專利名稱：通過要在剩余服務(wù)間隔上分配的剩余時(shí)間碎片調(diào)度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在無線通信中共享通信信道。尤其是，本發(fā)明涉及對(duì)于在比如802.11e協(xié)議下通信的裝置的時(shí)間分配。
術(shù)語(yǔ)“用戶公平”涉及網(wǎng)絡(luò)資源在多個(gè)用戶中的分配。特別是，帶寬分配對(duì)于減少/消除無線網(wǎng)絡(luò)的阻塞可以具有很多期望的影響。為公平起見，資源分配有不同的方式。成比例公平和“最大最小”公平是兩種這樣的分配資源的方法。
關(guān)于最大最小公平，存在一種在競(jìng)爭(zhēng)實(shí)體之間盡可能相等的資源分配。最大最小公平分配是這樣的分配，其趨向于支持較慢或較低效實(shí)體，因?yàn)檫@樣的實(shí)體通常相比于比其更有效的實(shí)體接收更多帶寬部分。
關(guān)于成比例公平，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的整體性能最佳化，而不是資源分配中的質(zhì)量。當(dāng)采用成比例公平時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)的整體應(yīng)用通過分配更多資源給更有效實(shí)體而被最佳化，則較慢或較低效的實(shí)體可以使其資源分配減少。
應(yīng)指出最大最小公平和成比例公平都可以被加權(quán)。加權(quán)成比例公平的目的是當(dāng)一些實(shí)體具有不同參數(shù)值時(shí)試圖最佳化整體性能，其中這些參數(shù)值可以是一組參數(shù)或某些預(yù)定的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并且仍允許較低效或較慢用戶具有網(wǎng)絡(luò)資源的公平共享。
特別地，用戶公平是一個(gè)在實(shí)體具有多個(gè)路徑的情況下用于分配帶寬的概念。因此一組實(shí)體可以具有相似的帶寬分配，但是其中一些可以具有經(jīng)幾個(gè)路徑的多種帶寬。在這種情況下，每個(gè)實(shí)體的分配可能是公平的但是集中在一個(gè)或一些特定路徑上。
在遵循比如802.11e協(xié)議的無線通信的情況下，該公平的概念應(yīng)用于分組的傳輸。雖然有線網(wǎng)絡(luò)采用分組公平排隊(duì)(Packet Fair Queueing)算法，但是該類型算法如果用于無線通信則完全不能恰當(dāng)?shù)仄鹱饔谩Ｒ粋€(gè)主要原因是必須經(jīng)受無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體的移動(dòng)。裝置在網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)(或甚至是范圍外)的移動(dòng)可能引起稱為“位置依賴”的錯(cuò)誤。該錯(cuò)誤并不總是可預(yù)見的，并且由于“位置依賴”錯(cuò)誤引起的重試或重傳的次數(shù)不作為有線網(wǎng)絡(luò)的分組公平排隊(duì)(PFQ)算法中的因數(shù)。采用PFQ的有線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)資源的分配沒有設(shè)計(jì)成具有不同程度的位置依賴錯(cuò)誤，并且大部分實(shí)體是固定的。因此，公平和延遲保證可能受到不利影響。
已經(jīng)嘗試解決上述問題。在一篇題為“Packet Fair QueueingAlgorithms for Wireless Networks with Location-Dependent Errors”的文章中，其作者是T.S.Eugene Ng，Ion Stoica和Hui Zhang，IEEEINFOCOM 1998，Conference on Computer Communications，第一期，1998年4月，第1103-1111頁(yè)，該文章在此結(jié)合作為背景技術(shù)，提出了一種算法，標(biāo)識(shí)一組稱為“信道條件無關(guān)公平”(CIF)屬性，適于有線分組公平排隊(duì)算法用于無線環(huán)境中。
然而，嘗試提供公平排隊(duì)無法解決與無線環(huán)境中分配分組有關(guān)的問題。一個(gè)問題是前面嘗試提供公平排隊(duì)是假定信道具有固定傳輸速率。
實(shí)際上，無線信道是動(dòng)態(tài)的并且信道PHY速率可能隨時(shí)間變化并可能對(duì)每個(gè)站不同。變化的可能性使得同時(shí)提供延遲保證和公平兩者是很困難的。因此，前面的背景技術(shù)中的嘗試當(dāng)實(shí)際PHY速率降到達(dá)成一致的速率以下時(shí)無法處理(address)該條件。
還已嘗試時(shí)間公平加權(quán)公平排隊(duì)(TF-WFQ)，引入時(shí)間TF-WFQ概念，其中差的信道條件的影響被僅僅限于“表現(xiàn)差”的站。換句話說，具有好的信道的站繼續(xù)操作調(diào)整。因此沒有教導(dǎo)如何限制分配給業(yè)務(wù)流的時(shí)間以便延遲要求不被妨礙。而且，僅僅停止在差的信道條件中對(duì)流的服務(wù)不是所期望的，因?yàn)榉?wù)的大大降級(jí)更可能造成完全中斷。
本發(fā)明提供，尤其是(inter alia)，一種上述無線通信中多個(gè)問題的解決方案。本發(fā)明采用時(shí)間公平概念，具有一種算法，指定一種分布時(shí)間分配的方式，以這種方式所有流的延遲要求不被妨礙。而且，本發(fā)明符合IEEE 802.11e用于QAP對(duì)于服務(wù)于接納的流的時(shí)間分配的QoS要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，關(guān)于延遲限度(Delay Bound)的最小值或用于業(yè)務(wù)流的最大服務(wù)間隔，信道接入被分配到一個(gè)流，其具有在服務(wù)時(shí)段SP中剩下的要分配的信道時(shí)間與在服務(wù)時(shí)段SP結(jié)束之前將首先被用于服務(wù)的剩余時(shí)間之間的最高比。


圖1A，1B和1C是本發(fā)明的一個(gè)方面的流程示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明采用資源分配的系統(tǒng)的示意圖。
在本發(fā)明下面的描述中，應(yīng)指出該說明書和所附示意圖被提供僅為了說明的目的，并且不是意在以任何方式，形成或構(gòu)成以限制所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的范圍。例如，雖然802.11e指定作為一種類型的無線通信受益于本發(fā)明，但該請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明可以被實(shí)際上實(shí)踐于所有其他類型的無線通信，比如DECT，藍(lán)牙，無線以太網(wǎng)，等等。
圖1A，1B和1C包括圖示本發(fā)明操作的一個(gè)方面的流程圖。在檢查該流程圖之前，定義下列縮寫詞Spi表示初始服務(wù)時(shí)段，通過延遲限度的最小值或?qū)τ跇I(yè)務(wù)流i的最大服務(wù)間隔確定；Tai是該Spi期間分配的總時(shí)間；Tui是該Spi期間所用的時(shí)間，其初始值＝0；Tei是Spi開始之后經(jīng)過的時(shí)間，其初始值＝0；Tai=Tair-Tui,]]>其等于要分配的剩余時(shí)間；Tdi=Spir-Tei,]]>其是服務(wù)時(shí)段Spi結(jié)束之前所剩余的時(shí)間；以及N等于所有業(yè)務(wù)流的數(shù)目或要被服務(wù)的業(yè)務(wù)類別的數(shù)目。
上述每個(gè)參數(shù)都與一個(gè)流相關(guān)，并且分組中的一個(gè)的服務(wù)傳輸屬于該一個(gè)流。
在步驟105，對(duì)于每個(gè)特定業(yè)務(wù)流“i”或業(yè)務(wù)類別“i”，因數(shù)Ui開始計(jì)算，其中Ui=TariTdri,]]>如果Tdri≠0,]]>否則Ui＝1。
在步驟110，選擇Ui|Ui≥Up，對(duì)于所有p＝1...N。換句話說，選擇的Ui是在步驟105計(jì)算的所有Ui的最大值。
在步驟115，業(yè)務(wù)流或類別“i”被服務(wù)。換句話說，從業(yè)務(wù)類別“i”的隊(duì)列頭部選取的分組被經(jīng)信道發(fā)送。在嘗試發(fā)送該分組所用的信道時(shí)間，無論該嘗試是否成功，被獲得并且其被稱為Tupi。 該參數(shù)可以被容易地獲得，例如通過留意其首次在信道上發(fā)送的時(shí)間和確認(rèn)被接收的時(shí)間。而且，根據(jù)特定協(xié)議一些MAC層開銷可能包括在該參數(shù)中。類似地，自該流(i)的參數(shù)Tui被最后更新以后經(jīng)過的總時(shí)間，可以容易地通過留意自該最后時(shí)間以后經(jīng)過的時(shí)間獲得。
在步驟120，在步驟115發(fā)送分組結(jié)束時(shí)，有一個(gè)重新得到的Tupi，其是在步驟115服務(wù)的分組傳輸所用的時(shí)間。除了重新得到Tupi之外，Tep也被重新得到，該Tep是自最后一個(gè)分組(也就是在所述流分組“i”之前的前一個(gè)分組)被發(fā)送以后所經(jīng)過的時(shí)間。
在步驟125，通過等式Tui+Tupi更新Tui的值；而且，更新Tei=Tei+Tep,]]>以及Tai=Tair-Tui,]]>并且對(duì)于當(dāng)前流“i”，Tdi=Spir-Tei.]]>在步驟130，關(guān)于對(duì)于流“i”是否Tdri或Tari<=0]]>作出判斷。如果對(duì)于當(dāng)前流“i”，Tdri或Tari，小于或等于0，則在步驟135a更新Tui=0,]]>Tei=0,]]>Tari=Tai,]]>以及Tdri=Spi.]]>無條件地，對(duì)于除了當(dāng)前流“i”的流，在步驟135b更新Tek=Tek+Tep,]]>Tdrk=Spk-Tek;]]>然后該方法返回到步驟105并且重復(fù)執(zhí)行直到該服務(wù)間隔結(jié)束，或者直到不再有更多的流要求服務(wù)。
圖2示出用于提供調(diào)度系統(tǒng)的硬件(和軟件)的例子，該系統(tǒng)通過在剩余服務(wù)間隔上將要分配的剩余時(shí)間碎片調(diào)整調(diào)度。
典型的WLAN包括基本服務(wù)集(BSS)201，具有接入點(diǎn)(AP)205，和多個(gè)節(jié)點(diǎn)207。至少一個(gè)其他無線網(wǎng)絡(luò)210還可以通過AP 205與節(jié)點(diǎn)通信。該AP 205其中包含數(shù)據(jù)鏈路層210和PHY鏈路層。該兩個(gè)層很大程度地為WLAN的通信協(xié)議負(fù)責(zé)。雖然該例子示出802.11作為無線協(xié)議，但應(yīng)該理解其他無線協(xié)議也可以用于本發(fā)明，包括藍(lán)牙，DECT，無線以太網(wǎng)，無線TCP/IP，等等，并且本發(fā)明還適于用于有線網(wǎng)絡(luò)。
公平模塊220被包含在PHY 215和數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)或與PHY 215和數(shù)據(jù)鏈路層通信。該公平模塊可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行資源分配的管理。
該公平模塊220控制帶寬分配同時(shí)考慮在信道PHY速率中隨時(shí)間和對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)/站的改變，以便所有分組流的QoS要求不被妨礙。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，關(guān)于延遲限度的最小值或?qū)τ跇I(yè)務(wù)流的最大服務(wù)間隔被分配給一個(gè)流，其具有在服務(wù)時(shí)段SP將被分配的剩余信道時(shí)間與在服務(wù)時(shí)段SP結(jié)束之前將首先被用于服務(wù)的剩余時(shí)間之間的最高比。
可以對(duì)本發(fā)明作出明顯在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的多種改變。例如，通信協(xié)議可以是除了說明書中提及之外的類型，只要存在必須在多個(gè)用戶中分配的服務(wù)時(shí)段或等同物。
權(quán)利要求
1.一種在通信協(xié)議中通過要在剩余服務(wù)間隔上分配的剩余時(shí)間碎片進(jìn)行調(diào)度的方法，所述方法包括步驟(a)確定具有在服務(wù)時(shí)段SP中剩下的要分配的時(shí)間與在服務(wù)時(shí)段SP結(jié)束之前的剩余時(shí)間之間的最高比的流“i”；(b)相對(duì)于至少一個(gè)其他流首先服務(wù)在步驟(a)確定的流“i”。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括(i)對(duì)于多個(gè)業(yè)務(wù)流的每個(gè)特定業(yè)務(wù)流i，獲得一個(gè)因數(shù)Ui(s105)，其中Ui=TariTdri,]]>如果Tdri≠0]]>，否則Ui＝1，其中Tari等于將被分配的剩余時(shí)間，并且Tdri等于在初始服務(wù)時(shí)段Spi結(jié)束之前的時(shí)間，包括延遲限度和最大服務(wù)間隔中的至少一個(gè)結(jié)束；(ii)選擇在步驟(i)獲得的具有多個(gè)流的最大值的特定Ui因數(shù)(s110)；(iii)服務(wù)于在步驟(ii)選擇的特定流(s115)；(iv)重新得到在步驟(iii)服務(wù)的特定流“i”發(fā)送所用的時(shí)間Tupi，其中服務(wù)的流包括屬于該特定流的一個(gè)或多個(gè)分組的傳輸(s120)，并且重新得到Tep，其中Tep是自前一個(gè)分組被發(fā)送以后所經(jīng)過的時(shí)間；并且(v)更新Tei=Tei+Tep,]]>以及Tai=Tair-Tui,]]>并且對(duì)于當(dāng)前流“i”，Tdi=Spir-Tei]]>(s125)；(vi)對(duì)于流“i”判斷是否Tdr或Tar＜＝0，并且如果對(duì)于當(dāng)前流“i”，Tdri或Tari任一個(gè)小于或等于0(s130)，則更新Tui=0,Tei=0,]]>Tar=Tai]]>，以及Tdr=Spi]]>(s135a)，而無條件地，對(duì)于除了當(dāng)前流“i”的流，更新Tek=Tek+Tep,Tdrk=Spk-Tek]]>(s135b)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(vii)返回步驟(ii)并且重復(fù)執(zhí)行直到所有特定業(yè)務(wù)流被服務(wù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通信協(xié)議包括無線網(wǎng)絡(luò)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中無線網(wǎng)絡(luò)在IEEE 802.11協(xié)議下操作。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(b)對(duì)流的服務(wù)包括提供對(duì)流“i”的信道接入。
7.一種記錄在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)通過計(jì)算機(jī)操作時(shí)執(zhí)行以下步驟(a)確定具有在通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)時(shí)段SP中剩下的要分配的時(shí)間與在服務(wù)時(shí)段SP結(jié)束之前的剩余時(shí)間之間的最高比的流“i”；(b)相對(duì)于至少一個(gè)其他流首先服務(wù)在步驟(a)確定的流“i”。
8.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括(i)對(duì)于每個(gè)特定業(yè)務(wù)流“i”或業(yè)務(wù)類別“i”，計(jì)算多個(gè)業(yè)務(wù)流的因數(shù)Ui，其中Ui=TariTdri,]]>如果Tdri≠0]]>(s105)，否則Ui＝1，其中Tari等于將被分配的剩余時(shí)間，并且Tdri等于在初始服務(wù)時(shí)段Spi結(jié)束之前的時(shí)間，包括延遲限度和最大服務(wù)間隔中的至少一個(gè)結(jié)束；(ii)選擇在步驟(i)獲得的具有多個(gè)流的最大值的特定Ui因數(shù)(s110)；(iii)服務(wù)于在步驟(ii)選擇的特定流(s115)；(iv)重新得到在步驟(iii)服務(wù)的特定流“i”發(fā)送所用的時(shí)間Tupi，其中服務(wù)的流包括屬于該特定流的一個(gè)或多個(gè)分組的傳輸，并且重新得到Tep，其中Tep是自前一個(gè)分組被發(fā)送以后所經(jīng)過的時(shí)間(s120)；并且(v)更新Tei=Tei+Tep,]]>以及Tai=Tair-Tui,]]>并且對(duì)于當(dāng)前流“i”，Tdi=Spir-Tei]]>(s125)；(vi)對(duì)于流“i”判斷是否Tdri或Tari<=0]]>(s130)，并且如果Tdri或Tari任一個(gè)小于或等于0，則更新Tui=0,Tei=0,]]>Tari=Tai,]]>以及Tdri=Spi]]>(s135a)；并且其中無條件地，對(duì)于除了當(dāng)前流“i”的流，更新Tek=Tek+Tep,Tdrk=Spk-Tek]]>(s135b)；其中Spi表示初始服務(wù)時(shí)段，通過延遲限度的最小值或?qū)τ跇I(yè)務(wù)流i的最大服務(wù)間隔確定；Tai是該Spi期間分配的總時(shí)間；Tui是該Spi期間所用的時(shí)間，其初始值＝0；Tei是Spi開始之后經(jīng)過的時(shí)間，其初始值＝0；Tai=Tair-Tui,]]>其等于將分配的剩余時(shí)間；Tdi=Spir-Tei,]]>其是服務(wù)時(shí)段Spi結(jié)束之前所剩余的時(shí)間；以及N等于要被服務(wù)的所有業(yè)務(wù)流的或業(yè)務(wù)類別的數(shù)目。
9.如權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括(vii)返回步驟(ii)并且重復(fù)執(zhí)行直到所有特定業(yè)務(wù)流被服務(wù)。
10.如權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括(vii)返回步驟(ii)并且重復(fù)執(zhí)行直到以下之一(1)所有特定業(yè)務(wù)流被服務(wù)，和(2)直到服務(wù)間隔結(jié)束。
11.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)程序，其中通信網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)絡(luò)。
12.如權(quán)利要求11所述的計(jì)算機(jī)程序，其中無線網(wǎng)絡(luò)在IEEE 802.11協(xié)議下操作。
13.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)程序，其中在步驟(b)對(duì)流的服務(wù)包括提供對(duì)流“i”的信道接入。
14.一種用于在通信網(wǎng)絡(luò)中調(diào)度資源分配的裝置，包括接入點(diǎn)205，適用于接收和發(fā)送來自多個(gè)節(jié)點(diǎn)207的通信；數(shù)據(jù)鏈路210和物理(PHY)層215，適用于提供通信協(xié)議；和公平模塊220，與至少PHY層通信，該P(yáng)HY層控制帶寬分配，同時(shí)根據(jù)具有這樣的流的節(jié)點(diǎn)考慮在PHY傳輸速率中隨時(shí)間和對(duì)于與所述接入點(diǎn)205通信的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的改變，其中該流具有在服務(wù)時(shí)段SP中剩下的要分配的時(shí)間與在服務(wù)時(shí)段SP結(jié)束之前剩余時(shí)間之間的最高比。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中通信協(xié)議包括無線通信協(xié)議。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中無線網(wǎng)絡(luò)在IEEE 802.11協(xié)議下操作。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中公平模塊適用于控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道接入。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中無線通信協(xié)議包括藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中無線通信協(xié)議包括DECT網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中無線通信協(xié)議包括無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種通過在剩余服務(wù)間隔上將被分配的剩余時(shí)間碎片進(jìn)行調(diào)度的方法，其中根據(jù)延遲限度(bound)的最小值或?qū)τ跇I(yè)務(wù)流的最大服務(wù)間隔，首先服務(wù)于一個(gè)特定流“i”，其具有在服務(wù)時(shí)段S
文檔編號(hào)H04L12/28GK1969510SQ200580019529
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者A·索姆羅, R·施米特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司