为示例，传输较高优先级的数据流（例如，诸如实时数据流的第一数据流）的通信装置对于第一时间间隔检查共享通信信道是否空闲，其中该第一时间间隔从第一时间范围50选择，而对于非实时数据或较低优先级的数据流的传输，从第二时间范围60选择时间间隔。如从图2能够推断，第一时间范围50和第二时间范围60不重叠。这意味着，第一时间范围50由第一最小值51和第一最大值52定义，所述第一最大值52在图2中指示为是实时业务的竞争窗口CW_RT。第二时间范围由第二最小值61和第二最大值62定义。第一时间范围50介于[0, CW_RT]之间，而第二时间范围介于[CW_RW+x, CW_nonRT-z]之间。第二时间范围用于非实时业务，而第一时间范围用于实时业务。[CW_RT]和[CW_nonRT]分别是实时和非实时业务的当前竞争窗口上限，x和z是在[1, CW_RT]范围中的整数，并且将在下文进一步详细描述。

如从上文能够推断的，第二时间范围与第一时间范围不重叠，使得通信装置对于实时业务使用总是比非实时业务的竞争窗口计数器小的竞争窗口计数器。这允许对实时数据流的较高优先级。竞争窗口计数器的较小值允许通信装置快速访问介质，因为当共享通信信道空闲时，在传输业务之前，只不得不对少量时隙进行倒计数。如上所述，第一时间范围和第二时间范围间隔特定数量的时隙x，其中x是大于或等于1的整数。提供这个防护时隙间隔或这些防护时隙以增加灵活性来取决于需要而将时隙指派给实时或非实时数据流计数器。能够使用/重新配置防护时隙的数量x以使非实时业务甚至保持在更低的优先级（通过降低它的访问概率），以便对于实时业务减轻介质中的潜在竞争。如果对于实时业务在介质中存在很少竞争，那么能够减小防护时隙的数量。此外，它们确保两个时间范围50和60不重叠。防护时隙的数量确保传输非实时业务的通信装置在获得对共享通信信道的访问之前不得不等待比实时业务长至少x个时隙。

其次，防护时隙能够用于以下方面。能够基于对于实时业务需求感知或评估的竞争等级来配置非实时业务的竞争窗口的最小限制，从而配置竞争窗口计数器的最小值。如果对于实时业务遭遇或感知高竞争，那么能够增加最小第二值61，以使得非实时业务对共享通信信道中的竞争等级具有较低影响。当增加最小第二值时，每个通信装置在访问共享通信信道之前以及在开始传输数据之前不得不等待更久。此外，在传输窗口中，介于第一最大值52和第二最小值61之间的x个防护时隙在以下情形中有帮助。当由传输数据分组的通信装置之一检测到不成功传输时，例如当还没有接收到确认时，能够对于第一数据流增加第一时间范围的第一最大值，并且能够对于第二数据流增加第二最大值。

根据本发明的一个方面，在不成功传输的情况下，对于非实时数据流可将当前竞争窗口上限加倍，从而将第二最大值62加倍，而可将实时业务的第一最大值52只递增一个时隙。竞争窗口上限的这种递增在每个不成功传输之后继续，直到达到对应于业务类型的最大限制。增加当前竞争窗口计数器的上限的最大值（对于nonRT业务加倍，对于RT业务递增1），直到达到对应的最大可能限制。实时和非实时业务的最大可能上限不相同。基本上，使用z来对给定传输的不同MPDU给予不同优先级等级，即给予相同数据流的以下片段较高优先级。

由于提供的防护时隙，通信装置能够将上限52增加一个时隙，而不会在第一时间范围50和第二时间范围60之间具有重叠。当通信装置成功传输而没有遭遇冲突或不成功传输时，它将当前竞争窗口限制重置回到对应于业务类型的初始值。能够以不同方式选择初始值。除了对系统/应用/部署设置的任何专家见解/输入之外，取决于感知的业务特性、通信数据速率（收发器能力）和部署设置，能够在引导时间灵活地设置它们。不同于Wi-Fi，这些值不限于预先配置或固定。在下文中，结合图2描述另一个方面。不同于大小通常非常小的实时数据，诸如传输警报或自动控制或命令消息的数据，非实时数据能够很大，例如软件更新、状态消息等。因此，非实时数据流花费很长的空中时间，并且潜在地将实时业务的任何等待延迟超过可接受的界限。为了避免该情形，建议根据系统中的实时数据流的等待时间余量对于非实时业务缩短最大传输机会TXOP。能够在网络的操作期间调适TXOP。

具有短的TXOP能够允许对于出现的实时业务访问或利用介质。此外，能够根据网络中的严格的应用要求（例如，对于实时业务）在运行时间重新配置非实时业务的TXOP持续时间。如下文将进一步详细地讨论，在系统中选择TXOP。通过对于不同业务类型重新配置TXOP和竞争窗口，能够优化实时和非实时业务两者的系统性能。与使用固定或预先配置的TXOP时的情形相比，对于非实时业务具有灵活配置的TXOP还优化了非实时业务性能。

如图2所示，能够基于实时业务要求自适应地配置最大传输机会TXOP。图1中示出的通信装置200向控制节点100指示它经历的网络条件和服务类型，以便能够适当地调适TXOP值。当例如具有甚至更严定时最终期限的通信装置加入网络时，或者反之当具有最严定时要求的节点离开网络时，关联于特定接入点或控制节点的所有通信装置需要重新调整TXOP。将注意，这里的表述“节点”还意味着它的服务要求，即，业务要求或应用数据要求。

能够由特定节点或者具有此类业务要求的另一个节点加入/离开网络而开始/移除具有最严定时最终期限的新业务要求。在前面的情况中，网络的拓扑保持相同，但是“服务”受到警告，而在后面的情况中，对网络的拓扑进行修改。

甚至当在给定网络中引入或禁用具有最严定时最终期限的新服务时，以上情形将同样适用。能够在系统初始化时实行TXOP持续时间的选择，或者也能够在操作过程期间更新TXOP持续时间的选择。当系统正在运行时，只有具有最严定时最终期限的服务要求的更新的通信装置才需要向接入点或控制节点指示它，以使得将新TXOP持续时间相应地发出给所有相关联的通信装置。

此外，应注意，实时和非实时业务的竞争窗口限制（第一最小值和第一最大值51、52或第二最小值61和第二最大值62）两者能够在初始化阶段被选择，以及能够取决于实时和非实时业务的业务要求而灵活地被调适。

不同数据流（具有较高传输优先级的第一数据流或具有较低传输优先级的第二数据流）以片段传输数据分组。如果考虑不同层，那么使用PDU（协议数据单元）来传输SDU（服务数据单元）。当由于归因于TXOP的施加的限制的原因通信装置只已经传输了它的数据流的部分（尤其是非实时数据流）时，能够减小最大竞争窗口限制（第二最大值62乃至第一最大值52）以使得在竞争介质的相同类的全新非实时业务上增加夺取介质的概率。

这意味着，相同非实时数据的后续片段具有比之前片段更高的优先级。属于相同数据的片段数越多，将存在越高的访问信道的概率。当减小对应时间范围的最大值时，与其中最大值没有减小的通信装置相比，对应节点将在访问信道之前具有更短的等待时间。应了解，实时业务仍具有比非实时业务的片段更快的信道访问。

关于最大传输时间的大小，注意以下事项。传输和接收（TX/RX）周转时间在现代无线电通信网络中非常小，从而使得实时业务的最大可承受总等待时间（t_RT）支配由下式给出的上界限：

是实时业务的最大回退，并且其是，其中是执行空闲信道评估所需的时间。此外，应注意，在该界限中，假设，实时业务的最大空中时间与非实时业务的相同。实际上，传输实时分组的最大时间典型地比总的允许传输机会少得多。

如图2所示的不同方面能够总结如下：能够灵活地配置指派给实时和非实时业务的时隙的数量，并且非重叠范围被用于实时和非实时业务的竞争窗口计数器。由于第一范围50小于第二范围，所以授予具有实时业务的通信装置较高优先级。此外，通过减小最大值62来授予只已经传输了数据分组的部分的通信装置较高优先级。此外，取决于实时业务要求，能够灵活地配置最大传输机会。此外，防护间隔有助于确保甚至在调适的上方值61和下方值52的情况下维持非重叠范围。

图3示出通信装置传输数据分组流的示例流程图。在步骤S1中，生成数据流，而在步骤S2中，询问它是否是实时业务。首先，我们将讨论非实时业务的情况。由于它是非实时业务，所以从第二时间范围中选择时间间隔意味着从第二范围60选择随机数量的时隙（步骤S3）。在下文中，在步骤S4中进行空闲信道评估，其中检查信道对于传输是否是空闲的。在此上下文中，在步骤S5中询问介质是否忙碌。如果是，那么继续空闲信道评估，直到通信装置确定通信信道对于传输是空闲的。因此，如果介质不忙碌，那么在步骤S6中将计数器倒计数一个时隙，并且在步骤S7中确定它是否已经到达小于1的值。如果否，那么它返回到步骤S4的空闲信道评估。当通信装置最终已经确定信道对于所有时隙都是空闲的以使得计数器已经倒计数到0时，在步骤S8中传输数据分组，直到最大可允许传输时间TXOP。如果传输不成功，那么在步骤S10中将第二时间范围的最大值加倍。此外，检查非实时业务的当前竞争窗口的上限是否大于最大值（步骤S11）。如果情况并非如此，那么系统将返回到步骤S4。此外，在步骤S8中，检查是否已经传输所有数据（步骤S12），如果情况并非如此，那么再次从第二时间范围随机选择时间间隔。如从步骤S13能够推断的，将第二时间范围的最大值减小值Z，以使得以较高优先级传输相同数据分组的片段，因为步骤S13中的第二时间范围小于步骤S3中的。当TXOP对于在S3中原始生成的数据流不够时，在S13中它需要后续传输。

与S3相比，时隙数量z给予S13中的第二传输尝试中的数据片段更高优先级。在与不同TXOP受限片段相同的数据的后续传输中，z的值增大。

在大多数可感知的情况中，y和x的值能够相同。然而，取决于在由介质中的当前竞争等级规定的特定瞬间所需的防护时隙，这些能够不相同。

参考回步骤S2，如果存在实时数据业务，那么在步骤S15中从第一时间间隔（50）为第二计数器选择时间间隔。在步骤S16和S17，根据步骤S4和S5实行空闲信道评估，并且在步骤S18中，计数器倒计数如同在步骤S7中，在步骤S19中确定计数器是否已经倒计数至底部。在肯定的情况中，在步骤S20中实行分组传输，并且在步骤S21中，确定传输是否成功。如果不成功，那么对于实时业务，将第一时间范围的最大值（图2的值52）增加1。当将这与非实时业务的步骤S10进行比较时，能够推断实时业务的上限的增加比非实时业务的小得多。再次，在步骤S23中检查最大值52是否大于上限。对于不同业务优先级，能够将上限预先存储在通信装置中。如果是，那么传输在步骤S24中结束，如果否，那么系统返回到步骤S16。

图4描述通过控制节点实行的方法，其确定或调适图2中示出的不同时间范围，并相应地告知连接的通信装置。该方法在步骤S40中开始。在步骤S41中，确定第一时间范围，并且在步骤S42中，确定第二时间范围。确定第一时间范围和第二时间范围，以使得它们不重叠，并且优选地，在第一时间范围的最大值和第二时间范围的最小值之间提供防护时隙。然后，控制节点100能够在步骤S43中告知通信装置200关于即将使用的不同时间范围。如上文结合图3所讨论的，通信装置能够然后使用不同时间范围以用于传输具有不同优先级的数据分组流。具有较高优先级的数据分组流能够是实时数据分组流，而具有较低优先级的数据分组流能够是非实时数据分组流。然而，应了解，两个数据分组流都能够是非实时数据分组流，而一个非实时数据分组流具有比另一个非实时数据分组流更高的优先级或更低的等待时间。因此，第一数据分组流不一定必须是实时数据分组流。

图4的方法在步骤S44中结束。

结合图5，公开如何取决于实时业务要求来调适传输窗口和最大传输机会。该方法在步骤S50中开始，并且在步骤S51中，确定实时业务要求。一般来说，数据帧中存在指示业务优先级等级的专用字段。在一些情况下，通过生成业务的节点本身确定业务优先级。换句话说，能够从地址字段推断它。作为示例，如果安全传感器正在生成业务或自动控制器正在生成业务，那么它能够具有到实时业务的映射。基于实时业务要求，能够调适非实时业务的最大传输时间。作为示例，当检测到具有高优先级的数据流的传输时，能够对于非实时业务缩短最大传输时间TXOP/传输窗口，以使得如果发生非实时业务的传输，那么缩短非实时业务占据信道的最大时间。在步骤S53中，告知附连到控制节点的不同通信装置缩短的最大传输时间。该方法在步骤S54中结束。基于最严格的业务要求选择最大传输时间（TXOP）。一般来说，通知与中央节点相关联的所有节点该持续时间。因此，当特定节点传输非实时业务时，它不得不遵守由中央节点已经通知的TXOP。当然，在运行时间，当需要更新TXOP持续时间值时，中央节点通知与它相关联的所有节点。此后，相关联的节点使用指定/更新的TXOP值。

在节点处于传输非实时业务流的过程中并在节点本地生成实时业务时的情况中，有可能能够缩短/停止非实时业务传输时间，以便为实时业务优先化介质访问。不管这种类型的进一步优化，非实时业务无法花费比TXOP更长的空中时间，并且因此仍将满足实时业务要求。

结合图6，公开控制节点能够如何取决于实时业务需要来调适非实时业务的传输窗口。该方法在步骤S60中开始，并且在步骤S61中，控制节点确定实时业务要求。能够基于从不同通信装置200接收的信息来确定实时业务要求。作为示例，每个业务能够具有特定优先级指示符，并且基于优先级指示符，控制节点能够确定它是实时业务还是非实时业务，并且对于非实时业务确定非实时业务具有哪个优先级。作为示例，当在控制节点处接收到具有低等待时间的新实时业务时，控制节点能够在步骤S62中调适非实时业务的传输窗口计数器。作为示例，能够增加图2的非实时业务值的最小值61，以使得传输非实时业务的装置在开始传输之前不得不等待更长的时间。总之，调适第二时间范围。因此，存在即将传输高优先级业务的通信装置能够访问通信信道的更高概率。在步骤S63中，相应地告知附连到控制节点或接入节点的不同通信装置调适的时间范围，能够在该调适的时间范围中选择传输计数器。

结合图7，示出解释由通信装置在传输不同数据分组时实行的步骤的流程图。该方法在步骤S70中开始。当通信装置开始传输数据时，在步骤S71中，在传输窗口中传输数据分组的片段。然后，在步骤S72中，检查属于相同数据分组的所有片段是否全都能在最大传输窗口内被传输。如果情况并非如此，那么在步骤S73中，通信装置能够减小非实时业务的时间范围的最大值。相应地，以较高优先级传输相同数据分组的后续片段，因为计数器只能够从缩短的时间间隔中选择，从而使得没有传输所有片段的通信装置将比传输具有相同优先级等级的数据分组的片段的其它通信装置更早地访问共享通信信道。该方法在步骤S74中结束。

已经结合非实时业务讨论了图7，因为非实时分组的数据分组可大于实时业务的数据分组。然而，应了解，实时业务的数据分组也能够大于最大传输窗口，从而使得图7的方法也能够适用于实时数据分组。

结合图8，解释当传输不成功时通信装置如何调适竞争窗口计数器的时间范围的上方值。该方法在步骤S80中开始，并在步骤S81中发送数据分组。在步骤S82中，通过例如等待来自接收侧的确认来检查传输是否成功。如果传输不成功，那么将在随后尝试中传输它，假如重新传输计数还没有超过某个最大值的话。然后，该情形取决于传输是传输实时数据还是非实时数据的事实（步骤S83）。如果它是非实时数据，那么在步骤S84中，当尚未达到可允许的最大值时，对于非实时业务将时间范围的最大值加倍。这被完成以解决介质中的竞争。经常，不成功传输是由基于竞争的系统中的分组冲突造成的，并且缓解竞争情形有助于改进传输可靠性。然而，如果它是实时传输，那么在步骤S85中，只将最大值增加一个时隙。实时业务的较小增加有助于避免在不成功传输的情况下第一时间范围和第二时间范围将重叠。此外，在实时业务的竞争解决中的较长等待时间是不期望的。如果传输最终成功，那么该方法在步骤S86中结束。请注意，只有当进一步增加上限的范围低于对应于不同业务类型的某个指定的最大可能值时才会发生范围的增加。此外，实时业务的竞争解决中的较长等待时间是不期望的。

图9和图10分别示出控制节点100和通信装置200的示意性体系结构视图。控制对共享通信信道的访问的控制节点100包括接口110。提供接口以用于将用户数据或控制消息传输给其它实体以及从其它实体接收数据和控制消息。接口尤其能胜任从不同通信实体200接收数据分组流并在共享通信信道50上进一步传输数据。

此外，接口110配置成用于无线数据交换和有线数据交换。作为示例，能够通过到诸如互联网的广域网（WAN）的另一个节点的有线连接来传输共享通信信道。此外，提供负责控制单元的操作的处理单元120。包括一个或多个处理器的处理单元120能够实行存储在存储器130上的指令，其中存储器可包括只读存储器、随机存取存储器、大容量存储设备等。此外，存储器能够包括即将由处理单元执行以便实现控制节点100的上述功能性的合适的程序代码。

如图10所示的通信装置200包括配置成用于与诸如控制节点100或移动通信系统的任何其它节点的其它节点或实体通信的接口210。接口210配置成交换控制消息和用户数据。提供包括一个或多个处理器的处理单元220，其中处理单元220负责通信装置200的操作。提供存储器230，其能够包括只读存储器、随机存取存储器、大容量存储设备等。存储器230能够包括即将由处理单元220执行以便实现其中涉及通信装置200的上述功能性的合适配置的程序代码。此外，示出计数器240，计数器240表示图2中用于传输数据的竞争窗口计数器。能够存在对应于不同业务类的多个计数器。

应注意，图9和图10中示出的结构实际上是示意性的，并且它们可包括另外的功能实体，为清楚起见，还没有示出所述另外的功能实体。

从以上讨论，可以推断一些通常的方面。如结合图2所讨论的，通过第一最小值51和第一最大值52定义第一时间范围50，并通过第二最小值61和第二最大值62定义第二时间范围，其中第一最大值52小于第二最小值61，以使得时间范围不重叠。

按时隙对第一和第二时间范围计数，并且第一最大值52和第二最小值61使得在第一最大值52和第二最小值61之间提供数量为x的防护时隙，其中x是大于或等于1的整数。防护时隙甚至能够在调适第一时间范围和/或第二时间范围时有助于维持非重叠时间范围。

能够将数据流作为数据分组流来传输，其中在数据分组的至少一个片段中传输数据分组。此外，准许通信装置在传输窗口的时间周期访问共享通信信道。如果即使确定属于相同数据分组的片段不能在相同传输窗口内传输，那么减小在其中选择时间间隔的对应时间范围的最大值。

此外，当由通信装置检测到不成功传输时，能够对于第一数据流增加第一时间范围的第一最大值，并且能够对于第二数据流增加第二时间范围的第二最大值，其中将第二最大值增加比第一数据流的第一最大值更多的时隙。如上文所讨论的，可将第一时间范围的第一最大值增加一个时隙，而可将第二时隙的第二最大值加倍。

此外，可能的是，从控制共享通信信道上的通信的控制节点接收第一时间范围和/或第二时间范围的改变。

就控制节点而言，控制节点可确定即将通过多个通信装置传输的第一数据流的竞争等级。然后，基于确定的竞争等级，控制节点能够调适第二时间范围的第二最小值。作为示例，如果第一数据流的竞争等级高于第一阈值，例如如果检测到非常紧急的数据流传输，那么能够增加第二时间范围的第二最小值，以使得传输较低优先级的数据流的通信装置不那么经常地访问共享通信信道。此外，如上所述，取决于实时数据业务的数据流要求，控制节点可调适传输窗口的第二时间周期。在此上下文中，当第一数据流的数据流要求是实时业务改变时，调适第二时间周期，并将关于时间周期的信息传输给通信装置。

此外，本发明提供一种诸如控制节点或通信装置的设备，其包括处理单元和含有可由处理单元执行的指令的存储器，由此设备可进行操作以实行上文提到的不同步骤。

此外，提供一种包括适于实行上文提到的步骤的部件的设备。上文描述的发明允许诸如无线自动化应用的应用灵活地处置实时和非实时业务模式两者，而不会损害与实时业务相关联的定时约束。

能够根据由最严实时业务施加的定时约束来重新配置传输窗口的最大传输持续时间。这允许对于非实时业务充分利用信道资源，同时满足实时业务的时间限制约束。

优先级管理方案允许相同数据分组的片段对于在稍后时间生成的相同业务类型的数据片段有更高的信道访问概率。此外，基于网络中的竞争等级和时间约束两者允许竞争窗口参数的重新配置，这导致与例如Wi-Fi系统相比更好的信道访问和更低的冲突可能性。实际可配置的限制还允许在实时业务的最大当前竞争窗口限制与非实时业务的最小当前竞争窗口限制之间具有防护间隔，以便排除对于实时和非实时业务两者选定相同竞争窗口计数器的可能性。

Claims (31)

1.一种用于通过通信装置（200）访问共享通信信道的方法，其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述通信装置配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，所述方法包括：

- 观察所述共享通信信道是否可用于传输，其中当所述共享通信信道可用于传输时，

- 所述通信装置在开始所述传输之前等待从其中所述共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间，其中从第一时间范围（50）选择第一时间间隔以用于所述第一数据流的所述传输，并从第二时间范围（60）选择第二时间间隔以用于所述第二数据流的所述传输，其中所述第二时间范围（60）与所述第一时间范围（50）不重叠。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一时间范围（50）由第一最小值和第一最大值定义，并且所述第二时间范围由第二最小值和第二最大值定义，其中所述第一最大值小于所述第二最小值。

3.如权利要求2所述的方法，其中按时隙（30）对所述第一和所述第二时间范围（50、60）计数，其中所述第一最大值和所述第二最小值使得在所述第一最大值和所述第二最小值之间提供数量为x的防护时隙，其中x是大于或等于1的整数。

4.如权利要求2或3中任一权利要求所述的方法，其中所述数据流是数据分组流，其中数据分组在所述数据分组的至少一个片段中被传输，其中准许所述通信装置（200）在传输窗口（40）的时间周期访问所述共享通信信道，其中如果确定不能在所述传输窗口内传输属于相同数据分组的所述片段，

那么减小在其中选择所述时间间隔的对应时间范围的所述最大值。

5.如权利要求2到4中任一权利要求所述的方法，其中按时隙（30）对所述第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）计数，其中当由于来自另一个通信装置的数据流而检测到所述共享通信信道上的不成功传输时，对于所述第一数据流增加所述第一时间范围（50）的所述第一最大值，并且对于所述第二数据流增加所述第二时间范围（60）的所述第二最大值，其中将所述第二数据流的所述第二最大值增加比所述第一数据流的所述第一最大值更多的时隙。

6.如权利要求5所述的方法，其中将所述第一时间范围（50）的所述第一最大值增加一个时隙（30），而将所述第二时间范围的所述第二最大值加倍。

7.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一数据流是实时数据流，并且所述第二数据流是非实时数据流。

8.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中从控制所述共享通信信道上的所述通信的控制节点（100）接收第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）的改变。

9.如权利要求1到7中任一权利要求所述的方法，其中在运行时间期间从控制所述共享通信信道上的所述通信的控制节点（100）接收所述第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）作为取代存在于所述通信装置（200）处的之前的第一时间范围和之前的第二时间范围的新的第一时间范围和新的第二时间范围。

10.一种用于通过控制节点（100）协调多个通信装置（200）对共享通信信道的访问的方法，其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述多个通信装置（200）配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，其中所述通信装置（200）中的每个通信装置观察所述共享通信信道是否可用于传输，其中当所述共享通信信道可用于传输时，每个通信装置在开始所述传输之前等待从其中所述共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间，所述方法包括：

- 确定所述第一时间范围（50），所述通信装置（200）中的每个通信装置从所述第一时间范围（50）选择用于所述第一数据流的所述传输的所述时间间隔，

- 确定所述第二时间范围（60），所述通信装置（200）中的每个通信装置从所述第二时间范围（60）选择用于所述第二数据流的所述传输的所述时间间隔，以使得所述第二时间范围与所述第一时间范围不重叠，

- 告知所述多个通信装置（200）关于所述第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一时间范围（50）由第一最小值和第一最大值定义，并且所述第二时间范围由第二最小值和第二最大值定义，其中确定所述第一最大值以使得它小于所述第二最小值。

12.如权利要求12所述的方法，其中按时隙（30）对所述第一和所述第二时间范围（50、60）计数，其中确定所述第一最大值和所述第二最小值以使得在所述第一最大值和所述第二最小值之间提供数量为x的防护时隙，其中x是大于或等于1的整数。

13.如权利要求10到12中任一权利要求所述的方法，还包括：

- 确定即将通过所述多个通信装置传输的所述第一数据流的竞争等级，

- 取决于所确定的所述第一数据流的竞争等级，调适所述第二时间范围（60）的所述第二最小值。

14.如权利要求13所述的方法，其中如果所述第一数据流的所述竞争等级高于第一阈值，那么调适所述第二最小值包括增加所述第二最小值。

15.一种配置成访问共享通信信道的通信装置（200），其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述通信装置（200）包括：

- 接口（210），配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，

- 至少一个处理单元（220），配置成观察所述共享通信信道是否可用于传输，其中当所述共享通信信道可用于传输时，所述处理单元配置成：

- 在开始所述传输之前等待从其中所述共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间，

- 从第一时间范围（50）选择第一时间间隔以用于所述第一数据流的所述传输，并从第二时间范围（60）选择第二时间间隔以用于所述第二数据流的所述传输，其中所述第二时间范围（60）与所述第一时间范围不重叠。

16.如权利要求15所述的通信装置（200），其中所述第一时间范围（50）由第一最小值和第一最大值定义，并且所述第二时间范围（60）由第二最小值和第二最大值定义，其中所述至少一个处理单元（220）配置成选择所述第一最大值和所述第二最小值，以使得所述第一最大值小于所述第二最小值。

17.如权利要求15或16所述的通信装置（200），其中所述数据流是数据分组流，其中数据分组在所述数据分组的至少一个片段中被传输，其中准许所述通信装置在传输窗口（40）的时间周期访问所述共享通信信道，其中如果所述至少一个处理单元（220）确定不能在所述传输窗口内传输属于相同数据分组的片段，那么它减小在其中选择所述时间间隔的对应时间范围的所述最大值。

18.如权利要求15到17中任一权利要求所述的通信装置（200），其中按时隙（30）对所述第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）计数，其中当所述至少一个处理单元（220）检测到所述共享通信信道上的不成功传输时，它配置成对于所述第一数据流增加所述第一时间范围（50）的所述第一最大值，并且对于所述第二数据流将所述第二时间范围（60）的所述第二最大值增加比所述第一数据流的所述第一最大值更多的时隙。

19.如权利要求18所述的通信装置（200），其中至少一个处理单元（220）配置成在不成功传输的情况下将所述第一时间范围的所述第一最大值增加一个时隙（30）并将所述第二时间范围的所述第二最大值加倍。

20.如权利要求10到19中任一权利要求所述的通信装置（200），其中所述接口210配置成从控制所述共享通信信道上的所述通信的控制节点（100）接收关于所述第一时间范围（50）和所述第二时间范围（60）的改变的信息。

21.一种配置成协调多个通信装置（200）对共享通信信道的访问的控制节点（100），其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述多个通信装置（200）配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，其中所述通信装置（200）中的每个通信装置观察所述共享通信信道是否可用于传输，其中当所述共享通信信道可用于传输时，每个通信装置在开始所述传输之前等待从其中所述共享通信信道可用于传输的时间范围中随机选择的时间间隔的持续时间，所述控制节点（100）包括：

- 至少一个处理单元（120），配置成确定供所述通信装置（200）中的每个通信装置用于传输所述第一数据流的所述第一时间范围（50），确定供所述通信装置中的每个通信装置用于传输所述第二数据流的所述第二时间范围（60），以使得所述第二时间范围与所述第一时间范围不重叠，

- 接口（110），配置成告知所述多个通信装置（200）关于所述第一时间范围和所述第二时间范围。

22.如权利要求21所述的控制节点（100），其中所述至少一个处理单元（120）配置成通过第一最小值和第一最大值确定所述第一时间范围（50）并通过第二最小值和第二最大值确定所述第二时间范围（60），其中所述至少一个处理单元（120）配置成确定所述第一最大值和所述第二最小值，以使得所述第一最大值小于所述第二最小值。

23.如权利要求22所述的控制节点（100），其中所述至少一个处理单元（120）配置成按时隙（30）对所述第一和所述第二时间范围（50、60）计数，并确定所述第一最大值和所述第二最小值，以使得在所述第一最大值和所述第二最小值之间提供数量为x的防护时隙，其中x是大于1的整数。

24.如权利要求21到23中任一权利要求所述的控制节点（100），其中所述至少一个处理单元（120）配置成确定即将通过所述多个通信装置传输的所述第一数据流的竞争等级，并且取决于所确定的所述第一数据流的竞争等级来调适所述第二时间范围（60）的所述第二最小值。

25.一种用于通过控制节点（100）协调附连到所述控制节点的多个通信装置（200）对共享通信信道的访问的方法，其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述多个通信装置配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，所述方法包括：

- 确定即将通过所述通信装置（200）之一在所述共享通信信道上传输的至少一个第一数据流的数据流要求，

- 准许所述多个通信装置在传输窗口（40）的时间周期访问所述共享通信信道，其中基于所述至少一个第一数据流的所述要求来调适传输第二数据流的通信装置（200）的所述传输窗口的第二时间周期，

- 将所述传输窗口的所调适的第二时间周期传输给所述通信装置。

26.如权利要求25所述的方法，其中当所述第一数据流的所述数据流要求改变时，所述第二时间周期被调适并传输给所述通信装置。

27.如权利要求25或26所述的方法，其中所述数据流要求包括所述第一数据流的定时要求。

28.一种控制节点（100），配置成协调附连到所述控制节点的多个通信装置（200）对共享通信信道的访问，其中使用对所述通信信道的基于竞争的访问，所述多个通信装置（200）配置成经由所述共享通信信道传输具有不同传输优先级的数据流，其中第一数据流具有高于第二数据流的传输优先级，所述控制节点（100）包括：

- 至少一个处理单元（120），配置成：

- 确定即将通过所述多个通信装置（200）之一在所述共享通信信道上传输的至少一个第一数据流的数据流要求，

- 准许所述多个通信装置（200）在传输窗口（40）的时间周期访问所述共享通信信道，其中所述至少一个处理单元（120）配置成基于至少一个所述第一数据流的所述要求来调适传输第二数据流的通信装置的所述传输窗口的第二时间周期，

- 经由接口（110）发起将所述传输窗口的所调适的第二时间周期给所述通信装置（200）的传输。

29.一种系统，包括如权利要求15到20中任一权利要求所要求的通信装置（200）和如权利要求21到24和28中任一权利要求所要求的控制节点（100）。

30.一种计算机程序，包括即将由通信装置（200）或控制节点（100）的至少一个处理单元（120、220）执行的程序代码，其中所述程序代码的执行促使所述至少一个处理单元执行根据权利要求1到14或25到27中任一权利要求所述的方法。

31.一种载体，包括权利要求30所述的计算机程序，其中所述载体是电子信号、光学信号、无线电信号或计算机可读存储介质之一。