TWI436672B - 在全球互通微波存取網路的影像多播方法 - Google Patents

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Description

在全球互通微波存取網路的影像多播方法
本發明關於一種影像廣播方法，特別是關於一種在全球互通微波存取網路的影像多播方法。
電器與電子工程師協會(IEEE)規範之802.16j中的全球互通微波存取(Worldwild Interoperability for Microwave Access,WiMAX)轉發網路，其係藉由在IEEE 802.16e網路中佈建轉發站來增加網路能力與產能所構成，旨在提供使用者便利、普遍與成本效益高的通訊服務。因此WiMAX轉發網路係能夠有效率提供影像多點廣播應用的平台。
然而，習知之影像多點廣播機制多針對IEEE 802.16e網路來設計，該些機制並沒有考慮網路中之轉發站所產生的訊號干擾現象會對於網路效能造成影響，且由於影像編碼技術(H.264\SVC)的發展使得影像多點廣播得以提供多樣資料傳輸率服務來取代舊有的僅提供相同資料傳輸率服務機制，且因為網路之資源是有限的，如此資料的傳輸與頻寬的利用效率會較低。
本發明之目的之一係針對轉發網路排定資料傳輸率調變機制及其所需傳送的資料傳輸率，使網路產能可在有限頻寬中達到最大化。
本發明之目的之一係在提供一種排定資料傳輸率調變機制及其所需傳送的資料傳輸率的機制。
本發明之目的之一在提供一種具可延展性(scalable)的影像多點廣播機制，藉著考慮每個頻寬單位可產生的網路產能排定影像服務提供基地台(Base Station,BS)和每個轉發站(Relay Station,RS)所需利用的資料傳輸率調變機制及其所需傳送的資料傳輸率來滿足消費者端(Subscriber Station,SS)所需求的資料傳輸率，使網路產能可以在有限的頻寬下達到最大化。
本發明之實施例提供了一種在全球互通微波存取網路的影像多播方法，該網路包含有一服務提供基地台、複數個轉發站與複數個消費者端，且至少一消費者端與服務提供基地台端之間包含有一轉發站。須注意，消費者端可直接與服務提供基地台連接、或是藉由一個轉發站與服務提供基地台連接。而在全球互通微波存取網路的影像多播方法方法包含有下列步驟：
指派加權值步驟，偵測網路中之消費者端、與消費者端耦接之轉發站狀態、消費者端需求之傳輸率、服務提供基地台端與轉發站之第一頻道品質、轉發站與消費者端之第二頻道品質。依據消費者端資料傳輸率與第一頻道品質之比例求出一第一比值，依據消費者端資料傳輸率與第二頻道品質之比例求出一第二比值，依據第一與第二比值求出一頻寬。依據消費者端資料傳輸率與該頻寬求出一加權值。
排定順序步驟，依據每一消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序。
參數指定步驟，依據該順序指定服務提供基地台、各該轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表。
之後，廣播執行步驟，依據多點廣播表執行網路多點影像廣播。
本發明之另一實施例提供了一種在全球互通微波存取網路的影像多播方法，該網路中至少一消費者端與一服務提供基地台端之間包含有一轉發站，該方法包含有下列步驟：首先，依據消費者端資料傳輸率、該服務提供基地台、及轉發站間的頻道品質求出一加權值。接著，依據每一消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序並指定該服務提供基地台、該轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表。之後，依據該多點廣播表執行網路多點影像廣播。須注意，上述消費者端可直接與服務提供基地台連接、或是藉由一個轉發站與服務提供基地台連接。
本發明之另一實施例提供了一種在全球互通微波存取網路的影像多播系統，包含有一服務提供基地台、複數個轉發站、複數個消費者端。須注意，消費者端可直接與服務提供基地台連接、或是藉由一個轉發站與服務提供基地台連接。該服務提供基地台係用以提供影像廣播服務。該些轉發站係提供服務提供基地台轉發站與服務提供基地台間的第一頻道品質。該些消費者端係提供消費者端需求的資料傳輸率、及消費者端與轉發站之第二頻道品質。其中，至少一消費者端與一服務提供基地台端之間包含有一轉發站，而服務提供基地台依據消費者端資料傳輸率與第一頻道品質之比例求出第一比值，依據消費者端資料傳輸率與第二頻道品質之比例求出一第二比值，依據第一與第二比值求出一頻寬；依據消費者端資料傳輸率與該頻寬求出一加權值；依據每一消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序並指定服務提供基地台、轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表並執行網路多點影像廣播。
本發明之在全球互通微波存取網路的影像多播系統與方法，係針對每一消費者端進行判斷，以得知提供服務給一該消費者端可在一個頻寬單位中獲取多少網路產能，進而對每一個消費者端都指派一加權值(weighted value)，並利用該些加權值排序服務消費者端並適當分配頻寬，以有效利用頻寬減少多餘資料傳輸率的頻寬浪費，達到在有限的頻寬內，更有效率地服務更多使用者之功效。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、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。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中。
第1圖顯示本發明一實施例之在全球互通微波存取網路的影像多播系統，包含有至少一服務提供基地台BS、複數個轉發站RS、以及複數個消費者端SS。一實施例中，至少一消費者端SS與一服務提供基地台端BS之間包含有一轉發站RS。須注意，消費者端SS可直接與服務提供基地台BS連接、或是藉由一個轉發站RS與服務提供基地台BS連接。
該服務提供基地台BS係用以提供影像廣播服務，且該服務基地台可視為一個轉發站(RS)。該些轉發站RS係用以提供該服務提供基地台BS資訊，例如轉發站RS與服務提供基地台BS間的第一頻道品質CQ1。該些消費者端SS係提供該服務提供基地台BS資訊，例如消費者端SS所需求的資料傳輸率DR、及消費者端SS與該轉發站RS間的第二頻道品質CQ2。
於運作時，服務提供基地台BS依據消費者端SS資料傳輸率DR、第一頻道品質CQ1、第二頻道品質CQ2求出每一廣播路徑之加權值，依據每一消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序並指定服務提供基地台BS、轉發站RS之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表，並依據該多點廣播表之排程，達成執行網路多點影像廣播之功能。
第2圖顯示本發明一實施例之在全球互通微波存取網路的影像多播方法，其中，如第1圖所示，該網路包含有一服務提供基地台BS、複數個轉發站RS與複數個消費者端SS，且至少一消費者端SS與一服務提供基地台BS端之間包含有一轉發站RS。
請同時參考第1A、1B圖，該方法包含下列步驟：
步驟S102：開始。
步驟S104：指派加權值步驟，偵測該網路中之消費者端SS、與消費者端SS耦接之轉發站RS狀態、消費者端SS需求之傳輸率DR、服務提供基地台端BS與轉發站RS之第一頻道品質CQ1、轉發站RS與消費者端SS之第二頻道品質CQ2。接著，依據消費者端資料傳輸率DR與第一頻道品質CQ之比例求出第一比值R1，依據消費者端SS資料傳輸率DR與第二頻道品質CQ2之比例求出一第二比值R2。之後，依據第一比值R1與第二比值R2求出一頻寬B，並依據消費者端資料傳輸率DR與該頻寬B求出一加權值W。
以第1圖之示例詳細說明如下：假設該網路為一全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)轉發網路，且網路中消費者端SS與服務提供基地台BS間存在一節點，且此節點為轉發站RS。其中，RS i 表示第i 個轉發站RS(服務提供基地台BS是第0個轉發站)，SS m,n 表示連接於第m 個轉發站RS的第n 個消費者端SS，DR m,n 表示SS m,n 消費者端SS需求的資料傳輸率DR，CQ m 表示RS m 與服務提供基地台BS之間的第一頻道品質(channel quality)CQ1，而CQ m,n 則表示SS m,n 與R S m 之間之第二頻道品質CQ2。
一實施例中，本發明之影像多播方法可利用下列方程式將服務消費者端SS m,n 所需的頻寬B求出，方程式如下：
B m,n =DR m,n /CQ m +DR m,n /CQ m,n 　...(1)
其中，DR m,n /CQ m 係指服務提供基地台BS至轉發站RS間所需的頻寬，而DR m,n /CQ m 係指轉發站RS至消費者端SS間所需的頻寬。依此方式，可得到每個消費者端SS m,n 被指派的加權值W為DR m,n /B m,n 。
步驟S106：排定順序步驟，依據每一消費者端SS之廣播路徑之加權值W大小，排定服務之消費者端順序。一實施例，如第3圖所示，該圖顯示即為第1圖之影像多播系統中各消費者端之加權值指派與排序之範例。
步驟S108：參數指定步驟，依據該排定順序指定服務提供基地台BS、各該轉發站RS之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表。一實施例中，多點廣播表在排定前係先將表格內容清空，接著根據所有消費者端SS上述加權值W的遞減順序來依序排定服務的消費者端SS。
一實施例，請同參時考第1、3、4圖，以第3圖之網路加權值進行指派與排序作為示例說明，且資料傳輸率調變機制採用如第4圖所示之四種調變機制來選擇性的實施。此四種資料傳輸率調變機制分別為二進制相移鍵控調變(Binary Phase Shift Keying，BPSK)、四相移相鍵控調變(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)、16星座點正交振幅調變(16 Quadrature Amplitude Modulation，16-QAM)、與64星座點正交振幅調變(64 Quadrature Amplitude Modulation，64-QAM)。當然，資料傳輸率調變機制並不限於此，其可為各種目前現有或未來發展出之調變機制。
首先，由第3圖可知消費者端SS 0,2 的加權值W=4最大，擁有最高的優先權1。此時為了要服務消費者端SS 0,2 ，服務提供基地台BS之的多點廣播表內16-QAM(4)的資料傳輸率DR欄位可設為128k位元/秒(bit/s)。如此之設置，係因為採用的資料傳輸率調變機制提供的傳輸速率必須大於等於上述第一與第二頻道品質，才可正確地進行資料傳輸。舉例而言，由於消費者端SS 0,2 需求的資料傳輸率為128k位元/秒，且其與服務提供基地台BS間的頻道品質CQ 0.2 =4。因此，此時資料傳輸率調變機制的選定就必須選擇能夠提供頻道品質4以上等級的調變機制，如選擇可提供頻道品質最高為4的16-QAM(4)、或選擇可提供頻道品質最高為6的64-QAM(6)，但是由於64-QAM(6)每次傳輸所占的頻寬大於16-QAM(4)的頻寬，所以會選定16-QAM(4)來進行傳輸。
檢視加權值W=3為第二順位的消費者端SS 1,1 ，此時，消費者端SS 1,1 的頻道品質CQ 1.1 與CQ 1 均等於6，且需求的資料傳輸率為192k位元/秒。由於轉發站RS 1 與服務提供基地台BS之間的頻道品質可以接收並解頻服務提供基地台BS先前為了服務SS0,2 而利用16-QAM(4)所傳送的128k位元/秒。因此，針對消費者端SS 1,1 ，服務提供基地台BS的多點廣播表內64-QAM(6)的DR欄位便可設定為64k位元/秒，而轉發站RS 1 的多點廣播表內64-QAM(6)的DR欄位便可設定為192k位元/秒。
接著，檢視加權值W=2.4之第三順位之消費者端SS 1,2 ，消費者端SS 1,2 之頻道品質CQ 1.2 =4與CQ 1 =6，且需求的資料傳輸率為64k位元/秒。由於轉發站RS 1 與消費者端SS 1,2 之頻道品質CQ 1.2 =4，因此針對消費者端SS 1,2 ，轉發站RS 1 的多點廣播表內16-QAM(4)的DR欄位便可設定成64k位元/秒。依此方式，轉發站RS 1 的多點廣播表內64-QAM(6)的DR欄位就可以減掉多餘的部分，由原來的192k位元/秒改為128k位元/秒，以減少頻寬的使用。其原因為消費者端SS 1,1 與轉發站RS 1 間之頻道品質可接收並解頻轉發站RS 1 利用16-QAM(4)所傳送的64k位元/秒的資料。重複上述參數指定步驟S108之規範產生複數個多點廣播表，直至網路中頻寬被耗盡為止，或是所有的消費者端皆被服務為止。
須注意者，由上述說明可知，當本發明實施例之轉發站服務使用者端時，針對使用者端所須之資料傳輸率，可選擇性地使用複數個資料調變機制來配置資料傳輸頻寬。
步驟S110：廣播執行步驟，依據該多點廣播表執行網路多點影像廣播。
步驟S112：結束。
須注意者，本發明之影像多播系統與方法可適用於WiMAX轉發網路，但不限於此。其亦可適用於各種現有或未來發展出之轉發網路中。
本發明之影像多播系統與方法，係針對每一消費者端進行判斷，以得知提供服務給一該消費者端可在一個頻寬單位中獲取多少網路產能，進而對每一個消費者端都指派一加權值(weighted value)。針對所有消費者端的加權值順序來依序服務，直到頻寬被耗盡或是所有的消費者端皆被服務為止。再者，本發明影像多播系統與方法還可有效利用頻寬，隨著新排定的狀況來改變先前排定的設定，以減少多餘資料傳輸率的頻寬浪費。從而解決習之技術之問題，達到在有限的頻寬內，更有效率地服務更多使用者之功效。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
BS．．．服務提供基地台
RS．．．轉發站
SS．．．消費者端
第1圖顯示本發明一實施例之影像多播系統之示意圖。
第2圖顯示本發明一實施例之影像多播方法之示意圖。
第3圖顯示本發明一實施例之影像多播方法之加權值指派與排序範例。
第4圖顯示本發明一實施例之影像多播方法之多點廣播表排定範例。
BS．．．服務提供基地台
RS．．．轉發站
SS．．．消費者端

Claims (10)

  1. 一種在全球互通微波存取網路的影像多播方法，該網路包含有一服務提供基地台、複數個轉發站與複數個消費者端，且至少一消費者端與一服務提供基地台端之間包含有一轉發站，該方法包含有：指派加權值步驟，偵測該網路中之該消費者端、與該消費者端耦接之該轉發站狀態、該消費者端需求之資料傳輸率、該服務提供基地台端與該轉發站之一第一頻道品質、該轉發站與該消費者端之第二頻道品質；依據該消費者端之該資料傳輸率與該第一頻道品質之比例求出第一比值，依據該消費者端之該資料傳輸率與該第二頻道品質之比例求出一第二比值，依據該第一比值與該第二比值求出一頻寬；依據該消費者端之該資料傳輸率與該頻寬求出一加權值；排定順序步驟，依據每一該消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序；參數指定步驟，依據該順序指定該服務提供基地台、各該轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表；以及廣播執行步驟，依據該多點廣播表執行網路多點影像廣播。
  2. 如請求項1所述之方法，更包含設定該服務提供基地台以提供複數個資料調變機制，且設定該多點廣播表指定 該服務提供基地台之資料調變機制提供之傳輸速率須大於等於該第一頻道品質。
  3. 如請求項1所述之方法，更包含設定該轉發站包含有複數種資料調變機制，且設定該多點廣播表指定該轉發站之資料調變機制提供之傳輸速率須大於等於該第二頻道品質。
  4. 如請求項3所述之方法，當該轉發站服務一該使用者端時，針對該使用者端所須之資料傳輸率，選擇性地使用該複數個資料調變機制來配置資料傳輸頻寬。
  5. 如請求項2或3所述之方法，其中該資料調變機制為二進制相移鍵控調變(Binary Phase Shift Keying，BPSK)、四相移相鍵控調變(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)、16位星座點交振幅調變(16 Quadrature Amplitude Modulation，16-QAM)、或64星座點正交振幅調變(64 Quadrature Amplitude Modulation，64-QAM)。
  6. 一種在全球互通微波存取網路的影像多播方法，該網路中至少一消費者端與一服務提供基地台端之間包含有一轉發站，該方法包含有：依據該消費者端之資料傳輸率、該服務提供基地台、及該轉發站間的頻道品質求出一加權值；依據每一該消費者端之廣播路徑之加權值大小，排定服務之消費者端順序並指定該服務提供基地台、該轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表；以及 依據該多點廣播表執行網路多點影像廣播；其中，加權值計算方法包含：偵測該網路中之該消費者端、與該消費者端耦接之該轉發站狀態、該消費者端需求之資料傳輸率、該服務提供基地台端與該轉發站之一第一頻道品質、該轉發站與該消費者端之第二頻道品質；依據該消費者端之該資料傳輸率與該第一頻道品質之比例求出第一比值，依據該消費者端之該資料傳輸率與該第二頻道品質之比例求出一第二比值，依據該第一比值與該第二比值求出一頻寬；依據該消費者端之該資料傳輸率與該頻寬求出該加權值。
  7. 如請求項6所述之方法，更包含設定該服務提供基地台與該轉發站，以分別提供複數個資料調變機制，且設定該多點廣播表指定該服務提供基地台與該轉發站之資料調變機制提供之傳輸速率須大於等於該頻道品質。
  8. 如請求項7所述之方法，其中當該轉發站服務一該使用者端時，針對該使用者端所須之資料傳輸率，選擇性地使用該複數個資料調變機制來配置資料傳輸頻寬。
  9. 一種在全球互通微波存取網路的影像多播系統，包含有：一服務提供基地台，用以提供影像廣播服務；複數個轉發站，提供該服務提供基地台該轉發站與該服務提供基地台間的第一頻道品質； 複數個消費者端，提供該消費者端需求的資料傳輸率、及該消費者端與該轉發站之第二頻道品質；其中，至少一該消費者端與該服務提供基地台端之間包含有一轉發站，而該服務提供基地台依據該消費者端之該資料傳輸率與第一頻道品質之比例求出第一比值，依據該消費者端之該資料傳輸率與該第二頻道品質之比例求出一第二比值，依據該第一比值與該第二比值求出一頻寬；依據該消費者端之該資料傳輸率與該頻寬求出一加權值；依據每一該消費者端之廣播路徑之該加權值大小，排定服務之消費者端順序並指定該服務提供基地台、該轉發站之資料調變機制與資料傳輸率，以產生一多點廣播表並執行網路多點影像廣播。
  10. 如請求項9所述之系統，其中當該轉發站服務一該使用者端時，針對該使用者端所須之資料傳輸率，選擇性地使用複數個資料調變機制來配置資料傳輸頻寬。
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