CN1525656A - 使用自适应信用重新分布算法的无线通信装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信方法，用于连接到多个皮网(piconet)并且工作在散射模式中的篮牙器件，所述方法包括步骤：(a)建立多个皮网的链路的信用值，以及作为临时帐户值的各个链路的信用值的总和；(b)根据预定的方式来更新链路的信用值和每个时隙的临时帐户值；(c)通过根据在每个出现点(PP)的各个链路信用值的比较结果而选择的链路来执行通信；(d)根据各个链路的特征不均匀地重新分布预定的信用值，并且在下述两种情况之一返回步骤(b)：通信被POLL－NULL序列的出现中断，以及临时帐户值变为与链路的总数n相同。

Description

使用自适应信用重新分布算法的无线通信装置和方法

本申请要求基于2003年2月28日提交的韩国专利申请第10-2003-0012900号的在35 U.S.C.§119下的优先权，其内容以引用方式被包含在此。

技术领域

本发明涉及一种无线通信装置和方法，具体涉及能够通过使用在篮牙散射模式中的自适应信用重新分布算法来支持链路层的服务质量(QoS)的无线通信装置和方法。

背景技术

篮牙技术已经被主要开发来去除连接诸如移动电话手机、手持机、便携计算机等的设备的电缆。篮牙技术是低成本、低功耗和短距离的无线技术。篮牙工作在未经许可的2.4GHz ISM(工业、科学和医疗)频带，在篮牙网络中的主机指的是初始化数据交换的篮牙设备，从动装置指的是响应于主机的篮牙设备。

一个主机可以连接多达7个活动的从动装置，因此，通过将一个主机连接到一个或多个从动装置而形成的网络被称为皮网(piconet)。在皮网中的所有从动装置使用主机的时钟和地址，以便与主机的跳频顺序同步。

在专有网络的特征方面，篮牙技术可能需要将这样的皮网彼此连接，因此，配置了一个散射网。即，散射网指的是通过公共单元彼此链接的皮网的集合。

图1A和图1B是用于说明篮牙系统的散射网的视图。图1A示出了相互连接皮网10和20并且作为在皮网10和20中的从动装置的单元15，图1B示出了相互连接皮网30和40并且作为在皮网30中的主机和在另一个皮网40中的从动装置的单元35。

如图1A和1B所示，将皮网互连的单元15和35作为在两个皮网中的从动装置，并且分别在一个皮网中作为主机和在另一个皮网中作为从动装置，但是不在两个不同的皮网中作为主机，这是因为皮网是遵循由主机的篮牙时钟和篮牙器件地址确定的跳频序列。即，具有同一主机的所有设备形成同一皮网，两个不同的主机必须形成两个皮网。

同时，互连多个皮网的单元被称为在多皮网(PMP)中的参与者节点。即，PMP节点是同时连接到多个皮网的公共单元，并且这样的PMP节点的操作遵循散射模式。所述散射模式是为有效操作篮牙散射网提出的连接模式，同时使得基于时分的设备能够同时参与多个皮网。

散射模式定义了出现点(PP)，它是PMP节点必须在每个皮网中工作的时间点，并且散射模式使用一种使能与仅仅在预定PP的对应皮网的通信的方案。

但是，因为不可能使得用于皮网通信的对应主机和从动装置能够总是在PP执行通信，因此已经提出了用于基于信用(credit-based)的方案的调度算法来有效地管理皮网通信。所述基于信用的方案向已经被提供不公平的业务机会的链路提供较高的优先级，以便提供用于相关业务机会的公平。为了如此，计算相对于每个链路的每个设备可以获得的时隙的数量，它以信用表示。一个信用表示可以从对应的链路获得一个时隙。

图2是用于说明信用方案的视图。图2示出了在PMP节点三个互连皮网以便存在三个链路Link1、Link2和Link3的事件。在这样的情况下，向每个链路提供信用值，并且设置用于提供来保持信用的总和不变的临时帐户的值。信用的总和在操作开始时变为“0”。

图2示出了一个状态，其中第一次在具有最高信用值的链路Link1发生通信事件(CE)。在通信中的链路Link1的信用帐户在每个时隙降低1个信用，并且链路Link2和Link3的信用帐户保持不变。

所述临时帐户每个时隙增加1个信用。如果临时帐户保存3个信用，其数量等于链路的总数，则临时帐户降低3，即链路的总数，并且被降低的信用等分地分布到每个链路，以便每个链路的信用加1。除了临时帐户之外的信用帐户将它们的信用限制到N最大信用，通过它来限制链路最大可以获得的短脉冲(burst)。

在图2中，如果当出现第二PP时，链路Link1的信用量具有信用2，并且链路Link2的信用量保持-1的信用，链路Link1保持执行通信。但是，在第三PP，链路Link1的信用量保持-1的信用，并且链路Link3的信用量保持信用0，因此链路Link1停止它的通信，并且链路Link3执行它的通信。

同时，当增加新的链路时，新的链路的信用量被初始化为信用0，并且相反，当断开一个链路时，链路的信用被加到临时帐户上，然后被均匀地分布到其余的链路上。而且，如上所述，当不同的链路在新的PP具有较高的信用或在T_{散射_轮询}时隙期间没有轮询的时候，执行通信的链路停止它正在进行的通信，并且当由于POLL-NULL(轮询空)序列或传输差错而导致通信随着超时时间的过去而较早地终止时，对于下一个PP提前进行连接，以便新的链路与信用无关地开始通信。

在POLL-NULL(轮询空)序列的状态中中断通信或不可以再发送或接收的数据的情况下，链路的信用被分布到其他链路。此时，在如下的方程1中计算重新分布的信用量：

[方程1]

$C=\max \left(\right[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\min })],[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\max }+N_{\mathrm{switch}-\mathrm{th}})\left]\right)$

其中n表示链路的总数，ac_red表示要重新分布的链路的信用值，ac_max表示在要重新分布的链路的信用值中的最大信用值，ac_min表示在要重新分布的链路的信用值中的最小信用值，N_switch-th表示用于防止在皮网之间的频繁转换的门限值。

对应链路的信用量被降低在方程1中计算的信用量，并且这样的信用量被均匀地重新分布到其余的链路。按照上述方案，向链路提供了在业务机会中的公平性。

同时，所述信用方案是支持篮牙散射网的操作的有效方式，但是存在问题：不能按照每个主-从对或连接到PMP节点的每个皮网的通信特征来支持有效的调度。具体上，考虑相对于QoS的性能，这样的方案存在问题：考虑到链路的不同数据通信特征而难于有效地分配资源。

发明内容

本发明已经被设计来解决上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种无线通信装置和方法，用于有效地利用在散射模式中的篮牙系统工作时要浪费的无线资源，保持连接到PMP节点的链路的适当公平性，并且满足每个链路的不同QoS要求。

为了实现上述目的，按照本发明的一种无线通信方法，用于连接到多个皮网并且工作在散射模式中的篮牙设备，所述方法包括步骤：(a)建立用于多个皮网的链路的信用值，以及作为临时帐户值的链路的信用值的总和；(b)根据预定的方式来更新链路的信用值和每个时隙的临时帐户值；(c)通过根据在每个出现点(PP)的链路信用值的比较结果而选择的链路来执行通信；(d)根据链路的特征不均匀地重新分布预定的信用值，并且在下述两种情况之一返回步骤(b)：通信被POLL-NULL序列的出现中断，以及临时帐户值变为与链路的总数n相同。

最好，步骤(b)通过将每个时隙执行通信的一个链路的信用值增加1和保持其他链路的信用值不变来更新链路信用值，并且如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，在步骤(b)通过重复下述步骤来更新临时帐户值：每个时隙将临时帐户值加1，将临时帐户值降低n。

最好，步骤(c)通过具有在链路信用值中最大信用值的链路来执行通信。

最好，如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，则步骤(d)根据链路的T_{散射_轮询}的倒数向链路的信用值重新分布信用值n，T_{散射_轮询}是通过链路管理器协议(LMP)在形成散射网的对应的皮网之间协调的参数。

而且，如果出现POLL_NULL序列，则步骤(d)根据链路的T_{散射_轮询}的倒数将通过下列公式计算的信用值C重新分布到除了被发送POLL_NULL序列的链路之外的链路的信用值：

$C=\max \left(\right[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\min })],[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\max }+N_{\mathrm{switch}-\mathrm{th}})\left]\right)$

其中n表示链路的总数，ac_red表示要重新分布的链路的信用值，ac_max表示在要重新分布的链路的信用值中的最大信用值，ac_min表示在要重新分布的链路的信用值中的最小信用值，N_switch-th表示用于防止在皮网之间的频繁转换的门限值。

而且，最好是通过下列公式获得要重新分布到链路的信用值：

同时，连接到多个皮网并且工作在散射模式中的蓝牙无线通信装置包括：缓冲单元，用于存储多个皮网的链路的信用值和作为临时帐户值链路的信用值的总和；通信优先权确定单元，用于根据预定的技术来更新链路信用值和每个时隙的临时帐户值，并且根据在每个出现点(PP)的链路信用值的比较结果来选择链路以执行通信；信用重新分布单元，用于根据下列两种情况之一中的链路特征来不均匀地重新分布预定的信用值：通信被POLL_NULL序列的出现中断，以及临时帐户值变为与链路的总数n相同；通信启动单元，用于通过在所述通信优先权确定单元中选择的对应链路来启动通信。

优选的是，所述通信优先权确定单元通过将每个时隙执行通信的一个链路的信用值增加1和保持其他链路的信用值不变来更新链路信用值，并且如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，在步骤(b)通过重复下述步骤来更新临时帐户值：每个时隙将临时帐户值加1，以及将临时帐户值降低n。

优选的是，所述信用重新分布单元选择具有在链路信用值中最大信用值的链路来作为执行通信的链路。

而且，如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，则所述信用重新分布单元根据链路的T_{散射_轮询}的倒数向链路的信用值重新分布信用值n，T_{散射_轮询}是通过链路管理器协议(LMP)在形成散射网的对应的皮网之间协调的参数。

而且，如果出现POLL_NULL序列，则所述信用重新分布单元根据链路的T_{散射_轮询}的倒数将通过下列公式计算的信用值C重新分布到除了对应链路之外的链路的信用值：

$C=\max \left(\right[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\min })],[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\max }+N_{\mathrm{switch}-\mathrm{th}})\left]\right)$

其中n表示链路的总数，ac_red表示要重新分布的链路的信用值，ac_max表示在要重新分布的链路的信用值中的最大信用值，ac_min表示在要重新分布的链路的信用值中的最小信用值，N_switch-th表示用于防止在皮网之间的频繁转换的门限值。

而且，在所述信用重新分布单元中，最好是通过下列公式获得要重新分布到链路的信用值：

附图说明

通过参照附图详细说明本发明，其中相同的附图标号指的是相同的元件，并且其中：

图1a和图1b是说明蓝牙系统的散射网的视图；

图2是说明信用的基本方案的视图；

图3是示出按照本发明的实施例的无线通信装置的示意方框图；

图4是说明按照本发明的实施例的无线通信方法的流程图；

图5是说明计算机模拟环境的视图；

图6是示出当使用信用基本方案时的随着时间流的通过量变化的视图；

图7是示出当使用按照本发明的实施例的无线通信方法时的随着时间的流的通过量变化的视图；

图8是当使用信用基本方案时的随着时间的链路的通过量变化的视图；

图9是示出当使用按照本发明的实施例的无线通信方法时随着时间的链路通过量变化的视图；

图10是示出当使用信用基本方案时通过链路分配的时隙的视图；

图11是示出当使用按照本发明的实施例的无线通信方法时通过链路分配的时隙的视图；

图12是示出当使用K-公正性策略(KFP)和按照本发明的实施例的无线通信方法的组合时的通过链路分别的时隙的视图；

图13是示出通过链路0的分组的视图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明。

图3是示出按照本发明的实施例的无线通信装置的示意方框图。

如图3所示，无线装置100包括缓冲单元110、信用重新分布单元120、通信优先权确定单元130和通信启动单元140，并且缓冲单元110具有临时计算缓冲器113和信用缓冲器115。

缓冲单元110的信用缓冲器115存储链路的信用值，临时计算缓冲器113存储临时帐户值。每个临时帐户值是总的信用值，并且每个时隙更新信用值和临时帐户值。

通信优先权确定单元130比较存储在信用缓冲器115中的链路信用值，并且确定用于通信的链路。通信启动单元140使得在通信优先权确定单元130中确定的链路执行通信。

而且，信用重新分布单元120向其他链路重新分布在预定链路中出现的过量信用，将在后面说明。

图4是说明按照本发明的实施例的无线通信方法的流程图。

参见所述流程图，首先，链接到多个皮网的无线通信装置建立链路的信用值和临时帐户值(S200)。临时帐户值变为通过链路建立的信用值，并且每个具有初始值“0”。

如果完全建立了链路的信用值，无线通信装置更新链路的信用值(S205)。如图2所述的更新是对于执行通信的链路每个时隙将信用值降低1，并且对于其他链路保持信用值不变。重复下述处理：每个时隙将临时帐户值提高1，并且当临时帐户值达到n时，将链接的总数降低n。

接着，无线通信装置确定是否临时帐户值与链路的总数相同(S210)。如果无线通信装置互连到三个皮网，则链路的总数变为3。如果临时帐户值不等于链路的总数，则无线通信装置在步骤S205执行更新程序，并且如果相等，则不是像在现有技术中的方式那样均匀地分布链路的信用，而是它执行在步骤S210-230中的程序，这些步骤根据链路的T散射_轮询的倒数来重新分布信用(S230)。

T_{散射_轮询}是通过链路管理器协议(LMP)在形成散射网的对应的皮网之间协调的参数。T_{散射_轮询}的含义是形成PP的每个对应值，并且它表示T_{散射_轮询}的值越小，则对应的链路越频繁地被轮询。即，意味着当T_{散射_轮询}的值变大时，对应的链路具有较少的要发送的通信量，而当T_{散射_轮询}的值变小时，对应的链路具有较多的要发送的通信量。按照上述的链路的T_{散射_轮询}的倒数，对要分布到链路的信用值执行计算。

在步骤S210之后，无线通信装置确定是否是PP，如果未确定为PP，则重复在步骤S205之后的步骤，并且如果确定为PP，则比较链路信用以确定执行通信的链路(S220)。此时，执行通信的链路具有最高的信用值。

当执行与被确定为执行通信的链路的通信时，无线通信装置确定是否发送POLL_NULL序列(S225)。作为确定的结果，当发送POLL_NULL时中断通信，并且对应的链路的信用被分布到其他链路。

在上述的情况下，要分布的信用量对应于在方程1中计算的值C，根据链路的T_{散射_轮询}的倒数将这样的信用值C不均匀地分布到除了被发送POLL_NULL序列的链路之外的其他链路。此时，通过链路给出的信用值可以在方程2中表达如下：

[方程2]

上述的方案考虑了当分布信用时PMP节点的链路或QoS要求的特征，而不是向链路均匀地分布信用。

为了验证按照本发明的无线通信方法，在使用图5所示互连的三个皮网400、410和420形成的散射网环境中实现了计算机模拟。发送分组被认为小于单个时隙的分组大小，并且将流定义如下：

流0：对于整个模拟时期的数据发送(S10-＞S20)

流1：对于整个模拟时期的数据发送(S21-＞S22)

流2：从第10000个时隙开始的连续数据传输(S22-＞S31)

流3：在从第一到第24000个时隙的间隔中的数据传输(S11-＞S30)

而且，从PMP节点到皮网的链路被表示为分别对应于皮网编号的链路0、链路1和链路2，并且假定链路0∶链路1∶链路2的链路比被指示为1∶2∶3，并且T_{散射_轮询}的参数被指定为其间具有6∶3∶2的比率。

图6和图7示出了当应用按照本发明的实施例的无线通信方法时对于通过间隔接收的分组的数量的观察，其中增加服务时间以便估计性能。

图6示出了当使用传统的信用基本方案时，在具有通过链路发送的较小分组的流1中获得的最大通过量和在具有最大通信量的流0中获得的较差通过量。

当应用按照本发明的实施例的无线通信方法时，可以在图7中观察到，通过下列方式来改善具有大通信流的流0的性能：与在具有在10000个时隙和24000个时隙之间的大量数据通信量的间隔中的现有的基于信用的方案相比较，略微降低流2和流3的通过量，但是满足流0的QoS要求，所述流0具有比具有较小通信量的流1的通过量略为降低的通过量。

图8和图9示出了与上述现象相关联的通过链路观察的结果。当未考虑图8中的链路的QoS要求时，相对于PMP节点来查看链路的通过量。在双向中具有较大数据流的链路1的通过量是最良好的，并且在同一方向中具有大量数据通信量的链路0的性能被相对降低。但是，仅仅当链路0和链路1的通过量被同时提高时可以保证与在流0中相同的通信性能，因为两个链路具有相当大的数据流。因此，本发明示出了较不重要的链路2的性能被略为降低，但是链路0和链路1具有良好的性能。

图10和图11是用于观察与由本申请人提交的韩国申请第2002-68137号中公开的无线通信方法相结合地施加的结果的视图。

图10是示出当应用传统的通信方法时获得的结果的视图。可以观察到存在由于从10000个时隙的点直到流2的出现的POLL-NULL序列而导致的许多CE中断。在这种情况下，可以在皮网内使用时隙或放弃时隙。因此应当通过适当地组合皮网调度算法来努力减少这样的情况。

图11示出应用按照本发明的一个实施例的无线通信方法的视图。

在图11中，可以通过在PMP节点的有效调度来防止初始POLL-NULL序列的出现，但是由于流3而导致的通过链路0的流的降低导致出现POLL-NULL序列。

图12示出了当由本申请人提交的韩国申请第2002-68137号中公开的无线通信方法与按照本发明的实施例的无线通信方法相组合以便克服上述问题时获得的结果。韩国申请第2002-68137号公开了能够通过按照被发送的数据的队列条件改变通信器件中的等级而提高在无线通信中的传输效率的无线通信方法。

图13示出了图10-13中所述的三种情况与通过链路0的分组的数量的比较。可以在图13中看出，当散射网和皮网调度算法被组合在一起时性能变得更好。

如上所述，本发明提供了下述的无线通信方法，它防止在自适应信用分布中均匀地分布信用的情况下的无线资源的浪费，并且具有保证高通过量和公正性的简化结构。而且，所述无线通信方法使得能够根据每个链路的QoS要求设立适当的参数。

虽然已经参照本发明的特定优选实施例而示出和说明了本发明，本领域的技术人员会明白，在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种无线通信方法，用于连接到多个皮网并工作在散射模式中的篮牙设备，所述方法包括步骤：

(a)建立多个皮网的链路的信用值，以及作为临时帐户值的各个链路的信用值的总和；

(b)根据预定的方式来更新链路的信用值和每个时隙的临时帐户值；

(c)通过根据在每个出现点(PP)的各个链路信用值的比较结果而选择的链路来执行通信；

(d)根据链路的各个特征不均匀地重新分布预定的信用值，并且在下述两种情况之一返回步骤(b)：通信被POLL-NULL序列的出现中断，以及临时帐户值变为与链路的总数n相同。

2.按照权利要求1所述的无线通信方法，其中步骤(b)通过将每个时隙执行通信的链路的信用值增加1和保持其他链路的信用值不变来更新各个链路信用值，并且如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，步骤(b)通过重复下述步骤来更新临时帐户值：每个时隙将临时帐户值加1，以及将临时帐户值降低n。

3.按照权利要求2所述的无线通信方法，其中在步骤(b)将信用值增加1，并且临时帐户值被增加1。

4.按照权利要求1所述的无线通信方法，其中步骤(c)通过具有在各个链路信用值中最大信用值的链路来执行通信。

5.按照权利要求1所述的无线通信方法，其中如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，则步骤(d)根据链路的T_{散射_轮询}的倒数向各个链路信用值重新分布信用值C，T_{散射_轮询}是通过链路管理器协议在形成散射网的对应的皮网之间协调的参数。

6.按照权利要求1所述的无线通信方法，其中如果出现POLL_NULL序列，则步骤(d)根据链路的T_{散射_轮询}的倒数将通过下列公式计算的信用值C重新分布到除了发送POLL_NULL序列的链路之外的链路的信用值：

$C=\max \left(\right[\frac{n-1}{n}(a{c}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\min })],[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\max }+N_{\mathrm{switch}-\mathrm{th}})\left]\right)$

其中n表示链路的总数，ac_red表示要重新分布的链路的信用值，ac_max表示在要重新分布的链路的信用值中的最大信用值，ac_min表示在要重新分布的链路的信用值中的最小信用值，N_switch-th表示用于防止在皮网之间的频繁转换的门限值。

7.按照权利要求5所述的无线通信方法，其中通过下列公式获得要重新分布到链路的信用值：

8.一种连接到多个皮网并工作在散射模式中的蓝牙无线通信装置，包括：

缓冲单元，用于存储多个皮网的链路的信用值和作为临时帐户值的各个链路的信用值的总和；

通信优先权确定单元，用于根据预定的方式来更新链路信用值和每个时隙的临时帐户值，并且根据在每个出现点(PP)的链路信用值的比较结果来选择链路以执行通信；

信用重新分布单元，用于根据下列两种情况之一中的链路各个特征来不均匀地重新分布预定的信用值：通信被POLL_NULL序列的出现中断，以及当临时帐户值变为与链路的总数n相同；

通信启动单元，用于通过在所述通信优先权确定单元中选择的对应链路来启动通信。

9.按照权利要求8所述的无线通信装置，其中所述通信优先权确定单元通过将每个时隙执行通信的链路的信用值增加1和保持其他链路的信用值不变来更新链路信用值，并且如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，重复下述步骤来更新临时帐户值：每个时隙将临时帐户值加1，以及将临时帐户值降低n。

10.按照权利要求8所述的无线通信装置，其中所述信用重新分布单元选择具有在链路信用值中最大信用值的链路来作为执行通信的链路。

11.按照权利要求8所述的无线通信装置，其中如果临时帐户值变为与链路的总数n相同，则所述信用重新分布单元根据链路的T_{散射_轮询}的倒数向链路的各个信用值重新分布信用值C，T_{散射_轮询}是通过链路管理器协议在形成散射网的对应的皮网之间协调的参数。

12.按照权利要求所述8的无线通信装置，其中，如果出现POLL_NULL序列，则所述信用重新分布单元根据链路的T_{散射_轮询}的倒数将通过下列公式计算的信用值C重新分布到除了对应链路之外的链路的信用值：

$C=\max \left(\right[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\min })],[\frac{n-1}{n}({\mathrm{ac}}_{\mathrm{red}}-{\mathrm{ac}}_{\max }+N_{\mathrm{switch}-\mathrm{th}})\left]\right)$

其中n表示链路的总数，ac_red表示要重新分布的链路的信用值，ac_max表示在要重新分布的链路的信用值中的最大信用值，ac_min表示在要重新分布的链路的信用值中的最小信用值，N_switch-th表示用于防止在皮网之间的频繁转换的门限值。

13.按照权利要求12所述的无线通信装置，其中在所述信用重新分布单元中，通过下列公式获得要重新分布到链路的信用值：

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