CN1321010A - 包括一时隙排序结构的无线网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括终端和指定中心站的无线网络,在时间复用帧内接收无线传输分组请求后,网络提供用于分配下一时间复用帧的时隙,用于分组的无线传输。接收所有请求后,中心站确定第一和第二子集,第一子集包含所有发送终端,第二子集包含其余的终端。根据接收终端的递减数目,确定第一子集中发送终端的发送顺序。把分配给发送终端的接收终端细分成第一组和第二组,第一组包含已用作发送终端的所有接收终端,第二组包含所有其他接收终端,并且首先选择第二子集的接收终端。根据发送顺序,确定两个组中的接收顺序。

Description

包括一时隙排序结构的无线网络
本发明涉及一种包括多个终端和一个指定的中心站的无线网络，在一时间复用帧内接收发送终端和接收终端之间的无线传输分组的请求之后，该网络提供用于分配下一时间复用帧的时隙，以用于从发送终端到接收终端进行分组的无线传输。
任何数据或分组都能通过此种类型的无线网络发送。例如，在异步传输模式(ATM=asynchronous transfer mode)中实现一个分组的传送，已经开发出来用于在一个网络的网络节点之间或网络节点的各设备之间传送多媒体数据。例如在这样一个ATM网的两个网络节点之间，在建立连接之前有关传输参数(如，带宽)的协议被传送，并且根据此协议的各种类型的数据(如视频和音频数据)被插入到信元中。然后这些信元通过一单向链路传送到接收设备。该接收设备校验接收数据是否被无差错传输，并且，如果必要，接收设备向发送设备返回数据以响应接收的信元。
实际上异步传输模式已被开发出来用于通过有线媒体(wire-bound media)(如光缆或铜缆)传输数据。然而，无线ATM网也已被开发出来以代替有线媒体(wire-bound media)。这种无线网络传送诸如在无线电或红外链路上的数据，并且由EP 0831620 A2中可以得知。这里采用了一种用于无线ATM网络的MAC层(MAC=Medium Access Control)的协议。
本发明的目的在于提供一种应用最佳时隙排序算法的无线网络。
该目的是通过在起始段中所定义的一种无线网络来实现，在该网络中，接收到所有请求后，该中心站提供用于
-确定一个第一子集和一个第二子集，第一子集包含了将向多个接收终端发送分组的所有发送终端，第二子集包含了其余的发送终端，
-根据分配给一发送终端的接收终端的递减数目，确定第一子集中的发送终端的发送顺序，
-把第一子集中分配给一发送终端的接收终端细分成一个第一组和一个第二组，第一组包含已用作发送终端的所有接收终端，第二组包含所有其他的接收终端，
-根据作为发送终端的发送顺序，确定两个组中的接收顺序，
-首先选择第二组的接收终端。
在这样一个无线网络中，应用TDMA方法，并使用一定的频率范围。那么，对于一个中心站(基站或中心终端)的收发设备来说，不可能从一接收模式转变为一发送模式而没有延迟，反之亦然。在两个节点之间有一个不可忽略的最小时间，缩写为时间MT。该时间MT是无线系统中的一个参数并通过部分收发设备引入计算以响应媒体访问控制(MAC)。为了考虑无线网络中所有可能的通信量和给各种终端足够的时间以转变它们的传输模式，定义了一个长于MT的时间，称为时间OTT。由时间OTT引起的延迟将通过本发明得以最佳化。
中心站对发送终端的发送顺序和分配给一发送终端的接收终端的接收顺序进行排序。一个第一子集包含了将向多个接收终端发送分组的所有发送终端，一个第二子集包含了其余的发送终端。第一子集中的发射终端排序以便具有最多接收终端的发送终端能够最先发送，而具有最少被分配的接收终端的发送终端最后发送。被指定给发送终端的接收终端的第一子集细分为两个不同的组。第一组包含在此之前已被指定为发送终端的所有接收终端。确定两个组的顺序以便第二组的接收终端可以最先接收数据。
在权利要求2和3中表示了将第二子集的发送终端细分为第一子集的发送顺序的不同方法。本发明进一步涉及在具有多个终端的无线网络中的中心站。
本发明的实施例将参照图1和2作进一步的说明。附图分别表示用于分组传输的一个网络的实施例。
如图1中所示的包括一基站结构的网络，包括不同的基站1至3，这些基站控制不同的无线终端4之间的通信。基站1通过连接站5(网关)耦合到一个有线网络6并且根据分组的地址在连接站5与一个确定的基站2和/或3之间交换分组。连接站5用于在有线网和包括了基站1和3以及终端4的无线网之间交换分组，该分组包含有诸如音频和视频数据。基站2和3各包括一收发设备，通过该设备，基站2和3经无线链路7与终端4交换数据。典型地，基站1至3和连接站5是通过光缆或电缆互连的。
如图2中所示的具有一特定结构的网络，包括不同的无线终端8至11，其中被称为控制器的一个终端控制终端之间的通信。终端8通过连接站12(网关)耦合到一个有线网络13。连接站12典型地通过光缆或电缆连接到有线网和终端8上。分别具有一个收发设备和至少一个终端站的无线终端8至11(还有图1中的终端4)，通过无线链路14交换数据。一个终端站可以是，例如，一台个人计算机、一个摄像机、一部数字电话、一台数字电视或一个机顶盒。
如以上所讨论，图2中的一个终端被设置成一中心控制器，控制终端8至11之间的无线通信。例如，终端11可以是中心控制器。可以实现在终端8至11之间的数据交换。控制数据的交换主要发生在终端8至10与控制器11之间。然而，对于终端8至10，相互间直接交换控制数据也是可能的。
无线网络中的通信基于一个TDMA帧(TDMA=Time-Division MultipleAccess)，该TDMA帧包括控制信道或控制时隙和数据信道或数据时隙。每个终端可以通过一控制信道从一个基站(图1)或一个控制器(图2)请求一个或多个数据信道以传输信元。基站或控制器把4或者8至10的数据信道分配给该终端，因而在请求之后的下一个TDMA帧期间数据可以传输。
在图1或2所示的这种网络中，应用TDMA方法，并使用一定的频率范围。那么，对于基站或终端的一个收发设备来说，不可能没有延迟地从一接收模式转变为一发送模式，反之亦然。在两个节点之间有一个不可忽略的最小时间，称为时间MT。该时间MT是无线系统中的一个参数并通过部分收发设备引入计算以响应媒体访问控制(MAC)。
考虑到无线网络中所有可能的通信量和给各种终端足够的时间以转变它们的传输模式，定义了一个长于MT的时间，称为转换时间OTT。在无线网络中为了将转换时间OTT所引起的延迟最优化，将采用下面所描述的一种算法，用于在数据传输中分配时隙。
在将描述的算法中，由基站或控制器确定的时隙数N从用于数据传输的TDMA帧的时隙开始。该算法决定N_i_j时隙被分配用于在下一TDMA帧从一发送终端WT_i到一接收终端WT_j传输数据。则N_i_j表示用于终端WT_i的时隙号，该终端WT_i向终端WT_j发送分组。例如，3个分组从终端WT_1传输到终端WT_2{(N=3)_1_2},4个分组从终端WT_1传输到终端WT_4{(N=5)_1_4},4个分组从终端WT_1传输到终端WT_3{(N=4)_1_3},1个分组从终端WT_3传输到终端WT_1{(N=1)_3_1},2个分组从终端WT_3传输到终端WT_2{(N=2)_3_2},2个分组从终端WT_2传输到终端WT_3{(N=3)_2_3},3个分组从终端WT_2传输到终端WT_4{(N=3))2_4},5个分组从终端WT_4传输到终端WT_2{(N=5)_4_2}。这里(N=x)_i_j的意思是，N_i_j时隙提供给终端WT_i，该终端传输x个分组到终端WT_j。
例如，没有应用本算法时可以确定以下的传输顺序：|(N=3)_1_2,(N=5)_1_4,(N=4)_1_3,(N=1)_3_1,(N=2)_3_2,(N=2)_2_3,(N=3)_2_4,(N=5)_4_2|
在这种传输顺序下，由于终端WT_1从发送模式转换为接收模式而终端WT_3从接收模式转换为发送模式，因此在从(N=4)_1_3到(N=1)_3_1的模式转换期间，转换时间OTT引起一个延迟；由于终端WT_3从发送模式转换为接收模式而终端WT_2从接收模式转换为发送模式，因此在从(N=2)_3_2到(N=2)_2_3的模式转换期间，转换时间OTT引起一个延迟；由于终端WT_2从发送模式转换为接收模式而终端WT_4从接收模式转换为发送模式，因此在从(N=3)_2_4到(N=5)_4_2的模式转换期间，转换时间OTT引起一个延迟。
下面的算法将对转换时间引起的延迟最小化。首先对每个终端WT_i定义一个变量R(i)，表示接收终端的数目，该接收终端在下一TDMA帧与WT_i交换数据。对于每个N_i_j，则i的变化是从1到R(i)(j=1,…R(i))。用于WT_i的时隙总数则可以由变量S(i)表示
S(i)=N_i_1+N_i_2+…+N_i_R(i)
对于上面所给的例子，结果是：
S(1)=12,S(2)=5,S(3)=3,S(4)=5和R(1)=3,R(2)=2,R(3)=2,R(4)=1。
接下来，将所有的发送终端WT_i分成两个子集A和B。子集A包含了R(i)＞1的所有发送终端WT_i，子集B包含了R(i)=1的所有发送终端WT_i。
在上面所给的例子中，R(1)=3的终端WT_1、R(2)=2的终端WT_2和R(3)=2的终端WT_3形成了子集A,R(4)=1的终端WT_4形成了子集B。
对子集A确定排序的顺序，因而当R(i)＞R(j)时终端WT_i比终端WT_j更先发送S(i)个分组。如果R(i)=R(j)，则随机选择发送顺序。以这种方式确定排序的顺序之后，对于一发送终端WT_i，确定其接收终端WT_j的接收顺序。接收来自于发送终端WT_i的分组的接收终端WT_j分为两个组A_1和A_2。
组A_1包括已经停止向其它终端进行发送的所有接收终端WT_j(在WT_i开始传送分组之前)。组A_2包括还没有开始其传送并且将在终端WT_i已经发送之后才开始进行传送的所有接收终端WT_j。
对于一发送终端WT_i，确定接收终端WT_j的顺序，以便组A_1中的所有终端WT_j在组A_2中的终端之后接收来自于WT_i的分组。组A_1和A_2中的终端WT_j排序如下：
对组A_1(第一组)进行排序，如果终端WT_m比终端WT_n先停止发送(WT_m是在WT_n之前的一个发送终端)，则发送终端WT_i先在N_i_m时隙向接收终端WT_m发送其分组，然后在N_i_n时隙向接收终端WT_n发送其分组。
对组A_2(第二组)进行排序，如果终端WT_m比终端WT_n先开始发送(WT_m是在WT_n之前的一个发送终端)，则发送终端WT_i先在N_i_m时隙向接收终端WT_m发送其分组，然后在N_i_n时隙向接收终端WT_n发送其分组。
由此结束子集A的排序算法。
在上面所给的例子中，当执行子集A的排序算法时，首先对发送终端WT_1排防，然后是发送终端WT_3，再然后是发送终端WT_2。由于R(2)=R(3)，可以在对WT_1进行排序后，对发送终端WT_2排序，然后再对发送终端WT_3排序。对于组A_1和A_2，上面所描述的算法对接收来自于WT_1的分组的接收终端进行排序。顺序如下：|(N=4)_1_3,(N=3)_1_2,(N=5)_1_4|
对于发送终端WT_3和WT_2则采用组A_1和A_2的算法。对于子集A中的所有终端的排序顺序如下：|(N=4)_1_3,(N=3)_1_2,(N=5)_1_4,(N=2)_3_2,(N=1)_3_1,(N=3)_2_4,(N=2)_2_3|
在结束对子集A的排序后，下一步是对子集B的终端进行排序。子集B包括K个终端WT_i。在子集B的一个终端开始其传送之前，定义一个发送点p，表示终端WT_x最后发送，还定义一个接收点q，表示该终端最后接收来自于任意终端的数据。为了从子集B中确定最先发送的终端，p和q分别指向在此之前所确定的子集A的排序顺序中最后的发送或接收终端。
在第一步骤中，测试是否K=1。如果是，则子集B中仅一个终端WT_i进入排序顺序作为最后的发送终端。由此还确定该发送终端的相关接收终端，因为子集B中的所有发送终端只有一个接收终端。然后结束子集B的排序。
在第二步骤中，测试是否K＞1。如果是，则终端WT_i从子集B中删去，并且在接收终端接收来自于终端WT_i的数据之前，如果有一个未被接收点q表示也未被发送点p表示的终端WT_i，则该终端标记为一个选择的终端WT_i。如果此条件满足，则终端WT_i从子集B中被删去并执行第三步骤(终端WT_i预先没有接收任何数据且相关的接收终端预先没有发送任何数据)。如果此条件不满足，则从子集B中选择任意一个终端WT_i，该终端未被最后接收点q表示并被标记为一个选择的终端WT_i(终端WT_I预先没有接收任何数据，但相关的接收终端预先发送过数据)。然后进行第三步骤。
在第三步骤中，第二步骤中所选择的终端WT_i放置在分配列表的末尾。该选择的终端WT_i由发送点p表示，接收来自于WT_i的数据的终端由接收点q表示。K减1然后执行第一步。
在本例中仅有终端WT_4属于子集B。该终端WT_4向接收终端2发送5个分组。在这种方式中，对于两个子集A和B的最佳排序顺序如下：|(N=4)_1_3,(N=3)_1_2,(N=5)_1_4,(N=2)_3_2,(N=1)_3_1,(N=3)_2_4,(N=2)_2_3,(N=5)_4_2|
在本例中，终端WT_2的转换时间仅仅产生一个延迟，因为该终端在发送两个分组给终端WT_3之后，转换为接收模式以接收来自于终端WT_4的5个分组。在其它的终端中，没有由转换时间所产生的延迟。例如，终端WT_1，在发送4个分组给终端WT_3之后、发送3个分组给终端WT_2之后以及发送5个分组给终端WT_4之后，在两个时隙期间有足够的时间从发送模式转换为接收模式。在这两个时隙期间终端WT_3发送2个分组给终端WT_2。
也有可能确定这样一种排序顺序，就是第二子集的终端分别进行发送和接收要早于第一子集的终端。在第一子集的排序顺序已经确定之后，第二子集的终端也可以分配在第一子集中已排序的终端之前。应当想到，一个发送终端既不是在前一时隙也不是在后一时隙的接收终端，而一个接收终端既不是在前一时隙也不是在后一时隙的发送终端。

Claims (4)

1、包括多个终端和一个指定的中心站的一个无线网络，在一时间复用帧内接收发送终端和接收终端之间的无线传输分组的请求之后，该网络提供用于分配下一时间复用帧的时隙，以用于从发送终端到接收终端进行分组的无线传输，其特征在于：接收到所有的请求后，该中心站提供用于
-确定一个第一子集和一个第二子集，第一子集包含了将向多个接收终端发送分组的所有发送终端，第二子集包含了其余的发送终端，
-根据分配给一发送终端的接收终端的递减数目，确定第一子集中的发送终端的发送顺序，
-把第一子集中分配给一发送终端的接收终端细分成一个第一组和一个第二组，第一组包含已用作发送终端的所有接收终端，第二组包含所有其他的接收终端，
-根据作为发送终端的发送顺序，确定两个组中的接收顺序，
-首先选择第二组的接收终端。
2、根据权利要求1的无线网络，其特征在于：该中心站提供用于以这样一种方式确定第二子集的发送终端的发送顺序，就是首先选择先前既不是发送终端也不是接收终端的所有发送终端，然而选择先前不是接收终端的所有发送终端，这样，第二子集中的发送终端就以这种顺序在第一子集的发送终端之前或之后进行发送。
3、根据权利要求1的无线网络，其特征在于：该中心站提供用于以这样一种方式将第二子集的发送终端分为第一子集的发送顺序，就是一个发送终端在前一时隙和后一时隙中不是接收终端，而一个接收终端在前一时隙和后一时隙中不是发送终端。
4、在包括多个终端的无线网络中的一个中心站，在一时间复用帧内接收发送终端和接收终端之间的无线传输分组的请求之后，该中心站提供用于分配下一时间复用帧的时隙，以用于从发送终端到接收终端进行分组的无线传输，其特征在于：接收到所有的请求后，该中心站提供用于
-确定一个第一子集和一个第二子集，第一子集包含了将向多个接收终端发送分组的所有发送终端，第二子集包含了其余的发送终端，
-根据分配给一发送终端的接收终端的递减数目，确定第一子集中的发送终端的发送顺序，
-把第一子集中分配给一发送终端的接收终端细分成一个第一组和一个第二组，第一组包含已用作发送终端的所有接收终端，第二组包含所有其他的接收终端，
-根据作为发送终端的发送顺序，确定两个组中的接收顺序，
-首先选择第二组的接收终端。
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