CN1656753A - 无线网络中多速率数据传输的实时速率控制机制 - Google Patents

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Abstract

从网络用户接收设备处理能力的角度讲，无线网络正日益变得异机种化。根据本发明的实施例，在包括多个具有不同数据接收速率能力的接收器的通信网中，可以根据各接收器的相应数据接收速率能力将以各接收器为目标的数据帧传送给各接收器。

Description

无线网络中多速率数据传输的实时速率控制机制
技术领域
本发明涉及通信网中的数据传输，更具体地说，涉及用于网络中数据传输的方法和系统，其中，所述网络的接收器具有不同的数据接收速率能力(data reception rate capability)。
背景技术
多速率能力正日益成为无线数据网络的必需。例如，为了具有竞争力，实现灵活的销售策略，网络业务提供商可能需要能够以不同价格为客户提供不同的数据率。
此外，随着技术进步，厂家和业务提供商能够定期为客户提供新一代改进的接收设备。这导致出现这样的情形，其中，一些网络用户可能拥有具有最高数据接收速率能力的最新设备，而不愿意承担升级费用的其它网络用户可能拥有具有较低数据接收速率能力的较老设备。
更一般的情况是，由于各种原因，就用户接收设备的处理能力而言，未来无线网络将越来越趋于变得异种机化。
无线网络中已知的数据传输方法要么不允许用户之间有数据接收速率能力差异，要么通常在这种差异存在时对其予以有效的处理。确切地说，这种数据传输方法可能浪费了带宽，因为数据传输速率必须适应拥有最慢设备的用户。
鉴于以上所述，需要一种在无线网络中有效处理数据传输的方法和系统，所述网络中的用户具有不同的数据接收速率能力。
发明内容
根据本发明的实施例，在包括具有不同数据接收速率能力的多个接收器的通信网中，可以根据各接收器的相应数据接收速率能力将以各接收器为目标的数据帧传送给各接收器。
在一个实施例中，可以维护以各接收器为目标的数据帧的队列，并且可以从所述队列中选择要发送的数据帧，选择的依据是所选数据帧的目标接收器的数据接收速率能力。为了选择数据帧，可以识别排队帧的目标接收器的数据接收速率能力。如果不会因在下一个连续信道资源槽(channel resource slot)中发送排队数据帧而超出目标接收器的数据接收速率能力，则可以向该目标接收器发送排队数据帧。否则，必须搜索队列，以找到可以在下一个信道资源槽中发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。
附图说明
图1显示了无线网络配置的一个示例，其中用户具有不同的数据接收速率能力；
图2是根据本发明的基站和速率控制器的实施例的框图；
图3A-3C说明根据本发明一个实施例的速率控制的示例；以及
图4是说明根据本发明一个实施例的速率控制的流程图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，有效控制到具有不同数据接收速率能力的数据传输的速率控制器可以嵌入到无线网络的基站中。图1显示了这种无线通信网的一种可能配置。在图1中，m个网络用户101可以从无线网络的一个基站100接收无线传输102。用户101在固定位置如图1所示的私人驻地或办公室内，但应理解，本发明不限于固定用户，而是还包括移动用户。
用户1直到用户m可以例如从信息源如因特网104下载信息。信息通常会采取数据“帧”的形式(亦称为“分组”)，每个数据帧格式具有一个首部，其可用于根据一些数据协议如TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)，以点对点的方式将数据帧通过网络路由到目标用户。下载的信息可以例如经有线或无线链路传送到基站100。
每个用户1-m具有不同的数据接收速率能力。更具体地说，每个用户可拥有具有与其它用户不同的数据接收速率能力的接收设备(这里称为“接收器”)。典型接收器105可以实现为一个模块单元，该单元可以安装在住处或办公室外。典型的接收器可包括一个或多个处理器和一个接收天线。在已知的接收器中，根据诸如处理速度等因素，数据接收速率能力可以在例如512比特/秒和2.5兆比特/秒之间变化。
在图1所示示例中，基站100(或更具体地说，其中的发送器)的传输带宽为R比特/秒。因此，为了为分别具有数据接收速率能力R1、R2、R3、...、Rm比特/秒的m个接收器105服务(其中，例如满足如下条件：R1＜R＜R3、...＜Rm)，R可以等于R1+R+R3+...+Rm。当然应该理解，根据本发明的实施例，并非给定网络的所有接收器需要具有不同的数据接收速率能力；更具体地说，网络的一些接收器可以具有相同的数据接收速率能力。
还应理解，本文所用的“数据接收速率能力”不仅指接收器技术的局限性如处理速度，而且指可以对传输数据率任意(例如根据与用户的定价协定)施加的约束。
图2显示了根据本发明实施例的基站100的发送器210的部件的更多细节。源编码器201、信道编码器202、数字调制器204和发送器205是常规的，故这里不会予以详细讨论。简要地说，局部数据源200可以向基站100的源编码器201提供数据。源编码器201可以处理来自数据源200的数据，以将数据中的源符号映射到一个中间字母表，通常为二进制字符串集，并将经过处理的数据传递给信道编码器202。信道编码器202可以将从源编码器201接收的数据映射成一组编码比特或波形，以便通过信道传输，执行诸如为数据添加检错和校验比特之类的操作。根据本发明的速率控制器203随后可以如以下更详细描述的那样对数据进行处理。速率控制器203所生成的速率受控的数据随后可以输入到数字调制器204，该调制器204可以根据一些数字调整方案如QAM(正交幅度调制)对数据进行调制。经调制的数据随后可以由天线205经无线信道传送到多个接收器105。
基站100的发送器210可包括计算资源如计算机处理器、存储器、存储介质如磁盘以及用于如上所述那样处理数据的软件。这些计算资源和相关的信道带宽这里统称为“发送器资源”。因为信道带宽可用于向多个用户传送数据，所以发送器资源可以采用某种复用方案予以复用。在这种复用方案中，信道的可用带宽可以划分成“信道资源槽”。执行信道资源槽可以是时隙、频率槽或频率-时间槽。例如，根据众所周知的时分复用(TDM)技术，可以将可用的信道资源槽划分成时隙，其中，将各带宽时间片分配给不同的用户。根据本发明可以采用的其它复用方案包括频分复用和频-时分复用。
如前所述多个用户101可以从因特网104或其它数据源下载信息，导致以多个接收器105为目标的多个数据帧发往基站100的发送器210。在如上所述由源编码器201和信道编码器202处理之后，目标为各接收器的数据帧可以由根据本发明的速率控制器203加以处理。应理解，典型的数字通信系统不是多速率的，因此没有如图所示的速率控制器203。速率控制器203可包括帧缓冲器206，其中维护了从信道编码器接收的有目标的数据帧的队列208。速率控制器203还可包括帧选择器207。
如前所述，基站100的发送器210可包括计算机处理器、存储器、存储装置和软件，以便实现其功能。具体地说，帧选择器207可以用计算机可执行指令实现，而包含队列208的帧缓冲器206可以保持在发送器的存储器中。帧缓冲器206应该格式化为例如数组或链表。
帧选择器207可以配置为从队列208中选择数据帧以便发送，依据是所选数据帧的目标接收器的数据接收速率能力。为了选择数据帧，可以识别排队帧的目标接收器的数据接收速率能力。如果不会因在下一个连续信道资源槽中发送排队数据帧而超出目标接收器的数据接收速率能力，则可以向该目标接收器发送排队数据帧。否则，可以搜索队列，以找到可以在下一个信道资源槽中发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。
图3A-3C说明前述的一个示例。为了易于理解，讨论一个其中信道资源槽是时隙的示例。然而，应明白，信道资源槽还可以是频率槽或者频率-时间槽。
在图3A中，显示了数据帧301的序列300。“A”、“B”和“C”表示相应的数据帧目标接收器，即接收器A是帧A1-A10的目的地，接收器B是帧B1-B5的目的地以及接收器C是帧C1-C5的目的地。下标表示数据帧传送到相应接收器的顺序。
通常，数据帧会以“突发”的形式到达基站100，如图所示：即以一个接收器为目标的成组的连续帧的形式。在图3A所示的示例中，某个突发长度为5个帧；两个突发的目标为接收器A，而一个突发的目标为接收器B和C。
在此示例中，假定基站100可以每秒1帧的最大速率发送数据。而且，还假定每秒对应于信道资源槽的一个时隙。此外，假定接收器A具有每5秒1帧的数据接收速率能力；B具有每5秒2帧的数据接收速率能力；以及C具有每5秒3帧的数据接收速率能力。
图3B说明在没有根据本发明的速率控制器的情况下可以如何将帧传送到其相应的目标接收器。“最老”的帧，即排队时间最长的帧应该首先发送。因此，首先要发送帧A1-A5。然而，因为接收器A具有每5秒1帧的数据接收速率能力，所以基站100必须在发送帧A1之后、发送帧A2之前等待4秒，否则，将超出接收器A的数据接收速率能力。因此，浪费了信道资源槽的4个时隙。类似地，在每个A3、A4和A5的发送之间浪费了4个时隙。
轮到将帧B1-B5发送到接收器B时，可以如图所示在连续时隙内发送两个帧。然而，因为接收器B的数据接收速率能力仅为每5秒2帧，所以在B2、B3、B4和B5的发送之间浪费了3个时隙。
接收器C的数据接收速率能力为每5秒3帧，所以可以在3个连续时隙内发送目标为接收器C的3个帧。然而，如图所示，浪费了2个时隙。
最后，在发送目标为接收器A的第二突发时，每帧又浪费了4个时隙。
图3C以对比的方式说明使用了根据本发明实施例的速率控制方法的序列300的发送。假定，序列300已在帧缓冲器206中排队。同样，首先发送最老的帧。因此，如前所述首先发送帧A1，但随后确定在下一个连续时隙内发送帧A2将超出接收器A的数据接收速率能力。因此，搜索帧缓冲器206中的队列208以发现可以在下一个连续时隙内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。在本示例中，B1便是队列208中可以在下一个连续时隙内发送，而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的所述下一个帧。因此，在紧接A1时隙的时隙内发送帧B1，而无需插入空闲时隙。同样地，可以在紧接B1时隙的时隙内发送帧B2而不会超出接收器B的数据接收速率能力。
但是，因为接收器B的数据接收速率能力仅为每5秒2帧。所以无法在紧接帧B2时隙的时隙内发送帧B3。因此，搜索帧缓冲器206中的队列208以发现可以在下一个连续时隙内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。
因此，随后选择帧C1来发送。帧C1在紧接帧B2时隙的时隙内发送，而无需插入空闲时隙。同样地，可以在紧接帧C1时隙的时隙内发送帧C2。
接着，因为自从帧A1发送以来4个时隙已流逝，所以现在可以在紧接C2时隙的时隙内发送队列208中最老的帧A2。但是，接着不能发送帧A3，因此，通过如上联系帧B1、B2、C1和C2所述的那样作出相同的判断，在帧A2时隙之后的4个连续时隙内发送帧B3、B4、C3和C4。
接着，因为自从帧A2发送以来4个时隙已流逝，所以现在可以在紧接C4时隙的时隙内发送帧A3。随后在下两个连续时隙内发送帧B5和C5。
最后，发送帧A4、A5和A6。在此特定示例中，讨论了未经刷新的队列，因此空闲时隙出现在帧C5和A4的时隙之间，以及帧A5和A6的时隙之间。实际上，新数据帧会连续地馈送给帧缓冲器206并添加到队列208中，由此将不会出现大量这样的空闲时隙。
图4以流程图形式说明前述过程。该流程图基于每个时隙说明该过程，即，该过程针对一个给定时隙判断是否可以发送一个帧或者是否必须闲置时隙。
如椭圆框400所示，该过程从队列208中最老的帧开始。如框401中所示，判断是否可以在信道资源槽的下一个连续时隙内将该帧发送到其目标接收器而又不会超出该目标接收器的数据接收速率能力。为了实施此步骤，根据一个实施例，可以将目标接收器的数据接收速率能力包含在帧首部中。或者，可以将网络中每个接收器的数据接收速率能力包含在可由帧选择器207访问的查找表中。在确定目标接收器的数据接收速率能力之后，帧选择器207可以将其与过去N个连续时隙内已向目标接收器发送了多少帧的运行计数作比较，其中N是某个适当选择的、依赖于用户的数字。
如果未超出目标接收器的数据接收速率能力，则如框402所示，可以向目标接收器发送帧。
但是，如果超出了目标接收器的数据接收速率能力，则无法向目标接收器发送数据帧。因此，可以执行检查以确定是否已对队列208中的所有帧作了测试，以确定是否可以在下一个连续时隙内发送它们，如框403所示。如果尚未测试所有帧，则可以读取队列208中的下一个帧并加以测试，如框404所示。
另一方面，如果已对所有排队帧进行了测试，并且不存在可以在下一个连续时隙内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的帧，则可以闲置该时隙的数据发送，如框405中所示。
如上所述，帧选择器207可以用计算机可执行指令实现，所述指令在由处理器执行时实现本发明的有利特征。该计算机可执行指令可以嵌入到计算机可用介质如磁盘、磁带、CD-ROM、RAM、ROM、FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)中。
以上所述的仅仅是对本发明原理应用的说明。本专业的技术人员可以在不背离本发明的精神和范围的前提下实施其它配置和方法。

Claims (24)

1.一种用于向多个具有不同数据接收速率能力的接收器传送信息的方法，包括下列步骤：
(a)接收从信息源发往各接收器的数据帧；以及
(b)根据所述接收器的相应数据接收速率能力将所述数据帧传送到所述接收器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(b)包括：
(c)维护所述数据帧的队列；以及
(d)根据所述数据帧的目标接收器的数据接收速率能力从所述队列选择要发送的数据帧。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(d)包括：
识别排队数据帧的目标接收器的数据接收速率能力；
如果不会因在下一连续信道资源槽内发送所述排队数据帧而超出所述目标接收器的所述数据接收速率能力，就向所述目标接收器发送所述排队数据帧；
否则，搜索所述队列，以发现可以在所述下一个信道资源槽内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括：
如果在所述队列中找不到可以在所述下一个信道资源槽内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧，则闲置所述数据帧的发送。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据接收速率能力在所述帧的首部中指定。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据接收速率能力在查找表中指定。
7.在用于包括多个接收器的通信网的发送器中使用的一种方法，包括：
在第一信道资源槽内向第一接收器发送第一数据突发的至少第一数据帧；
确定将会因发送所述第一数据突发的另一数据帧而超出所述第一接收器的数据接收速率能力；以及
在紧接所述第一信道资源槽的第二信道资源槽内向第二接收器发送第二数据突发的至少第二数据帧，其中，所述第二接收器的数据接收速率能力不同于所述第一接收器的数据接收速率能力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：还包括在帧缓冲器内收集所述数据突发。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述信道资源槽包括时隙。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述信道资源槽包括频率槽。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述信道资源槽包括频率-时间槽。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括：在发送所述另一数据帧不会超出所述第一接收器的所述数据接收速率能力时，发送所述第一突发的另一数据帧。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于：在没有可以发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的所述数据突发的数据帧时，闲置所述信道资源槽。
14.一种在通信网中使用的发送器，包括：
速率控制器，其包括数据帧缓冲器和帧选择器，其中，所述数据帧缓冲器存储从所述通信网的信息源接收的数据帧，所述数据帧的目标是多个具有不同数据接收速率能力的接收器；以及
其中，所述帧选择器根据所述目标接收器的数据接收速率能力从所述缓冲器中选择数据帧，以便发送到所述目标接收器。
15.如权利要求14所述的发送器，其特征在于：所述数据帧缓冲器还包括数据帧队列，用于存储从所述信息源接收的所述数据帧。
16.如权利要求14所述的发送器，其特征在于：所述数据帧缓冲器格式化为数组。
17.如权利要求14所述的发送器，其特征在于：所述数据帧缓冲器格式化为链表。
18.一种包含可执行指令的机器可读介质，所述指令在运行时执行包括如下步骤的过程：
(i)搜索包括目标为具有不同数据接收速率能力的多个接收器的多个数据帧的队列；以及
(ii)根据所述目标接收器的数据接收速率能力从所述队列选择数据帧，以便发送给某个目标接收器。
19.如权利要求17所述的机器可读介质，其特征在于：所述步骤(ii)包括：
识别排队数据帧的目标接收器的数据接收速率能力；
如果不会因在下一连续信道资源槽内发送所述排队数据帧而超出所述目标接收器的所述数据接收速率能力，就向所述目标接收器发送所述排队数据帧；
否则，搜索所述队列，以发现可以在所述下一个信道资源槽内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧。
20.如权利要求17所述的机器可读介质，其特征在于：所述数据接收速率能力在所述帧的首部中指定。
21.如权利要求17所述的机器可读介质，其特征在于：所述数据接收速率能力在查找表中指定。
22.如权利要求17所述的机器可读介质，其特征在于：所述过程还包括：
如果在所述队列中找不到可以在所述下一个信道资源槽内发送而又不会超出其目标接收器的数据接收速率能力的数据帧，则闲置所述数据帧的发送。
23.一种用于发送器的速率控制器，包括：
数据帧缓冲器；以及
帧选择器；
其中，所述数据帧缓冲器存储从信息源接收的数据帧，所述数据帧的目标是具有不同数据接收速率能力的多个不同接收器中的至少一个接收器；以及
其中所述帧选择器根据所述目标接收器的数据接收速率能力从所述缓冲器中选择数据帧以便发送给某个目标接收器。
24.如权利要求23所述的速率控制器，其特征在于：所述数据帧缓冲器还包括数据帧队列。
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