TWI757221B - 無線通訊裝置與資料處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種無線通訊裝置包括無線收發裝置與資料處理裝置。無線收發裝置自一無線傳輸通道接收至少一訊框。資料處理裝置根據訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者。當資料處理裝置判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，資料處理裝置啟用一訊框批量通知機制。於訊框批量通知機制被啟用時，資料處理裝置於每次接收到一既定訊框時，將既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知，並且於接收佇列中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值時，資料處理裝置發出訊框提取通知給一後端處理裝置。

Description

無線通訊裝置與資料處理方法
本發明係關於一種應用於無線通訊裝置內的資料處理方法及對應的資料處理裝置，尤指一種在高吞吐量(throughput)環境下可有效減少額外工作開銷(overhead)的資料處理方法與資料處理裝置。
在無線網路標準802.11n中，加入了訊框聚合(frame aggregation)的概念，將多個訊框(frame)/子訊框(subframe)結合在一起變成一個大的訊框或一個封包，其包含了媒體存取控制(Medium Access Control，縮寫MAC)層服務數據單元聚合(Aggregate MAC Service Data Unit，縮寫A-MSDU)和MAC層協議數據單元聚合(Aggregate MAC Protocol Data Unit，縮寫A-MPDU)兩種聚合方式。
第1圖為A-MSDU與A-MPDU兩種聚合方式的示意圖。A-MSDU主要是將MAC層服務數據單元(於圖中標示為MSDU以求簡明)加上表頭(Header，於圖中標示為HDR以求簡明)之後成為MSDU子訊框，且於必要時可加入一些填充資料(Padding，於圖中標示為PDD以求簡明)，接著再將許多MSDU子訊框(例如，圖中所示之MSDU子訊框#1~ MSDU子訊框#N)聚合在一起成為一個MAC層服務數據單元聚合A-MSDU(於圖中標示為A-MSDU以求簡明)。A-MSDU會再加上MAC層表頭(MAC Header，於圖中標示為MACHDR以求簡明)和尾部的訊框檢查序列(Frame Check Sequence，於圖中標示為FCS以求簡明)偵錯，成為一個MAC層協議數據單元MPDU(於圖中標示為MPDU以求簡明)。而MPDU打上定界符(delimiter)之後成為MPDU子訊框(例如，圖中所示之MPDU子訊框#1~ MPDU子訊框#N)，且於必要時可加入一些填充資料(Padding，於圖中標示為PDD以求簡明)。之後再將許多MPDU聚合在一起成為一個MAC層協議數據單元聚合A-MPDU(於圖中標示為A-MPDU以求簡明)。A-MPDU可再加上實體層表頭(Physical Header，於圖中標示為PHYHDR以求簡明)。通過一次性發送多個MPDU訊框(其於被聚合時可稱作子訊框)，可有效提高系統吞吐量。
然而，在高吞吐量環境下，當A-MPDU以密集的速度到達時，接收端的作業系統會因訊框的處理導致大量的工作開銷。
為解決此問題，本發明提出一種應用於無線通訊裝置內的資料處理方法及對應的資料處理裝置。
本發明之一目的在於解決當訊框於短時間內密集地到達時發生的大量工作開銷的問題。
根據本發明之一實施例，一種無線通訊裝置包括無線收發裝置與資料處理裝置。無線收發裝置用以自一無線傳輸通道接收至少一訊框。資料處理裝置耦接無線收發裝置，用以接收訊框，並且根據訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者。當資料處理裝置判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，資料處理裝置啟用一訊框批量通知機制。於訊框批量通知機制被啟用時，資料處理裝置於每次接收到一既定訊框時，將既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知，並且於接收佇列中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值時，資料處理裝置發出訊框提取通知給一後端處理裝置。
根據本發明之另一實施例，一種資料處理方法，包括：自一無線傳輸通道接收至少一訊框；根據訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者；以及於判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，啟用一訊框批量通知機制。於訊框批量通知機制被啟用時，資料處理方法更包括：於每次接收到一既定訊框時，將既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知；以及於接收佇列中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值時，發出訊框提取通知給一後端處理裝置。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電子裝置方塊圖。電子裝置200可包括一無線通訊裝置210與一後端處理裝置220。於一實施例中，電子裝置200可為手機、筆記型電腦、桌上型電腦…等具備無線通訊能力的電子產品，無線通訊裝置210可為用以提供無線通訊服務之一無線網卡，而後端處理裝置220可以是電子裝置200的一處理器，例如，用以運行電子裝置200之作業系統的處理器。
無線通訊裝置210可包括無線收發裝置211與資料處理裝置212。無線收發裝置211用以自無線傳輸通道接收一或多個訊框。資料處理裝置212耦接無線收發裝置212，用以自無線收發裝置212接收並處理訊框。後端處理裝置220自無線通訊裝置210接收經初步處理過的訊框，並且可進一步處理接收到的訊框。
需注意的是，第2圖為一簡化的電子裝置示意圖，其中僅顯示出與本發明相關之元件。孰悉此技藝者均可理解，一電子裝置當可包含許多未示於第2圖之元件，以實施無線通訊及相關之信號處理之功能。
根據本發明之一實施例，資料處理裝置212可根據接收到的訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者，並且當判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，資料處理裝置212可啟用一訊框批量通知機制。相對地，當判斷未接收到及/或接下來也不會接收到複數既定訊框時，若訊框批量通知機制已被啟用，資料處理裝置212可關閉訊框批量通知機制。
根據本發明之一實施例，於訊框批量通知機制被啟用時，資料處理裝置212於每次接收到一既定訊框時，將此既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知，並且於接收佇列中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值時，資料處理裝置212發出訊框提取通知給後端處理裝置220。例如，發出訊框提取通知給運作於後端處理裝置220之作業系統。作業系統於收到訊框提取通知後，可自接收佇列中提取訊框。於一實施例中，作業系統可藉由呼叫由資料處理裝置212所提供的函式(function)取得訊框。例如但不限於，作業系統可藉由呼叫函式驅動資料處理裝置212自接收佇列內取出訊框並提供給作業系統。於另一實施例中，作業系統可於收到訊框提取通知後請求接收佇列350的存取權，以取得訊框。
於本發明之實施例中，後端處理裝置220/作業系統可響應於一個訊框提取通知而獲取複數既定訊框(亦稱為一個批量的訊框，其中既定訊框的數量可小於或等於既定批量值)，並進行一個批量的訊框的處理。
第3圖係顯示根據本發明之實施例所述之無線通訊裝置方塊圖，其主要係用以顯示實施本發明所提出之訊框批量通知機制之對應裝置。資料處理裝置300可包括訊框突發預測裝置310、訊框批量通知裝置320、最佳批量探測裝置330、批量處理逾時偵測裝置340以及接收佇列350。訊框突發預測裝置310用以判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者，並於判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，通知訊框批量通知裝置320啟用訊框批量通知機制。當訊框批量通知機制被啟用時，訊框批量通知裝置320於接收佇列350中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值(batch size)時，發出訊框提取通知給後端處理裝置220。最佳批量探測裝置330用以選擇性地於一探測模式或一微調模式中動態調整既定批量值，並將調整結果提供給訊框批量通知裝置320。批量處理逾時偵測裝置340用以偵測是否發生批量處理逾時。批量處理逾時的判斷結果可被提供給最佳批量探測裝置330用以作為探測模式與微調模式的切換參考。
根據本發明之一實施例，訊框突發預測裝置310可根據接收到的訊框是否為一訊框聚合來判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者。例如，訊框突發預測裝置310可根據訊框類型判斷是否爾後將會有大批訊框於短時間內到達。於根據本發明之實施例中，既定訊框可以是前述的MPDU訊框，而訊框聚合可以是包括複數MPDU訊框聚合於其中的一A-MPDU。例如，訊框突發預測裝置310可解析接收到的訊框的標頭(header)內容，判斷其中的A-MPDU旗標是否被設起。若A-MPDU旗標被設起，則可判斷此訊框為一A-MPDU，並可決定啟用訊框批量通知機制。又例如，訊框突發預測裝置310可根據電子裝置200與另一遠端裝置(例如，一存取點(Access Point，縮寫AP)裝置，或者一終端裝置(Station))所協議的最大訊框聚合數量設定值來做判斷。若協議的最大訊框聚合數量設定值大於1，代表接收到的訊框有可能是訊框聚合，因此訊框突發預測裝置310可決定啟用訊框批量通知機制。
需注意的是，於本發明之實施例中，當訊框突發預測裝置310根據標頭內容判斷此訊框為一A-MPDU時，便可於接收第一筆MPDU訊框時立即啟用訊框批量通知機制。此外，於本發明之實施例中，所述的A-MPDU可以包含或不包含A-MSDU。
於訊框批量通知機制被啟用時，訊框批量通知裝置320於接收佇列350中所暫存的既定訊框的數量到達一既定批量值時，發出訊框提取通知給後端處理裝置220。另一方面，於訊框突發預測裝置310通知關閉訊框批量通知機制時，訊框批量通知裝置320便無需等待接收佇列350中所暫存的訊框的數量到達既定批量值時才發出訊框提取通知。
此外，本發明另包括逾時處理機制。若於接收佇列350中所暫存的既定訊框的數量未到達既定批量值但訊框批量通知裝置320判斷發生暫存超時時，訊框批量通知裝置320也可立刻發出訊框提取通知給後端處理裝置220，以避免訊框延遲過久。例如，於發出訊框提取通知後，訊框批量通知裝置320可重置並重新計算將既定訊框暫存於接收佇列350的操作時間。若於接收佇列中350所暫存的既定訊框的數量到達目前設定的既定批量值之前，操作時間已到達一超時臨界值Time_Out_TH，則訊框批量通知裝置320可判斷發生暫存超時。於本發明之實施例中，超時臨界值Time_Out_TH可依據系統需求設定。
關於批量處理逾時偵測，根據本發明之一實施例，批量處理逾時偵測裝置340可先估計一突發量(burst size)。例如，根據前述電子裝置200與另一遠端裝置)所協議的最大訊框聚合數量設定值估計突發量Y。假設最大訊框聚合數量設定值為64，代表一個A-MSDU內最多可被聚合64個MPDU訊框，則批量處理逾時偵測裝置340可將突發量Y設定為64，或者設定為經適當運算後所得的一數值。接著，批量處理逾時偵測裝置340可根據突發量Y估計此次接收的資料量。例如，假設一個MPDU訊框的資料量估計值為X位元組，批量處理逾時偵測裝置340可估計此次接收的資料量為(Y*X)位元組。接著，批量處理逾時偵測裝置340可根據估計的資料量與相關資料處理參數(例如，作業系統的理想吞吐量，其單位可以是位元組/秒)估計出此次突發所容許的最大處理時間配額，於此簡稱為突發處理時間Burst_Processing_Time，其中所述處理時間可以是，例如但不限於，於資料處理裝置212/300及/或後端處理裝置220端的傳輸控制協議(Transmission Control Protocol，縮寫TCP)層的處理時間。最後，批量處理逾時偵測裝置340可根據突發處理時間Burst_Processing_Time與目前所設定的既定批量值估計一個批量所容許處理的最大時間，於此簡稱為批量處理時間Batch_Processing_Time。例如，若既定批量值B目前被設定為突發量Y的1/3，則批量處理時間Batch_Processing_Time可被設定為突發處理時間Burst_Processing_Time的1/3，或者基於此數值作適量增減。批量處理逾時偵測裝置340可根據批量處理時間Batch_Processing_Time判斷是否發生批量處理逾時。若後端處理裝置220處理一個批量的訊框所花費的時間超過目前設定的批量處理時間Batch_Processing_Time，可判斷發生批量處理逾時。於本發明之一實施例中，後端處理裝置220於處理完一個批量的訊框後，可發出一通知給資料處理裝置300，以告知資料處理裝置300可進行次一批量的接收與處理，或者用以告知返還接收佇列350的存取權。因此，批量處理逾時偵測裝置340可根據自後端處理裝置220取得一個批量的訊框至接收到前述此批量的訊框已處理完畢的通知所花費的時間長度判斷是否發生批量處理逾時。批量處理逾時的判斷結果可被提供給最佳批量探測裝置330用以作為探測模式與微調模式的切換參考。
關於既定批量值/最佳批量值的探測與調整，根據本發明之一實施例，於訊框批量通知機制被啟用時，若有前次既定批量值的紀錄，則最佳批量探測裝置330可直接使用此紀錄的值當作初始的既定批量值，並運作於微調模式。若無，則最佳批量探測裝置330將初始的既定批量值設定為1，並運作於探測模式。
在探測模式中，每當後端處理裝置220獲取一個批量的訊框，且沒有發生批量處理逾時，最佳批量探測裝置330可增加既定批量值。反之，若批量處理逾時偵測裝置340偵測到發生批量處理逾時，則最佳批量探測裝置330可減少既定批量值，記錄此時的既定批量值，將之設定為批量臨界值Batch_Size_Threshold，並進入到微調模式。
根據本發明之一實施例，於探測模式中，最佳批量探測裝置330可以指數方式增加既定批量值。例如，若未發生批量處理逾時，最佳批量探測裝置330可於每次調整時將既定批量值倍增。因此，在理想狀況下，探測模式中的既定批量值會以成長倍數為1, 2, 4, 8,… 的序列指數地成長。若發生批量處理逾時，最佳批量探測裝置330可將既定批量值減半，將此時的(即，減半後的)既定批量值設定為批量臨界值Batch_Size_Threshold，並進入到微調模式。
於微調模式中，每當後端處理裝置220獲取一個批量的訊框，且沒有發生批量處理逾時，最佳批量探測裝置330可增加既定批量值。反之，若批量處理逾時偵測裝置340偵測到發生批量處理逾時，則最佳批量探測裝置330可減少既定批量值。當既定批量值被降至低於批量臨界值Batch_Size_Threshold時，則返回探測模式。
根據本發明之一實施例，於微調模式中，最佳批量探測裝置330可以一固定增量值或一固定減量值增加或減少既定批量值。例如，最佳批量探測裝置330可於每次調整時將既定批量值加一或減一。
最佳批量探測裝置330可於每次調整後將調整過的既定批量值視為當前的最佳批量，並且將之提供給訊框批量通知裝置320。
須注意的是，於本發明之其他實施例中，亦可省略最佳批量探測裝置330與批量處理逾時偵測裝置340的操作。例如，既定批量值為一固定值而不動態地被調整。
此外，須注意的是，雖於第3圖中資料處理裝置300與後端處理裝置210分別繪製為兩個不同的硬體裝置，但本發明並不限於此。於本發明之其他實施例中，資料處理裝置212/300與後端處理裝置210也可被實作於同一處理裝置內，或者實際上可以是同一處理器。此外，本發明並不限於使用專屬硬體執行以上操作。於本發明之其他實施例中，本發明所提出之資料處理方法亦可由軟體及/或韌體實施，或者經由軟體、硬體、韌體、或上述任意組合來實現。例如，於本發明之實施例中，電子裝置200實際上可包含一或多個處理器，亦可選擇性再結合一或多個其他硬體裝置，以實現本發明所提出之資料處理方法。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之資料處理方法流程圖，包含以下步驟：
步驟S402: 自無線傳輸通道接收至少一訊框。
步驟S404: 根據接收到的訊框判斷是否啟用一訊框批量通知機制。若是，執行步驟S406，若否，執行步驟S408。
步驟S406: 將接收到的訊框暫存於一接收佇列中，並且於接收佇列中所暫存的訊框數量到達一既定批量值時，發出訊框提取通知給後端處理裝置。
步驟S408: 於每次接收到一訊框時發出訊框提取通知給後端處理裝置。
綜上所述，於本發明的實施例中，當判斷爾後將會有大批訊框於短時間內到達時，可啟用訊框批量通知機制。不同於傳統技術，本發明係先將訊框暫存於接收佇列中以代替立刻發出訊框提取通知，直到訊框累積到一定數量後才發出訊框提取通知給作業系統，如此可有效解決於高吞吐量的環境下作業系統會出現頻繁的上下文交換因而導致大量的工作開銷的問題。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200:電子裝置 210:無線通訊裝置 220:後端處理裝置 211:無線收發裝置 212,300:資料處理裝置 310:訊框突發預測裝置 320:訊框批量通知裝置 330:最佳批量探測裝置 340:批量處理逾時偵測裝置 350:接收佇列
第1圖為訊框聚合示意圖。 第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電子裝置方塊圖。 第3圖係顯示根據本發明之實施例所述之無線通訊裝置方塊圖。 第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之資料處理方法流程圖。
220:後端處理裝置
211:無線收發裝置
300:資料處理裝置
310:訊框突發預測裝置
320:訊框批量通知裝置
330:最佳批量探測裝置
340:批量處理逾時偵測裝置
350:接收佇列

Claims (10)

  1. 一種無線通訊裝置，包括： 一無線收發裝置，用以自一無線傳輸通道接收至少一訊框；以及 一資料處理裝置，耦接該無線收發裝置，用以接收該訊框，並且根據該訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者， 當該資料處理裝置判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，該資料處理裝置啟用一訊框批量通知機制，其中 於該訊框批量通知機制被啟用時，該資料處理裝置於每次接收到一既定訊框時，將該既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知，並且於該接收佇列中所暫存的該等既定訊框的一數量到達一既定批量值時，該資料處理裝置發出該訊框提取通知給一後端處理裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該資料處理裝置包括： 一訊框突發預測裝置，用以判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者，其中該訊框突發預測裝置根據該訊框是否為一訊框聚合判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之無線通訊裝置，其中該等既定訊框為媒體存取控制層協議數據單元(Medium Access Control Protocol Data Unit，縮寫MPDU)訊框，並且該訊框聚合為包括複數MPDU訊框聚合於其中的一媒體存取控制層協議數據單元聚合(Aggregate MPDU，縮寫A-MPDU)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該資料處理裝置更判斷是否於該接收佇列中所暫存的該等既定訊框的該數量到達該既定批量值之前發生暫存超時，並且當判斷發生暫存超時時，該資料處理裝置立刻發出該訊框提取通知給該後端處理裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中於該訊框批量通知機制被啟用後，該資料處理裝置更動態地調整該既定批量值，並且其中該資料處理裝置包括： 一最佳批量探測裝置，運作於一探測模式或一微調模式，其中於該探測模式中，該最佳批量探測裝置以指數方式增加該既定批量值，以及於該微調模式中，該最佳批量探測裝置以一固定增量值或一固定減量值增加或減少該既定批量值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之無線通訊裝置，其中該資料處理裝置更包括： 一批量處理逾時偵測裝置，用以判斷是否發生批量處理逾時，其中當該批量處理逾時偵測裝置判斷發生批量處理逾時時，該批量處理逾時偵測裝置通知該最佳批量探測裝置減少該既定批量值，並切換至該微調模式。
  7. 一種資料處理方法，包括： 自一無線傳輸通道接收至少一訊框； 根據該訊框判斷是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者；以及 於判斷已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者時，啟用一訊框批量通知機制， 其中於該訊框批量通知機制被啟用時，該資料處理方法更包括： 於每次接收到一既定訊框時，將該既定訊框暫存於一接收佇列中以代替發出一訊框提取通知；以及 於該接收佇列中所暫存的該等既定訊框的一數量到達一既定批量值時，發出該訊框提取通知給一後端處理裝置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之資料處理方法，其中是否已接收到或即將接收到複數既定訊框之至少一者係根據該訊框是否為一訊框聚合被判斷。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之資料處理方法，其中該等既定訊框為媒體存取控制層協議數據單元(Medium Access Control Protocol Data Unit，縮寫MPDU)訊框，並且該訊框聚合為包括複數MPDU訊框聚合於其中的一媒體存取控制層協議數據單元聚合(Aggregate MPDU，縮寫A-MPDU)。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之資料處理方法，其中於該訊框批量通知機制被啟用時，該資料處理方法更包括： 於一探測模式或一微調模式中動態地調整該既定批量值， 其中於該探測模式中，以指數方式增加該既定批量值；以及 於該微調模式中，以一固定增量值或一固定減量值增加或減少增加該既定批量值。
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