CN1996828A - 提高时分复用无线系统中的公平性的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种提高时分复用无线系统中的公平性的方法和控制设备。该方法包括步骤：在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。利用上述配置，能够在同时为多个用户端提供服务时，提高分配给各个用户的时间片的公平性，从而避免了某些个用户端的服务质量的下降。

Description

提高时分复用无线系统中的公平性的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及无线分组交换技术领域，具体涉及一种提高时分复用无线系统公平性的方法和相应的控制设备，以避免用户端服务质量的下降。
背景技术
在现在的诸如UWB系统之类基于TDMA的无线分组交换系统中，系统通常不会象电路交换系统中那样将时间片资源固定分配给某个用户，而是用户通常需要通过定期申请的方式向中心控制点发出请求，以获得资源。
在目前的研究中，人们通常重点放在UWB系统的调度算法以提高用户获取时间片资源的QoS和公平性。因此，研究很多调度算法如SRPT，WFQ，WF2Q，等等。
在研究这些调度算法的时候，我们发现即使经过复杂的调度算法，用户的平均时间片能够获得很好的公平性，但是如果该用户所获得的资源在TDMA帧的位置不同，将会极大地影响其最终的QoS和公平性。
图1给出了一个这样的例子，其中示出了UWB系统的MAC帧结构。如图1所示，在信标之后，依次分配给用户1、用户2、用户3、用户4和用户5。在每个MAC帧最后面的时间片，是预留给每个用户发送申请给控制点用的。控制点根据各个用户请求的时间片的量多少和相应的调度算法，来决定在下个帧中分配给每个用户多少时间片。
从图1可以看出，如果各个用户的相对位置一直这么固定，对于那些有时间要求的应用(如A/V streaming)，实际上会引起一个严重问题。用户1由于一直在帧头获得发送机会，因此当到帧尾发送请求时，其缓冲器中的信息已经是最新的状态了，它可以根据这个最新的缓冲器大小请求相应的在下一帧的资源。但是对于用户5来说，则完全不同了。由于它在每帧尾获得发送机会，因此刚刚发送完之后，它就必须根据其当前缓冲器大小立即发送请求给中心控制点。因此，其缓冲器信息不是最新的，而它必须等到下一帧末尾才轮到其发送。而此时，它缓冲器里的信息早就变化了，相应地由中心控制点分配给它的资源应该已经不够了，只有下一帧时多请求一些。
因此，这造成分配到各个用户的资源很不均匀，即便是从长时间统计来说，其所获得的资源和其它用户差不多，由于其报文通常有时延要求，会造成服务质量下降。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明。本发明的目的是提出一种提高时分复用无线系统中的公平性的方法和相应的控制设备，以避免用户端服务质量的下降。
在本发明的一个方面，提出了一种提高时分复用无线系统中公平性的方法，包括步骤：在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述方法中，每隔预定数目的帧轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述方法中，按照顺时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述方法中，按照逆时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述方法中，在轮换时间片之前，按照各个用户的请求，用预定的算法计算并分配各个用户的时间片。
根据本发明的实施例，在所述方法中，所述帧是媒介访问控制帧。
在本发明的另一方面，提出了一种应用于时分复用无线系统中的控制设备，包括：分配与轮换装置，用于在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，所述分配与轮换装置包括：分配单元，用于在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及轮换单元，以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，还包括：射频装置，用于接收/发送来自/去向用户端的无线信号；以及基带装置，用于对来自分配与轮换装置的帧和所述射频装置接收的无线信号进行基带处理。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，每隔预定数目的帧轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，按照顺时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，按照逆时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，分配单元按照各个用户的请求，用预定的算法计算并分配各个用户的时间片。
根据本发明的实施例，在所述控制设备中，所述帧是媒介访问控制帧。
利用本发明的上述配置，能够在同时为多个用户端提供服务时，提高分配给各个用户的时间片的公平性，从而避免了某些个用户端的服务质量的下降。
附图说明
图1是在TDMA无线系统中采用的MAC帧的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的TDMA无线系统的构成示意图；
图3示出了如图2所述的根据本发明实施例的控制点100的功能框图；
图4是根据本发明的实施例在TDMA无线系统中执行本发明的方法的流程图；
图5示出了如图3所示的分配与轮换部分31的构成框图；以及
图6示出了在固定用户次序的情况下和轮换用户的次序的情况下QoS参数的比较曲线。
具体实施方式
下面对照附图2-6述本发明的具体实施方式。
图2是根据本发明一个实施例的TDMA无线系统的构成示意图。如图2所示，根据本发明实施例的TDMA无线系统包括控制点100和用户1、用户2、用户3、用户4、用户5、用户6。控制点100在各个用户的请求下，向各个用户分配诸如时间片之类的资源，并且以无线的方式向各个用户发送无线信号，或者从各个用户接收无线信号。
图3示出了如图2所述的根据本发明实施例的控制点100的功能框图。如图3所示，控制点100包括射频部分10、基带部分20、MAC(媒介访问控制)模块30和报包处理部分40。
射频部分10接收/发送来自/去向各个用户的无线信号。基带部分20对射频部分10接收的无线信号进行基带处理，并将处理后的信号发送给MAC模块30。在MAC模块30，分配与轮换部分31根据各个用户的请求，为各个用户计算并分配时间片，设置用户在MAC帧中的相对位置并按照预定的准则进行轮换。
例如，控制点在每帧的开始发出信标，包含给各个用户分配的时间片的长度、在帧中的位置以及各种同步控制信息等。例如，分别为用户1、用户2、用户3、用户4、用户5和用户6分配各自的时间片，并按照1、2、3、4、5、6的顺序设置各个用户的时间片在MAC帧中的位置。
接下来，控制点根据分配的时间片在帧中的数据主体部分将来自报包处理部分40的数据发送给各个用户发或接收各个用户发送来的数据。控制点在每帧的结尾或者其它位置接受从各个用户发送来的下一帧资源请求报文，即请求下一帧需要的时间片长度。
在控制点接收到各个用户的资源请求报文后，根据每个用户的请求，通过某种调度算法，例如SRPT(Shortest Remaining ProcessingTime)，WFQ(Weighted Fair Queue)等算法给每个用户分配相应的时间片长度。
时间片计算完之后，控制点根据当前各个用户在MAC帧中的位置进行轮换次序操作。也就是，在下一帧或预定的几帧后，分配和轮换部分31按照移动一位的顺序，即2、3、4、5、6、1或者移动两位的顺序，即3、4、5、6、1、2设置各个用户的时间片在MAC帧中的位置，依次类推，当然也可以移动多位。这样，使每个用户的时延都能获得较为公平的处理。
在分配与轮换部分31设置完毕之后，在下一帧到来时，将来自报包处理部分40的数据在所设置的MAC帧相应位置的时间片中发送给用户，或者在下一帧，在所设置的MAC帧相应位置的时间片中接收该用户的无线信号。
图4是根据本发明的实施例在TDMA无线系统中执行本发明的方法的流程图。如图4所示，在步骤S110，分配与轮换部分31在帧n，n+1…，n+N-1中按照某次序，例如按照用户编号的升序或者降序安排用户时间片。
具体来说，控制点在帧n，n+1…，n+N-1中每帧的开始发出信标，包含给各个用户分配的时间片的长度、在帧中的位置以及各种同步控制信息等。例如，分别为用户1、用户2、用户3、用户4、用户5和用户6分配各自的时间片，并按照1、2、3、4、5、6的顺序设置各个用户的时间片在MAC帧中的位置。
接下来，根据分配的时间片在帧中的数据主体部分将来自报包处理部分40的数据发送给各个用户发或接收各个用户发送来的数据。控制点在每帧的结尾或者其它位置接受从各个用户发送来的下一帧资源请求报文，即请求下一帧需要的时间片长度。
在控制点接收到各个用户的资源请求报文后，根据每个用户的请求，通过某种调度算法，例如SRPT(Shortest Remaining ProcessingTime)，WFQ(Weighted Fair Queue)等算法给每个用户分配相应的时间片长度。
在步骤S120，分配与轮换部分31在帧n+N中轮换用户时间片在帧中次序，例如将上述的次序左移或者右移一位或多位，也就是可以按照顺时针或者逆时针的方向轮换各个用户的时间片的位置。然后，执行信标发送并按照上述轮换后的次序发送各个用户的数据等等。
以上虽然以具体示例的形式描述了分配与轮换部分31的功能，但是本发明决不局限于此。例如可以将分配与轮换部分31构造成分配单元311和轮换单元312，来实现上述的功能，如图5所示。
图6示出了在固定用户次序的情况下和轮换用户的次序的情况下QoS参数的比较曲线。如图6所示，以菱形节点标记的曲线是固定用户次序时各个用户的(Job Failure Rate，JFR)，这里，JFR指未能满足时延要求的报文比例。用户的时间片在帧中的序号是1、2、3、4、5、6。以矩形节点标记的曲线是轮换用户次序的情况下获得的结果。二者的6个用户平均JFR都是13％左右，但是我们可以看出，采用轮换次序后的公平性要好得多。也就是，在提高了用户的公平性的同时，并没有降低服务质量。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所披露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (14)

1、一种提高时分复用无线系统中的公平性的方法，包括步骤：
在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及
在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，每隔预定数目的帧轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照顺时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照逆时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在轮换时间片之前，按照各个用户的请求，用预定的算法计算并分配各个用户的时间片。
6、如权利要求3～5之一所述的方法，其特征在于，所述帧是媒介访问控制帧。
7、一种应用于时分复用无线系统中的控制设备，包括：
分配与轮换装置，用于在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片，以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
8、如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述分配与轮换装置包括：
分配单元，用于在帧中按照预定的次序为多个用户中的各个用户分配时间片；以及
轮换单元，以及在所述帧之后的帧中轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
9、如权利要求8所述的控制设备，还包括：
射频装置，用于接收/发送来自/去向用户端的无线信号；以及
基带装置，用于对来自分配与轮换装置的帧和所述射频装置接收的无线信号进行基带处理。
10、如权利要求9所述的控制设备，其特征在于，每隔预定数目的帧轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
11、如权利要求10所述的控制设备，其特征在于，按照顺时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
12、如权利要求10所述的控制设备，其特征在于，按照逆时针轮换为所述各个用户分配的时间片的次序。
13、如权利要求10所述的控制设备，其特征在于，分配单元按照各个用户的请求，用预定的算法计算并分配各个用户的时间片。
14、如权利要求9～13之一所述的控制设备，其特征在于，所述帧是媒介访问控制帧。
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