CN1830178A - 在无线网络中提供带宽和广播时间公平性的方法、接入点和程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在无线网络中用于提供广播时间和带宽公平性的方法(100)、接入点(20)和程序产品(35)。为了提供带宽公平性，在接入点(20)接收的一组数据包(46C)中设置一个更多片段位，以便该组数据包(46C)的数据包能连续地发送给它的目标(46C)(即，没有回退)。为了提供广播时间公平性，一旦接收到指定用于无线台(22A)的数据包(34)，该接入点(20)将计算发送该数据包(34)所需的广播时间，基于该广播时间需求设置计时器(50)。此后，将确定在计时器(50)期满前该数据包(34)是否能够发送给无线台22A。如果否，数据包(34)的传输或者不会发生，或者该数据包(34)被分割为用于传输的一组片段(48)。

Description

在无线网络中提供带宽和广播时间公平性 的方法、接入点和程序产品

技术领域

总得来说，本发明涉及用于在无线网络中提供带宽和广播时间公平性的方法、接入点和程序产品。具体来说，本发明提供一种方法，用于使一组数据包从接入点连续向无线台传送，而对于其他无线台保持广播时间和带宽公平性。

背景技术

由于无线计算机技术变得更加普遍，增加了对更好地处理接入点和无线台/节点之间的无线业务的需求。尤其是，在无线网络，如无线局域网(WLAN)中，至少存在三种能发生的业务类型。第一种类型称作上行链路业务，其涉及从无线台到接入点的内容传输。第二种类型称作下行链路业务，其涉及从接入点到无线台的内容传输。第三种类型是公知的侧链路(sidelink)业务，其涉及从一个无线台到其他无线台的内容传输。关于从接入点到无线台的下行链路业务产生了特殊问题。尤其是，参考图1，显示了示意性无线网络10。可以看出，在基本服务组(BSS)14中的单个接入点，如接入点12能与多个无线台16A-C通信。

当与多个无线台通信时，对于其他台确保足够的广播时间和带宽公平性成为问题。例如，接入点12能从分布式系统18中接收多个内容流，每个内容流指定用于不同的无线台16A-C。不但接入点12必须确定向它们各自的无线台发送这些流的顺序，而且接入点12必须确定不分配太多的带宽和广播时间给一个无线台。然而，由于无线台的移动特性，无法容易地实现无线台的公平性。例如，在I.E.E.E802.11b标准下，在一个WLAN中存在至少4种通信速率，即11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。在IEEE802.11a WLAN的情况下，存在从6Mb/s到54Mb/s范围内的8种不同的物理传输速率。考虑该IEEE802.11b WLAN范例。随着无线台迁移或移动远离它的接入点，通信的物理速率将下降。也就是说，接近接入点12的无线台16A能以11Mb/S的速率接收数据，而移动远离接入点12的无线台16B只能以1Mb/S的速率接收数据。由于无线台16B移动远离并且将它的物理传输速率降低到1Mb/s，发送它的MAC帧的时间增加11倍(因为它的传输速率从11Mb/s降低到1Mb/s)。因此，在该帧的传输期间，其他无线台16B-C在能访问无线介质并传送它们的数据帧之前将长时间等候。

至今，通过在IEEE802.11的CSMA/CA协议上提供“回退(back-off)”尝试更高的公平性。尤其是，如果接入点12需要向无线台16A发送4个数据包，接入点12将发送一个数据包，然后，在一个随机时段内回退或终止传输，以便其他通信无线台16B-C能接入媒体并发送它们的帧。在随机回退时段之后，将发送第二数据包，其后接着另一个随机回退时段。持续这种数据包传输和“回退”的轮换，直到所有的数据包被发送。

不幸地，“回退”能导致多个问题，尤其是对包含音频或视频内容的数据包。特别地，音频和视频内容典型地对延迟敏感，这意味着它们不能容忍延迟，并且非丢失敏感意味着它们能经受住丢失一些帧。这与数据内容，如电子邮件和FTP业务相反，后者对丢失敏感，但是对延迟不敏感。因此，由于“回退”将导致数据包和帧的延迟传输，当媒体变得负载沉重时，对于音频和视频类型的业务，很难提供所需的服务质量(QoS)。

然而，在现今的IEEE802.11 WLAN中，如果用于无线台的数据包尺寸太大，该无线台的接入点将把大数据包分割为小数据包或片段，然后在执行具有SIFS(短帧间距)时间的随机回退的同时发送这些片段。对于原始数据包分解的原因是因为该数据包太大，并且很可能出错，或者如果存在数据包冲突的可能性。因此，在执行重传过程之前需要等候该数据包的整个持续时间。在该情况下，将原始数据包分割为小片段，在其获得该媒体后，一个接一个的发送这些片段。在第一片段的报头存在一个更多片段位(more fragment bit)，以指示该接收机(目标无线台)将接收额外的片段。在最后片段的传输中，将重置更多片段位，以指示这是最后的片段。尽管当前的技术允许单个数据包的多个片段被一个接一个地发送，但不允许作为整体一个接一个地发送多个数据包。

根据上述，存在对一种方式的需要，该方式对于下行链路业务向无线台提供广播时间和带宽公平性，而不会引起数据包或帧的传输延迟。尤其是，需要一种接入点，其能向单个无线台连续发送数据包，而不会相反地影响其他无线台的业务。

发明内容

总的来说，本发明提供一种在无线网络中提供带宽公平性和广播时间公平性的方法、接入点和程序产品。具体而言，本发明对下行链路业务提供带宽和广播时间公平性。在下行链路情况中，可能存在多个业务流指定用于多个目标。为了最初提供带宽公平性，本发明将使用发送多个片段的概念来发送多个数据包。尤其是，本发明将设置更多片段位以便一个接一个发送多个数据包。例如，假设存在两个下行链路数据包流分别指定给无线台16A和18B。还假设两个流的单个数据包大小是1000字节。另外，第一流具有1Mb/s的带宽需求，并且第二流具有3Mb/s的带宽需求。为了提供带宽公平性，接入点12应当发送流1的一个数据包和流2的三个数据包，并且重复传输流1的一个数据包和流2的三个数据包，依此类推。借助于本发明，设置流2的更多片段位以允许连续传输三个数据包。尤其是，更多片段位用于该流的前两个数据包，设置接入点12，使得目标台16B知道存在额外的数据包将要到达(并且所有三个数据包将在SIFS时间内到达)。这实现多个目的。首先，其他无线台将不会试图访问该媒体，因为在SIFS时间内所有数据包被分割，并且将流1的三倍带宽分配给流2。对流2提供三倍带宽是提供带宽公平性，因为流2需要流1带宽的三倍(在上述范例中)。另外，这允许一个接一个地发送多个完整数据包，这在以前是不可能的。

当我们考虑无线台向着和远离接入点移动时，会产生广播时间公平性的问题。考虑相同范例，并假设接收流1的无线台16A开始移动远离接入点12，并且将它的物理传输速率从11Mb/s下降到1Mb/s。此时，流1的数据包占用的广播时间是流2的数据包(更接近接入点12)的11倍，因为它的物理传输速率从11Mb/s下降到1Mb/s(通过下面的关系给出发送数据包的时间：

数据包发送时间＝数据包长度/物理传输速率)。因此，流2的数据包的传输次数被转换为实际时间的11个单元。由于该数据包可能错过它们的“最后期限”，这很可能导致流2的服务质量(QoS)破坏。而且，整个网络的整体通过量降低，因为一个移动台远离，并且降低它的物理传输速率。为了防止发生这种情况，本发明也提供广播时间公平性。尤其是，代替保证流1的一个数据包和流2的三个数据包的传输，本发明提供用于流1的在11Mb/s下的一个数据包传输时间，和用于流2的该数据包传输时间的三倍。该结果是如果接收流1的无线台16A移动远离接入点12，并且将它的速率从11Mb/s下降到1Mb/s，无线台16A只具有在11Mb/s下一个数据包传输时间的时间。如果接入点12检查物理传输速率，并且确定该时间不足以以1Mb/s传输该数据包时，它将不发送流1的数据包，或者试图将该数据包分割为多个数据包/片段以适合分配的时间。为了实现这些，提供用于该流的广播时间计时器，并且该计时器具有在以前传输速率(即，广播时间需求)下发送该流的一个数据或多个数据包所需要的时间。在该范例中，流1的广播时间计数器将是1000字节/11Mb/s，并且流2的广播时间计数器设置为3*1000字节/11Mb/s。此后，接入点12将发送流1的连续的数据包或片段，直到计时器期满。一旦该计时器期满，将以同样方式发送流2，直到它的计时器期满。因此，本发明保证一个接一个的数据包的传输，而不影响网络中存在的其他流的QoS需求，并且也防止网络中的通过量降低。

本发明的第一方面提供一种在无线网络中提供带宽公平性的方法，包括：在接入点上接收一组用于无线台的数据包，在该组数据包中设置更多片段位；和从接入点向无线台发送该组数据包中的连续数据包，而不需要回退。

本发明的第二方面提供一种在无线网络中提供广播时间公平性的方法，包括：在接入点上接收用于无线台的数据包，计算向无线台发送该数据包的广播时间需求；基于该广播时间需求在接入点上设置计时器；和确定在计时器期满前是否能将该数据包发送给该无线台。

本发明的第三方面提供一种在无线网络中提供广播时间和带宽公平性的接入点，包括：计算在接入点上接收的用于无线台的数据包的广播时间需求的装置；基于该广播时间需求来设置计时器的装置；和确定在计时器期满前该数据包是否能发送给该无线台的装置。

本发明的第四方面提供一种在可记录介质中存储的程序产品，用于在无线网络中提供广播时间和带宽公平性，包括：计算在接入点上接收的用于无线台的数据包的广播时间需求的程序代码；基于该广播时间需求来设置计时器的程序代码；和确定在计时器期满前该数据包是否能发送给该无线台的程序代码。

因此，本发明提供一种在无线网络中提供广播时间和带宽公平性的方法、接入点和程序产品。

附图说明

通过下面结合附图对本发明各方面的详细描述，将容易理解本发明的这些和其他特征，附图中：

图1描绘了一个示意性无线网络。

图2描绘了一个根据本发明的示意性接入点。

图3描绘了根据本发明的第一示意性方法的流程图。

图4描绘了根据本发明的第二示意性方法的流程图。

该附图仅仅是图示，不是为了限定本发明的特定参数。附图只是描绘本发明的典型实施例，因此不应当认为限制本发明的范围。在附图中，相同编号表示相同元件。

具体实施方式

总的来说，本发明提供一种在无线网络中提供广播时间和带宽公平性的方法、接入点和程序产品。具体而言，为了提供带宽公平性，在一个数据包级上将设置更多片段位，以便多个数据包可连续(例如，一个接一个)从接入点发送给无线台。为了提供广播时间公平性，在接收到指定用于无线台的数据包之后，接入点将计算发送数据包的广播时间需求，并且基于该广播时间需求设置一个计时器。此后，确定在该计时器期满前该数据包是否能发送给该无线台。如果能，将发送该数据包。如果不能，该数据包或者被分割为发送给该无线台的一组片段，或者根本不被发送。

应当理解在典型实施例中，在无线局域网(WLAN)中实施本发明。然而，应当清楚在此所描述的技术能在任何类型的无线网络中实施，其中接入点用于和无线台通信。无论如何，公知的，在I.E.E.E.802.11标准下，在无线网络中提供多个“层”。其中，这些层包括一个应用层、一个TCP层、一个IP层、一个包含LLC层和MAC层的链路层以及一个物理层。接入点典型地驻留在物理和MAC层上。正如下面将进一步描述的，在本发明中，配置接入点以提供用于无线台的广播时间和带宽公平性，而允许单个流中的连续数据包以一个接一个的方式发送给特定无线台(没有“回退”)。

参考图2，显示了根据本发明的示意性接入点20。如图所示，接入点20促进基本服务组(BSS)24中的无线台22A-C与分布式系统26之间的通信。在本发明中，配置接入点20以允许下行链路的连续数据包以一个接一个的方式发送给特定无线台(例如22A)，而没有用于其他无线台(例如22B)的数据包的干扰。

在对本发明进行更详细的描述之前，应当理解接入点22A能以任何公知的方式配置来提供这些特征。到此程度，本发明能以硬件、软件，或硬件和软件的组合来实现。即，通过接入点20内的基于软件或基于硬件的装置可以实施本发明的教导。适用于实施在此描述的方法的任何种类的部件都是合适的。硬件和软件的一个典型组合可以是具有计算机程序的部件，当加载和执行计算机程序时可以实施在此描述的相应方法。备选地，可以利用一个专用部件，其包含用于实施本发明的一个或多个功能任务的专用硬件。本发明也可以实现为一种计算机程序产品，其包括能实施在此描述方法的所有相应特征，并且当载入到计算机系统中时，其能实施这些方法。在该环境下的计算机程序、软件程序、程序或软件意味着任何语言、代码或符号的一组指令的任何表示，这些指令用于使具有信息处理能力的系统直接执行一种特殊功能，或者在以下的两者或一者之后执行一种特殊功能，两者即：(a)转换为其他语言、代码或符号；和/或(b)以不同的物质形式再现。

应当预先理解图2只是用于示意，并且接入点20、无线台22A-C和/或分布式系统26很可能包含其他未显示的部件。无论如何，正如所描绘的，接入点20通常包括存储器28、用于执行诸如存储器28中的程序代码的处理器30，和用于与分布式系统26和无线台22A-C通信的通信系统32。存储器28典型地从分布式系统26接收用于无线台22A-C的下行业务流46A-C，其中每个流都包含一个或多个数据包34。如图所示，接入点20可以接收多个下行业务流46A-C(例如，三个)，每个可分别指定用于不同的无线台22A-C。在以前的系统中，接入点20可以利用“回退”方法向特定无线台发送数据包。例如，如果多个数据包被发送给无线台22A，接入点20将向其发送第一数据包，之后跟随着一个“回退”时段，在此期间数据包将被发送给其他无线台22B-C。然而，对于各种业务类型，如数据包包含视频和音频内容，在“回退”周期中包含的延迟引起QoS问题。在本发明中，配置接入点20通过允许多个连续的数据包发送给单个无线台22A-C而没有“回退”周期来提供带宽公平性。还配置本发明通过计算将数据包发送给无线台22A-C的广播时间需求并基于这一广播时间需求设置计时器来提供广播时间公平性。如果在该计时器期满前能够发送该数据包，则发生传输。然而，如果在该计时器期满前不能发送该数据包，则或者不发送该数据包，或者将数据包分割为单独发送的一组片段。

尤其是，在存储器28中显示的是“公平性”程序产品35，其包括流选择系统36、广播时间需求系统38、数据包分割系统40、片段设置系统42和计数器设置系统44。当接入点20接收下行业务流46A-C时，将访问一个同无线台22A-C通信的信道，并且流选择系统36将确定首先处理哪个流46A-C。这样做时，流选择系统36可结合任何公知的算法(例如，TWFQ算法)来确定首先发送哪个流46A-C，而不会破坏其他流的QoS特性。

无论如何，向无线台22A-C发送流46A-C时，将提供带宽公平性。尤其是，假设每个流46A-C的数据包尺寸是1000字节。另外，假设流46A和流46B每个都具有1Mb/s的带宽需求，而流46C具有3Mb/s的带宽需求。为了提供带宽公平性，接入点20应当发送(例如，通过通信系统32)流46A-B的一个数据包和流46C的三个数据包，并且重复传输流46A-B的一个数据包和流46C的三个数据包，依此类推。在本发明中，片段设置系统42将在伴随流46C的MAC报头中设置一个更多片段位，以允许三个数据包连续传输(即，没有回退)。尤其是，为该流的前两个数据包设置更多片段位，以便无线台22A知道存在另外的数据包将要到达(并且所有三个数据包将在SIFS时间内到达)。因此，在本发明中，如果在流46C中存在“N”个数据包，将设置“N-1”个数据包的更多片段位。

本发明也将提供广播时间公平性。如上所示，无线台(例如22A)移动远离接入点20时，这将特别地成为一个问题。因此，例如，关于流46A，广播时间需求系统38将首先确定向无线台22A发送的流46A中的数据包34的广播时间需求。通常，基于所选流46A中的数据包34的大小和传输速率来确定广播时间需求。例如，如果用于无线台22A的流46A包括一个1000兆比特数据包34，并且到无线台22A的传输速率是5Mb/s，则发送数据包34的总广播时间需求将是200微秒。

一旦计算了广播时间需求，计数器设置系统44将设置/建立基于广播时间需求的计时器50。例如，如果计算的广播时间需求是200微秒，该计时器50可设置为200微秒。然而，应当理解不需要将计时器设置为广播时间需求的精确量。相反地，可以将计时器50设置为长于或短于所计算的广播时间需求的一个时间段，正如预定规则组等所给出的，以确保对于其他无线台22B-C保持带宽和广播时间公平性。无论如何，一旦设置计时器50，广播时间需求系统38将确定在计时器50期满前数据包34是否能发送给无线台22A。如果能，通信系统32将向其发送数据包34。

然而，如果在计时器50期满之前不能将数据包34发送给无线台22A，则数据包分割系统40将数据包34分割为一组片段。在一个典型实施例中，该数据包被分割为相等片段。例如，可将1000兆比特数据包34分割为10个100兆比特片段组，分割为5个200兆比特片段组等等。而且，如果用于无线台22A的原始流46A包括一个以上数据包34，能以相似的方式分割每个数据包34。无论如何，一旦将所述一个或多个数据包34分割为一组片段，通信系统32开始传送该片段组。到此，可能或不可能以类似于上述的多个数据包的传送方式一个接一个地发送该片段组。

应当理解图2描绘了只用于示意的本发明的基于软件的实施。尤其是，正如接入点20中的程序代码所执行的，本发明的隐含功能也显示和描述在图2中。然而，由于相同的功能可以通过硬件(或软件和硬件的组合)来提供，因而并非一定是这种情况。

现在参考图3，显示了根据本发明提供带宽公平性的方法100。如图所示，方法100的第一步骤S1是在接入点上接收一组数据包。第二步骤S2是在该组数据包中设置一个更多片段位。第三步骤S3是从接入点向一个无线台发送该组数据包的连续数据包，而没有回退。

现在参考图4，描绘了根据本发明的方法200。如图所示，方法的第一步骤D1是在接入点上接收用于无线台的一个数据包。第二步骤D2是计算向无线台发送数据包的广播时间需求。第三步骤D3是基于该广播时间需求在接入点上设置计时器。第四步骤D4是确定在该计时器期满前是否能将该数据包发送给无线台。如果在该计时器期满前能将该数据包发送给无线接入点，则在步骤D5中将其发送。然而，如果在计时器期满前不能进行传输，则在步骤D6中将该数据包分割为一组片段。

为了示意和描述，上面已经给出了本发明优选实施例的描述。不打算穷举或将本发明限制为公开的精确形式，并且明显地，许多修改和变化是可能的。对于本领域技术人员，显然这些修改和变化都预定包含在由附加权利要求定义的本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种在无线网络中提供带宽公平性的方法(100)，包括：

在接入点(20)上接收用于无线台(46C)的一组数据包(46C)；

设置该组数据包(46C)的更多片段位；和

从接入点(20)向无线台(46C)发送该组数据包中的连续数据包，而不回退。

2.如权利要求1的方法(100)，其中设置更多片段位的步骤包括：将伴随该组数据包(46C)的MAC报头中的更多片段位设置为值‘1’。

3.如权利要求1的方法(100)，其中该组数据包(46C)包括多个数据包。

4.如权利要求1的方法(100)，其中在要发送的该组数据包(46C)的最后一个中不设置更多片段位。

5.一种在无线网络中提供带宽和广播时间公平性的方法(200)，包括：

在接入点(20)上接收用于无线台(22A)的数据包(34)；

计算用于向无线台(22A)发送该数据包(34)的广播时间需求；

基于该广播时间需求在接入点(20)上设置计时器(50)；和

确定在计时器(50)期满前是否能发送该数据包(34)。

6.如权利要求5的方法(200)，还包括向接入点发送该数据包。

7.如权利要求5的方法(200)，还包括如果在计时器(50)期满之前不能发送该数据包(34)，则将该数据包(34)分割为一组片段(48)。

8.如权利要求7的方法(200)，还包括发送该组片段(48)直到该计时器(50)期满。

9.如权利要求7的方法(200)，其中分割步骤包括将该数据包(34)分割为相等的子数据包以产生一组片段(48)。

10.如权利要求5的方法(200)，其中基于数据包的大小和传输速率来计算广播时间需求。

11.一种在无线网络中用于提供广播时间和带宽公平性的接入点(20)，包括：

计算(38)在接入点(20)上接收的用于无线台(22A)的数据包(34)的广播时间需求的装置；

基于该广播时间需求来设置(44)计时器(50)的装置；和

确定在计时器(50)期满前(38)是否能将该数据包(34)发送给该无线台(22A)的装置。

12.如权利要求11的接入点(20)，还包括如果在该计时器(50)期满之前能将数据包(34)发送给无线台(22A)，用于传送(32)该数据包(34)的装置。

13.如权利要求11的接入点(20)，还包括如果在该计时器(50)期满之前不能将数据包(34)发送给无线台(22A)，用于将该数据包(34)分割(40)为一组片段(48)的装置。

14.如权利要求13的接入点(20)，其中用于分割(40)该数据包(34)的装置将该数据包(34)分割为相等的子数据包以产生一组片段(48)。

15.如权利要求11的接入点(20)，基于数据包(34)的大小和传输速率来计算该广播时间需求。

16.如权利要求11的接入点(20)，其中该接入点(20)是在一个无线局域网中实现的无线接入点(20)。

17.一种在记录介质中存储的程序产品(35)，当其被执行时在无线网络中提供广播时间和带宽公平性，其包括：

计算(38)在接入点(20)上接收的用于无线台(22A)的数据包(34)的广播时间需求的程序代码；

基于该广播时间需求来设置(44)计时器(50)的程序代码；和

确定(38)在计时器(50)期满前该数据包(34)是否能发送给该无线台(22A)的程序代码。

18.如权利要求17的程序产品(35)，还包括如果在该计时器(50)期满之前能将数据包(34)发送给无线台(22A)，用于传送(32)该数据包(34)的程序代码。

19.如权利要求17的程序产品(35)，还包括如果在该计时器(50)期满之前不能将数据包(34)发送给无线台(22A)，用于将该数据包(34)分割(40)为一组片段(48)的程序代码。

20.如权利要求19的程序产品(35)，其中用于分割(40)该数据包(34)的程序代码将该数据包(34)分割为相等的子数据包以产生一组片段(48)。

21.如权利要求17的程序产品(35)，基于数据包(34)的大小和传输速率来计算该广播时间需求。

22.如权利要求17的程序产品(35)，其中该程序产品(35)在无线局域网中实现的无线接入点(20)上实施。

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