CN1606856A - 基于令牌的ppp片段调度系统和方法 - Google Patents

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Abstract

为避免假如使用循环法调度政策来将PPP分组片段分配到多重通信链路时即会出现的丢失分组，基于链路的容量来向链路分配令牌，而片段被分配到具有最多令牌的链路。当片段被调度到链路时，相应地递减链路的令牌。周期性地对令牌进行刷新。

Description

基于令牌的PPP片段调度系统和方法
                         相关申请参照
本申请要求2001年10月25日递交的序号为60/335,680，名为“Method AndSystem For Aggregating Multiple Wireless Communication Channels ForHigh Data Rate Transfers”的美国临时专利申请的优先权。
I.技术领域
本发明一般涉及多链路分组数据发送。
II.背景技术
越来越多的数据利用基于互联网协议(IP)的原理在计算机之间传递，诸如在服务器和用户计算机之间。可以用来携带基于IP的数据的协议例子之一是构造IP分组的点对点协议(PPP)。即，IP数据分组可以使用PPP来传递。
PPP不仅可用于通过因特网的有线部分来传递IP分组，也可以通过无线发送路径将数据传递到采用无线通信原理的用户计算机，如但不限于，码分多址(CDMA)技术、GSM、宽带CDMA以及其它无线技术。例如，这一通信模式在共同待批的美国临时专利申请序号60/335,680中揭示，该申请为本受让人所有，并通过引用结合于此。
如以上引用的专利申请中所揭示的，为增加带宽(即，增加单位时间内能够在发送器和接收器之间传递的数据量)并减少等待时间，发送的IP分组可以分割为片段，这些片段通过建立在发送器和接收器之间的多重链路并行发送。在接收器端重新组合这些片段。片段被以循环法方式分配到链路，即，第一片段在第一链路上发送，第二片段在第二链路上发送，依此类推。
本发明批判地注意到，片段的循环法分配会引起片段丢失。为了解释，设想链路的数量通常等于每一分组中片段的数量，再设想每一分组的最后一个片段通常小于其它片段，表示剩余部分，事实上也如此。在循环法式的片段分配(也称为循环法调度)情况下，这意味着每一分组的最后一个最小的片段永远在同一链路上调度，本质上表示这些链路利用不足，而利用不足会累积，即，令它逐渐恶化。
这些较小的片段，尽管比分组中在它之前的片段具有更高的序号，但可能最先到达接收器，在接收器上这些片段被保留，等候分组中剩余片段的到达。如果链路利用不足的效果不累积，这不会成为问题，因为系统通常会在一定时间段内保留早到达的片段。然而，如以上所所观察到的，当使用循环法调度而链路数为每一分组中片段数的倍数且一个分组的最后一个片段比其它片段小时，利用不足的效果将累积。其结果是，与它们所在分组中的其它片段相比，最小片段的到达时间之差将超过系统采用的数据保留时间，在这一数据保留时间过后，所保留的片段被清洗，从而被丢失。这种丢失片段导致分组的周期性丢失，而系统不正确地将这种分组丢失视为是由于拥塞的原因。
因为有了以上批判性的观察，特提供以下解决方案。
                           发明概述
一种传递被整理成分组的数据的方法包括：在发送器和接收器之间提供多链路，并为每一链路分配容量指示符，如令牌。每一分组分割为多个片段。容量指示符(例如令牌)用于将片段与链路相关联。特别地，每一片段被关联到在调度该片段时具有由令牌指示的最高剩余容量的链路上。这样一来，可以达到链路间的负载平衡，并降低片段过早到达接收器的可能性以及随之而来的片段丢失。
在较佳非限制实施例中，当片段分配到链路时，与链路关联的一个或多个令牌递减去一个表示片段大小的量。本质上，链路的令牌代表系统所察知到的当前容量。
在另一方面，以IP协议发送分组数据的发送器包括一控制器。控制器接收数据分组并将分组分割为片段，用于通过多重无线链路发送。根据非循环法分配策略调度每一片段以在无线链路之一上发送。本发明的策略可称为负载平衡策略。
在再一方面，用于分组数据发送的系统包括用于将数据分组分割成片段的装置，以及用于根据当前链路的已察知容量在多个通信链路中调度片段的装置。提供装置用于通过链路相互并行地发送分组的片段。
参考附图能够更好地理解本发明的细节、结构及操作，附图中，相同的标号表示相同的部件，其中：
                          附图的简要描述
图1是能够使用本发明PPP多链路原理的典型非限制性通信系统的结构图；以及
图2是本发明逻辑的流程图。
                       较佳实施例的详细描述
首先参考图1，示出了一个通信系统，总体标作10，包括一个或多个用于方便一个或多个移动站14(可能在移动平台上携带)之间的数据通信的卫星12，以及一个或多个陆基的网关站16。系统10可以依照著名的全球星(Globalstar)系统来实现。尽管图1示出能够使用卫星通信，应当理解，这里揭示的多链路分组数据通信原理应用于所有多链路分组数据通信系统，如多重ISDN荷载信道。在示例实施例中，所使用的分组数据原理遵循互联网协议(IP)原理，并且尤其，但不排他地，使用点对点协议(PPP)原理。
现在继续描述图1所示的非限制示例系统10，在卫星12之间，同样也是每一卫星发射的多个(如16个)束的个别束之间的软转移(越区切换)通过扩频(SS)、码分多址(CDMA)技术提供了不间断的通信。当前较佳的SS-CDMA技术与“双模宽带扩频蜂窝系统的移动站-基站兼容标准”(“MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode WidebandSpreadSpectrum Cellulr System”)TIA/EIA/IS-95(1993年7月)中的TIA/EIA临时标准类似，尽管可以使用其它扩频和CDMA技术和协议，或者甚至某些类型的时分多址(TDMA)系统。除电信工业协会/电子工业协会(TIA/EIA)标准IS-95描述的CDMA蜂窝系统之外，可以使用的其它无线系统包括TIA/EIA标准IS-98中描述的AMPS与CDMA组合系统。其它通信系统在国际移动通信系统2000/通用移动通信系统或IMT-2000/UM标准中有描述，包括通常被称为宽带CDMA(WCDMA)、cdma2000(如cdma2000 1x-rxtt cdma 20001x、3x或MC标准)或TDSCDMA的标准。也可以使用GSM原理。基于卫星的通信系统也使用这些或类似的已知标准。
如图1所示，每一移动站14可以包括一个或多个控制器18，控制多个用于沿相应链路22与卫星12通信的调制解调器20。同样，网关站16包括一个或多个控制器24，控制多个用于沿相应链路28与卫星12通信的调制解调器26。
应当理解，移动站14可以能够在全双工模式下操作，并通过如L波段RF链路(上行链路或反向链路)以及S波段RF链路(下行链路或前向链路)经反向和前向卫星转发器通信。反向L波段RF链路可以在1.61GHz到1.625GHZ的频率范围，16.5MHz的带宽内操作，并可以依照较佳的扩频技术用分组数字语音信号和/或数据信号进行调制。前向S波段RF链路可以在2.485GHz到2.5GHz的频率范围，16.5MHz的带宽内操作。前向RF链路也可以依照扩频技术用分组数字语音信号和/或数据信号进行调制。前向链路的16.5MHz的带宽可以分割为例如16束，每一束有13个子束，从而有效地形成208个FDM信道，每一信道还容纳约128个码信道加上导频信号等等，其中每一码信道分配一个用户。反向链路可能具有各种带宽，并且给定的移动站可能分配或未分配一个与前向链路上分配的信道不同的信道。
此外，网关站16可能通过如全双工C波段RF链路(前向链路(至卫星)、反向链路(自卫星))来与卫星通信，该链路通常在高于3GHz的频率范围并较佳地在C波段内操作。C波段RF链路双向地传送通信馈送链路，同时也向卫星传送卫星命令并传送来自卫星的遥测信息。前向馈送链路可以在5GHz到5.25GHz的波段内操作，而反向馈送链路在6.875GHz到7.705GHz的波段内操作。作为示例，通过一个给定的卫星12可能出现几千个全双工通信。依照系统10的特点，两个或多个卫星12的可能分别为给定移动站12和网关站16之间传送同一通信。然而，应当理解，这里描述的所有频率、带宽等等仅仅代表某一个特定系统。可以使用其它频率和频带，而不改变所讨论的原理。仅作为一个示例，网关和卫星之间的馈送链路可以使用C波段(约3GHz到约7GHz)之外的波段，如Ku波段(约10GHz到约15GHz)或Ka波段(高于约15GHz)。
如图1所示，非限制性移动站14可以通过通信链路32如以太网链路、基于蓝牙的无线链路或使用基于802.11(IEEE)标准协议的无线传输系统连接至数据网络30。一个或多个用户计算机34可以耦合到数据网络30。本系统也预期到具有无线或有线调制解调器的手持式或膝上计算机、PDA、传真机和其它数据传输设备，包括但不限于，需要向用户传输数据的游戏设备、寻呼设备等等。在任何情况下，数据网络30可以是局域网(LAN)或任一其它已知网络，可包括数据路由器并可连接至其它网络。
如图1还示出的，网关站16依照本领域已知的技术与网关路由器36通信，而网关路由器36又与地面控制器38，如卫星操作控制中心和/或地面操作控制中心通信。地面控制器38与网络路由器40通信，而网络路由器40又与以因特网为例的分组数据网络通信。因此，网关站16与因特网通信，移动站14与网关站16通信，故而依照以下逻辑通过卫星12与因特网通信来交换分组数据。
现在参考图2，可以看到本发明的逻辑。本发明的逻辑可以由移动站14在发送分组数据时执行，或者由网关站16在发送分组数据时执行，或者由卫星12在发送分组数据时执行。
从块44开始，如在上述引用的专利申请中所阐述，在发送器和接收器之间建立多重链路，然后，发送器和接收器之间的每一链路被分配一个容量指示符，指示在指示符分配时刻链路中可用的容量。本发明设想分配“令牌”作为容量指示符，但是一般来说，可以使用任何一种与特定链路所具有的容量成比例的或者以其它方式指示出容量的指示符。
移动到块46，发送器所接收的用于发送的数据分组被分割成片段。在一个较佳的非限制性实施例中，所有片段，除最后一个片段外都具有预定大小，最后一个片段可能是预定大小的一小部分，然而如果需要，片段大小可以都是不同的。如在一个较佳实施例中所设想的，每一分组包含的片段数等于可用链路数。通常，分组，尤其是IP分组，在其头部含有目的地信息。
在块48，含有标识(ID)的头部分配给每一片段，指示它所属的分组以及在分组中的位置，等等。然后，在块50，对每一片段进入DO循环。继续进行到块52，在具有最大令牌数的链路上发送片段，即，片段分配给具有最大容量的链路并在其上发送。如果如令牌所指示的，两个或多个链路的每一个都具有相同的容量并且该容量是所有链路中的最大容量，则片段可以分配给这些链路中的第一个，或随机地分配给具有最高容量的链路之一。由于分配的片段现在消耗了链路的一些容量，为反映容量的这一变化，在块54从分配给该链路的令牌中减去片段的大小。即，在块54，链路的容量指示符根据所分配的片段的大小来减小。
从块54移动到判定菱形56，判断最后一个片段是否已分配，如果未分配，则在块58检取下一片段并对该片段重复上述进程。反之，DO循环结束，分组的片段通过其相应链路发送。块60指示分配给链路的令牌数周期性地被刷新。例如，一旦链路恢复空闲状态，补充其容量指示符(即令牌)，指示其当前容量。
在接收器端，片段可能无序地被接收。如果是这样的话，接收器使用片段ID信息来重建分组。接收器也根据标识信息以预定顺序排列重建的分组。这些重建的分组作为正确的分组以正确的顺序向前发送。
在本发明的示例性配置中，每一链路具有约9.6千比特每秒(Kbps)的数据发送带宽。在示例性配置中，多达24个卫星调制解调器或收发器模块20故24个链路并发操作，从而达到约230Kbps(24×9.6Kbps＝230.4Kbps)的合计发送带宽。链路可以或多或少地积聚来达到相应的不同数据发送带宽。
依照链路层协议，如PPP来处理片段，在这一情况下，发送器为每一分组片段添加链路层协议头(如PPP头)。如需要，可以压缩添加到片段的各类头以减小分组片段的大小，如此则节省了数据发送带宽。
对于图1所示的示例性的基于CDMA的卫星系统10，前向链路在FDM信道或子束上使用码信道来区别用户，而在反向链路上，在子束上使用用户特定代码和M-ARY调制模式来区别用户。然而，应当理解，本发明不必如此限制。例如，本发明可以与多重地面无线或有线通信信道一起来使用，如CDMA蜂窝或个人通信服务(PCS)通信信道，来达到高数据率传输。在本发明的示例性地面应用中，移动站14可以驻留在陆基交通工具中，如汽车，并包括多个并发操作的CDMA蜂窝/PCS调制解调器或收发器模块或元件来代替卫星调制解调器。移动站14可以通过多个并发操作的CDMA蜂窝/PCS通信信道与包括多个并发操作的CDMA蜂窝/PCS调制解调器(代替卫星网关)的蜂窝/PCS基站交换数据。
尽管这里示出并详细描述的“基于令牌的PPP片段调度系统和方法”完全能够达到上述本发明的目的，但应当理解，这是本发明当前较佳的实施例，因此代表本发明概括考虑的主题，本发明的范围完全包括对本领域技术人员显而易见的其它实施例，因此本发明的范围仅由所附权利要求书来限定，其中，用单数形式引用的元件并不意味着是“一个且仅为一个”，除非明确如此指出，而是指“一个或多个”。本领域普通技术人员已知或将要知晓的上述较佳实施例的元件的所有结构性或功能性等效元件通过引用清楚地结合于此，并包含在本权利要求书内。而且，一种装置或方法并不需要解决本发明所要解决的每一个问题，才可以把它包含在权利要求书之中。此外，本发明所揭示的元件、组件或方法步骤没有一个是贡献给公众的，无论该元件、组件或方法步骤是否在权利要求书中被明确引用。这里没有一个权利要求元素是可以根据35 U.S.C′112，第6段来解释的，除非该元素明确地使用“用于……的装置”来列举，或者在方法权利要求的情况下，该元素作为“步骤”而不是“行动”来列举。

Claims (25)

1.一种用于传送排列成分组的数据的方法，其特征在于，它包括：
在发送器和接收器之间提供多个链路；
为所述每一链路分配至少一个容量指示符；
将每一分组分割成多个片段；以及
使用所述容量指示符，将所述片段与所述链路相关联。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容量指示符是令牌。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，它包括，当所述片段分配到所述链路时，将来自链路的令牌数递减代表所述片段大小的量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括，对所述每一片段，将所述片段与具有由所述容量指示符指示的最高容量的所述链路相关联。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括，为所述每一片段分配至少一个标识。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括，在接收器端重组所述片段。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括，通过所述链路并行地发送分组的所述片段。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分组以PPP封装。
9.一种以IP协议发送分组数据的发送器，其特征在于，它包括：
接收所述数据分组并将所述分组分割为片段的控制器，所述每一片段根据非循环法分配政策在所述多个无线链路的其中之一上调度以发送。
10.如权利要求9所述的发送器，其特征在于，所述控制器在移动站中实现。
11.如权利要求9所述的发送器，其特征在于，所述控制器在网关站中实现。
12.如权利要求9所述的发送器，其特征在于，所述控制器在卫星中实现。
13.如权利要求9所述的发送器，其特征在于，所述非循环法政策基于链路容量。
14.如权利要求13所述的发送器，其特征在于，所述控制器向所述链路分配令牌，所述令牌代表所述相应链路的容量。
15.如权利要求14所述的发送器，其特征在于，当所述片段被分配到一链路时，所述控制器将所述链路的至少一个令牌递减代表所述片段大小的量。
16.如权利要求13所述的发送器，其特征在于，对所述每一片段，所述控制器将片段关联到具有如令牌指示的最大容量的链路。
17.如权利要求9所述的发送器，其特征在于，所述链路数是所述每一分组的片段数的倍数，并且至少一个分组的所述最后一个片段小于所述分组中其它片段。
18.一种用于分组数据发送的系统，其特征在于，它包括：
用于将数据分组分割成片段的装置；
用于根据所述链路的当前容量在多个通信链路间调度所述片段的装置；
用于通过所述链路相互并行地发送所述分组的片段的装置。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述链路数是所述每一分组的片段数的倍数，并且至少一个所述分组的最后一个片段小于所述分组的其它片段。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，至少用于调度的装置由至少一个控制器来实现，其中，所述控制器将令牌分配到链路，所述令牌代表相应链路的容量。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，当所述片段被分配到链路时，所述控制器将所述链路的至少一个令牌递减代表所述片段的大小的量。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，对于所述每一片段，所述控制器将片段关联到具有如所述令牌所指示的最大容量的链路。
23.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器在移动站中实现。
24.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器在网关站中实现。
25.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器在卫星中实现。
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