CN1706158A - 调度系统及其方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于MAC帧的方法和系统，用于使QAP能够在发送下游帧的同时无缝地在用于上游和侧游业务的授权轮询之间操作。本发明的调度方法使用最小组的强制性TSPEC参数来生成调度，这在无线局域网(WLAN)内提供最低性能要求。

Description

调度系统及其方法

技术领域

本发明一般涉及通信系统，并且更具体而言，本发明涉及调度器和相关方法，用于有效地授权对上游和/或侧游(sidestream)业务的轮询和发送下游帧。

背景技术

在其中多个用户共享公用资源的数据网络内提供服务质量(QoS)时，调度是必需的。在无线链路的环境下，更是如此。即，无线链路随时间改变的性质在无线数据业务中因为无线电资源的稀缺和无线电质量随时间改变的性质而在调度政策的设计中提出了巨大的挑战。当前，大多数调度政策依赖于在所发送的媒体访问控制(MAC)帧内存在的队列长度、抵达率或时间标记，并且不考虑信道容量。如果如同在有线系统的情况中到所有用户的信道容量是恒定的，则这将是足够的。然而，在无线网络的环境下，这些方案的缺点在于：它们由于不考虑信道容量(即信道条件和连续改变的传输速率)而总是导致无线资源利用不足。

当前，802.11MAC提供简化模型，称作“尽力(best-effort)”模型。在该简化方案中，所有的帧接收相同级别的业务，而不区分来自不同应用的帧。根据该模型，试图尽可能快地转发帧，但是没有关于服务质量(QoS)条款的定量承诺。但是，随着作为服务质量MAC的802.11e的到来，需要调度器来对于不同流保证QoS要求。

因此，需要一种调度政策，可以被并入在IEEE 802.11e/D4.0.草案标准的顶部，允许QoS接入点(QAP)考虑流的QoS要求和合适地调度。

发明内容

本发明涉及一种在无线局域网(WLAN)内使用的调度方法，使QAP能够在发送下游帧的同时在用于上游和侧游业务的授权轮询之间无缝地操作。

根据本发明的一个方面，提供一种调度方法，用于调度在无线通信网络内数据流的传输，所述无线通信网络具有至少一个接入点(QAP)和至少一个站(WSTA)。该方法通过下述方式来实现：由QAP接收发送至少一个数据流的请求，以便从至少一个WSTA中传输；由QAP授权该请求，以发送数据流；由WSTA发送包括定义数据流特性的一组参数的MAC帧；和由QAP根据用于服务于至少一个WSTA的调度算法来计算服务和传输时间。该调度算法用于在计算的服务和传输时间上调度至少一个数据流的传输，并且该MAC帧的参数包括：平均数据速率(ρ_i)、标称MSDU大小(L_i)、最大服务间隔或延迟界限(D_i)、传输速率(R_i)、最大MSDU的大小(M_i)。

根据本发明的另一方面，一种用于在无线通信网络内调度数据流传输的系统，所述无线通信网络包括至少一个接入点(QAP)和至少一个站(WSTA)。该系统包括：用于在QAP上根据包括定义至少一个数据流特性的一组参数的MAC帧来确定至少一个数据流是否始发自至少一个WSTA的装置；用于在QAP上根据调度算法计算用于服务于至少一个WSTA的服务和传输时间的装置；和用于由WSTA在计算的服务和传输时间上发送至少一个数据流的装置。用于计算服务和传输时间的装置还包括用于确定服务间隔(SI)和用于所述SI的TXOP持续时间的装置，其中该SI通过选择小于SI并且是信标间隔约数的数值来确定。

附图说明

通过在结合附图时参考下列详细描述，可以更加完整理解本发明的方法和设备，其中：

图1图示将应用本发明实施例的无线通信系统的结构；

图2是根据本发明实施例的QAP的方框图；

图3图示包含定义业务流的特性和QoS预期值的一组参数的Traffic Specification(业务规范说明)(TSPEC)元素的格式；和

图4至图6图示解释根据本发明实施例的轮询程序的定时图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释而非限制目的，阐述诸如特定结构、接口、技术等特定的细节，以提供对本发明的全面理解。为了简单和清楚的目的，将省略公知设备、电路和方法的详细描述，以便不会因为不必要的细节而使本发明的描述难以理解。

本发明的方法是在无线局域网(WLAN)内对于上游、下游和侧游调度提供最低性能要求的调度算法。该方法预定用于通过QBSS网络内的接入点(QAP)实现。

图1图示可以应用本发明实施例的代表性的网络100。如图所示，图1图示包括耦合到固定网络111的QAP 103和多个站(WSTA₁至WSTA₃)110、112和114的QBSS网络100。QAP 103的主要功能是有助于数据分组的传输。数据分组包括标记为“U”的“上游”分组(即在从WSTA 110-114到QAP 103的方向中发送的分组)、标记为“D”的“下游”分组(即在从QAP 103到WSTA 110-114的方向中发送的分组)和标记为“S”的“侧游”分组(即从一个WSTA 110-114向另一个WSTA发送的分组)。尽管为了说明目的而在图1中图示有限数量的WSTA，将理解，该WLAN能够支持在相当更大数量的WSTA之间的同时通信。因而，在该图中WSTA的数量应当不对本发明的范围施加限制。

参见图2，图示图1的QAP 103的功能元件的方框图。QAP 103包括调度器105，用于首先确定当需要QAP 103服务于上游、侧游和/或下行链路业务的WSTA时的时刻，和用于其次确定服务于希望发送业务的每个WSTA 110-114的服务时间(或TXOP)，以满足WSTA 110-114的预先协商的数据速率和其它的QoS要求。QAP 103还包括许可控制单元350，用于确定在QBSS内是否许可来自WSTA 110-114的业务，和根据可用带宽是否能够满足其QoS要求。

本发明排它地涉及参数化QoS业务的调度。如IEEE 802.11标准所定义的，通过在每帧的MAC的首部内作为16比特QoS控制字段的一部分包括的在范围8至15内的优先级值来识别参数化业务。将优先级值8-15解释为业务流标识符(TSID)。参数化业务例如可以包括视频电话、低成本视频会议、成像、高清晰度电视(HDTV)、流式音频和/或视频等。每种上述应用可以根据其各自的带宽要求对无线通信网络100上设置不同的要求。即，上述的一些应用是比其它应用更加比特密集的(bit intensive)(例如在24Mbps上的HDTV视频流)。通常，大部分的实时应用看作比特密集的，并因此对传输网络100设置高要求。诸如典型地在128Kpbs上发送的立体声音频的其它应用是相对较少比特密集的，并因而对网络100的资源提出较低的要求。因此，需要一种机制来有效地调度这些对于由网络100处理的完全不同的网络需求。

为了在QAP 103上以有效的方式执行调度，调度器105必须控制两个处理：(1)确定WSTA 110-114打算发送的任何上游或侧游流的存在；(2)确定是否具有需要从固定网111通过QAP 103向WSTA 110-114下游发送的数据。在QAP 103上由调度器105执行的轮询操作中实现第一处理。在轮询操作中，调度器105确定哪一些WSTA具有将上游发送给QAP 103或侧游发送给其它WSTA 110-114的业务流。

一旦由调度器105确定一个或多个WSTA 110-114具有将要发送/接收的业务流，则在QAP 103和打算上游或侧游发送数据的一个或多个WSTA 110-114之间进行协商对话。

作为协商对话的一部分，由QAP 103内的许可控制单元(AdmissionControl Unit)109调用容许协议，以授权到请求WSTA的容许。一旦将容许授权给WSTA，则协商处理通过已被授权容许的请求WSTA向QAP103通知与将要发送的业务流相关的某些参数(包括数据速率和其它业务QoS特性)继续。一旦在QAP 103上接收到这些参数，与QAP 103相关的调度器105收集用于每个业务流(即请求WSTA)的参数数据，以满足预先协商的数据速率和其它QoS要求的方式事先计算用于服务于请求上游、下游或侧游发送数据的各个WSTA的时刻。

现在，在下文中描述与调度器的操作步骤相关的本发明实施例的详细描述。

在操作中，每个WSTA发送MAC帧(或业务规范描述(TSPEC)帧)，其包含QAP用于QoS设施正确操作所需要的信息。在图3中定义了在IEEE 802.11e中阐述的TSPEC帧的格式。如图所示，TSPEC包含定义由QAP和非QAP WSTA在支持参数化QoS业务传送中使用的业务流的特性和QoS预期值的参数组。本发明的调度方法的关键特征在于，本发明的简化调度方法使用最小组的强制性TSPEC参数组来生成调度。

参见图3，调度器105使用如本发明所述的强制性TSPEC参数组来生成TXOP持续时间和服务间隔：(1)平均数据速率(ρ)；(2)标称MSDU大小(L)；和(3)最大服务间隔或延迟界限(D)。调度器105还使用其它的可用于生成TXOP持续时间和服务间隔的参数：(i)最小PHY速率(R)；(ii)最大大小的MSDU，M＝2304字节；和(iii)时间单元中的开销(O)。在优选实施例中，在两个步骤计算用于一个流的调度。第一步是计算所调度的服务间隔(SI)。在第二步中，对于该流，计算对于给定SI的TXOP持续时间。

注意，发送到WSTA上的权力的分配的基本单元是TXOP。每个TXOP由隐式开始时间(相对于前一帧的结束)和所定义的最大长度来定义。因而，TXOP是从一个站中的传输所花费的全部时间或轮询希望发送数据流的每个WSTA 110-114的轮询时间。

许可控制处理

首先，QAP需要确定是否能够允许传输用于特定WSTA的流。在这一点上，将在最大服务间隔或延迟(D)期间抵达的帧数量(N)计算如下：

$N_i=D_i{\mathrm{\ρ}}_i/L_i,.$

然后，将在D中分配给该流的TXOP_i计算如下：

TXOP_i＝N_iL_i/R_i+O，其中O表示在时间单元内的开销。

使用上述数据，确定是否许可特定流。如果一个流满足下述等式，则许可该流，反之则被QAP拒绝：

${\mathrm{TXOP}}_{i+1}/D_{i+1}+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TXOP}}_i/D_i\≤1,$

其中i+1表示新近抵达的流，并且求和索引累计已经被许可的流和来自QAP的正在进行的服务。

如果该流被许可，则调度器105如下继续计算SI和TXOP持续时间：

服务间隔(SI)的计算

如下进行调度的服务间隔的计算。首先，调度器为所有许可的流计算所有最大服务间隔的最小值(或延迟界限)。在此，该最小值是“m”。其次，调度器选择作为信标间隔约数的小于“m”的数值。该值将是用于带有许可流的所有WSTA的调度服务间隔。

例如，如果三个流带有最大服务间隔＝60、65和70ms，以及信标间隔是100ms，则选择服务间隔(SI)＝50ms。

TXOP持续时间的计算

为了对许可的流计算TXOP持续时间，调度器105使用下述参数：来自协商TSPEC的平均数据速率(ρ)和标称MSDU大小(L)、如上计算的调度服务间隔(SI)、物理传输速率(R)、最大MSDU的大小即2304字节(M)和时间单元内的开销(O)。注意：物理传输速率可以是在TSPEC内协商的最低PHY速率。如果最低PHY速率在AddTS响应帧内并不被涉及，则调度器可以使用所观察到的PHY速率作为R。在该实施例中假定：在时间中的开销包括帧间间隔、ACK和CF轮询。为了简化，在这个例子中省略开销计算的细节。

现在，如下计算TXOP持续时间。首先，调度器计算在SI期间以平均数据速率抵达的MSDU的数量。这个数量是N：

随后，该调度器将TXOP持续时间计算为(1)在Ri上发送Ni帧的时间和(2)在Ri上发送一个最大大小MSDU的时间(加上开销)之中的最大值：

${\mathrm{TXOP}}_i=\max (\frac{N_i{\×L}_i}{R_i}+0,\frac{M}{R_i}+0)$

在图4中图示一个例子。许可来自QSTA“i”的流。信标间隔是100ms，并且用于该流的最大服务间隔是60ms。该调度器使用上面解释的步骤计算等于50ms的调度服务间隔(SI)。

在用于许可流的最大服务间隔小于当前SI的同时，连续地重复相同的处理。在图5中图示一个例子。

如果利用最大服务间隔小于当前SI许可新的流，则该调度器需要将当前的SI改变成小于新许可流的最大服务间隔的数值。因此，也需要使用新的SI重新计算用于当前许可流的TXOP持续时间。

如果丢弃一个流，则该调度器可以使用可用于重新开始争用的时间。该调度器还可以选择移动在丢弃的QSTA之后的QSTA的TXOP，以使用未使用的时间。在图6中图示在除去用于QSTA j的流时的一个例子。然而，此最后的选择可能需要向所有的QSTA通知新的调度。

因而，虽然已经描述了用于在WLAN内利用最小TSPEC参数组生成调度器的方法的优选实施例，但是对于本领域的技术人员来说，本发明的某些优点显然已经实现。上述仅仅构建为本发明的说明性实施例。本领域的技术人员能够容易地构思出提供与该实施例类似的功能的替代安排，而不偏离本发明的基本原理或范围。

Claims (26)

1.一种用于在无线通信网络内调度数据流传输的方法，所述无线通信网络具有至少一个接入点(QAP)(103)和至少一个站(WSTA)(110，112，114)，该方法包括以下步骤：

由所述QAP(103)接收请求，以发送至少一个数据流，用于从至少一个WSTA(110，112，114)中传输；

由所述QAP(103)授权所述请求，以发送所述至少一个数据流；

由所述至少一个WSTA(110，112，114)发送包括定义所述至少一个数据流的特性的一组参数的MAC帧；和

由所述QAP(103)根据调度算法计算服务和传输时间，用于服务于所述至少一个WSTA(110，112，114)。

2.权利要求1的方法，其中所述调度算法用于在所述计算的服务和传输时间上调度所述至少一个数据流的传输。

3.权利要求1的方法，还包括以下步骤：在所述QAP(103)上，在分配给所述至少一个WSTA(110，112，114)的所述计算的服务和传输时间上生成轮询帧或下行链路帧，用于所述至少一个数据流的传输。

4.权利要求1的方法，其中所述至少一个数据流是参数化业务流。

5.权利要求1的方法，其中所述MAC帧的参数包括：平均数据速率(ρ_i)、标称MSDU大小(L_i)和最大服务间隔或延迟界限(D_i)。

6.权利要求1的方法，其中计算所述服务和传输时间的步骤包括以下步骤：确定服务间隔(SI)和确定用于所述SI的TXOP持续时间。

7.权利要求6的方法，其中确定所述SI的步骤包括以下步骤：

选择低于所述最大服务间隔的数值；和

选择低于所述计算的SI并且为信标间隔约数的数值。

8.权利要求6的方法，其中确定所述TXOP的步骤使用以下附加参数：传输速率(R_i)、最大MSDU的大小(M_i)和时间单元内的开销(O_i)。

9.权利要求6的方法，其中确定所述TXOP持续时间的步骤包括以下步骤：

根据下述等式计算在所述SI期间以所述平均数据速率(ρ_i)抵达的MSDU的数量(N_i)：

根据下述等式，将所述TXOP_i持续时间计算为(i)在所述传输速率(R_i)上发送多个MSDU(Ni)帧的时间、(ii)在所述R_i上发送一个最大大小MSDU的时间和(iii)时间单元内的开销(O)之中的最大值：

${\mathrm{TXOP}}_i=\max (\frac{N_i\×L_i}{R_i}+O,\frac{M}{R_i}+O).$

10.权利要求5的方法，其中如下在满足许可控制条件时执行计算所述服务和传输时间的步骤：

${\mathrm{TXOP}}_{i+1}/D_{i+1}+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TXOP}}_i/D_i\≤1,$

TXOP_i＝N_iL_i/R_i+O和N_i＝D_iρ_i/_Li，

其中R_i表示传输速率，N_i表示在D_i期间抵达的帧数量；和O表示在时间单元内的开销。

11.一种用于在无线通信网络内调度数据流传输的方法，所述无线通信网络具有至少一个接入点(QAP)(103)和至少一个站(WSTA)(110，112，114)，该方法包括以下步骤：

在所述QAP(103)上，根据包括定义所述至少一个上游、侧游或下游业务流特性的一组参数的MAC帧，确定至少一个数据流是否始发自所述至少一个WSTA(110，112，114)；

在所述QAP(103)上，根据调度算法计算服务和传输时间，用于服务于所述至少一个WSTA(110，112，114)；和

由所述至少一个WSTA(110，112，114)在所述计算的服务和传输时间上发送所述至少一个数据流。

12.权利要求11的方法，其中所述至少一个数据流是参数化业务流。

13.权利要求11的方法，其中所述MAC帧的参数包括：平均数据速率(ρ_i)、标称MSDU大小(L_i)和最大服务间隔或延迟界限(D_i)。

14.权利要求11的方法，其中计算所述服务和传输时间的步骤包括以下步骤：确定服务间隔(SI)和确定用于所述SI的TXOP持续时间。

15.权利要求14的方法，其中确定所述SI的步骤包括以下步骤：

选择低于所述最大服务间隔的数值；和

选择低于所述计算的SI并且为信标间隔约数的数值。

16.权利要求14的方法，其中确定所述TXOP的步骤使用以下附加参数：传输速率(R_i)、最大MSDU的大小(M_i)和时间单元内的开销(O_i)。

17.权利要求14的方法，其中确定所述TXOP持续时间的步骤包括以下步骤：

根据下述等式，计算在所述SI期间以所述平均数据速率(ρ_i)抵达的MSDU的数量(N_i)：

根据下述等式，将所述TXOP_i持续时间计算为(i)在所述传输速率(R_i)上发送多个MSDU(Ni)帧的时间、(ii)在所述R_i上发送一个最大大小MSDU的时间和(iii)在时间单元内的开销(O)之中的最大值：

${\mathrm{TXOP}}_i=\max (\frac{N_i\×L_i}{R_i}+O,\frac{M}{R_i}+O).$

18.一种用于在从所述(AP)(103)向所述至少一个WSTA(110，112，114)同时发送下游业务的同时无缝地授权用于上游和/或侧游业务的轮询的系统，该系统包括：

用于存储计算机可读代码的存储器；和

可操作地耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置为：

(1)由所述QAP(103)接收请求，以发送至少一个数据流，用于从至少一个WSTA(110，112，114)中传输；

(2)由所述WSTA(110，112，114)或QAP(103)授权所述请求，以发送所述至少一个数据流；

(3)由所述至少一个WSTA(110，112，114)发送包括定义所述至少一个数据流特性的一组参数的MAC帧；和

(4)由所述QAP(103)根据调度算法计算服务和传输时间，用于服务于所述至少一个WSTA(110，112，114)。

19.权利要求19的系统，其中所述MAC帧的参数包括：平均数据速率(ρ_i)、标称MSDU大小(L_i)和最大服务间隔或延迟界限(D_i)。

20.一种用于在无线通信网络内调度数据流传输的系统，所述无线通信网络具有至少一个接入点(QAP)(103)和至少一个站(WSTA)(110，112，114)，该系统包括：

用于在所述QAP(103)上根据包括定义至少一个数据流特性的一组参数的MAC帧确定所述至少一个数据流是否始发自所述至少一个WSTA(110，112，114)的装置；

用于在所述QAP(103)上根据调度算法计算服务和传输时间用于服务于所述至少一个WSTA(110，112，114)的装置；和

用于由所述至少一个WSTA(110，112，114)在所述计算的服务和传输时间上发送所述至少一个数据流的装置。

21.权利要求20的系统，其中所述MAC帧的参数包括：平均数据速率(ρ_i)、标称MSDU大小(L_i)和最大服务间隔或延迟界限(D_i)。

22.权利要求20的系统，其中用于计算所述服务和传输时间的装置还包括用于确定服务间隔(SI)和用于所述SI的TXOP持续时间的装置。

23.权利要求22的系统，其中确定所述SI的步骤包括以下步骤：

选择低于所述最大服务间隔的数值；和

选择低于所述计算的SI并且为信标间隔约数的数值。

24.权利要求22的系统，其中确定所述TXOP的步骤使用以下附加参数：传输速率(R_i)、最大MSDU的大小(M_i)和在时间单元内的开销(O_i)。

25.权利要求24的系统，其中通过以下来确定所述TXOP持续时间：

根据下述等式计算在所述SI期间以所述平均数据速率(ρ_i)抵达的MSDU的数量(N_i)：

根据下述等式将所述TXOP_i持续时间计算为在所述传输速率(R_i)上发送多个MSDU(Ni)帧的时间、在所述R_i上发送一个最大大小MSDU的时间和时间单元内的开销(O)之中的最大值：

${\mathrm{TXOP}}_i=\max (\frac{N_i\×L_i}{R_i}+O,\frac{M}{R_i}+O).$

26.权利要求21的系统，其中如下在满足许可控制条件时，执行计算所述服务和传输时间的步骤：

${\mathrm{TXOP}}_{i+1}/D_{i+1}+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TXOP}}_i/D_i,\≤1,$

TXOP_i＝N_iL_i/R_i+O和N_i＝D_iρ_i/_Li，

其中R_i表示传输速率，N_i表示在D_i期间抵达的帧数量；和O表示在时间单元内的开销。

Images