TW200816750A - Two-tier call admission control algorithm in IEEE 802.11 WLAN - Google Patents

Description

200816750 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種兩段式通話允諾控制演算 特別地有關於一種用於I E E E 8 0 2 · 1 1無線區域網 式通話允諾控制演算法。 【先前技術】 近年來，使用無線寬頻的人口與日倶增，因 種資料傳輸（例：語音、數據或多媒體）能隨時隨 定的服務品質，已變得更爲重要。爲因應此需求 種不同的無線式通訊系統逐漸演變成現今科技 流。在眾多整合技術中，IE E E 8 0 2.1 1無線區域網 地採用爲整合的系統之一，此無線區域網路運用 多工的調變方法，因而提供了很高的傳輸速率 5 4Mbps)。然而，IEEE 8 02.1 1無線區域網路所涵 非常有限’所以只設置在一些使用者較爲眾多的 如辦公室、校園或機場；除此之外，I E E E 8 0 2 . 1 域網路存在最大缺點爲，當使用者稍有一點移動 系統的傳輸效能往往也跟著大幅降低。 美國專利公告第US6,21 6,006號揭示一種用 資料網路之允諾控制的方法，此方法需設定一使 定的數値，而頻寬估計器的表現很容易受到此數 然而無法得到一最佳値來配合網路負載及網路狀 美國專利公告第US6,377,549號揭示一種用 自動櫃員機（ATM)網路之通話允諾控制系統，此 法，且更 路之兩段 此，使各 地維持一 ，整合各 發展的潮 路被廣泛 正交分頻 (6 M b p s 〜 蓋的範圍 地方，例 1無線區 速率時， 於無線式 用者所界 値影響， 況。 於無線式 方法並未 200816750 考慮到行動端之 SINR(Signal-to-Interference & Noise Ratio ，信號雜訊干擾比）之變化，在行動傳輸速率方面造成非常 大的不良影響。

Wing Fai Fan，Deyun Gao, Danny H. K. Tsang，Brahim Bensaou在2 0 0 4年的A P C C/M D M C (亞太平洋通訊會議及多 維行動通訊會議聯合大會）中，揭示一種在I E E E 8 0 2 . 1 1 e無 線區域網路中用於可變位元速率通訊流量之允諾控制，此 控制方式對於TXOP(Transmission Opportunity，傳輸機會） 效應的計算過於複雜，因此，即使此複雜計算可被克服， 但由於未考慮到實體層之狀況，仍面臨可靠度偏低的問題 〇 【發明內容】 本發明之目的在於提供一種用於IEEE 8 02.1 1無線區 域網路之兩段式通話允諾控制演算法，可用以改善整個系 統之傳輸流量及保證每一使用者之服務品質。 根據以上目的，將針對IEEE 802.1 1無線區域網路的 實體層及媒介存取層進行分析，並檢視IEEE 8 02.1 1無線 區域網的每一個模式在不同的頻道下所能達到的最大傳輸 流量，且利用馬可夫鍊來導出連線速率自動調節演算法的 數學模型。本發明提出一種用於IEEE 8 02.1 1無線區域網 路之兩段式通話允諾控制演算法，該兩段式通話允諾演算 法在IEEE 8 02.1 1無線區域網路中係用以允諾提供具有高 品質服務要件之服務請求，此演算法包含以下步驟：使單 一使用者及整個系統各自對應於一第一層測試及一第二層 200816750 _ ’ 測試。 由於本發明採用兩段式來處理使用者及系統之演算 法，因此可改善整個系統之傳輸流量及保證每一使用者之 服務品質。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵及優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 下文中將參照附圖來說明本發明之較佳實施例，其中 相同編號表示相同元件。 第1圖係描繪本發明實施例之用於IEEE 8 02.1 1無線 區域網路之兩段式通話允諾控制演算法之流程圖。於此圖 中，將採用兩獨立觀點來分析呼叫允諾控制問題，首先， 從單一使用者觀點來說，因爲站台之通道狀況並非一直適 合於無線區域網路（WLAN)系統，所以此站台必須對其通道 響應進行部分測試，及測試其對於無線區域網路之連接容 量，首先，在步驟S 1 01中，進行媒介存取控制層（Media Access Control，M AC)層及實體層（Physical，PHY)的測量 及測試，也就是對應於此演算法之第一層，在步驟S丨03 中，若適合此無線區域網路，則進入步驟S 1 0 5，判斷是否 爲即時通訊量，若不適合此無線區域網路。則進入步驟 S107，進入另一系統。 然後’從整個系統觀點來說，亦即，對應於此發明演 算法之第二層。因爲不同的M A C演算法被設計以調整不同 200816750 流量的變化特性，所以在步驟S 1 09及S 1 1 1中，必須 獨立的呼叫允諾控制單元，本發明實施例將流量分類 時通訊量及非即時通訊量，所以在步驟s 1 1 3中及步驟 中具有個別矩陣來決定是否已接受需求站台， 一緩衝時間爲基礎之用於即時通訊量的呼叫允諾 演算法被介紹於步驟S 1 0 9中。在此演算法中另一相 念，三維AARF馬可夫鍊亦在此提出。 速率調整是一動態切換傳輸速率來配合變化通道 之過程，站台調整其傳輸速率以達到最佳通訊量於給 通道狀況。AARF(調整自動速率回落 Adaptive auto fallback)係一種適應性速率之演算法，使用一指數遞 界値來處理速率，此臨限値係用以決定何時該增加目 速率，惟此臨限値並不爲固定値。在AARF中，例如 限値可爲10、20、40及50(最大界限）。該AARF之處 下，首先，當探測封包之傳輸失敗時，不但速率切換 前較低速率，且使臨限値乘以二倍（但最大界限設 5 〇 )，此外，當兩次連續傳輸失敗而降低或探測封包的 成功時，使此臨限値重設起始値1 0。 此AARF之馬可夫鍊係爲二維形式，第2A圖至j 圖係描繪本發明實施例之AARF的馬可夫鍊之運算| 表示此站台已完成連續1 0次傳輸且正要傳輸探測封 參數’ D表示傳輸速率因爲兩次的連續傳輸失敗而減 爹數’貫線及虛線各自表不封包傳輸成功及封包傳 敗。當使用AARF之馬可夫可鍊時，可確實計算每一 具有 爲即 S 1 1 5 控制 關槪 狀態 定之 rate 增臨 前之 此臨 理如 爲先 定爲 傳輸 I 2C 3 ° p 包之 少之 輸失 狀態 200816750 之穩態機率，使用此狀態機率，可計算在不同SNR値之下 每一模式之傳輸下降機率（P down)及傳輸上升機率（Pup)，當 設計即時流量之呼叫允諾控制演算法時，此兩機率參數將 扮演關鍵角色，各相關計算請參考下列方程式： X P,2(m,SA/R))

cM •丁d-1 ^ 艺 ib(m，/c，Gf)+ib(m，D，d) k=1 +

Pf (m, SNR)x [/)(/77, P, d) + ib(m,0, d)] Σ j Σ 咖人 d)+♦ p，d)+咖，D’ cf=1 I k=0 Σ Qf=1

Ps10(m,SNR)xb(m,P,d)4-P/d (/77,SNR)x[b(m,D,d)+b(mAci)]+ h, SNR)xb(m，k，d)) k=1

Td^ Σ j Σ b(m,心 d)+b(m，p，d)+b(m，D，d) ci=1 I k=0 其中m表示該站台之目前模式，b表示狀態機率，P s表示 封包之成功傳輸機率，Pf表示封包之傳輸失敗機率，d表 示相關三維値，Td表示相關臨限値。 各 TXOP(Transmission. Opportunity，傳輸機會）爲一 變動値，介於一站台之兩點期間亦位於改變狀態中，爲了 要實現各通訊量流之延遲界限（delay bound，DB)需求’引 入適應性緩衝時間（buffer time，BT)以補償各TX0P之變 化，一些參數之定義如下，第3圖爲本發明實施例之參數 運算圖。請同時參照第3圖，服務間隔（service interval， (S) 200816750 SI)係如下列方程式所示： SI = min(DB,) V i 其中SI設定爲所有通訊量流之最小延遲界限（DB);各 T X Ο P之總和浐數G係定義如下列方程式： k G = YjxOPi /=1 其中G表示在SI區間之所有站台之總和時間’緩衝時間（BT) 係定義如下列方程式： BT ^^NjxL^ {Pdown m x 5down im - PuPim x ^uPitm)+ ^ ，其中N及L表示兩通訊_數，如上所述，B T亦代表一時 間間隔以補償各站台的TXOP的變化，速率適應性技術 A A RF可連續地追踪通道狀態以達到最大有效處理量。在 一 SNR値下的各站台，各自具有一相關向下傳輸機率値及 一相關向上傳輸機率値，當模式增加或減少時，即使在固 定量資料下亦現時間差。適用IEEE 802.11a之時間差將 列表於下

1 1 _ 1 6M 1 9M " 1 _ 18M 1 9M 1 12M " 1 _ 36M 1 12M 1 18M ' 1 _ 36M 1 18M 1 24M ~ 1 _ 72M 1 24M 1 36M " 1 _ 72M 1 36M 1 48M " 1 _ '144M 1 48M 54M " "432M

6M 1 9M ^ 1 一 18M 1 9M 1 12M 一 1 _ 36M 1 \2M 1 18M " 1 _ 36M 1 18M 1 24M 一 1 _ 12M 1 24M 1 36M " 1 _ 72M 1 36M 1 48M -1 _ 144 1 48M 54M — '432M -10- 200816750 其中，δ d。w n表示當模式降低時之一位元的時間差，δ u p則 表不當模式增加時之一位兀的時間差，而△表示補償各通訊 量流的不確定特性，特別是在可變位元速率（VBR，variabU bit traffic)流量下。雖然流量規格（τ SPEC)提供部分流量統 計[例如使用者優先序、最大MSDU(MAC服務資料單元， MAC service data unit)尺寸、平均資料速率]，VBR流量通 常不確貫遵循此特性。因此，在BT的計算中將加入△以保 留一些額外的週期時間以爲了平衡此不穩定的性質。綜合 上述參數的描述，BT可調節由速率調整及封包尺寸變化以 及；包相互到達時間變化所引起的時間變化量，Deadline (終界）係定義爲以下方程式：

Deadline = SI-BT 終界表示一種設定用以偵測是否系統仍具有能力來補償各 個TXOP擴展之界限，當各TXOP之總和G超過終界時， 意指G在下一 SI間隔可能越過SI(SI代表最小之延遲界 限）。在意指封包下降會發生，並代表系統表現將劣化，本 發明當可解決此缺點，將於下面詳述，必須注意的是，在 每個SI間隔的一開始，Pd()wn及Pup必須根據各站台先前的 SNR來更新，再者，緩衝時間bt必須更新爲一新値。一 旦G大於終界時，意指在下一週期，因爲傳輸速率降低之 故’ G具有某一機率來超過SI，因而造成封包下降。除了 上述參數之外，將引入一計數値 η。當各TXOP之總和（G) 超過終界時，η應自行加一。另外引入另一個參數，拒絕 密度（RD)定義爲η除以觀察間隔（以秒計），此表示當預算 違反（G大於終界）在某一時間期間之密度。若RD大於預定 *11- 200816750 値Nrejeet時，進入流量會被拒絕。此設計係爲了防止站台 的SNR(訊雜比）的突然改變，RD在此演算法分享相同的觀 念且進一步延展其功能以適用不同需求之封包遺失速率 (PLR)。顯然地，當PLR的需求放鬆時，貝[J Nreject可設定 爲更大且允許更大的拒絕速率，反之亦然。總言之，決定 是否新的通訊量流將被拒絕的準則將以下一方程式來予以 定義： (G〉Deadline)门（RD〉Nreject) 綜上所述，在本發明中，因採用兩段式來處理使用者 及系統之演算法，因此可用以改善整個系統之流通量及保 證每一使用者之服務品質。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 【圖式簡單說明】 第1圖係描繪本發明實施例之用於IEEE 802.11無線 區域網路之兩段式通話允諾控制演算法之流程圖。 第2A圖係描繪本發明實施例之AARF的馬可夫鍊之運 算圖。 第2B圖係描繪本發明實施例之AARF的馬可夫鍊之運 算圖。 第2C圖係描繪本發明實施例之AARF的馬可夫鍊之運 算圖。 第3圖爲本發明實施例之參數運算圖。 -12- 200816750 【主要元件符號說明】 S 1 0 1〜S 1 1 7 步驟

Claims (1)

1. 200816750 十、申請專利範圍： 1. 一種用於IEEE 8 02.1 1無線區域網路之兩段式通話允諾 控制演算法，該兩段式通話允諾演算法在IEEE 8 02.1 1 無線區域網路係用以允諾提供具有高品質服務要件之服 務請求，包含以下步驟： 使單一使用者及整個系統各自對應於一第一層測試 及一第二層測試。 2 ·如申請專利範圍第1項之兩段式通話允諾演算法，其中 該第一層之控制包括實體層之測量及該實體層之測試來 當作第一層檢查。 3 ·如申請專利範圍第1項之兩段式通話允諾演算法，其中 僅通過該第一層測試之多個站台被允許發出相關聯之請 求至該整個系統，且進入該第二層測試。 4 ·如申請專利範圍第1項之兩段式通話允諾演算法，其中 該第二層測試係引入緩衝時間以補償該實體層改變狀態 所導致之該等站台之 TXOP(Transmission Opportunity， 傳輸機會）變化。 5 ·如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，其中 當作緩衝時間計算中所使用之參數的各模式間之傳輸機 率係以一如以下方程式所示之三維A A RF馬可夫鍊來計 算： -14- 200816750 gjpf2(m，S/VR)x 咖，D，d) +Pf(m，SWR)x[咖，P，d)++，0，d)] fe

   其中m表示該站台之目前模式，b表示狀態機率，p s表 示封包之傳輸成功機率，P f表示封包之傳輸失敗機率，d 表示相關三維値，T d表示相關臨限値。 6.如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，更包 含一參數SI(service intervai，服務間隔），以下列方程式 來定義 ： S I = m i n ( D B j) v i 其中，DB表示延遲界限，丨表示一正整數。 7 ·如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，更包 含一參數G，G表示各TXOP的和，以下列方程式來定義： G = YTx〇Pi 其中，k表示一正整數。 8 .如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，更包 -15- 200816750 含一穸數BT(bUffer time，緩衝時間），以下列方程式來 定義： k BT ^NjxLjX (Pdown m x Sdown ^ - Pup ^ x Sup ^ ) + Δ /=1 其中，Sdc)wn表示當模式降低時之一位元的時間差，ip /、J表不虽模式增加時之一 k兀的時間差，而△表示補償各 通訊量流的不確定特性，k爲一正整數，N' L爲兩通訊 參數。 9·如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，更包 含一參數終界（deadline)，以下列方程式來定義： Deadline = SI-BT 1 〇·如申請專利範圍第4項之兩段式通話允諾演算法，更包 含一決定準則，以下列方程式來定義： (G>Dea<nine)门（RD>Nreject) 其中，R D表示拒絕密度，N j· e j e e t表不~預設値，當該方 程式成立時，該整個系統拒絕新的連接請求，當該方程 式不成立時，該整個系統同意新的相關聯之請求。 -16-