CN1756142A - 用于通过动态改变传输率来发送无线数据的方法和设备 - Google Patents

用于通过动态改变传输率来发送无线数据的方法和设备 Download PDF

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CN1756142A CNA2005100852680A CN200510085268A CN1756142A CN 1756142 A CN1756142 A CN 1756142A CN A2005100852680 A CNA2005100852680 A CN A2005100852680A CN 200510085268 A CN200510085268 A CN 200510085268A CN 1756142 A CN1756142 A CN 1756142A
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Abstract

一种用于发送无线数据的方法，包括：(a)以第一传输率发送无线数据的第一数据帧；(b)将第一数据帧的重发的结果存储在第一窗数组中；(c)确定第二传输率；以及发送第二数据帧。

Description

用于通过动态改变传输率来发送无线数据的方法和设备
                          技术领域
本发明涉及无线数据传输，更具体地说，涉及一种用于通过在无线环境中以利用关于重发帧的数目的信息检查无线信道状态的方式动态地改变传输率来发送数据帧的方法和设备。
                          背景技术
随着无线通信技术发展，许多用于以高速发送无线数据的技术已被开发。然而，在相关的技术系统中，当无线数据以高速率被发送时，许多无线数据可能丢失，或者数据吞吐量可能锐减，这取决于无线信道状态。
例如，图1示出基于数据收发机的距离和传输率的无线数据的吞吐量。
在图1中，当数据收发机的距离是10m(在参考线100处)时，以54Mbps的传输率发送的数据的吞吐量高于以36Mbps或24Mbps的传输率发送的数据的吞吐量。
相反地，当数据收发机的距离是30m(在参考线110处)时，以54Mbps的传输率发送的数据的吞吐量低于以36Mbps、24Mbps乃至12Mbps的传输率发送的数据的吞吐量。
因此，如图1所示，根据无线信道状态，较高的传输率并不总是具有较高的吞吐量。
所以，申请人一直设法通过基于无线信道状态动态地改变传输率并且选择最适合于当前无线信道状态的某传输率来提高数据吞吐量。
                         发明内容
因此，本发明的目的在于克服在传统技术中遇到的问题。
本发明的另一目的在于提供一种用于以下述方式提高数据帧的吞吐量的方法，该方式为：利用关于重发帧的数目的信息检查无线信道状态，并且根据无线信道状态而动态地改变传输率，然后发送数据帧。
为了实现上述目的，提供一种用于发送无线数据的方法，包括：(a)以第一传输率发送无线数据的第一数据帧；(b)将第一数据帧的重发的结果存储在第一窗数组中；(c)确定第—传输率；以及(d)以第二传输率发送无线数据的第二数据帧。
为了实现上述目的，提供一种用于发送无线数据的设备，包括：第一数据传输模块，用于以第一传输率发送无线数据的第一数据帧；窗数组管理模块，用于产生第一窗数组，并且用于将第一数据帧的重发的结果存储在该产生的第一窗数组中；传输率控制模块，用于确定第二传输率；以及第二数据传输模块，用于以第二传输率发送第二数据帧。
                        附图说明
参照附图本发明将会变得更易于理解，其中，附图为示例性的且因此并不限定本发明，其中：
图1是基于数据收发机的距离和传输率的无线数据的吞吐量的曲线图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的无线数据收发机系统的示图；
图3是根据本发明的示例性实施例的用于发送无线数据的方法的流程图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的利用窗数组来控制传输率的处理的示图；
图5是根据本发明的另一示例性实施例的发送无线数据的方法的流程图；
图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于通过提高传输率来发送数据帧的机制的示图；
图7是示出根据本发明的示例性实施例的用于通过降低传输率来发送数据帧的机制的示图；
图8是示出根据本发明的示例性实施例的链路适配模块的结构的方框图；
图9A至9C是根据本发明的示例性实施例的测试结果的曲线图；以及
图10A至10C是根据本发明的另一示例性实施例的测试结果的曲线图。
                        具体实施方式
参照下面的示例性实施例的详细描述和附图，本发明的优点和特性以及实现其的方法可更易于理解。然而，本发明可以以多种不同的形式实现并且不应被理解为限定于这里提出的实施例。而是，提供这些实施例从而该公开将完全和彻底，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的构思，而且本发明将仅由所附的权利要求来限定。在说明书中，相同的标号指的是相同的部件。
以下，参照根据本发明的实施例的方法的流程图来描述本发明。应该理解：流程图中的每一方框以及流程图中方框的结合，可由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或者其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，从而通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建出用于实现在流程图方框或方框组合中指定的功能的手段。这些计算机程序指令也可被存储在可指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定的方式运行的计算机可用或计算机可读存储器中，从而存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图方框或方框组中指定的功能的指令方式的装置。该计算机程序指令还可被加载到计算机或其它可编程数据处理设备上来引起将被在计算机或其它可编程设备上执行的一系列操作步骤以产生计算机执行的处理，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于执行在流程图方框或方框组中指定的功能的步骤。
此外，流程图的每一方框可代表模块、程序段、或者部分代码，其包括一个或多个用于实现特定的逻辑功能的可执行指令。还应注意到，在一些可选的实现中，在方框组中注明的功能可以打乱顺序发生。例如，接连示出的两个方框可实际上被基本上同时执行，或者有时候方框组可以相反的顺序被执行，这取决于有关的功能。
图2是根据本发明的示例性实施例的无线数据发送和接收系统200。这里，用于执行无线数据发送和接收操作的终端设备被设计为执行发送和接收数据的功能。为了简洁描述，终端设备被分类为用于发送无线数据的发射机210，和用于接收无线数据的接收机250。本发明涉及发射机210。
考虑到IEEE802.11标准协议，根据本发明的发射机210基于应用层、媒体访问控制层(MAC层)、和物理层(Phy层)的形成的协议来执行希望的操作。发射机210和接收机250包括用于基于每一层来执行操作的模块。因此，发射机210包括发送应用模块215、发送MAC模块220、和发送PHY模块225，而接收机250包括接收应用模块265、接收MAC模块260、和接收PHY模块255。
根据本发明的示例性实施例的动态地改变传输率和发送无线数据的操作在发射机210的发送MAC模块220中被执行。随后将参照图3和5描述其详细的操作。
如这里采用的术语‘模块’表示，但并不受限于软件或诸如现场可编程门阵列(FPGA)或执行特定任务的专用集成电路(ASIC)的硬件部件。模块可便利地被配置为驻留在可寻址的存储介质上并且被配置为在一个或多个处理器上执行。因此，作为例子，模块可包括诸如软件部件、面向对象的软件部件、类部件和任务部件、处理、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组、以及变量的部件。在部件中提供的功能性和模块可被结合成更少的部件和模块，或者被进一步分开为另外的部件和模块。
以下，为了本发明的更简单的描述，执行图3和5的一系列处理的模块被称作链路适配模块。
图3是根据本发明的示例性实施例的发送无线数据的方法的流程图。
当用于发送无线数据的应用程序开始时，链路适配模块根据本发明初始化用于动态地改变传输率的环境(S310)。
例如，用于存储数据帧的重发的结果的数组类型数据结构可被载入存储器中，或者用于提高或降低传输率的参考信息可以以表的形式被载入存储器中。为了检查数据帧的重发状态，可产生用于判断ACK帧或NACK帧的作为链路适配模块的子流程(sub process)或子进程(child process)的特定模块。
当链路适配模块的初始化处理结束时，数据帧被发送，并且关于发送的数据帧的ACK或NACK帧被接收。如果接收到NACK帧，则意味着数据帧没有被正常发送，所以数据帧被重发。这时，在具有数组类型数据结构的窗数组中指出该数据帧被重发。即，在数据帧已经被重发的情况下，窗数组的元素被设置为1，在重发未被执行的情况下，其被设置为0。数据帧的重发的结果以窗数组的大小被存储在窗数组中(S320)。例如，在20个数据帧的重发的结果被存储在窗数组中的情况下，步骤S320被重复执行直到在窗数组的20个元素中0或1被设置。
在0或1以先前确定的数目在元素中被设置的情况下，利用在这些元素中设置的值判断传输率被提高还是降低(S330)。例如，当在20个元素的多于10个元素中填充入值1时，可需要降低传输率，并且当在20个元素的少于10个元素中填充入值1时，可需要提高传输率。存储器可以以表的形式存储对每一传输率的这种判据。
在作为步骤S330的结果数据率被确定为提高或降低的情况下，数据帧以提高的或降低的传输率被重发(S340)，并且窗数组被再次初始化(S350)。
如图3中所示，基于无线信道状态可实现传输率的快速改变。
图4是示出根据本发明的示例性实施例的利用由5个元素形成的窗数组来控制传输率的处理的示图。
当窗数组被初始化时，每一元素被设置为OxFF(S410)。这时，所有五个元素的总和是1275。“widx”代表指示窗数组的元素的指针。“TxConfirm(parameter)”代表指示发送的数据帧被接收机正常地或非正常地接收的对发射机的中断或信息消息。如果接收机已经正常地接收到数据帧，“parameter”被指示为“no error”，否则，其被指示为“error”。
在步骤S410中，当发射机已经向接收机发送数据帧并且已经接收到“TxConfirm(no error)”时，第一元素被设置为0，并且“widx”指示下一个元素(S415)。
这时，元素的总和是1020。只有当窗数组的所有元素被设置为0或1时才可确定传输率应该被提升还是降低。因此，步骤S320被重复执行，如步骤S415至S435所示，直到元素的总和变为5或更少。
在步骤S435中，在窗数组的元素中设置的值的总和变为3，并且基于该值与参考值的比较可提高或降低传输率。在本实施例中，参考值被设置，从而：(1)如果总和变为4或5，则传输率被降低；(2)如果总和变为1或2，则传输率被提高；和(3)如果总和变为3，则传输率被保持。因此，在步骤S435中，传输率被保持。
在确定传输率是否应该被改变之后，窗数组被再次初始化(S445)，并且图3的步骤S320被重复执行。
图5是根据本发明的另一示例性实施例的发送无线数据的方法的流程图。
为了发送无线数据，当应用程序开始时，链路适配模块初始化用于动态地改变传输率的环境(S510)。
例如，用于存储数据帧或测试帧的重发的结果的数组类型数据结构可被载入存储器中，或者用于提高或降低传输率的参考信息可以以表的形式被载入存储器中。为了检查数据帧或测试帧的重发状态，可产生用于判断ACK帧或NACK帧的作为链路适配模块的子流程(sub process)或子进程(child process)的特定模块。
当链路适配模块的初始化处理结束时，数据帧被发送，并且关于发送的数据帧的ACK或NACK帧被接收。如果接收到NACK帧，则意味着数据帧没有被正常发送，所以数据帧被重发。这时，在具有数组类型数据结构的窗数组中指出该数据帧被重发。此时，在具有数组类型数据结构的第一窗数组中指示：该数据帧被重发。即，在数据帧已经被重发的情况下，第一窗数组的元素被设置为1，在重发未被执行的情况下，其被设置为0。数据帧的重发的结果被存储在第一窗数组中(S515)。例如，当20个数据帧的重发的结果被存储在第一窗数组中时，步骤S515被重复执行直到在第一窗数组的所有20个元素中0或1被设置。
当在所有的元素中0或1被设置并且与参考值比较时，确定提高还是降低传输率(S520)。例如，当在20个元素的多于10个元素中填充入值1时，可需要降低传输率，并且当在20个元素的少于10个元素中填充入值1时，可需要提高传输率。存储器可以以表的形式存储对每一传输率的这种判据。
当作为步骤S520的结果确定传输率必须提高时，基于图6的机制发送数据帧。
如图6中所示，以标号610、620、630和660指示第一窗数组，以标号650指示第二窗数组，并且以标号615、625和645指示测试帧。
在链路适配模块中，当第一窗数组610的分析指示传输率应该被提高时，测试帧615以提高的传输率被发送，并且其重发的结果被存储在第二窗数组650的第一元素中(S535)。测试帧615可以是单一的数据帧或者不同的帧。在步骤S520中，即使确定传输率应该被提高，但是与下一个第一窗数组620的元素信息对应的数据帧并不以提高的传输率发送，而是以与第一窗数组610相同的传输率发送。测试帧615的重发的结果以与第一窗数组610的元素中的第一帧的重发的结果相同的方法被存储在第二窗数组650的元素中。第一和第二窗数组610和650的大小不必相同。
在步骤S540中，判断用于通过分析第二窗数组650来确定传输率应该被提高还是降低的条件是否满足。特别地，当第一窗数组610、620和630满足提高传输率的条件，并且关于测试帧615、625和645的所有重发结果被记录在所有的元素中时，该条件被满足。在以上条件未满足时，重复执行步骤S515。当条件被满足时，基于在第二窗数组650中记录的信息判断数据帧的传输率应该被提高还是降低。
在步骤S545中，当判断数据帧的传输率应该被提高时，与第一窗数组660的元素信息对应的数据帧以提高的传输率被发送(S550)，第二窗数组被初始化(S555)，并且步骤S515被重复执行。
如果判断数据帧的传输率不应该被提高，则与第一窗数组660的元素信息对应的数据帧以与第一窗数组610、620、和630相同的传输率被发送，第二窗数组被初始化(S555)，并且步骤S515被重复执行。
在步骤S545中的用于利用记录于第二窗数组650的元素中的关于测试帧的重发的结果来判断数据帧的传输率被提高还是降低的方法可以以与第一窗数组相同的方法被执行。
在步骤S520中，如果确定传输率应该被降低，则基于图7的机制发送数据帧。
当正用测试帧705和715的重发的结果更新第二窗数组750时，并且当作为记录在第一窗数组720的元素中的重发的确认的结果确定传输率被降低时，第二窗数组750被初始化，并且新的第二窗数组760被产生(S520，S525)。
与第一窗数组770的元素信息对应的数据帧以降低的传输率被发送(S530)，并且步骤S515被重复执行。
如果对于第一窗数组770在步骤S520中再次确认传输率被提高，则关于测试帧775的重发的结果被记录在第二窗数组760的第一元素中。在基于记录在第一窗数组的元素中的信息判断传输率被提高的情况下，用于确认测试帧的重发的状态的第二窗数组被使用。否则，数据帧以降低的传输率被发送，并且基于第二窗数组的判断处理不被执行。
图8是示出根据本发明的实施例的链路适配模块的配置的方框图，其执行上述的操作。
链路适配模块包括：窗数组管理模块810、传输率控制模块820、以及数据发送模块830。
窗数组管理模块810产生用于存储数据帧的重发的结果的数组类型窗数组，并且依照“TxConfirm ”中断或消息将数据帧的重发的结果存储在产生的窗数组中。以后，确定传输率控制模块820是否基于其结果改变数据帧的传输率。数据发送模块830依照传输率控制模块820的确定以提高的或降低的传输率发送数据帧。这时，在传输率控制模块820确定要提高传输率的情况下，作为以提高的传输率发送的测试帧的重发的结果，数据发送模块830提高传输率，从而发送数据帧。由于上面已描述了详细的传输率改变算法，所以将略去对其的描述。
图9A至9C是根据本发明的示例性实施例的测试结果的曲线图。该测试结果在信道状态相对较好的时候被得到。
图9A是基于图3的方法当窗数组的大小是5时的结果的示图，图9B是基于图3的方法当窗数组的大小是20时的结果的示图，图9C是基于图5的方法当窗数组的大小是20时的结果的示图。
当信道状态相对较好时，如图9A至9C所示，没有很多不同。即，包丢失率是0％，并且就Rx吞吐量而言，保持在19～22Mbps。就重发数目(重试计数)而言，图9A的结果最高，其后依次为图9B和9C。即，通过依照窗数组的大小动态地改变传输率可减少数据帧的重发的数目。
如图9A中所示，Rx吞吐量被保持在21～22Mbps，如图9B和9C中所示，其被保持在19Mbps，降低了2～3Mbps。在前者的情况下，意味着尝试以较高的传输率来发送，在后者的情况下，意味着尝试以较低的传输率来发送。因此，稳定的数据帧传输被实现，保持较少的重发数目(重试计数)。
具体说，如图9B和9C中所示，后者的情况是重发数目(重试计数)最大为与前者的情况相比的1/20。即，即使当Rx吞吐量类似时，前者的情况使用了过多的带宽用于重发，而后者的情况仅使用了必要的带宽，从而防止了带宽的过度消耗。
图10A至10C是根据本发明的另一实施例的测试结果的曲线图。该测试结果在信道状态相对较差的时候被得到。
图10A示出基于图3的方法当窗数组的大小是5时的结果，图10B示出基于图3的方法当窗数组的大小是20时的结果，图10C示出基于图5的方法当窗数组的大小是20时的结果。
如图10A至10C中所示，重发的数目与如图9A至9C所示的当信道状态相对较好的时候的结果相比提高了大约2-4倍。
此外，当窗数组的大小较小时，重发的数目被大量地增加(最大4倍)，并且当窗数组的大小较大时，重发数目的增加的程度小于2倍。
与图9A至9C的结果相比，Rx吞吐量被减少。
窗数组的较小大小代表传输率的许多变化。即，当无足够采样而在短时间内传输率被提高时，即使不稳定的无线环境被应用，重发的数目(重试计数)被锐减，并且包丢失率被提高。即，如图10A中所示，重发的数目被保持在大约80,000次，如图10C中所示，重发的数目被保持在大约1,000次。如图10A中所示，与图10C相比发生了许多带宽损失。
如上所述，依据无线信道的状态动态地改变传输率可提高数据吞吐量。
本发明在不脱离其精神或必要特征的情况下被以几种形式实现，还应理解到，除非另有说明，上述例子并不受限于前述描述的任一细节，而是应在由所附权利要求限定的精神和范围之内被广泛地解释，因此所有在权利要求的要求和范围内或如此的要求和范围的等同物内的改动和变换应认为由所附的权利要求所包含。

Claims (24)

1、一种用于发送无线数据的方法，包括：
(a)以第一传输率发送无线数据的第一数据帧；
(b)将第一数据帧的重发的结果存储在第一窗数组中；
(c)确定第二传输率；以及
(d)以第二传输率发送无线数据的第二数据帧。
2、如权利要求1所述的方法，其中，基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定第二传输率。
3、如权利要求2所述的方法，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：确定表示或不表示错误的在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果的数值；并且比较确定的数值和参考数值。
4、如权利要求2所述的方法，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：
基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定测试第二传输率；
在以第一传输率发送进一步的第一数据帧的同时以该测试第二传输率发送测试帧；
将测试帧的重发的结果存储在第二窗数组中；
基于存储的测试帧的重发的结果确定第二传输率。
5、如权利要求4所述的方法，其中，确定第二传输率的步骤包括：确定表示或不表示错误的在第二窗数组中存储的测试帧的重发的结果的数值；并且比较该确定的数值和参考数值。
6、如权利要求1所述的方法，还包括在确定第二传输率之后初始化第一窗数组。
7、如权利要求4所述的方法，还包括在确定第二传输率之后初始化第二窗数组。
8、如权利要求4所述的方法，其中，该第一和第二窗数组具有可变大小的数据结构。
9、如权利要求1所述的方法，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：
基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定测试第二传输率；
在以第一传输率发送进一步的第一数据帧的同时以该测试第二传输率发送测试帧；
将测试帧的重发的结果存储在第二窗数组中；
在发送测试帧的同时，基于在进一步的第一窗数组中存储的进一步的第一数据帧的重发的结果确定进一步的测试第二传输率；
当该进一步的测试第二传输率被确定为慢于第一传输率时，初始化第二窗数组；并且通过降低传输率以第二传输率发送第二数据帧。
10、如权利要求9所述的方法，其中，确定第二传输率的步骤包括：确定表示或不表示错误的在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果的数值；并且比较该确定的数值和参考数值。
11、如权利要求9所述的方法，其中，该第一和第二窗数组具有可变大小的数据结构。
12、如权利要求1所述的方法，其中，根据IEEE802.11标准，(b)至(d)在媒体访问控制层(MAC层)中被实现。
13、一种用于发送无线数据的设备，包括：
第一数据发送模块，适合以第一传输率发送无线数据的第一数据帧；
窗数组管理模块，适合产生第一窗数组，并且用于将第一数据帧的重发的结果存储在产生的第一窗数组中；
传输率控制模块，适合确定第二传输率；以及
数据发送模块，适合以第二传输率发送第二数据帧。
14、如权利要求13所述的设备，其中，基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定第二传输率。
15、如权利要求14所述的设备，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：确定表示或不表示错误的在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果的数值；并且比较该确定的数值和参考数值。
16、如权利要求14所述的设备，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：
基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定测试第二传输率；
在以第一传输率发送进一步的第一数据帧的同时以该测试第二传输率发送测试帧；
将测试帧的重发的结果存储在第二窗数组中；
基于存储的测试帧的重发的结果确定第二传输率。
17、如权利要求16所述的设备，其中，确定第二传输率的步骤包括：确定表示或不表示错误的在第二窗数组中存储的测试帧的重发的结果的数值；并且比较该确定的数值和参考数值。
18、如权利要求13所述的设备，其中，第一窗数组在确定第二传输率之后被初始化。
19、如权利要求16所述的设备，还包括：第二窗数组在确定第二传输率之后被初始化。
20、如权利要求16所述的设备，其中，该第一和第二窗数组具有可变大小的数据结构。
21、如权利要求13所述的设备，其中，第二传输率通过以下步骤来确定：
基于在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果确定测试第二传输率；
在以第一传输率发送进一步的第一数据帧的同时以该测试第二传输率发送测试帧；
将测试帧的重发的结果存储在第二窗数组中；
在发送测试帧的同时，基于在进一步的第一窗数组中存储的进一步的第一数据帧的重发的结果确定进一步的测试第二传输率；
当该进一步的测试第二传输率被确定为慢于第一传输率时，初始化第二窗数组；并且通过降低传输率以第二传输率发送第二数据帧。
22、如权利要求21所述的设备，其中，确定第二传输率的步骤包括：确定表示或不表示错误的在第一窗数组中存储的第一数据帧的重发的结果的数值；并且比较该确定的数值和参考数值。
23、如权利要求21所述的设备，其中，该第一和第二窗数组具有可变大小的数据结构。
24、如权利要求13所述的设备，其中，窗数组管理模块、传输率控制模块、和第二数据发送模块包括根据IEEE802.11标准的媒体访问控制层(MAC层)。
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