CN1951075A - 用于调适无线网络服务等级的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
用于在无线网络中通信的方法和系统在所述无线网的对等体之间协商用于数据流的服务等级。所述服务等级可以基于通信链路或所述无线网络的一个或更多个特性被修改，所述特性诸如信道负载、信道空余时间、物理(PHY)链路速率、数据速率和/或总信道容量。还公开了各种具体实施方案和变体。
Description
发明背景
由于对诸如无线局域网(WLAN)的无线网络的增长的使用，对于媒体应用来说，为具有各种重要程度的信息提供各种服务等级的能力正变得益发重要。例如，在语音和视频应用中，为了提供合理质量的语音或视频，在远程设备和网络站之间可能需要最小服务等级。
然而，因为可能无法保证信道将足够空闲来提供期望的服务等级(例如信道可能受干扰或竞争信道接入的限制)，所以在无线网络中达到有保证的服务等级可能有困难。此外，如果链路的任一对等体(或者环境中的任何对象)正在移动，则对等体之间的信道属性可能改变，从而不能达到所期望的数据速率。
因此，人们可能期望无线网络能够以提高的性能来提供服务等级。
附图简要说明
参照附图，从本发明的以下描述中，本发明的实施方案的各方面、特征和优点会变得明显，在附图中相同的数字表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的无线网络的框图；
图2是根据本发明的各种实施方案的流程图，所述流程图详细描述用于调适无线网络中的服务等级的方法；
图3是详细描述用于确定服务等级是否应该被调适的过程的流程图；
图4是用于无线设备的示例性实施方案的框图，所述无线设备被调适为进行本发明的方法中的一个或更多个；以及
图5是用于网络接入站的示例性实施方案的框图，所述网络接入站被调适为进行本发明的方法中的一个或更多个。
具体实施方式
尽管以下详细描述可能结合使用正交频分复用(OFDM)调制的无线网络描述本发明的示例性实施方案，但是本发明的实施方案不限于此，并且可以在适于应用的情况下用例如其他调制和/或编码方案实现。此外，尽管在本文中结合无线局域网(WLAN)描述示例性实施方案，但是本发明不限于此，并且可以应用于其中提供服务等级可能存在类似困难的其他类型的无线网络。这样的无线网络特别地包括，但不限于，无线城域网(WMAN)，无线个人区域网(WPAN)和无线广域网(WWAN)。
以下创造性实施方案可以被用于各种应用，包括无线电系统的发射器和接收器，尽管本发明在此方面不受限制。特别地被包括于本发明的范围内的无线电系统包括，但不限于，网络接口卡(NIC)、网络适配器、移动台、基站、接入点(AP)、网关、网桥、网络中心(hub)和蜂窝无线电话。此外，本发明的范围内的无线电系统可以包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、双向寻呼、个人计算机(PC)及相关的外设、个人数字助理(PDA)、个人计算附件以及所有现有的和未来出现的性质相关的、所述创造性实施方案的原理可以适用的系统。
如这里所使用的，服务等级(“service level”或“level of service”)指能够支持某些最小准则(例如阈值数据传送速率、误比特率和/或其他带宽或可靠性特性)的通信链路。此外，如这里所使用的，业务规范(TSPEC)是定义业务流特性的参数的集合，和/或指业务流本身。
翻到图1，根据本发明的一个实施方案的无线通信系统100可以包括一个或更多个用户站110、112、114、116和一个或更多个网络接入站120。系统100可以是任何类型的无线网络，例如无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)或蜂窝网络，其中用户站110-116经由空中接口与网络接入站120通讯。
根据需要，系统100还可以包括一个或更多个有线或无线网络设备。在某些实施方案中，系统100可以是自适应正交频分复用(OFDM)无线局域网(WLAN)，尽管本发明的实施方案在此方面不受限制。OFDM是当前用于很多无线应用(包括用于WLAN的电气与电子工程师学会(IEEE)802.11(a)和(g)标准)的调制方式。
如前面所讨论的，无线网络中诸如用户站110、112、114和116的对等体(peer)可能需要具有某些阈值服务等级来支持用于时间敏感的和/或完整性敏感的应用(诸如视频或音频应用)的业务流。现在将根据用于WLAN的具体示例性实现来描述这些服务等级的协商和调适，但是本发明的实施方案不限于此。在某些WLAN实施方案中，用户站(STA)(例如站110-116)和/或网络接入点(AP)(例如120)中的一个或更多个可以被调适来为数据传输创建各种服务质量(QoS)等级。为了支持具有QoS要求的应用，QoS站(QSTA)和QoS接入点(QAP)可以被实现在网络100中，以便具有各种用户优先权(UP)的信息的交换。
在一个示例性实现中，可以为每个介质访问控制(MAC)服务数据单元(MSDU)标识八个UP，以表示反映各种QoS等级的业务种类(TC)。在该示例性实现中，可以通过在非APQSTA之间交换数据流的QoS特性来协商QoS等级。例如，这些QoS特性可以通过从QSTA发送请求到QAP来交换，所述请求标识用于驻留在该QSTA上的应用的最小服务等级要求。在一个示例性实现中，可以包括该请求作为业务规范(TSPEC)请求的部分，然而，本发明的实施方案不以任何方式限于该实施例。TSPEC请求描述用户站(例如基于应用的需求)所请求的业务流(TS)的业务特性和QoS要求。接着，AP可以确定是否存在足够的可获得资源来承诺(commit)所请求的服务等级，并且发送TSPEC响应，确认是否可以提供所述的服务等级。
TSPEC的主要目的是预留AP内的资源(有时被称为混合协调器(HC))和/或它的调度行为。尽管在创造性实施方案的某些示例性实现中使用TSPEC请求和响应，但是本发明不限于任何用于在无线网络的对等体之间协商各种服务等级的具体协议或消息格式。
尽管对于本公开的范围来说详细的QoS配置并不重要，但是对网络100来说，基于所交换的信息(例如被包括在TSPEC中的QoS参数或优先权标识)来促成(oblige)各种服务等级的一般能力可以为某些媒体类型(例如流式音频和/或视频数据)的传送提供益处。
翻到图2，用于在被调适成提供各种服务等级的无线网络中进行通信的过程200一般地包括在所述无线网络的对等体之间协商(205)第一服务等级，以及基于观察(210)通信链路和/或无线网络的一个或更多个特性的操作，修改(215，230)服务等级。
协商(205)初始服务等级的操作可以如之前结合示例性WLAN示例性实施方案所描述的那样进行。因此，从客户的视角来看，协商服务等级的操作可以包括用户站向网络接入站发送请求的操作和/或从网络接入站接收信息(例如响应或自动消息)的操作，其中所述请求规定期望用于业务流来的最小数据速率和/或物理(PHY)链路速率参数，所述信息指示将被提供的服务等级(和/或对应于该服务等级的参数)。
从服务器的视角来看，协商服务等级的操作可以包括从客户接收指示所期望的服务等级(例如最小数据速率和/或PHY速率)的请求，基于现有承诺(commitment)和/或信道条件来确定是否可以提供某个服务等级，如果期望的话调度所述的服务等级，和/或向客户站发送指示将提供的服务等级的信息(例如响应或自动消息)。
通信和/或网络的各种特性可以被AP和/或用户站监控(205)，并且可以被用于确定(220，225)服务等级是否应该被修改(215，230)。如果期望的话，服务等级可以被协商为上调(215)以提高服务等级，或者可以被协商为下调(230)以降低服务等级。如果新的服务等级没有被成功地协商(230)，则对等体可以维持当前服务等级，或者通信可以被终止(240)。在实际的实现中，服务会由于上调协商失败而被终止是不太可能的。然而，下调协商可以被规定为来自AP的“搁置(put up)或阻挡(shut up)”命令。
现在翻到图3，概述用于基于对网络/通信的观察来确定服务等级是否应该被修改的示例性过程300。在潜在的实施例中，用于发起(315)针对更高服务等级的协商的指示(220，图3)可以包括由AP观察(321)到信道负载小于某阈值。信道负载可以是关于特定通信信道的实际业务(例如即时的，峰值的或时间平均的业务)。附加地或可替换地，如果期望的话，AP可以通过将对于每个TSPEC的最大承诺值而不是实际信道负载与阈值进行比较，来评估信道负载。以信道为忙的时间比例来度量的信道负载可以是有用的指示符。
此外，当观察(322)到TSPEC所使用的实际物理(PHY)链路速率显著地高于针对初始(或当前)服务等级所协商的最小PHY速率时，可以发生发起(315)更高服务等级的操作。在这方面，“显著地”可以指例如比最近协商的值高出一固定的阈值。实际的PHY速率可以是即时的测量、峰值或者在某时间段内速率的均值。通过记录最近供给的最小PHY速率，并且仅当实际(观察到的速率)高于最近供给的PHY速率和在原始TSPEC中所协商的最小PHY速率时尝试重新协商，AP可以避免重复的被拒绝的重新协商。
此外，当额外的信道容量变得可获得(323)时，例如当一些其他TSPEC被删除或移除时，更高的服务等级可以被协商(315)。前面的指示或任何其他相关因素的任何组合可以被用来触发(315)服务等级的上调协商。
用于发起(330)更低服务等级的潜在示例性指示(例如230；图3)可以源于观察(326)到实际物理链路速率(例如即时值、峰值或在某时间段内的均值)小于在TSPEC中规定的最小物理链路速率。
一旦观察(327)到信道空余时间不足够来服务所有现有的TSPEC承诺，也可以发起(330)更低的服务等级。例如，如果附近的共信道AP开始工作，或者非网络设备正在造成干扰，则这种情况可能出现。此外，请求创建新的TSPEC或者修改现有TSPEC的AP处理请求可能对信道容量有影响，并且因此也是针对降低服务等级的指示(328)。
本发明的实施方案可以被这样设定，即当被网络中的对等体中的一个请求时，服务等级可以出于任何理由而被修改。然而，重新协商一般由AP通过向STA发送包括所提议的新服务参数的TSPEC建议来发起。STA可以按照规定的那样接受该提议，或者可以例如将它修改为某个其他等级，以降低服务等级来匹配具体的应用业务概况(profile)。在上调协商的情况下，STA可以拒绝该建议，意味着它无需使用额外的资源。在下调协商的情况下，STA也可以拒绝该降低服务等级的建议。然而，在某些实施方案中，仅当理由是要准许一些新的TSPEC(例如新的设备正在请求AP资源)时，STA可以被允许拒绝更低的服务等级。在其他情况下，STA必须接受关于减低了的服务等级的建议，作出它自己的关于降低的服务等级的建议，或者删除该TSPEC。如果新的服务等级不能以令人满足的方式被协商，则当前服务等级可以被维持，或者服务链路可以被终止(例如240；图2)。
前面的实施方案在各种由IEEE 802.11约束的WLAN标准中的实现可以要求对分组格式(例如TSPEC格式)和对相关联的MAC层管理实体(MLME)接口的改变。
翻到图4，可以被用于实现本发明的各种实施方案的示例性无线网络装置400可以一般地包括射频(RF)接口410，以及基带和介质访问控制(MAC)处理器部分450。
在一个示例性实施方案中，RF接口410可以是被调适为发送和接收多载波调制的信号的任何组件或组件的组合，但是本发明不限于任何特定调制方案。RF接口可以包括接收器412、发射器414和频率合成器416。如果期望的话，接口410还可以包括偏置控制、晶振和/或一个或更多个天线418、419。此外，如果期望的话，RF接口410可以可替换地或附加地使用外部压控振荡器(VCO)、表面声波滤波器、中频(IF)滤波器和/或射频(RF)滤波器。各种RF接口设计和它们的操作在本领域是已知的，并且因此对它们的描述被省略。
在一些实施方案中，接口410可以被配置为与一个或更多个用于无线局域网(WLAN)的电气与电子工程师学会(IEEE)802.11频带标准相兼容，尽管与其他标准的兼容性也是可能的。最优选地，接口410针对与用于WLAN的IEEE 802.11(a-b)(g)和/或(n)标准的兼容性和/或后向兼容性而被配置。
基带和MAC处理部分450与RF接口410通信，以处理接收/发射的信号，并且仅以实施例的方式，可以包括用于下变频接收的信号的模数转换器452、用于上变频用于发射的信号的数模转换器454、用于分别的接收/发射信号的物理(PHY)链路层处理的基带处理器456，以及一个或更多个用于管理来自一个或更多个内部和/或外部存储器(未示出)的读-写操作的存储器控制器458。处理部分450还可以包括用于介质访问控制(MAC)/数据链路层处理的处理器459。
在本发明的某些实施方案中，处理器459和/或额外的电路可以被调适为处理来自外部或内部应用460的关于网络介质的请求，并且如前面所描述的那样进行操作以生成TSPEC请求和/或处理TSPEC响应。可替换地或附加地，基带处理器456可以共享对这些功能中某些的处理，或者独立于处理器459进行这些过程。如果期望的话，MAC和PHY处理还可以被集成到单个组件中。尽管未被示出，但是装置400可以包括站管理实体(SME)，或者与SME接口，所述SME可以协助协商和/或调适服务等级。
装置400可以是例如蜂窝电话的无线移动台(STA)、个人数字助理、计算机、个人娱乐设备或其他装备，和/或因此的网络适配器。相应地，装置400的以前描述的功能和/或专用配置可以按照所期望的那样而被包括或省略。
参照图5，示出被调适为在无线网络中协商和提供各种服务等级的示例性网络装置500(例如120，图1)。网络接入装置500在性质上类似于图4的装置400，并且因此对应的参考号可以表示类似的组件。然而，装置500可以额外地包括AP管理实体560，或者与AP管理实体560接口。AP管理实体560可以是任何内部的、外部的或分布式的组件、组件的组合，和/或机器可读代码，所述AP管理实体560起到管理AP性能和/或与包括各种移动台通信(包括预留资源和/或(例如经由调度器562)调度传输)的作用。AP管理实体560可以单独地或者以与各种其他组件(例如MAC 559)组合的方式控制服务等级协商和调适功能。
装置400和500的组件和特征可以使用分立电路、专用集成电路(ASIC)、逻辑门和/或单芯片体系结构的任意组合来实现。此外，装置400、500的特征可以使用微控制器、可编程逻辑阵列和/或微处理器或前述的任意适当的组合来实现。
应该意识到，图4和图5的框图中所示的装置400、500仅仅是对很多潜在的实现在功能上的描述性实施例。相应地，附图中所描绘的分开、省略或包含功能块不意味着在本发明的实施方案中用于实现这些功能的硬件组件、电路、软件和/或部件必须要被组合、分开、省略或包含。
本发明的实施方案可以使用单输入单输出(SISO)系统来实现。但是，如图4和5中所示，某些优选的实现可以使用具有多个天线(例如图4中的418、419和图5中的518、519)的多输入多输出(MIMO)体系结构。此外，本发明的实施方案可以使用多载波码分复用(MC-CDMA)、多载波直接序列码分复用(MC-DS-CDMA)，或者其他任何现有的或未来出现的、与所述创造性实施方案的特征兼容的调制或复用方案。
除非与物理可能性相反，否则发明人预想此处描述的方法：(i)可以以任意顺序和/或任意组合来执行；并且(ii)各实施方案的组件可以以任意方式进行组合。
尽管已经描述了该新颖发明的示例性实施方案，但是很多变化和修改是可能的，而不偏离本发明的范围。因此，所述创造性实施方案不限于以上具体的公开，而应该仅仅限于所附权利要求书和它们的合法等同物的范围。
Claims (27)
1.一种用于在无线网络中进行通信的方法，所述方法包括：
在所述无线网络的对等体之间协商用于数据传送的服务等级；以及
基于所述无线网络的一个或更多个特性，修改所述服务等级。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述服务等级包括最小数据速率或最小物理链路速率中的至少一个。
3.如权利要求1所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括：
当信道负载小于阈值时，协商更高的服务等级。
4.如权利要求2所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括：
当实际物理链路速率大于所述最小物理链路速率时，协商更高的服务等级。
5.如权利要求1所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括：
当额外的信道容量变得可获得时，协商更高的服务等级。
6.如权利要求2所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括；
当实际物理链路速率小于所述最小物理链路速率时，协商更低的服务等级。
7.如权利要求2所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括：
当可获得的信道容量不足以支持所述最小数据速率时，协商更低的服务等级。
8.如权利要求1所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括：
当第三方站从AP要求资源承诺或要求改变资源承诺时，协商更低的服务等级。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括无线局域网(WLAN)。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述数据传送是使用正交频分复用(OFDM)调制进行通信的。
11.如权利要求1所述的方法，其中协商服务等级的操作包括移动台向接入点(AP)发送传输规范(TSPEC)请求。
12.如权利要求1所述的方法，其中修改所述服务等级的操作包括接入点(AP)向移动台发送传输规范(TSPEC)建议。
13.一种用于无线网络的装置，所述装置包括：
处理部分，所述处理部分被调适为协商服务等级并基于所述无线网络的状态修改所述服务等级，所述服务等级包括用于通信链路的最小数据传输速率和最小物理(PHY)速率。
14.如权利要求13所述的装置，还包括：
耦合到所述处理电路的射频(RF)接口。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述装置包括移动台的至少一部分，并且其中所述处理部分被配置为生成规定所述最小数据传输速率和所述最小物理链路速率的请求。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述装置包括接入点(AP)的至少一部分，并且其中所述处理部分被配置为生成建议以修改所述服务等级。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述建议是响应于以下中的至少一种来提高所述服务等级：(i)观察到信道负载小于阈值；(ii)观察到实际物理链路速率高于所述最小物理链路速率；或者(iii)额外的信道容量变得可获得。
18.如权利要求16所述的装置，其中所述建议是响应于以下中的至少一种来降低所述服务等级：(i)实际物理链路速率小于所述最小物理链路速率；(ii)信道容量不足以服务现有承诺；(iii)请求创建一个或更多个新的传输承诺的请求；或(iv)请求修改一个或更多个现有传输承诺的请求。
19.如权利要求13所述的装置，其中所述无线网络包括无线局域网(WLAN)。
20.如权利要求13所述的装置，其中所述通信链路通过使用正交频分复用(OFDM)调制来被便利。
21.如权利要求14所述的装置，还包括耦合到所述RF接口的至少两个天线，以提供多输入多输出(MIMO)能力。
22.一种系统，包括：
处理部分，所述处理部分被调适为协商用于无线网络中通信链路的服务等级，并随后基于一个或更多个参数修改所述服务等级；以及
以可通信的方式耦合到所述处理部分的至少两个天线，所述至少两个天线便利多输入多输出(MIMO)操作。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述系统包括移动台，并且其中所述处理部分被配置为生成规定最小数据传输速率和最小物理链路速率的请求，所述请求用于协商所述服务等级。
24.如权利要求22所述的系统，其中所述系统包括无线局域网(WLAN)接入点(AP)，并且其中所述处理部分被配置为生成建议，以修改所述服务等级。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述建议是响应于以下中的至少一种来提高所述服务等级：(i)观察到信道负载小于阈值；(ii)观察到实际物理链路速率高于所述最小物理链路速率；或者(iii)额外的信道容量变得可获得。
26.如权利要求24所述的系统，其中所述建议是响应于以下中的至少一种来降低所述服务等级：(i)实际物理链路速率小于所述最小物理链路速率；(ii)信道容量不足以服务现有承诺；(iii)请求创建一个或更多个新的传输承诺的请求；或(iv)请求修改一个或更多个现有传输承诺的请求。
27.如权利要求24所述的设备，还包括：
与所述处理部分和所述至少两个天线耦合的RF接口。
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