CN1969510A - 通过要在剩余服务间隔上分配的剩余时间碎片调度 - Google Patents

Abstract

一种通过在剩余服务间隔上将被分配的剩余时间碎片进行调度的方法，其中根据延迟限度(bound)的最小值或对于业务流的最大服务间隔，首先服务于一个特定流“i”，其具有在服务时段S_P中剩下的要分配的信道时间与在服务时段S_P结束之前将首先被用于服务的剩余时间之间的最高比。子步骤包括(a)获得因数U；对于多个业务流的每个特定业务流“i”，其中U，对于多个业务流的每个特定业务流I，其中(等式I)，否则U_i＝1，其中Tⁱ _ar等于将被分配的剩余时间，并且Tⁱ _dr等于在包括延迟限度和最大服务间隔中至少一个的初始服务时段Sⁱ _p结束之前经过的时间；(b)选择在步骤(a)获得的具有多个流的最大值的特定U_i因数；和(c)通过提供信道接入时间服务于在步骤(b)选出的特定流。

Description

通过要在剩余服务间隔上分配的 剩余时间碎片调度

本发明涉及在无线通信中共享通信信道。尤其是，本发明涉及对于在比如802.11e协议下通信的装置的时间分配。

术语“用户公平”涉及网络资源在多个用户中的分配。特别是，带宽分配对于减少/消除无线网络的阻塞可以具有很多期望的影响。为公平起见，资源分配有不同的方式。成比例公平和“最大最小”公平是两种这样的分配资源的方法。

关于最大最小公平，存在一种在竞争实体之间尽可能相等的资源分配。最大最小公平分配是这样的分配，其趋向于支持较慢或较低效实体，因为这样的实体通常相比于比其更有效的实体接收更多带宽部分。

关于成比例公平，加强了网络的整体性能最佳化，而不是资源分配中的质量。当采用成比例公平时，如果网络的整体应用通过分配更多资源给更有效实体而被最佳化，则较慢或较低效的实体可以使其资源分配减少。

应指出最大最小公平和成比例公平都可以被加权。加权成比例公平的目的是当一些实体具有不同参数值时试图最佳化整体性能，其中这些参数值可以是一组参数或某些预定的网络参数，并且仍允许较低效或较慢用户具有网络资源的公平共享。

特别地，用户公平是一个在实体具有多个路径的情况下用于分配带宽的概念。因此一组实体可以具有相似的带宽分配，但是其中一些可以具有经几个路径的多种带宽。在这种情况下，每个实体的分配可能是公平的但是集中在一个或一些特定路径上。

在遵循比如802.11e协议的无线通信的情况下，该公平的概念应用于分组的传输。虽然有线网络采用分组公平排队(Packet Fair Queueing)算法，但是该类型算法如果用于无线通信则完全不能恰当地起作用。一个主要原因是必须经受无线网络中实体的移动。装置在网络的范围内(或甚至是范围外)的移动可能引起称为“位置依赖”的错误。该错误并不总是可预见的，并且由于“位置依赖”错误引起的重试或重传的次数不作为有线网络的分组公平排队(PFQ)算法中的因数。采用PFQ的有线网络中网络资源的分配没有设计成具有不同程度的位置依赖错误，并且大部分实体是固定的。因此，公平和延迟保证可能受到不利影响。

已经尝试解决上述问题。在一篇题为“Packet Fair QueueingAlgorithms for Wireless Networks with Location-Dependent Errors”的文章中，其作者是T.S.Eugene Ng，Ion Stoica和Hui Zhang，IEEEINFOCOM 1998，Conference on Computer Communications，第一期，1998年4月，第1103-1111页，该文章在此结合作为背景技术，提出了一种算法，标识一组称为“信道条件无关公平”(CIF)属性，适于有线分组公平排队算法用于无线环境中。

然而，尝试提供公平排队无法解决与无线环境中分配分组有关的问题。一个问题是前面尝试提供公平排队是假定信道具有固定传输速率。

实际上，无线信道是动态的并且信道PHY速率可能随时间变化并可能对每个站不同。变化的可能性使得同时提供延迟保证和公平两者是很困难的。因此，前面的背景技术中的尝试当实际PHY速率降到达成一致的速率以下时无法处理(address)该条件。

还已尝试时间公平加权公平排队(TF-WFQ)，引入时间TF-WFQ概念，其中差的信道条件的影响被仅仅限于“表现差”的站。换句话说，具有好的信道的站继续操作调整。因此没有教导如何限制分配给业务流的时间以便延迟要求不被妨碍。而且，仅仅停止在差的信道条件中对流的服务不是所期望的，因为服务的大大降级更可能造成完全中断。

本发明提供，尤其是(inter alia)，一种上述无线通信中多个问题的解决方案。本发明采用时间公平概念，具有一种算法，指定一种分布时间分配的方式，以这种方式所有流的延迟要求不被妨碍。而且，本发明符合IEEE 802.11e用于QAP对于服务于接纳的流的时间分配的QoS要求。

根据本发明的一个方面，关于延迟限度(Delay Bound)的最小值或用于业务流的最大服务间隔，信道接入被分配到一个流，其具有在服务时段S_P中剩下的要分配的信道时间与在服务时段S_P结束之前将首先被用于服务的剩余时间之间的最高比。

图1A，1B和1C是本发明的一个方面的流程示意图。

图2是根据本发明采用资源分配的系统的示意图。

在本发明下面的描述中，应指出该说明书和所附示意图被提供仅为了说明的目的，并且不是意在以任何方式，形成或构成以限制所请求保护的发明的范围。例如，虽然802.11e指定作为一种类型的无线通信受益于本发明，但该请求保护的发明可以被实际上实践于所有其他类型的无线通信，比如DECT，蓝牙，无线以太网，等等。

图1A，1B和1C包括图示本发明操作的一个方面的流程图。在检查该流程图之前，定义下列缩写词：

S_p ⁱ表示初始服务时段，通过延迟限度的最小值或对于业务流i的最大服务间隔确定；

T_a ⁱ是该S_p ⁱ期间分配的总时间；

T_u ⁱ是该S_p ⁱ期间所用的时间，其初始值＝0；

T_e ⁱ是S_p ⁱ开始之后经过的时间，其初始值＝0；

$T_a^i=T_a^i{}_r-T_u^i,$ 其等于要分配的剩余时间；

$T_d^i=S_p^i{}_r-T_e^i,$ 其是服务时段S_p ⁱ结束之前所剩余的时间；以及

N等于所有业务流的数目或要被服务的业务类别的数目。

上述每个参数都与一个流相关，并且分组中的一个的服务传输属于该一个流。

在步骤105，对于每个特定业务流“i”或业务类别“i”，因数U_i开始计算，其中

$U_i=\frac{T_{\mathrm{ar}}^i}{T_{\mathrm{dr}}^i},$ 如果 $T_{\mathrm{dr}}^i\≠0,$ 否则U_i＝1。

在步骤110，选择U_i|U_i≥U_p，对于所有p＝1...N。换句话说，选择的U_i是在步骤105计算的所有U_i的最大值。

在步骤115，业务流或类别“i”被服务。换句话说，从业务类别“i”的队列头部选取的分组被经信道发送。在尝试发送该分组所用的信道时间，无论该尝试是否成功，被获得并且其被称为T_up ⁱ。 该参数可以被容易地获得，例如通过留意其首次在信道上发送的时间和确认被接收的时间。而且，根据特定协议一些MAC层开销可能包括在该参数中。类似地，自该流(i)的参数T_u ⁱ被最后更新以后经过的总时间，可以容易地通过留意自该最后时间以后经过的时间获得。

在步骤120，在步骤115发送分组结束时，有一个重新得到的T_up ⁱ，其是在步骤115服务的分组传输所用的时间。除了重新得到T_up ⁱ之外，T_ep也被重新得到，该T_ep是自最后一个分组(也就是在所述流分组“i”之前的前一个分组)被发送以后所经过的时间。

在步骤125，通过等式T_u ⁱ+T_up ⁱ更新T_u ⁱ的值；

而且，更新 $T_e^i=T_e^i+T_{\mathrm{ep}},$ 以及 $T_a^i=T_a^i{}_r-T_u^i,$ 并且

对于当前流“i”， $T_d^i=S_p^i{}_r-T_e^i.$

在步骤130，关于对于流“i”是否T_dr ⁱ或 $T_{\mathrm{ar}}^i<=0$ 作出判断。如果对于当前流“i”，T_dr ⁱ或T_ar ⁱ，小于或等于0，则在步骤135a更新：

$T_u^i=0,$ $T_e^i=0,$ $T_{\mathrm{ar}}^i=T_a^i,$ 以及 $T_{\mathrm{dr}}^i=S_p^i.$

无条件地，对于除了当前流“i”的流，在步骤135b更新：

$T_e^k=T_e^k+T_{\mathrm{ep}},$ $T_{\mathrm{dr}}^k=S_p^k-T_e^k;$

然后该方法返回到步骤105并且重复执行直到该服务间隔结束，或者直到不再有更多的流要求服务。

图2示出用于提供调度系统的硬件(和软件)的例子，该系统通过在剩余服务间隔上将要分配的剩余时间碎片调整调度。

典型的WLAN包括基本服务集(BSS)201，具有接入点(AP)205，和多个节点207。至少一个其他无线网络210还可以通过AP 205与节点通信。该AP 205其中包含数据链路层210和PHY链路层。该两个层很大程度地为WLAN的通信协议负责。虽然该例子示出802.11作为无线协议，但应该理解其他无线协议也可以用于本发明，包括蓝牙，DECT，无线以太网，无线TCP/IP，等等，并且本发明还适于用于有线网络。

公平模块220被包含在PHY 215和数据链路层内或与PHY 215和数据链路层通信。该公平模块可以包括计算机可读介质，其根据本发明执行资源分配的管理。

该公平模块220控制带宽分配同时考虑在信道PHY速率中随时间和对于每个节点/站的改变，以便所有分组流的QoS要求不被妨碍。根据本发明的一个方面，关于延迟限度的最小值或对于业务流的最大服务间隔被分配给一个流，其具有在服务时段S_P将被分配的剩余信道时间与在服务时段S_P结束之前将首先被用于服务的剩余时间之间的最高比。

可以对本发明作出明显在本发明的实质和所附权利要求的范围内的多种改变。例如，通信协议可以是除了说明书中提及之外的类型，只要存在必须在多个用户中分配的服务时段或等同物。

Claims (20)

1.一种在通信协议中通过要在剩余服务间隔上分配的剩余时间碎片进行调度的方法，所述方法包括步骤：

(a)确定具有在服务时段S_P中剩下的要分配的时间与在服务时段S_P结束之前的剩余时间之间的最高比的流“i”；

(b)相对于至少一个其他流首先服务在步骤(a)确定的流“i”。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括：

(i)对于多个业务流的每个特定业务流i，获得一个因数U_i(s105)，

其中 $U_i=\frac{T_{\mathrm{ar}}^i}{T_{\mathrm{dr}}^i},$ 如果 $T_{\mathrm{dr}}^i\&NotEqual;0$ ，否则U_i＝1，其中T_ar ⁱ等于将被分配的剩余时间，并且T_dr ⁱ等于在初始服务时段S_p ⁱ结束之前的时间，包括延迟限度和最大服务间隔中的至少一个结束；

(ii)选择在步骤(i)获得的具有多个流的最大值的特定U_i因数(s110)；

(iii)服务于在步骤(ii)选择的特定流(s115)；

(iv)重新得到在步骤(iii)服务的特定流“i”发送所用的时间T_up ⁱ，其中服务的流包括属于该特定流的一个或多个分组的传输(s120)，并且重新得到T_ep，其中T_ep是自前一个分组被发送以后所经过的时间；并且

(v)更新 $T_e^i=T_e^i+T_{\mathrm{ep}},$ 以及 $T_a^i=T_a^i{}_r-T_u^i,$ 并且

对于当前流“i”， $T_d^i=S_p^i{}_r-T_e^i$ (s125)；

(vi)对于流“i”判断是否T_dr或T_ar＜＝0，并且如果对于当前流“i”，T_dr ⁱ或T_ar ⁱ任一个小于或等于0(s130)，则更新：

$T_u^i=0,T_e^i=0,$ $T_{\mathrm{ar}}=T_a^i$ ，以及 $T_{\mathrm{dr}}=S_p^i$ (s135a)，而无条件地，对于除了当前流“i”的流，更新：

$T_e^k=T_e^k+T_{\mathrm{ep}},T_{\mathrm{dr}}^k=S_p^k-T_e^k$ (s135b)。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤：

(vii)返回步骤(ii)并且重复执行直到所有特定业务流被服务。

4.如权利要求1所述的方法，其中通信协议包括无线网络。

5.如权利要求4所述的方法，其中无线网络在IEEE 802.11协议下操作。

6.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)对流的服务包括提供对流“i”的信道接入。

7.一种记录在计算机可读介质上的计算机程序，当通过计算机操作时执行以下步骤：

(a)确定具有在通信网络的服务时段S_P中剩下的要分配的时间与在服务时段S_P结束之前的剩余时间之间的最高比的流“i”；

(b)相对于至少一个其他流首先服务在步骤(a)确定的流“i”。

8.如权利要求7所述的计算机程序，进一步包括：

(i)对于每个特定业务流“i”或业务类别“i”，计算多个业务流的因数U_i，其中 $U_i=\frac{T_{\mathrm{ar}}^i}{T_{\mathrm{dr}}^i},$ 如果 $T_{\mathrm{dr}}^i\&NotEqual;0$ (s105)，否则U_i＝1，其中T_ar ⁱ等于将被分配的剩余时间，并且T_dr ⁱ等于在初始服务时段S_p ⁱ结束之前的时间，包括延迟限度和最大服务间隔中的至少一个结束；

(ii)选择在步骤(i)获得的具有多个流的最大值的特定U_i因数(s110)；

(iii)服务于在步骤(ii)选择的特定流(s115)；

(iv)重新得到在步骤(iii)服务的特定流“i”发送所用的时间T_up ⁱ，其中服务的流包括属于该特定流的一个或多个分组的传输，并且重新得到T_ep，其中T_ep是自前一个分组被发送以后所经过的时间(s120)；并且

(v)更新 $T_e^i=T_e^i+T_{\mathrm{ep}},$ 以及 $T_a^i=T_a^i{}_r-T_u^i,$ 并且

对于当前流“i”， $T_d^i=S_p^i{}_r-T_e^i$ (s125)；

(vi)对于流“i”判断是否T_dr ⁱ或 $T_{\mathrm{ar}}^i<=0$ (s130)，并且如果T_dr ⁱ或T_ar ⁱ任一个小于或等于0，则更新：

$T_u^i=0,T_e^i=0,$ $T_{\mathrm{ar}}^i=T_a^i,$ 以及 $T_{\mathrm{dr}}^i=S_p^i$ (s135a)；并且

其中无条件地，对于除了当前流“i”的流，更新：

$T_e^k=T_e^k+T_{\mathrm{ep}},T_{\mathrm{dr}}^k=S_p^k-T_e^k$ (s135b)；

其中S_p ⁱ表示初始服务时段，通过延迟限度的最小值或对于业务流i的最大服务间隔确定；

T_a ⁱ是该S_p ⁱ期间分配的总时间；

T_u ⁱ是该S_p ⁱ期间所用的时间，其初始值＝0；

T_e ⁱ是S_p ⁱ开始之后经过的时间，其初始值＝0；

$T_a^i=T_a^i{}_r-T_u^i,$ 其等于将分配的剩余时间；

$T_d^i=S_p^i{}_r-T_e^i,$ 其是服务时段S_p ⁱ结束之前所剩余的时间；以及

N等于要被服务的所有业务流的或业务类别的数目。

9.如权利要求8所述的计算机程序，进一步包括：

(vii)返回步骤(ii)并且重复执行直到所有特定业务流被服务。

10.如权利要求9所述的计算机程序，进一步包括：

(vii)返回步骤(ii)并且重复执行直到以下之一：(1)所有特定业务流被服务，和(2)直到服务间隔结束。

11.如权利要求7所述的计算机程序，其中通信网络包括无线网络。

12.如权利要求11所述的计算机程序，其中无线网络在IEEE 802.11协议下操作。

13.如权利要求7所述的计算机程序，其中在步骤(b)对流的服务包括提供对流“i”的信道接入。

14.一种用于在通信网络中调度资源分配的装置，包括：

接入点205，适用于接收和发送来自多个节点207的通信；

数据链路210和物理(PHY)层215，适用于提供通信协议；和

公平模块220，与至少PHY层通信，该PHY层控制带宽分配，同时根据具有这样的流的节点考虑在PHY传输速率中随时间和对于与所述接入点205通信的每个节点的改变，其中该流具有在服务时段S_P中剩下的要分配的时间与在服务时段S_P结束之前剩余时间之间的最高比。

15.如权利要求14所述的装置，其中通信协议包括无线通信协议。

16.如权利要求15所述的装置，其中无线网络在IEEE 802.11协议下操作。

17.如权利要求14所述的装置，其中公平模块适用于控制多个节点的信道接入。

18.如权利要求15所述的装置，其中无线通信协议包括蓝牙网络。

19.如权利要求15所述的装置，其中无线通信协议包括DECT网络。

20.如权利要求15所述的装置，其中无线通信协议包括无线互联网络。

Images