CN1195438A - 用于分配多个用户间的共享带宽的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在某个通信系统的多个用户之间分配共享带宽,通信系统属于用一系列连续重复信息帧的方式来通信的类型,每个帧被分割成多个时隙,每个时隙能携带一定量的信息。与本发明对应,通过判定在某个帧中可供预定一组用户使用的时隙数量、判定该组的每个用户所请求的时隙数量,以及在该帧中为该组用户的某些预定用户分配时隙这些方式来分配带宽。

Description

用于分配多个用户间的共享带宽的方法和装置

本发明一般涉及一个通信系统的改善，尤其涉及多个用户间一个通信链路中可用带宽的分配。

在一个综合业务通信网络中，向不同类型用户提供不同类型的通信业务，用户类型通常根据他们的带宽和性能要求来区分。一般来讲用户可以分为两类：(1)实时应用；(2)非实时应用。实时应用要求业务能定期循环地保证通信带宽，并保证实时的通信发送。这类应用的例子是数字语音和视频通信。在这些类型的通信中，信源产生的消息必需在一给定的时间内被信宿接收。另一方面，非实时应用可能就不要求保证带宽，但要求误码率为零或近似为零，并能允许非实时发送。这样的非实时应用可以包括诸如工作站与服务器之间的交互式数据转移、成批文件转移以及诸如此类的应用。

未来的无线网络将能够集成语音、视频和数据业务，并允许用户进行多媒体信息通信。这样的无线网络要能与已有的有线线路ATM/B-ISDN网络互联并兼容。一个重要的系统设计问题是选择一种适当的技术来共享不同用户间的带宽，所用方式要与有线线路ATM/B-ISDN网络兼容。特别是在无线部分中所采用的接入控制方案应该能支持不同的用户。后者着重考虑的是提供一种灵活有效的方法来为不同用户类型分配无线带宽，以这样的方式使用户能合理地接入到共享媒质上。而且，要求这种ATM/B-ISDN网络的无线扩展是无缝的。目前已知技术既不能与有线线路ATM/B-ISDN网络和业务相互兼容，也不能实现无缝扩展。因此，需要一种在多个用户间分配可用带宽的方法，该方法不受以前技术缺点的限制。图1是ATM网络功能图，它有一个用于容纳多个用户的无线上行链路；图2是图1的无线上行链路中的典型无线帧的图解表示；图3和4是用于说明根据本发明的带宽分配方法的流程图。

尽管本发明可用于其它应用场合，结合给各类不同无线用户分配无线带宽这一具体问题来描述是比较方便的，这些无线用户要求的数据速率业务的类型和数量不尽相同。而且，在接下来的描述中，本发明的使用是结合异步转移模式宽带综合业务数字网(ATM/B-ISDN)的无线上行链路来进行的。然而，本发明的应用不局限于此，还可以应用到其它场合中。

现在参看附图，首先看图1，对于本发明的描述将根据它在异步转移模式(ATM)网络10中的应用来进行。如图1所示，ATM网络10包括一个ATM交换器12，它与多个其它类似的ATM交换器互联形成网络10。每个ATM交换器12可以为多个基站14、16提供业务，它们每个都分别通过有线通信链路或资源18和20连接到ATM交换器12上。每个基站再用一个无线通信链路接口向多个基站22、24、26和28、30、32提供业务，这在本技术中为人熟知。在图1中画出了一个蜂窝网络，其中，单个小区包括一个基站14和多个无线台22、24、26等。每个无线台22、24等通过无线通信资源与它相应的基站14或16通信。如图1所示，每个基站14和16的蜂窝式覆盖区域可能多少会有些重叠(即无线台26、28可以与两个基站14、16的任何一个来进行有效通信)。

已经定义了当今的ATM网络结构和协议，它们利于有线线路环境中的多媒体通信。已经定义了四种由ATM网络传送的不同业务类别，如下。

1)恒比特速率(CBR)业务在信源站和信宿站之间提供一个虚拟的固定带宽传输电路。这一业务用于实时语音和视频通信，并要求保留有可使用的固定带宽。

2)可变比特速率(VBR)业务允许只要整体数据速率不超过一个特定平均值，应用可以用较高的突发速率发送数据。VBR业务包括实时与非实时业务类别(VBR_RT和VBR_NRT)。VBR_RT业务用于诸如压缩视频之类的应用，而VBR_NRT业务用于“突发性”业务，诸如银行出纳员交易、航空预留等等的交易处理应用，以及局域网(LAN)。

3)不定比特速率(UBR)业务应用发送的数据穿过一个网络，而没有诸如何时或某个特定地点是否有数据到达之类的特定要求。

4)可用比特速率(ABR)业务可以利用任何可用带宽，但网络采用一定智能来防止数据丢失，所用方法是指导发送站在网络拥塞时放慢或停止传输。ABR业务也提供最小带宽保证。

再参看图1，一个着重考虑点是在无线台用户间的带宽共享，这些用户分属上述不同的四种业务，所用方式要与有线线路ATM/B_ISDN网络相兼容。在图1所示的无线台22、24等中，每个台至少与一个基站14相对应，可以包括上述不同业务类别的其中一种。例如，每个无线台可能包括诸如语音源(以CBR模式发送)、视频源(以CBR或VBR_RT模式发送)或数据源(以VBR_NRT、ABR或UBR模式发送)的业务源。

为了描述本发明，接下来将仅描述入网(inbound)信道(无线台到基站)以及多个无线台的共享使用。一般而言，与基站的通信是用一个时分复用(TDMA)系统来完成的。在出网(outbound)方向上，基站与无线台的通信采用的是一种无冲突的广播模式操作，它在下行链路通信信道上完成。

参看图2，在一个TDMA系统中的信道时间通常被安排成一系列时间周期为T的帧40。帧40中的各个时隙通常由时隙分割线43指明。在一个优选实施方式中，每个时隙的宽度足以容纳一个ATM信元(即53个字节长)以及用于可靠链路等级传输的附加链路控制信息。每个帧的第一部分42(它可以被称为子帧)被分配用于随机接入模式操作(以“R”标识)，它只用于一个时隙开始时和传送时间随机时的信息传输。该子帧R用于不同类型的控制信息，例如在其它子帧中请求时隙，并使用已有的诸如时隙ALOHA或其变体的协议。帧40的剩下部分用于处理上述业务等级的不同业务类型。在图2所示的实施方式中，子帧44分配给恒比特速率业务(以“C”标识)，子帧46专用于可变比特速率-实时业务(以“V”标识)，而子帧48分配给非实时业务(以“N”标识)，它包括VBR_NRT、UBR和ABR。此后对本发明的描述将主要集中在一种非实时业务的即子帧48内的带宽分配方法。

一般而言，一个在基站14、16中运行的分配器(即微型计算机)能按照如下的分配方案，来执行带宽分配功能。我们首先定义以下变量。T(k)＝帧k中所有时隙数量。

在业务等级CBR、VBR_RT和非实时用户间共享总带宽T(k)。其中，CBR和VBR_RT业务总量受到上面的限制，从而受到共享带宽使用支配的限制。这些限制以下面定义的变量CBR_MAX和VBR_MAX表示。使用CBR和VBR_RT业务的应用则重复使用带宽，从概念上来看，它们固定地请求一个帧序列中的某个时隙直到该“呼叫”拆线为止。CBR_MAX＝在一帧中能分配给CBR业务的最大时隙数量；VBR_MAX＝在一帧中能分配给VBR_RT业务的最大时隙数量。

根据本发明，总带宽分割成以下几个部分(子帧)。R(k)＝帧k内用于随机接入模式的接入的可用时隙数量；C(k)＝帧k内分配给CBR业务的总时隙数量；V(k)＝帧k内分配给VBR_RT业务的总时隙数量；N(k)＝帧k内用于非实时业务等级之间共享的可用总时隙数量。

分配给CBR和VBR_RT用户的实际带宽数量依赖于当时的实际需要。每个帧都满足以下关系：

T(k)＝R(k)+C(k)+V(k)+N(k)

O＜＝C(k)＜＝CBR_MAX

O＜＝V(k)＜＝VBR_MAX

假定在非实时用户群中有m个用户{U1，U2，...，Um}，在帧k的开始处，将完全满足用户Ui时所需的时隙数量记为d(i，k)。要注意的是实际分配给用户Ui的时隙依赖于足够带宽的可用性。可以通过在帧k中分配给用户小于d(i，k)的若干时隙而部分地满足用户。当有足够带宽可用时，任何未得到完全满足要求的用户会在下续帧得到满足。记所有非实时用户在帧k开始时的总要求为D(k)。我们有：

D(k)＝d(1，k)+d(2，k)+d(3，k)+...+d(m，k)对于1＜＝i＜＝m，计算定义如下的比例f(i，k)。

f(i，k)＝d(i，k)/D(k)记在帧k内分配给用户Ui的时隙数量为Alloc(i，k)。

Alloc(i，k)＝([f(i，k)*N(k)]的整数部分，d(i，k))两者的较小者记用户Ui在帧k内新近请求用于非实时业务的时隙为dnew(i，k)。在帧(k+1)的开始时，执行以下步骤：1)为每个非实时用户Ui计算需求如下：

d(i，k+1)＝d(i，k)-Alloc(i，k)+dnew(i，k)2)判定可用于这些非实时用户之间共享的总时隙数量N(k+1)：

N(k+1)＝T(k+1)-R(k+1)-C(k+1)-V(k+1)C(k+1)和V(k+1)的值依赖于CBR的状态和来自帧k的VBR_RT类别请求(即它们在帧k的末尾是否断开)以及在帧(k+1)中是否接受了其它类别的新请求。

这些非实时用户可能属于几个如P个优先等级中的某一个。为了例示，在此有三个优先等级：高、中和低。上述的分配过程将满足高优先等级用户的时隙请求。如果有多个用户属于这个等级，上述的分配过程将按照这些高等级用户的需求比例来分配时隙。所有高等级类别的要求得到满足以后，分配过程将处理中等级类别的要求。所有中等级类别的要求得到满足以后，分配过程将处理低等级类别的要求。使本技术的普通技术人员理解的是，它可以直接推广到任意数量的优先等级。

图3和4描述了完成根据本发明的分配的一个例示流程图。对任何特定帧K如长度为T的帧40的处理的开始一般标识为参考号数50。对一指明的给定帧K，前一帧为K-1，后一帧为K+1。接着的请求处理首先是判决是否有一个请求存在，以参考号数52和54指明。接着，在参考号数56和58判定请求类别，即它是上面定义的CBR还是VBR_RT业务类别。

如果一个CBR业务类别请求能被接受，同时又不破坏(即超过)在一帧中可以分配给CVR业务的最大时隙数量，则它在图2的子帧44(即“C”时期)内分配时隙，如图3中的参考号数60和62所指。类似地，如果一个VBR_RT请求有一个最小量(size)，它能在可分配给VBR_RT业务的最大时隙数量内得到满足，它在图2的子帧46(即“V”时期)内分配时隙，如图3中的参考号数64和66所指。如果一个CBR或VBR_RT请求超过了一帧中可分配时隙的最大数量，请求将被拒绝，在该帧中将不分配时隙，如参考号数68所指。

最后，如果该请求是属于VBR_NRT类型(或其它诸如UBR或ABR的非实时)业务等级，则它属于这种类型的未决请求集，如图3的参考号数70所指，在图2所示的帧40的子帧44和46中为其它类别请求分配完了时隙以后它再得到满足。

现在参看图4，在点B开始的非实时请求的处理开始标识为参考号数72。如果未决NRT集在这点是空的，则完成帧K的时隙分配，该处理返回到图3的入口点S的开始处进行下一帧K+1的处理，标识为参考号数74、76和78。如果未决NRT集非空，启动非实时分配处理，如参考号数80所指。如上所描述的该分配处理或例程在图4中标识为参考号数82。对应于图4所例示的是本发明的进一步实施方式，该请求可能被进一步划分为一个或多个优先等级，在此例示为高优先请求84和低优先请求86，首先由分配例程82处理的是高优先等级请求。然后只要在分配给非实时请求的帧K的子帧，即图2中的帧40的子帧48内剩有可用时隙，则根据该分配例程82给低优先等级请求分配时隙。当所有这些时隙分配以后，该处理返回到图3的参考号数50处的处理S的开始处，用于下一帧K+1的处理，如图4的参考号数88所指。

因此，根据本发明的处理或方法在某确定用户组之间分配共享带宽，这些用户诸如VBR_NRT和其它非实时用户(UBR和ABR)。如图2中所示，系统中的信息以连续重复的信息帧的方式通信，每个帧被分割成多个时隙，每个时隙能携带一定量的信息。本发明的处理或方法首先判定一个可用于该确定用户组的帧内总的可用时隙的数量，例如图2的例子中子帧N(即48)的时隙，它可供非实时用户(VBR_NRT、ABR或UBR)使用。借此，该确定组的所有用户请求的时隙的数量(如非实时用户)被确定了，并用一个分配例程或程序，根据一个预定分配方案，来为该确定组的每个用户分配该子帧中的多个时隙。

较好时，该预定分配方案首先判定一个总请求(如上描述的D(k))，它等于该确定组的所有用户所请求时隙数量的和；然后计算每个用户所请求的时隙在这个总请求中所占的比例(如上描述的f(i，k))，也就是每个用户请求的时隙数量除上总请求。最后，为该确定组的每个用户分配多个时隙，时隙数量等于该比例乘以该确定组可用总时隙数量的乘积的整数部分(如上描述的Alloc(i，k))，但它不超过请求的数量d(i，k)。上述处理以后，任何剩余的未分配时隙最好等分给那些要求没有得到满足(即Alloc(i，k)＜d(i，k))的用户。

在每个帧的开始处，以上用d(i，k+1)标识的每个用户请求的时隙数量判定为：从该用户在相邻上一帧中请求的时隙数量d(i，k)减去在相邻上一帧中分配给用户的时隙数量Alloc(i，k)，然后加上在相邻上一帧中时隙分配后该用户请求的时隙数量(dnew(i，k))。

如上所指明的，确定用户组可以分成一个或多个优先等级，为每个优先等级分开独立地执行时隙分配。例如，首先为第一或最高优先等级执行时隙分配，借此判定是否有可用于该确定组的时隙剩余(图4的每次检测88)。如果还有时隙剩余，在一个优选实施方式中，为下一最高或第二优先等级重复执行分配步骤或处理，依此类推，直至完成所建立的所有优先等级。

根据本发明的一种优先等级分配方案是根据一个判定来完成，它判断在一帧中，分配给某个确定用户或某确定用户组的时隙数量是否小于那个用户或那些用户在该帧中所请求的时隙数量。因此，一个第一优先等级将包括这样的用户：他们请求的时隙数量超过在相邻前一帧中分配给他们的时隙数量。该优先等级将被认为比那些在相邻前一帧的分配中满足请求的用户的优先等级要高，或认为比在当前帧中新请求的用户的优先等级要高。

然而，可能还会根据先前帧的数量指定优先等级，其中为某个确定用户或某组用户请求的时隙超过了每一帧中分配的时隙数量。换句话说，需要进一步分配优先等级，并在每个用户或一组用户的请求超过了分配给这些用户的时隙数量期间，通常以累积的多个帧的数量的相反的顺序来执行分配。即分配请求超过了先前帧数的最大值的用户将被指定为当前帧中分配的最高优先级。

因此，所上述的优先级方案中，最高优先级分配给那些在当前帧的相邻最大数量的若干连续先前帧中，其请求超过分配给他的时隙数量的用户。例如，在当前帧的相邻前面的连续三帧中，某个用户的请求均超过了分配给他的时隙数量，则指定给该用户的优先级会比在当前帧的相邻前面的连续两帧中，请求均超过了分配给他们的时隙数量的用户的优先级。

如上所描述的是一种灵活的、有效的方法，用于给不同类型混合无线用户分配无线带宽，这些用户请求不同类型和数量的数据速率业务。这些用户共享一个建立在射频、电缆、红外或其它无线源基础上的广播媒介。本发明给出的方法能让这些用户很好地接入到共享媒介上。

Claims (11)

1.一种用于在通信系统的某个确定用户组之间分配共享带宽的方法，通信系统的信息以一系列连续重复信息帧的方式来通信，每个帧或顺序的若干重复帧的系列被分成多个时隙，每个时隙能携带一定量的信息，所述方法包括步骤：

确定在某帧中可供所述确定用户组使用的多个时隙；

确定所述确定用户组的至少一个用户所请求的多个时隙；以及

在所述帧中，根据预定分配方案为至少一个用户分配多个时隙。

2.根据权利要求1的方法，其中分配步骤包括以下步骤：

确定总的请求值，等于至少一个用户请求的多个时隙的和；

计算一个比例，该值等于至少一个用户请求的时隙数量除以总的请求值；以及

为至少一个用户的每个用户分配等于所述比例与所述帧中可供所述确定用户组使用的时隙数量的乘积的多个时隙。

3.根据权利要求1的方法，其中确定至少一个用户请求多个时隙的步骤还包括如下步骤：从某个第一用户在相邻前一帧中请求的多个时隙中减去在该相邻前一帧中分配给他的多个时隙，并加上在该相邻前一帧中分配完成后该第一用户所请求的多个时隙。

4.根据权利要求1的方法，还包括步骤：

将所述确定组中的用户划分成至少两个优先等级，包括一个第一优先等级和一个第二优先等级；

只要在所述帧中任何可供所述确定用户组使用的所述时隙仍旧有未分配的，就为属于所述第一优先等级中的每个所述用户执行分配步骤；

在为所述第一优先等级的每个用户执行完了分配步骤以后，判定在随后的一帧中是否仍旧有可供所述确定用户组使用的所述时隙未分配；以及

如果在为所有属于所述第一优先等级的用户执行完所述的分配步骤以后，在所述帧中还有可用的时隙剩余着，就为所述第二优先等级中的用户重复所述的分配步骤以及所述的判定步骤。

5.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：

将所述确定用户组划分成至少两个优先等级，包括一个第一优先等级，所含用户是所请求的时隙数量超过了在相邻前一帧中分配的时隙数量的用户；以及一个第二优先等级，它包含的是所述确定用户组中的其他用户。

只要在所述帧中仍旧有可供所述确定用户组使用的所述时隙未分配，就为所述第一优先等级的所述每个用户执行分配步骤；

在为所述第一优先等级的每个用户执行完了所述的分配步骤以后，判定在随后的一帧中是否仍旧有可供所述确定用户组使用的所述时隙未分配；以及

如果在为所有属于所述第一优先等级的用户执行完所述的分配步骤以后，在所述帧中还有可用的时隙剩余着，就为所述第二优先等级中的所述用户重复所述分配步骤以及所述判定步骤。

6.根据权利要求5的方法，其中所述的划分步骤还包括以下步骤：

在所述第一优先等级中，建立多个附加优先次等级，每个优先次等级对应于当前帧以前的累积的连续帧的不同数量，在这些帧期间，次等级用户请求的时隙数量超过了分配给那个次等级所述用户的时隙数量；以及

为每个所述次等级的每个用户执行分配步骤和确定步骤，将各个次等级排序，该顺序与相应的当前帧以前的累积的连续帧的数量的多少相反，在这些帧期间，次等级用户请求的时隙数量超过了分配给那个次等级所述用户的时隙数量。

7.根据权利要求5的方法，其中的划分步骤还包括步骤：

在所述的第一优先等级中建立多个附加优先次等级，每个优先次等级对应于当前帧以前的累积的连续帧的不同数量，在这些帧期间，次等级用户请求的时隙数量超过了分配给那个次等级所述用户的时隙数量；以及

为当前帧以前的累积的连续帧的数量较大的次等级的每个用户执行分配步骤和确定步骤，在这些帧期间，次等级用户请求的时隙数量超过了所分配的时隙数量，并且在所述分配步骤执行完毕以后，判定在某帧中，是否有可供所述预先确定用户组使用的时隙尚未分配，并且只要在每个分配步骤和每个判定步骤以后的某个帧中有可用时隙剩余，就为所述优先次等级的剩余用户重复执行分配步骤和判定步骤，各个次等级顺序与相应的累积帧数量相反，在这些帧期间，这些用户请求的时隙数量超过了分配给这些用户的时隙数量。

8.一种用于在某个通信系统的某个确定用户组间分配共享带宽的方法，该通信系统的信息以一系列连续重复信息帧的方式来通信，每个帧被分成多个时隙，每个时隙能携带一定量的信息，所述方法包括步骤：

判定总请求值，等于所述确定用户组的所有用户请求的时隙数量的和；

计算一个比例，等于所述确定用户组的所有用户请求的时隙数量除以总请求值；以及

在某个帧中，为所述确定用户组的每个用户分配多个时隙，等于所述比例与所述帧可供所述确定用户组使用的总时隙数量的乘积的整数部分。

9.根据权利要求8的方法，还包括步骤：

确定每个用户请求的时隙数量，这通过在由一个第一用户在相邻先前帧中请求的时隙数量减去该第一用户在该相邻先前帧中分配的时隙数量，再加上该第一用户在该相邻先前帧中分配时隙后请求的时隙数量得到。

10.根据权利要求8的方法，还包括步骤：

在所述预定组中将用户划分成至少两个优先等级，包括第一优先等级和第二优先等级；

只要在所述帧中仍旧有可供所述确定组的用户使用的所述时隙未被分配，就执行所述的分配步骤，为所述用户的每一个分配所述的第一优先等级；以及

如果在为所有所述用户执行完了所述分配所述第一优先等级步骤之后，在所述帧中还剩有可用时隙，就重复所述分配步骤，为用户分配第二优先等级。

11.一个基站，它帮助完成多个无线台与一个用通信链路完成信息路由选择的异步转移模式(ATM)交换器之间的通信，该基站包括：

一个无线通信链路接口，它可操作地将这些无线台连接到该基站上；以及

处理器装置，它可操作地连接到该无线通信链路上，用于这些无线台间的带宽分配，该处理器装置包括步骤：

判定在某帧中可供这些无线台中的某组无线台使用的时隙数量；

判定所述那组无线台的至少一个无线台请求的时隙数量；以及

根据预定分配方案，在所述帧中，为至少一个无线台分配一定数量的时隙。

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