TWI487422B - 在無線個人網路中執行有效率的鏈路調適之技術 - Google Patents

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TWI487422B
TWI487422B TW098143950A TW98143950A TWI487422B TW I487422 B TWI487422 B TW I487422B TW 098143950 A TW098143950 A TW 098143950A TW 98143950 A TW98143950 A TW 98143950A TW I487422 B TWI487422 B TW I487422B
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Description

在無線個人網路中執行有效率的鏈路調適之技術
本發明大致上係關於無線多媒體(WiMedia)媒體存取控制(MAC)協定，且更特定言之係關於MAC鏈路調適技術。
本申請案主張於2008年12月24日申請之美國臨時專利案第61/140,801號之權利。
超寬頻(UWB)系統之無線多媒體規範1.0版在於定義用於無線個人區域網路(WPAN)之一完全分散式媒體存取控制(MAC)協定。一WPAN被設計用來許可一非常短的範圍(例如，約10米)內之諸裝置之間的通信。WiMedia MAC協定提供用於該網路之裝置之間之並行通信之一機制。
該WiMedia規範支援若干不同傳輸(通道)速率，該等速率包含：53.3 Mbps、80 Mbps、106.7 Mbps、160 Mbps、200 Mbps、320 Mbps、400 Mbps及480 Mbps。新一代WiMedia規範1.5版經開發為允許高達1 Gbps之更多傳輸速率。
可用於UWB之頻寬及所支援之傳輸速率可被用來實現進階的應用，例如立即多媒體串流及醫學應用。然而，此等應用具有嚴格的服務品質(Qos)及潛在要求，當使用一固定的傳輸速率在兩個裝置之間透過一無線鏈路轉移資料時，便無法實現該等要求。此外，一無線鏈路之品質會因多項條件而動態地變化，且若在該鏈路周圍有物體移動，則無線鏈路之品質可能會顯著地下降。舉例而言，在視程範圍內的兩個裝置之間行走的或站立的人，會降低該等裝置之間之一無線鏈路之品質。
為達到此目的，WiMedia MAC實施一鏈路調適技術以使一接收器(亦即，接收資料之一裝置)考慮當前鏈路條件而選擇最佳傳輸參數(諸如速率)，且將此等傳輸參數轉送至一傳輸器(亦即，傳輸資料之一裝置)。因此，該傳輸器可相應修改其傳輸參數。然而，因為該接收器無法導出關於訊務樣式/負載及一輸入資料串流之QoS要求之確切資訊，所以該接收器可能無法選擇最佳參數。
此外，當前WiMedia MAC協定對鏈路調適提供一有限的支援。具體言之，僅存在被設計用來支援該鏈路調適之一鏈路回饋資訊元素。一接收器可使用該鏈路回饋資訊元素對該傳輸器提供建議之傳輸速率及功率。而無其他方法可供調適其他傳輸參數(諸如一實體層封包大小)，然而該等其他參數可能大幅影響一WiMedia網路之整體效能。
因此，提供一用於WiMedia MAC協定之一有效鏈路調適技術將是有利的。
本文之特定實施例包含一種用於在一傳輸器與至少一接收器之間執行無線鏈路之鏈路調適之方法。該方法包括：藉由該傳輸器產生一第一增強之鏈路調適(ELA)資訊元素；將該第一ELA資訊元素發送至至少一接收器；當該傳輸器接收到一第二ELA資訊元素時，決定該傳輸器之最佳傳輸參數，其中該第二ELA資訊元素係藉由該至少一接收器回應於該第一ELA資訊元素而產生且發送。
本文之特定實施例進一步包含可在一無線網路中操作且能夠形成用於透過該無線網路傳輸之一ELA資訊元素之一訊框結構之一裝置。該ELA資訊元素包含：一元素識別欄位；一長度欄位，其用於指定該ELA資訊元素之大小；及複數個鏈路欄位，其等用於在該傳輸器與該接收器之間提供一鏈路調適回饋機制，其中該複數個鏈路欄位之各者包含：一目標裝置位址(DevAddr)子欄位，其用於指定一目標裝置之一位址；一控制子欄位，其至少用於指定一操作模式、一資料串流模式、該鏈路欄位之一立即回饋模式；一串流位元映射子欄位；一鏈路品質資訊子欄位，其包含該接收器與該傳輸器之間之一無線鏈路之鏈路品質量測；一未應答子欄位(Non-ACK)，其至少用於指定在該串流位元映射欄位中所指定之各資料串流之正確接收到之資料封包之數目。
本發明之標的係經特定指出且清晰主張於本說明書之完結處之諸技術方案中。從結合隨附圖式之以下詳細描述之後，本發明之前述特徵及其他特徵及優點將變得顯而易見。
值得重要注意的是所揭示之該等實施例僅為本文中創新教示之許多有利使用之實例。一般而言，本申請案之該規範中所提出之陳述並不一定限定所主張之不同發明之任一者。此外，一些陳述可應用於一些創新特徵但不一定可應用於其他特徵。一般而言，除非另有指出，單數元件可為複數，且在不失一般性之下截然相反。在該等圖式中，透過若干視圖相似數字係指相同部件。
根據特定原理，提供一種藉由一WiMedia MAC協定執行之鏈路調適技術。該所揭示之技術係基於一新的資訊元素，後文稱為「增強鏈路調適」(ELA)資訊元素及該接收器與該傳輸器實施之一回饋程序。因此，該接收器將鏈路品質資訊回饋至該傳輸器，且該傳輸器基於所要傳輸之一資料串流之要求及該鏈路品質資訊而選擇其傳輸參數(如，速率及功率)。在該ELA資訊元素中封裝用來作為該回饋程序之部分之資訊示意性地繪示於圖1中。
該ELA資訊元素100包含以下欄位：一元素識別符(ID)110，其用於指定指派給該ELA資訊元素100之ID；一長度120，其用於指定該ELA資訊元素100之長度，該長度較佳為若干八位元組；及若干的N個鏈路欄位130-1至130-N(N係大於或等於1之整數)，在下文中個別地稱為一鏈路欄位130。一鏈路欄位130對應於一目標裝置，其可能為一接收器或傳輸器且具有一可變長度。因此，當該ELA資訊元素包含多個鏈路欄位130時，各欄位可能會被引導至一不同的目標裝置。可在一裝置之信標週期傳輸該ELA資訊元素100以執行定期鏈路調適，或將該ELA資訊元素100作為一探測命令訊框而傳輸，以使一傳輸器能夠起始該鏈路調適。
圖2中提供一鏈路欄位130之一例示性且非限定性圖式。該鏈路欄位130包含以下子欄位：目標裝置位址(DevAddr)210；控制220；串流位元映射230；鏈路品質資訊(LQI)240；及未應答(Non-ACK)250。該目標DevAddr 210係指定該裝置之位址，該鏈路欄位130應被傳輸至此位址。
該控制子欄位220係指定該鏈路欄位130之操作模式，該操作模式可為一請求模式或回應模式。在該請求模式下，起始該鏈路欄位130以請求該目標裝置位址210所指定之目標裝置發送所需之調適鏈路資訊。此資訊包含該鏈路品質資訊及分別包含在該等子欄位LQI 240及Non-ACK 250中之未應答之封包數目。在該回應模式下，該鏈路欄位130係對一先前所接收到之鏈路欄位請求之一回應。該控制子欄位220亦指定該鏈路欄位130之一資料串流模式，亦即將其指定為啟用或停用。當該資料串流模式停用時，該鏈路欄位130中不包含該子欄位串流位元映射230及Non-ACK 250。
根據一實施例，當該鏈路欄位130被設定為一回應模式時，該資料串流模式應依照其對應之鏈路欄位130而設定為請求先前自該目標裝置所接收到之資料。當該資料串流模式啟用時，則該串流位元子欄位230包含於其中，且該子欄位230之至少一位元被設定為1。在該情形下，若該串流位元映射子欄位230之第i個位元被設定為1，其係指定當前裝置與被請求(請求模式)或被回報(回應模式)之目標裝置之間在該第i個資料串流之一先前超訊框中之所接收到的封包之數目。如下文將描述，一各自資料串流之正確接收到之封包數目係表示在該Non-ACK子欄位250中。舉例而言，此資訊可供一MAC層鏈路調適機制用來進一步改良效能。
該控制子欄位220亦表示是否請求一立即回饋。當該ELA資訊元素100係在一探測命令訊框中傳輸而不是在該信標週期期間傳輸時，通常是請求一立即回饋。在一請求模式下，當請求一立即回饋時，該接收器立即回應包含一ELA資訊元素之一探測命令訊框，以將該所需之鏈路品質資訊回饋至該傳輸器。若一鏈路欄位130被設定為該請求模式但並未請求該立即回饋，則該接收器會在其不遲於X(其中X為一常數)超訊框之信標週期中傳輸一ELA資訊元素100作為回應，以將該所需之鏈路品質資訊回饋至該傳輸器。應注意，當該ELA資訊元素100包含以不同裝置為目標之多個鏈路欄位130時，每個欄位可設定為具有一不同的操作模式(亦即，請求或回應)、資料串流模式及回饋政策。
該LQI子欄位240係用於回饋該鏈路品質資訊。此資訊係藉由該接收器產生，且可包含(但不限於)：一所接收之信號之一平均信雜比(SNR)；一所接收之信號強度指示項(RSSI)；或任何其他鏈路品質參數；或該等之組合。該接收器使用該鏈路品質資訊來執行一鏈路調適。若該鏈路欄位130被設定為一回應模式，則該欄位中包含該LQI子欄位240。
該Non-ACK子欄位250含有正確接收之資料封包之數目，該數目對應於在該串流位元映射欄位230中指定之各資料串流。即，若在該子欄位230中將各第i個位元設定為1，則以該Non-ACK子欄位250指定第i個資料串流之正確接收之資料封包之數目。例如，若該串流位元映射子欄位230包含設定為1之K(K大於或等於1)個位元，且其等之對應位元表示為ek >...>e2 >e1 ，則該Non-ACK子欄位250之長度等於ceil(WK/8)八位元組，其中ceil(.)係一頂函數(ceiling function)。因此，該子欄位250中之該等位元bWi-1 至bWi-W 包含該接收器所接收到之第ei -th個資料串流之正確接收之資料封包之數目。參數W係大於1之一整數，且在一較佳實施例中W等於10。根據本發明之一實施例，該Non-ACK子欄位250可包含該等傳輸參數之建議值，或對應於該串流位元映射子欄位230中所指定之各資料串流之任何其他資料串流特定參數之建議值。當將該鏈路欄位130設定為一回應模式且該資料串流模式啟用時，該Non-ACK子欄位250被包含於其中。
圖3顯示描述根據本發明之一實施例之該連接調適回饋方法之一非限定性且例示性之流程圖300。該方法將參考一特定但非限定性實例，其中該等傳輸參數係經選擇以在一傳輸器與一單一接收器之間透過一無線鏈路提供最佳傳輸。該接收器與傳輸器在一無線網路中為相鄰裝置。該傳輸器可透過一信標訊框或一探測命令訊框而起始該鏈路調適回饋程序。應注意，可使用該方法執行一無線網路中任意數目之相鄰裝置之無線鏈路之鏈路調適回饋。此外，可藉由WiMedia規範中界定之一MAC協定，或藉由被設計用來支援WPAN中之通信之任何其他MAC協定而執行該方法。
在S310中，該傳輸器產生一第一ELA資訊元素(例如，ELA資訊元素100)。具體言之，該第一ELA資訊元素係經建構為包含：一元素ID欄位(例如，欄位110)及其值；一長度欄位(例如，欄位120)及其值；及根據目標裝置數目而設之鏈路欄位(例如，欄位130)。如上所述，此方法係參考僅有一單一接收器為目標裝置之情形之一例示性實施例而描述。因此，該第一ELA資訊元素僅包含一個鏈路欄位。在S320中，設定該鏈路欄位之該等子欄位。具體言之，將該目標DevAddr位址子欄位(例如，子欄位210)設定為該接收器之MAC位址，將該控制子欄位(例如，子欄位220)設定為針對該傳輸器預先決定之操作模式、資料串流模式及立即回饋模式。特定言之，因為該傳輸器需知道該鏈路品質，所以將該操作模式設定為一請求模式，且該鏈路欄位係經建構為不具有該等LQI子欄位及Non-ACK子欄位。在S330中，將該第一ELA資訊元素作為一週期信標訊框或一探測命令訊框之部分而傳輸至該接收器。根據所選定之立即回饋模式而排程該傳輸。
在S340中，當接收到該第一ELA資訊元素時，該接收器量測該兩個裝置之間之該無線鏈路之品質。如上所述，該量測可包含(但不限於)一SNR、一RSSI等等。在S350中，一第二ELA資訊元素係藉由該接收器建構為包含一元素ID 欄位、一長度欄位及一鏈路欄位。將該鏈路欄位設定為在該目標DevAddr中包含該傳輸器之位址。將該控制子欄位之一操作模式設定為一回應模式，且根據針對該接收器而預先決定之一政策，選擇資料串流模式及立即回饋模式。若該資料串流模式啟用，則該第二ELA資訊元素之鏈路欄位係經建構為將正確接收到之資料封包數目包含在該串流位元映射子欄位中所指定之各資料串流之該Non-ACK子欄位中。此外，該鏈路欄位包含指定該所量測之鏈路品質值之該LQI子欄位。在S360中，將該第二ELA資訊元素係作為一週期信標訊框或一探測命令訊框之部分而傳輸至該傳輸器。根據該所選之立即回饋模式而排程該傳輸。
在S370中，當接收到該第二ELA資訊元素時，該傳輸器基於所要傳輸之一資料串流之要求，以及內嵌於該所接收之第二ELA資訊中之該鏈路品質資訊及/或內嵌於該所接收之第二ELA資訊中之接收到之封包數目，而決定最佳傳輸參數(至少包含速率及功率)。該資料串流要求可包含QoS、資料類型、延遲等。
根據本發明之一實施例，該等最佳傳輸參數之決定方式係使用一查詢表，該查詢表基於該所接收之鏈路品質資訊(例如，SNR或RSSI)而估計各資料速率模式之一封包錯誤率(PER)及各種可能的封包大小選項。可基於模擬或欄位量測而預先決定該查詢表之該等值。該傳輸器基於一資料串流之該等要求，計算一PER臨限值(PER_TH)，該臨限值係滿足該資料串流之所有該等要求之最大容許PER。該傳輸器可比較該所估計之PER與該PER_TH，而從可達到優於PER_TH效能的PER效能之所有選項中，選出一具有較大封包大小之一最大資料速率。
根據另一例示性實施例，該等最佳傳輸參數可藉由該傳輸器估計一實際PER值而決定。由於該傳輸器知道所傳輸之封包數目與正確接收到之封包數目(指定在該Non-ACK子欄位中)，所以該傳輸器可基於正確接收到之封包數目與所傳輸之封包數目之間之比率而估計該實際PER值(PER_e)。
若PER_e小於或等於PER_TH，則該傳輸器可維持或降低其傳輸功率。若PER_e大於PER_TH，則該傳輸器可增大其傳輸功率以改良效能。
舉例而言，當該鏈路之品質下降時，可週期地或隨需執行本文所描述之該回饋程序。根據另一實施例，舉例而言，當該接收器偵測到該鏈路之品質改變時，該接收器亦可起始該鏈路調適回饋方法。在此實施例中，該接收器產生一ELA資訊元素以包含該所量測之鏈路資訊及正確接收到之封包數目之至少一者。其後，將該ELA資訊係發送至決定該等傳輸參數之該傳輸器，如以上之詳細描述。
前面詳細描述已提出本發明可採取之許多形式中之少數形式。前面之詳細描述應理解為本發明可採取之所選形式之一例示，而非理解為對本發明之界定之一限定。惟包含所有等效物之請求項乃用於界定本發明之範圍。
本發明之原理最佳可作為硬體、韌體及軟體之任意組合而實施。此外，該軟體較佳實施為一應用程式，其具體地體現於一程式儲存器單元或電腦可讀媒體該應用程式可被上載至包括任何合適架構之一機器上或藉由該機器而予以執行。較佳的是，該機器係在具有硬體(諸如一或多個中央處理單元(「CPU」)、一記憶體及輸入/輸出介面)之一電腦平台上而實施。該電腦平台亦可包含一作業系統及微指令碼。本文所描述之不同程式及功能可為該微指令碼之部分或該應用程式之部分或其等之任意組合，無論是否明確顯示為此種電腦或處理器，一CPU都將執行該等程式及功能。此外，不同的其他周邊單元可連接至該電腦平台，諸如一額外資料儲存器及一列印單元。
100．．．ELA資訊元素
110．．．元素ID
120．．．長度
130．．．鏈路欄位
130-1．．．鏈路1
130-N．．．鏈路N
210．．．目標裝置位址
220．．．控制
230．．．串流位元映射
240．．．鏈路品質資訊
250．．．未應答
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一增強鏈路調適(ELA)資訊之一結構之一示意圖；
圖2係繪示該ELA資訊之一鏈路欄位之一結構之一示意圖；及
圖3係繪示根據一實施例之一回饋鏈路調適技術之一流程圖。
(無元件符號說明)

Claims (15)

  1. 一種用於可在一無線個人區域網路(WPAN)中操作的在一傳輸器(transmitter)與至少一接收器之間實施一無線鏈路(link)之鏈路調適(adaptation)之方法(300)，其包括：藉由該傳輸器產生一第一增強鏈路調適(enhanced link adaptation；ELA)資訊元素(link element)；在該WPAN的該無線鏈路上將該第一ELA資訊元素發送(sending)至該至少一接收器；當在該傳輸器接收到一第二ELA資訊元素時，根據待傳輸的一資料串流(data stream)之需求、鏈路品質資訊及被正確接收的封包之數量，決定該傳輸器之最佳傳輸參數，其中該鏈路品質資訊及該被正確接收的封包之數量包含於被接收的該第二ELA資訊元素中，其中該第二ELA資訊元素被產生且由該至少一接收器發送以回應於該第一ELA資訊元素。
  2. 如請求項1之方法，其中產生該第一ELA資訊元素進一步包括：設定該ELA資訊元素之一元素識別(ID)欄位(field)；將一長度欄位設定為該第一ELA資訊元素之長度；及設定該ELA資訊元素之至少一鏈路欄位之子欄位(subfield)。
  3. 如請求項2之方法，其中設定該至少一鏈路欄位之該等子欄位進一步包括：將一目標裝置位址(DevAddr)子欄位設定為該至少一 接收器之一位址；設定一控制子欄位以指定該鏈路欄位之一操作模式、一資料串流模式，及一立即回饋模式；及在一串流位元映射子欄位中設定至少一位元。
  4. 如請求項3之方法，其中該操作模式係設定為一請求模式，且該資料串流模式與該立即回饋模式係根據一預先決定之政策而設定。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一ELA資訊元素係在根據該立即回饋模式而排程之一時間被發送至該至少一接收器。
  6. 如請求項1之方法，其中該第二ELA資訊元素包含一元素ID欄位、一長度欄位及一鏈路欄位，該鏈路欄位包含一目標DevAddr子欄位、一控制子欄位、一串流位元映射子欄位、一鏈路品質資訊子欄位、一未應答(Non-ACK)子欄位。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包括：設定該控制子欄位；將該目標DevAddr子欄位設定為該傳輸器之一位址；將藉由該至少一接收器所量測之鏈路品質資訊包含在該鏈路品質資訊子欄位中；及將至少正確接收到之資料封包數目包含在該串流位元映射子欄位中所指定之各資料串流之該Non-ACK子欄位中。
  8. 如請求項7之方法，其中該鏈路品質資訊包含下列至少 一者：一所接收之信號之一平均信雜比(SNR)；及一所接收之信號強度指示項(RSSI)。
  9. 如請求項8之方法，其中決定該等最佳傳輸參數進一步包括選擇一傳輸速率與一傳輸功率之至少一者。
  10. 如請求項9之方法，其中該資料串流之該等要求包含保證服務品質(QoS)、所要傳輸之一資料串流之類型及延遲之至少一者。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括：計算一封包錯誤率(PER)臨限值，該臨限值為滿足一資料串流之該等要求之一最大容許PER；及比較該PER臨限值與一所估計之PER以決定該等最佳傳輸參數。
  12. 如請求項10之方法，其進一步包括：計算一封包錯誤率(PER)臨限值，該臨限值為滿足該資料串流之該等要求之一最大容許PER；計算一實際PER，其係正確接收到之封包數目與所傳輸之封包數目之一比率；及比較該PER臨限值與該實際PER，以決定該等最佳傳輸參數。
  13. 如請求項1之方法，其中該第一ELA資訊元素係在該傳輸器之一信標週期(beacon period)中傳輸以實施週期性(periodic)鏈路調適，或作為一探測命令訊框(probe command frame)以實施隨需(on-demand)鏈路調適。
  14. 一種非暫態(non-transitory)電腦可讀媒體，其具有儲存於其上的電腦可執行程式碼，當執行(execute)該等程式 碼時，使一處理器實施一傳輸器與至少一接收器之間之一無線鏈路之鏈路調適程序(process)，該程序包括：藉由該傳輸器產生一第一增強鏈路調適(ELA)資訊元素；在WPAN的該無線鏈路上將該第一ELA資訊元素發送至該至少一接收器(S320)；當在該傳輸器接收到一第二ELA資訊元素時，根據待傳輸的一資料串流之需求、鏈路品質資訊及被正確接收的封包之數量，決定該傳輸器之至少最佳傳輸參數，其中該鏈路品質資訊及該被正確接收的封包之數量包含於被接收的該第二ELA資訊元素中，其中該第二ELA資訊元素產生且發送以回應於該第一ELA資訊元素。
  15. 一種可在一無線個人區域網路(WPAN)中操作之裝置，該裝置包含：一處理器；連接至該處理器的一記憶體，其中該記憶體包含指令，當該處理器執行該等指令時，組態該裝置以產生一增強鏈路調適(ELA)資訊元素的一訊框結構，用於在該WPAN的無線鏈路上傳輸，其中該ELA資訊元素包含：一元素識別欄位；一長度欄位，其用於指定該ELA資訊元素之大小；及複數個鏈路欄位，其用於在該傳輸器與一接收器之間提供一鏈路調適回饋機制，其中該複數個鏈路欄位之各者包含：一目標裝置位址(DevAddr)子欄位，其指定一目 標裝置之一位址；一控制子欄位，其用於指定該鏈路欄位之一操作模式、一資料串流模式及一立即回饋模式；一串流位元映射(bitmap)子欄位；一鏈路品質資訊子欄位，其用於包含該接收器與該傳輸器之間之一無線鏈路之鏈路品質量測；及一未應答(Non-ACK)子欄位，其用於指定該串流位元映射子欄位中之各資料串流之正確接收到之資料封包之數目。
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