TWI407731B - 一種排程裝置、使用該排程裝置之行動電台、與其排程方法 - Google Patents

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Description

一種排程裝置、使用該排程裝置之行動電台、與其排程方法
本發明是有關於一種及時資料串流排程方法，且特別是有關於一種應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程裝置與其方法。
在IEEE 802.16e標準中，定義了4個子層，分別是收斂子層(Convergence Sublayer，CS)、MAC通用子層(MAC Common Part Sublayer)、安全子層(Security Sublayer)和實體層(Physical Layer)。其中安全子層負責用戶端的認證(Authorization)、金鑰管理(Key Management)以及資料的加解密演算法。
在IEEE802.16e標準中，基地台(Base Station，底下簡稱BS)只對每一個行動電台(Mobile Station，底下簡稱MS)的上行頻寬(Uplink Bandwidth)給予一個答允頻寬(Bandwidth Grant)值，而不是針對MS中的每一個資料串流(Service Flow)各別指定一個頻寬值。因此，BS的排程器必須分配適當且足夠的頻寬給所有的MS，而且盡可能的達到系統的最大流通量(Throughput)，以作為BS端之排程器(Scheduler)。
反觀MS端只能接受BS所安排的頻寬大小，無論BS是否答允給MS足夠的頻寬，MS仍必須有效的利用BS給予的頻寬，作為MS端排程器的重要功能指標。因此，MS必須自行分配上行資料串流(Uplink Service Flow)內的封包傳送順序和傳送大小，以達到答允頻寬的最大使用效率，傳送最多的有效資料量。
如果BS答允的頻寬減少，MS無法把所有的封包在其對應的解碼時間(Decoded Time)之前送出時，應先滿足相對較為重要封包。例如以傳送由國際標準化組織(International Organization for Standardization,ISO)的移動影像專家團體(Moving Picture Experts Group,MPEP)所制訂，具有音頻與視頻的MP4格式資料為例。根據此標準的資料包括I-圖像(I-Frame)、P-圖像(P-Frame)與B-圖像(B-Frame)。I-圖像為節點編碼圖像(Intra Coded Picture)，是一種參考圖像，相當於一個固定影像，且獨立於其它的圖像類型。每個圖像群組由此類型的圖像開始。P-圖像為預測編碼圖像(Predictive Coded Picture)，包含來自先前的I-圖像或P-圖像的差異資訊，而參考之前的I-圖像或者P-圖像去預測。B-圖像為前後預測編碼圖像(Bidirectionally Predictive Coded Pictures)，包含來自先前和/或之後的I-圖像或P-圖像的差異資訊，而預估採用前向估計、後向估計或是雙向估計，主要參考前面的或者後面的I-圖像或者P-圖像。
因此，以傳送符合MP4格式的資料為例，應該給於最重要的I-圖像資料較高的優先權，而P-圖像和B-圖像的優先權依序降低。由於先考慮損失B-圖像，而保持比較多比率的I-圖像和P-圖像成功收到，可以改進因頻寬減少時，解碼幀數減少的現象。
在美國專利申請第2007/0047553 A1號公開案內容中，揭露一種在通信網路的上傳排程方法(UPLINK SCHEDULING IN WIRELESS NETWORKS)。在此案中，MS將上傳排程服務的資料串流(Service Flow)分為兩大類，第一類是不需要請求頻寬的未經請求核准服務(Unsolicited Grant Service，UGS)類別，與需經請求核准服務(Non-unsolicited Grant Service，non-UGS)類別。UGS類別的優先權大於non-UGS類別的優先權。MS在收到BS分配的頻寬之後，根據UGS類別串流之優先權的大小，先排UGS串流中的封包，封包傳送的方法遵守IEEE802.16e的法則，最後的封包如未能送出完整的封包時，可以對此封包作切割(Fragment)。
當UGS中的所有封包都送出之後，如果還有頻寬，先保留給具有頻寬要求(Bandwidth Request，底下簡稱BW-request)訊息所需要的頻寬之後，才傳送non-UGS類別串流中的封包。封包傳送的方法，也是遵守IEEE802.16e的法則，最後的封包如未能送出完整的封包時，可以對此封包作切割(Fragment)。如果封包已經送完，就歸還頻寬請求(BW-request)訊息所佔用的頻寬，然後繼續下一個資料串流的排程。如果有兩個以上的UGS時，就用Round-robin的方式安排傳送順序。如果有兩個以上的non-UGS時，就用具有權重的Round-robin方式(Weighted Round-robin)安排傳送順序。
在美國專利申請第2007/0206545 A1號公開案內容中，揭露一種名稱為“PRIORITIZATION OF CONNECTION IDENTIFIERS FOR AN UPLINK SCHEDULER IN A BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM”的上傳排程(UPLINK SCHEDULING)方法。
在此案中，MS的排程器對BS分配的頻寬大小解釋為，當頻寬答允(BW-grant)的值比頻寬請求(BW-request)值來的大時，此BW-grant的頻寬中有包括未經請求核准服務(UGS)類別的部分，必須先排入UGS封包。如果BW-grant的值比BW-request值小時，此BW-grant的頻寬不包括UGS的部分，只能排non-UGS的部分。如果此時先排UGS的封包，會造成多數的需經請求核准服務(non-UGS)封包無法傳送，而使得MS會向BS再要求更多的頻寬，對BS而言會造成對其它多數MS分配頻寬時的不正確性。
在美國專利申請第2005/0063392 A1號公開案內容中，揭露一種名稱為“PACKET-PRIORITY CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF”的封包控制裝置與方法。此前案的排程方法，如圖1所示，是利用調整封包的優先權方式，安排每一個封包在其各自的解碼時間(Decoded Time)之前一個預設的固定時間T pri 時，調高此封包的優先權，使將要到期的封包可以優先送出。
其中α：預先決定的常數。
在上述的專利案或是其他相關的專利案中，例如美國專利申請第2007/0206545 A1號公開案，只針對資料串流服務型態(Service Type)給予優先權，而未考慮不同串流資料內封包類型(Packet Type)的差異，而給予封包不同的優先權。另外也未考慮及時(Real-time)串流中，每個封包的解碼時間不同的需求。
另外，例如美國專利申請第2007/0206545 A1號公開案中，對non-UGS的封包仍然是用優先權優先(Priority-based)的排程方法，若僅考慮優先權高就先傳送封包到BS，如此會受到BS給予的答允頻寬大於或小於BW-request，而影響傳送封包的順序。
另外，例如美國專利申請第2005/0063392 A1號公開案中，若預先決定的α選擇太大，則原本是低優先權的封包可能因為加了α值之後，高於高優先權的封包，反而造成高於原本是高優先權的封包無法排入的情形。但如果α選擇太小，則和原來的優先權為主的排程方法結果一樣。另外，若是選定的T pri 為固定時間，不同的T pri 值，將影響優先權調整的時間。
本發明提供一種應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法，當基地台(BS)根據該上行鏈路(Uplink)給予一個答允頻寬(Bandwidth Grant，BW Grant)值時，根據資料串流的內容，把資料分類至對應的優先權的連結(Connections)中，而後根據基地台(BS)答允的頻寬位元數(Bandwidth Grant Byte Size)和連結的優先權、封包大小所需的傳送期間、和及時(Real-time)參數等相關限制，對封包進行排程。在BS答允頻寬總值的限制內，安排傳送封包種類和傳送的順序，使封包到達基地台或解碼器(Decoder)時，滿足封包及時參數的要求，並且可以解出較多的有效資料量。
在一實施範例中，本發明提出一種行動電台，包括一第一儲存佇列組、一分類器、一第二儲存佇列組、一排程器與一協定資料單元建構器。此第一儲存佇列組具有多個儲存佇列，用以接收多種傳輸類型的多個封包。此分類器連接到儲存佇列組，用以接收封包。第二儲存佇列組具有多個儲存佇列，連接到此分類器，並由分類器根據封包之特徵值，將第二儲存佇列組的所有封包分類儲存到第二儲存佇列組對應的儲存佇列。排程器連接到第二儲存佇列組，並根據第二儲存佇列組的儲存佇列的順序，將對應儲存的封包以一封包順序列表(s-list)進行排程，並根據一答允頻寬產生一傳送列表(tx-list)與一丟棄列表(drop-list)。而協定資料單元建構器則是根據傳送列表與丟棄列表，存取第一儲存佇列組的儲存佇列對應的封包，並經由上行鏈路(Uplink)傳送到基地台(BS)。
在一實施範例中，本發明提出一種排程裝置，適用於一行動電台。此行動電台包括一第一儲存佇列組與一協定資料單元建構器，其中第一儲存佇列組具有多個儲存佇列，用以接收多種傳輸類型的多個封包，而協定資料單元建構器則是用以將封包經由上行鏈路(Uplink)傳送到一基地台(BS)。此排程裝置包括一分類器、一第二儲存佇列組與一排程器。此分類器連接到儲存佇列組，用以接收所欲傳送的所有封包。第二儲存佇列組具有多個儲存佇列，連接到分類器，並由分類器根據封包之特徵值，將第二儲存佇列組所暫存的封包分類儲存到第二儲存佇列組對應的儲存佇列。排程器連接到第二儲存佇列組，並根據第二儲存佇列組的所有儲存佇列的順序，將對應儲存的封包以一封包順序列表(s-list)進行排程，並根據一答允頻寬產生一傳送列表(tx-list)與一丟棄列表(drop-list)，並傳送到協定資料單元建構器，藉以使得協定資料單元建構器根據傳送列表與丟棄列表，存取第一儲存佇列組的儲存佇列對應的封包，並經由上行鏈路(Uplink)傳送到一基地台(BS)。
在一實施範例中，本發明提出一種具有及時資料串流排程的方法，適用於一行動電台。此方法包括暫存多種傳輸類型的多個封包。根據一上行鏈路(Uplink)得到對應的一答允頻寬。根據封包之特徵值，將所有欲傳送的封包排入對應的連結(Connection)。根據連接的順序，進行連結對應的封包的排程，而以一封包順序列表(s-list)來暫存排程結果，根據答允頻寬產生一傳送列表(tx-list)與一丟棄列表(drop-list)。根據傳送列表與丟棄列表，將對應的封包經由上行鏈路(Uplink)傳送。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明提供一種應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法，運用於例如符合IEEE802.16e標準的行動電台(MS)與基地台(BS)之間的上行頻寬(Uplink Bandwidth)給予一個答允頻寬(Bandwidth Grant，BW Grant)值，而不是針對MS中的每一個資料串流(Service Flow)各別指定一個頻寬值。因此，BS的排程器必須分配適當且足夠的頻寬給所有的MS，而且能達到系統的最大流通量(Throughput)，以作為BS端之排程器(Scheduler)。
根據本發明上述應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法具體實施例，請參照圖2A，在於設計一個及時資料排程方法，在行動電台(MS)端的排程器(Scheduler)中，基於基地台(BS)所給予的答允頻寬大小之內，決定封包上傳順序和傳送大小。而如圖所示，在行動電台(MS)中，包括應用軟體(Application)210連接到媒體存取控制層(Medium Access Control,MAC)模組220，並經由傳送實體層(TX PHY)230的無線傳輸，經由上行鏈路(Uplink)傳送到基地台(BS)的接收實體層260。而此基地台(BS)亦包括應用軟體(Application)240連接到媒體存取控制層(MAC)模組250。行動電台(MS)的媒體存取控制層(MAC)模組220包括收斂子層(Convergence Sublayer)222與通用子層(Common Part Sublayer)224，而在此通用子層224內具有及時資料排程功能的排程器(Scheduler)225。此排程器225可基於基地台(BS)所給予的答允頻寬大小，決定封包上傳順序和傳送大小。
而對於行動電台(MS)與基地台(BS)之間的上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程，請參照圖2B所示。對於基地台(BS)而言，只對每一個行動電台(MS)的上行頻寬(Uplink Bandwidth)給予一個答允頻寬(BW Grant)值。而MS則是必須自行分配上行資料串流(Uplink Service Flow)內的封包傳送順序和傳送大小，如圖示中將資料串流1的封包1(Packet_1)與資料串流2的封包2(Packet_2)，排入答允頻寬(BW Grant)內，而經由基地台(BS)的分類器加以分類後得到資料串流1的封包1(Packet_1)與資料串流2的封包2(Packet_2)。
本發明所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程裝置的一實施例，包含一個基於封包內容的分類器(Content-aware Classifier)和改進的優先權排程器(Priority-enhanced Scheduler)。分類器的輸入為多數個及時資料串流，根據資料串流的內容，把資料分類至對應的優先權的連結(Connections)中。排程器根據基地台(BS)答允的頻寬位元數(Bandwidth Grant Byte Size)和連結的優先權、封包大小所需的傳送期間、和及時(Real-time)參數等相關限制，對封包進行排程。在BS答允頻寬總值的限制內，安排傳送封包種類和傳送的順序，使封包到達基地台或解碼器(Decoder)時，滿足封包及時參數的要求，並且可以解出最多的有效資料量。
另外，本實施例同時考慮及時(Real-time)串流中，每個封包的解碼時間，而且保證高優先權的封包，能在解碼時間之前送達。除此之外，本實施例用封包的解碼時間和封包大小，估計傳送期間，在啟始傳送時間之前，可以再排入次高優先權中的較近解碼時間的封包。因此優先權高的封包，並非絕對優先傳送，結果使得可以排入更多有效的封包。
換言之，本實施例已經對封包的解碼時間與預估的開始傳送時間(Start Transmit Time)加以考慮，不會只因為優先權高就先傳送封包到BS。即不會受BS給予的答允頻寬大於或小於頻寬要求(Bandwidth Request,BW-request)，而影響傳送封包的順序。
根據本實施例的排程方法不需要用α來調整優先權。且，本實施例是先保證高優先權的封包一定會排入，不會因為低優先權的封包，加大了α優先權值，而造成高優先權的封包無法排入的情形。
底下將以圖3A與3B說明本實施例所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法，所採用的改進的優先權排程器(Priority-enhanced Scheduler)，與優先權優先(Priority-based)排程方法及/或解碼時間(Decoded Time)優先排程方法。底下圖3A與3B將以屬於不同資料串流的封包1(圖中標示Packet_1)、封包2(圖中標示Packet_2)與封包3(圖中標示Packet_3)加以說明。
請參照圖3A，在此實施例所提出的及時資料串流排程方法，除了較高優先權的封包應優先考慮，以滿足解碼時間(Decoded Time)之前傳送的要求之外，也要考慮能夠傳送更多其它相對較低優先權的封包到BS。如圖所示，Packet_1的優先權高於packet_2，而且packet_1的解碼時間為td1 ，而packet_2的解碼時間為td2 。
依優先權優先排程時，將把packet_1先傳送出去，再送packet_2時，packet_2無法在td2 之前傳到BS。如果用解碼時間優先排程時，傳送的順序為先送packet_2再送packet_1，兩者都可以在td2 和td1 之前傳到BS。本實施例考慮先排高優先權的封包packet_1，在傳送packet_1之前的(tnow ,tS1 )的時間區間之內，考慮排入次高優先權的封包。在此例中，即可排入packet_2，所以傳送順序也是先送packet_2再送packet_1，而且兩者都可以在td2 和td1 之前傳到BS。因此可以提高傳送的封包數。
請參照圖3B之情形，其中Packet_1的優先權高於packet_2，而Packet_2的優先權高於packet_3。而且packet_1的解碼時間為td1 ，packet_2的解碼時間為td2 ，packet_3的解碼時間為td3 。
根據優先權優先排程時，只有packet_1可以滿足在td1 之前送到BS。如果用解碼時間優先排程，只有packet_2可以在td2 之前送到BS，而高優先權的packet_1反而無法在td1 之前送到BS。本實施例考慮先排高優先權的封包packet_1，在傳送packet_1之前的(tnow ,tS1 )的時間區間之內，仍可以排入packet_2，packet_3因可用剩餘頻寬不足，不予傳送。因此傳送順序為packet_2再packet_1，以有效利用(tnow ,tS1 )的時間區間，提高傳到BS的有效封包數。
本發明所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程裝置的一實施例與其內部操作的詳細說明流程，請參照圖4A、4B與圖5。
首先，請參照圖4A，此行動電台(MS)內，應用軟體(Application)410連接到媒體存取控制層(MAC)模組，此MAC模組內至少包括收斂子層420、用以儲存封包的儲存佇列組430、與協定資料單元建構器(Protocol Data Unit Constructor，PDU Constructor)470。此儲存佇列組430對應Q0 ~QS 共有S+1個。而經由PDU建構器470傳送封包到實體層(PHY)480，經由上行鏈路(Uplink)傳送到基地台(BS)。而本實施中，具有及時資料串流排程的裝置包括一個基於封包內容的分類器(Content-aware Classifier)440、對應C0 ~Cn 共有n+1個連結(Connection)的儲存佇列組450和改進的優先權排程器(Priority-enhanced Scheduler)460。
分類器440的輸入為從儲存佇列組430傳來的多個及時資料串流，根據資料串流的內容，把資料分類至對應的優先權連結(Connections)中，而暫存在對應連結的儲存佇列組450內。而後，改進的排程器460根據基地台(BS)答允的頻寬位元數(Bandwidth Grant Byte Size)和連結的優先權、封包大小所需的傳送期間、和及時(Real-time)參數等相關限制，對封包進行排程。在BS答允頻寬總值的限制內，安排傳送封包種類和傳送的順序，使封包到達基地台或解碼器(Decoder)時，滿足封包及時參數的要求，並且可以解出最多的有效資料量，詳細內容如下所述。
在MS收到輸入資料時，分類器440首先以輸入資料串流中封包的性質，分配至對應的連結Cn 之中。例如連結C0 、C1 、C2 、...，和Cn 等。連結的優先權是依照封包的重要性指定。例如分配的優先權為PC0 >PC1 >PC2 >...>PCn 。
每一個封包有其各自的解碼時間t d 、啟始傳送時間(Start Transmit Time)t s 、和傳送持續期間(Duration)δ。傳送持續期間δ是根據封包大小和開始排程當時BS答允的頻寬位元數頻寬位元數(下式以BWgrant 表示)而決定，計算方法為：
其中最小保留傳輸率(Min. Reserved Rate)≦答允傳輸率(Grant_Traffic_Rate)≦最大持續傳輸率(Max. Sustained Rate)，frame為幀，而Byte為位元數。
而排程器使用一個結構串列來暫存排程器操作中的排程結果，稱之為封包順序列表(s-list)。改進的排程器460產生s-list的逆向順序成為傳送列表(Tx-list)。最後改進的排程器輸出Tx-list和丟棄列表(Drop-list)，即完成排程工作。而後改進的排程器460輸出tx-list和drop-list給協定資料單元建構器(PDU Constructor)470。PDU建構器470可以依據tx-list中的順序，在儲存佇列組430中取出封包內容傳送。而Drop-list中指向的封包內容，因答允頻寬不足，而可不予以傳送。
請參照圖4B，則是描述從儲存佇列組430的多個及時資料串流輸至分類器440，例如，儲存佇列組430內的儲存佇列432儲存A01 與A00 ，儲存佇列432儲存P13 、B12 、B11 與I10 ，儲存佇列436儲存PS3 、BS2 、BS1 與IS0 。分類器440首先以輸入資料串流中封包的性質，分配至對應的連結之中，例如連結C0 、C1 、C2 、...，和Cn 等。而連結的優先權是依照封包的重要性指定，或是來源佇列的優先權，例如分配的優先權為Pri0 >Pri1 >Pri2 >...>Prin 。也就是說，分類器440是依照封包的特徵值，例如封包的種類以及/或是來源佇列的優先權等特徵加以分類。而A01 與A00 對應連結C0 ，因此有最高的優先權。I10 對應連結C1 ，因此有次高的優先權，其他如圖所示，分別分配到對應的連結及其優先權，而儲存在儲存佇列組450內。
本實施中具有及時資料串流排程的方法，請參照圖5所示。在每個上行鏈路(Uplink)收到BS給予的答允頻寬位元數之後，啟動改進的排程器開始排程(步驟501)。改進的排程器依序從高優先權的連結C0 到較低優先權的連結Cn 進行排程。從i=0開始(也就是連結C0 )取出封包(步驟502)，稱為封包packet_p，和其特徵值，如t d 。再依目前BS給予的BW grant 計算傳送持續期間(Duration)δ(步驟503)。封包packet_p的特徵值包括根據封包種類和來源佇列的優先權兩者或之一加以分類。
排程器使用一個結構串列來暫存排程器操作中的排程結果，稱之為s-list。首先決定排程器中已經排入s-list之中，是否有足夠的空閒期間(步驟504)，此空閒期間必須大於這個封包的傳送持續期間δ的大小，才可以排入此封包。如果有足夠的空閒期間可以排入此封包，則檢查此封包的t d 時間點，在s-list中是否已經有排入更高優先權的封包，或只是可利用的空閒期間。
如果在t d 時間點是已經排有封包(步驟505)，此封包稱為packet_x，則把packet_p排入packet_x之後(步驟506)。如果在t d 時間點是可利用之空閒期間，則插入packet_p到s-list中的t d 時間點(步驟507)。排入packet_p之後，則將s-list在t d 時間點之後，移除δ大小的空閒期間(步驟508)。如果沒有足夠的空閒期間可以排入此封包，則將packet_p加入到drop-list之中(步驟510)。
如此依序取出Connection C0 中的下一個封包，直到所有封包都檢查過(步驟509)，即換下一個Connection C1 ，直到所有連結內的封包都檢查完成(步驟511)。
所有的連結C0 、C1 、C2 、...，和Cn 中的封包都檢查之後，排程器即輸出s-list的逆向順序成為tx-list。最後改進的排程器輸出tx-list和drop-list(步驟512)，完成排程工作(步驟513)。
排程器輸出tx-list和drop-list給協定資料單元建構器PDU Constructor)之後，PDU建構器可以依據tx-list中的順序，在Queue中取出封包內容傳送。Drop-list中指向的封包內容，因答允頻寬不足，可不予以傳送。
上述排程器中的s-list的運作方法，將以圖6A～圖6H的圖示加以說明。屬於不同資料串流的封包1(圖中標示Packet_1)、封包2(圖中標示Packet_2)與封包3(圖中標示Packet_3)，分別具有不同的優先權，也就是，優先權大小為Ppacket_1 >Ppacket_2 >Ppacket_3 。而其各別的參數假設訂為
封包Packet_1：優先權=1,t d1 =8,δ1 =3
封包Packet_2：優先權=2,t d2 =3,δ2 =2
封包Packet_3：優先權=3,t d3 =6,δ3 =3
在排程器中，用圖6B中的結構儲存封包的特徵，結構中含雙重連結表列(Double-linked List)指標，其中“*next”指標指向下一個(Next)結構，“*prev”指標指向前一個(Previous)結構。*next指標作為排程器的索引封包使用，而*prev指標作為反向輸出tx-list串列使用。結構中更包括封包內容的指標、封包的參數t d 和δ、和封包的優先權(如圖之Prio)等。利用優先權值區別結構代表的內容：優先權=標頭標號(Head Mark)(=-1)，代表本結構是s-list串列的啟始，優先權=空間標號(Space Mark)(=-2)，代表是可用的空閒期間，優先權=其它正值(>0)，代表已經排入的封包。
排程器初始時，以標頭(Head)指標指向優先權Prio=標頭(Head)的結構，內容為空閒期間。
如圖6C所示，依優先權順序，先考慮排入封包Packet_1，因s-list內都是可用的空閒期間，所以加入Packet_1之後，如圖的配置。此s-list的內容代表8個排程期間中，Packet_1佔3個單位的傳送持續期間，接下來還有5個單位的空閒期間，可供其它封包排入，如圖所示的空間(Space)。
接著參照圖6D，考慮排入Packet_2時，s-list在t d2 =3時間點之後，有3個單位的空閒期間，而packet_2的傳送持續期間δ2 =2，所以足夠排入。排程器排入packet_2之後，s-list如圖6E所示。此圖中的s-list的內容代表8個排程期間中，Packet_1佔3個單位的傳送持續期間，接下來還有2個單位的空閒期間。然後Packet_2佔2個單位的傳送持續期間，接下來還有1個單位的空閒期間。
最後考慮排入Packet_3。請參考圖6G，s-list在t d3 =6的時間點雖然已經排有Packet_1，但之後仍有3個單位的空閒期間，而packet_3的傳送持續期間為δ3 =3，所以把t d3 =6以後的空間全部排入packet_3。並從t d3 =6的時間點之後，移除3個單位的空閒期間，結果排程器排入packet_3之後的s-list如圖6H所示。
排程器完成排程之後，以*prev為索引，依序取出封包的順序，即得tx-list為{Packet_2,Packet_3,Packet_1}，而drop-list為空串列{　}，代表三個封包都可以傳送。
底下將以實際的範例說明本發明應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法具體實施例。
請參照圖7A～7C，是針對一個VoIP(Voice over IP)和一個MPEG4上行串流之排程，用ns-2模擬802.16e網路，網路拓撲如圖7A所示。其中含一個MS和一個BS，MS至BS間使用WiMAX論壇提供的802.16e OFDMA v2.1版協定。應用軟體(如圖所示的VoIP與MPEG4)模擬上行鏈路(Uplink)含一個語音(Audio)和一個視訊(Video)的輸入串流。
語音(Audio)串流為G.711，每秒64千位元組(kbps)、每個PCM-frame具有80位元組(Bytes)、Payload是160位元組、以及每秒50個封包。
視訊(Video)串流為MPEG4 Stream：以底下網址所提供的StartWarsIV MPEG4 high qualityhttp://www.tkn.tu-berlin.de/research/trace/pics/FrameTrace/mp4/Verbose_StarWarsIV.dat 資料，為G(12,3)格式，每秒25個幀(Frame)。
模擬BS分配給的MS的最大維持頻寬(Maximum Sustained Traffic Rate)分別為84千位元組/每秒(Kbyte/sec)、105Kbyte/sec、147Kbyte/sec和210Kbyte/sec四種，封包延遲限制為120毫秒(Millisecond，ms)。使用以下三種排程方法，總共模擬40秒。
方法一為採用優先權優先與Round-Robin(Priority first and round-robin)排程方法，分為兩個串流，且優先權為Paudio >Pvideo 。
方法二為解碼時間優先(Decoded Time first)排程方法，以最近的解碼時間封包優先排出，如果已經超過解碼時間的封包，即拋棄(Drop)。
方法三為本實施例的改進的優先權優先(Priority-enhanced)排程方法。語音(Audio)串流對應到C0 ，優先權為PC0 。視訊(Video)串流之I-frame,P-frame,B1/B2-frame分別對應到C1 ，C2 和C3 ，優先權分別對應為PC1 ，PC2 和PC3 。四個連結的優先權順序為PC0 >PC1 >PC2 >PC3 。
評估方法為在BS端收到封包後，計算滿足解碼時間的幀數(frame number)，除以收到的總共幀數為評估指標，得到品質指標(Quality Index)如下：
比較答允頻寬為84Kbyte/sec的結果如圖7B所示。
VoIP的封包，都可以成功的傳送。而MP4串流部分，本實施例之改進的優先權優先(Priority-enhanced)排程方法可以比其它兩種方法多出5%到11%的成功幀數。
請參照圖7C，比較BS分配四種不同的答允頻寬中，MP4的品質指標(Quality Index)結果如圖所示。在BS分配不同的答允頻寬，用不同的排程方法傳送時，解碼器可以解出的最大幀數指標。結果顯示，雖然品質指標隨BS答允頻寬減少而降低，但本實施例所採用的改進優先權優先(Priority-enhanced)排程方法，如標號720所示。比起解碼時間優先排程方法(圖示中的標號730)的結果，能多出約5%的MP4幀數。而相較於優先權優先與Round-Robin排程方法(圖示中的標號740)，則能得到遠超過11%的MP4幀數。
請參照圖8A～8C，是針對兩個MPEG4上行串流之排程，用ns-2模擬802.16e網路，網路拓撲如圖8A所示。在此網路拓撲中，含一個MS和一個BS，MS至BS間使用WiMAX論壇所提供的802.16e OFDMA v2.1版協定。應用軟體模擬上行串流含二個視訊(Video)串流的上行輸入串流。
Video A串流為MPEG4 Stream:from StartWarsIV MPEG4 high qualityhttp://www.tkn.tu-berlin.de/research/trace/pics/FrameTrace/m p4/Verbose_StarWarsIV.dat Video B串流為MPEG4 Stream:from Jurassic Park I medium qualityhttp://www.tkn.tu-berlin.de/research/trace/pics/FrameTrace/mp4/Verbose_Jurassic_10.dat
以上皆為G(12,3)格式，25幀/每秒(Frame per second)。
模擬BS分配的最大維持頻寬(Maximum Sustained Traffic Rate)分別為84千位元組/每秒(Kbyte/sec)、105Kbyte/sec、147Kbyte/sec和210Kbyte/sec四種。封包延遲限制為120毫秒(Millisecond，ms)。
使用以下三種排程方法，總共模擬40秒。
方法一為採用優先權優先與Round-Robin(Priority first and round-robin)排程方法，分為兩個串流，且優先權為Pstream_A =Pstream_B 。
方法二為解碼時間優先(Decoded Time first)排程方法，以最近的解碼時間封包優先排出，如果已經超過解碼時間的封包，即拋棄(Drop)。
方法三為本實施例的改進的優先權優先(Priority-enhanced)排程方法。視訊串流A的I-frame、P-frame與B1/B2-frame分別對應到連結C0 、C2 和C4 ，優先權分別對應為PC0 ，PC2 和PC4 。視訊串流B的I-frame、P-frame、B1/B2-frame分別對應到連結C1 ，C3 和C5 ，優先權分別對應為PC1 ，PC3 和PC5 。六個連結的優先權順序為PC0 >PC1 >PC2 >...>PC5 。
比較答允頻寬為84千位元組/每秒(Kbyte/sec)的結果，則如圖8B所示。而比較BS分配四種不同的答允頻寬的結果的品質指標(Quality Index)如圖8C所示。在BS分配不同的答允頻寬，用不同的排程方法傳送時，解碼器可以解出的最大幀數指標。結果顯示，雖然品質指標隨BS答允頻寬減少而降低，但本實施例所採用的改進優先權優先(Priority-enhanced)排程方法，如標號820所示。比起解碼時間優先排程方法(圖示中的標號830)的結果，能多出約17%以上的幀數。而相較於優先權優先與Round-Robin排程方法(圖示中的標號840)，則能得到遠超過36%的MP4幀數。
本實施例可以提昇傳送有效的資料的比率，因排程器可以先過濾不能滿足及時要求的封包，可以減少無效的封包在無線通道中傳送。另外，將封包傳送的順序最佳化，除滿足優先權外，也提高傳送封包的有效比率。
請參照圖9所示。本實施例所採用的改進優先權優先(Priority-enhanced)排程方法，如標號930所示，比起優先權優先與Round-Robin排程方法(圖示中的標號910)與解碼時間優先排程方法(圖示中的標號920)，得到更好的傳輸結果。如圖所示，BS收到的無效幀(Drop)所佔的資料位元數量，與有效幀(Valid)所佔的資料位元數量。可以看出本案可以在相同的頻寬內，傳送更多的有效資料量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
210、240．．．應用軟體(Application)
220、250．．．媒體存取控制層(MAC)模組
222．．．收斂子層(Convergence Sublayer)
224．．．通用子層(Common Part Sublayer)
225．．．排程器(Scheduler)
230．．．傳收實體層
260．．．傳收實體層
410．．．應用軟體(Application)
420．．．收斂子層
430．．．用以儲存封包的儲存佇列組
470．．．協定資料單元建構器(PDU Constructor)
480．．．實體層(PHY)
440．．．封包內容的分類器(Content-aware Classifier)
450．．．儲存佇列組
460．．．改進的優先權排程器
圖1是習知之一種利用調整封包的優先權方式，安排每一個封包在其各自的解碼時間之前一個預設的固定時間時調高封包優先權的控制方法。
圖2A與2B是說明本發明所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程方法實施例示意圖。
圖3A與3B是說明本實施例所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路的及時資料串流排程方法，所採用的改進的優先權排程器，與優先權優先排程方法及/或解碼時間(Decoded Time)優先排程方法的比較結果示意圖。
圖4A與4B是說明本發明實施例所提出應用在行動電台(MS)中上行鏈路(Uplink)的及時資料串流排程裝置組成示意圖與其內部操作的流程說明。
圖5是說明本發明實施中具有及時資料串流排程的方法示意圖。
圖6A～圖6H是說明本發明實施，排程器的s-list的運作方法與內部資料存取示意圖。
圖7A～7C是說明針對一個VoIP和一個MPEG4上行串流之排程，在一個ns-2模擬802.16e網路，比較本發明實施例與習知技術的實驗結果示意圖。
圖8A～8C是說明針對兩個MPEG4上行串流之排程，在一個ns-2模擬802.16e網路，比較本發明實施例與習知技術的實驗結果示意圖。
圖9是說明根據本實施例所採用的改進優先權優先排程方法，與傳統優先權優先與Round-Robin排程方法、以及解碼時間優先排程方法的比較示意圖
410．．．應用軟體(Application)
420．．．收斂子層
430．．．用以儲存封包的儲存佇列組
470．．．協定資料單元建構器(PDU Constructor)
480．．．實體層(PHY)
440．．．封包內容的分類器(Content-aware Classifier)
450．．．儲存佇列組
460．．．改進的優先權排程器

Claims (24)

  1. 一種行動電台，包括一第一儲存佇列組，具有多個儲存佇列，用以接收多種傳輸類型的多個封包；一分類器，連接到該第一儲存佇列組，用以接收該些封包；一第二儲存佇列組，具有多個儲存佇列，連接到該分類器，並由該分類器根據該些封包之一特徵值，將該第二儲存佇列組的該些封包分類儲存到該第二儲存佇列組對應的該些儲存佇列；一排程器，連接到該第二儲存佇列組，並根據該第二儲存佇列組的該些儲存佇列的順序，將對應儲存的該些封包以一封包順序列表進行排程，並根據一答允頻寬產生一傳送列表與一丟棄列表；以及一協定資料單元建構器，根據該傳送列表與該丟棄列表，存取該第一儲存佇列組的該些儲存佇列對應的封包，並經由上行鏈路傳送到一基地台，其中，該排程器依照該封包順序列表將欲傳送的該些封包依序依照時間點排入，但若已經排有其他該封包，則依照該封包的解碼時間與該封包大小，移動該封包順序列表取得可用的空間插入該封包。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，其中該分類器所根據該些封包之特徵值包括封包種類和來源佇列的優先權。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，其中該傳送列表中所列的對應該些封包在該答允頻寬內所傳送，而該丟棄列表中所列的對應該些封包則在該答允頻寬內所不傳送。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，其中該第二儲 存佇列組的該些儲存佇列的順序則為依該些封包的重要性排列，作為該排程器的輸入。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，其中該第一儲存佇列組與該協定資料單元建構器位於該行動電台的一媒體存取控制模組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動電台，其中該媒體存取控制模組更包括一收斂子層，用以提供該第一儲存佇列組該些傳輸類型的該些封包。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，更包括一實體層，用以將該協定資料單元建構器所輸出的該些封包依序傳送到該基地台。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動電台，其中該答允頻寬是根據該基地台所分配的頻寬。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之行動電台，其中該答允頻寬是該基地台根據IEEE802.16e標準所答允的頻寬大小。
  10. 一種適用於一行動電台的排程裝置，其中該行動電台包括一第一儲存佇列組與一協定資料單元建構器，其中該第一儲存佇列組具有多個儲存佇列，用以接收多種傳輸類型的多個封包，而該協定資料單元建構器則是用以將該些封包經由上行鏈路傳送到一基地台，該排程裝置包括：一分類器，連接到該第一儲存佇列組，用以接收該些封包；一第二儲存佇列組，具有多個儲存佇列，連接到該分類器，並由該分類器根據該些封包之特徵值，將該第二儲存佇列組的該些封包分類儲存到該第二儲存佇列組對應的該些儲存佇列；以及一排程器，連接到該第二儲存佇列組，並根據該第二儲存 佇列組的該些儲存佇列的順序，將對應儲存的該些封包以一封包順序列表進行排程，並根據一答允頻寬產生一傳送列表與一丟棄列表，並傳送到該協定資料單元建構器，藉以使得該協定資料單元建構器根據該傳送列表與該丟棄列表，存取該第一儲存佇列組的該些儲存佇列對應的封包，並經由上行鏈路傳送到一基地台，其中，該排程器依照該封包順序列表將欲傳送的該些封包依序依照時間點排入，但若已經排有其他該封包，則依照該封包的解碼時間與該封包大小，移動該封包順序列表取得可用的空間插入該封包。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之排程裝置，其中該分類器所根據該些封包之特徵值包括封包的優先權、封包的解碼時間及封包大小。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之排程裝置，其中該傳送列表中所列的對應該些封包在該答允頻寬內所傳送，而該丟棄列表中所列的對應該些封包則在該答允頻寬內所不傳送。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之排程裝置，其中該第二儲存佇列組的該些儲存佇列的順序則為依該些封包的重要性排列，作為該排程器的輸入。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之排程裝置，其中該答允頻寬是根據該基地台所分配的頻寬。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之排程裝置，其中該答允頻寬是該基地台根據IEEE802.16e標準所答允的頻寬大小。
  16. 一種具有及時資料串流排程的方法，適用於一行動電台，該方法包括：暫存多種傳輸類型的多個封包； 根據一上行鏈路得到對應的一答允頻寬；根據該些封包之特徵值，將該些封包排入對應的連結；根據該些連接的順序，進行該些連結對應的該些封包的排程，而以一封包順序列表來暫存該些排程結果，根據該答允頻寬產生一傳送列表與一丟棄列表；根據該傳送列表與該丟棄列表，將對應的該些封包經由該上行鏈路傳送，其中，依照該封包順序列表將欲傳送的該些封包依序依照時間點排入，但若已經排有其他該封包，則依照該封包的解碼時間與該封包大小，移動該封包順序列表取得可用的空間插入該封包。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該特徵值包括封包的優先權、封包的解碼時間及封包大小。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中移動該封包順序列表取得可用的空間是判斷移動得到的空閒期間，大於該封包的傳送持續期間(δ)的大小。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中，當存在足夠的該空閒期間可以排入該封包，則檢查該封包的解碼時間(td )的時間點，在該封包順序列表中是否已經有排入更高優先權的封包，或只是可利用的空閒期間，以確定該封包是否排入該封包順序列表。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該傳送列表中所列的對應該些封包在該答允頻寬內所傳送，而該丟棄列表中所列的對應該些封包則在該答允頻寬內所不傳送。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中根據該些封包之特徵值將該些封包排入對應的連結，是依該些封包的重要 性排列。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該第一儲存佇列組與該協定資料單元建構器位於該行動電台的一媒體存取控制模組。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該答允頻寬是根據該基地台所分配的頻寬。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該答允頻寬是該基地台根據IEEE802.16e標準所答允的頻寬大小。
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