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TWI502928B - 在無線區域網路（ｗｌａｎ）中重新計算通話時間配額以耗盡頻寬 - Google Patents

在無線區域網路（ｗｌａｎ）中重新計算通話時間配額以耗盡頻寬 Download PDF

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TWI502928B
TWI502928B TW097102084A TW97102084A TWI502928B TW I502928 B TWI502928 B TW I502928B TW 097102084 A TW097102084 A TW 097102084A TW 97102084 A TW97102084 A TW 97102084A TW I502928 B TWI502928 B TW I502928B
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Description

在無線區域網路(WLAN)中重新計算通話時間配額以耗盡頻寬
本發明關於一種用於傳遞多重資料服務之資料(例如，多個資料流)之系統及方法。本發明進一步關於用於控制此類系統或.方法之軟體。
隨著無線區域網路(WLAN)愈來愈普遍，對專業及個人用途兩者的多媒體傳輸之需求增加。多媒體應用易受延遲及損失影響，且需要特殊服務品質(QoS)支援，以提供令人滿意的使用者體驗。802.11e標準藉由提供一種用於集中式排程與許可控制演算法之架構(framework)而解決此等需要，請參見例如WO 2005/011307(代理人檔案號碼US 030248)。該等排程與許可控制演算法本身並沒有被標準化，而是取決於廠商。已開發用於WLAN的特殊排程演算法，其考慮了WLAN之特性，如時變頻道、多重傳輸速率、由於WLAN使用者的行動性而產生的位置相關錯誤，及來自鄰近WLAN的干擾。
通話公平排程(Air Fair Scheduling)演算法及其相關的許可控制演算法防止歸因於惡化的鏈路品質而經歷增加的重新傳輸數量或實體傳輸速率(PHY－rate)降低的資料流影響鏈路品質尚未改變之資料流的服務品質(QoS)。對於通話公平排程演算法，請參閱，例如，WO 2005/125124(PHUS040231)中的時間－公平與TF－WFQ(時間公平－重量公平隊列)之討論；或2005年8月《IEEE Wireless Communication》 Vol.12(4)第50－58頁M.van der Schaar及N.Sai Shankar發表之"Cross－Layer Wireless Multimedia Transmission：Challenges,Principles and New Paradigms"。對於相關的許可控制演算法，請參閱，例如，WO 2005/011307。
在許可控制單元(ACU)中執行的許可控制演算法決定排程器是否可基於資料流的訊務特性(平均資料速率及峰值資料速率、叢發大小、平均封包大小)、最小PHY－速率、最大延遲界限及排程器的可用資源等等來容納資料流。更具體言之，ACU計算一特定資料流所需的通話時間配額，以滿足其服務品質(QoS)需求。
WO 2006/077522(代理人檔案號碼US 050018)中提出的一通話時間原則模組(APM)監視及執行經配置給一站台之外傳資料流之通話時間，並且因而完成通話公平排程演算法。
如WO 2006/077522所說明，按服務時間間隔(SI)的細微性來控管該通話時間配額，致使一資料流(稱為經許可資料流)使用的通話時間在各SI期間不會超過經配置的傳輸時機(TXOP－SI)。該APM嚴格地執行為一特定資料流而配置的TXOP－SI。
WO 2005/125124係關於在無線通信中共用一通信頻道，並且具體而言係關於配置時間給依據諸如802.11e協定通信的裝置。一演算法利用時間公平概念，該演算法指定分配時間配置之方式，以此方式致使不違反所有資料流的延遲需求。基於(一方面)在服務週期內待配置給資料流之剩餘 時間與(另一方面)在服務週期逝去之前之剩餘時間的最高比率來安排資料流優先順序。
美國專利6,973,315係關於一種用於在無線網路中不同類別服務之間共用經超額配置頻寬之方法及系統。對於以超過經配置給第一服務類別的頻寬來傳輸第一服務類別之訊務，使用經配置給第二類別的未使用頻寬。使用經配置給第二類別以超過經配置給第一服務類別的頻寬來傳輸第一服務類別之訊務之後，使用經配置給第二服務類別的剩餘未使用頻寬，傳輸第三服務類別的訊務。
在數位系統中，術語"頻寬"用來指"鮑"(baud)亦即，透過系統傳輸符號的速率，或指頻道容量，亦即透過系統傳輸位元的速率。
美國專利6,973,315中的做法要求指派優先權給資料流及資料訊務服務類別，致使未使用的頻寬被連貫地配置給始於最高優先權之類別之服務類別。
現在，發明者提供一種對於已知配置未使用頻寬方案的替代方案。本發明係基於理解到，可藉由更充足且較公平方式配置通話時間配額給所有資料訊務來高放率地使用未使用的頻寬。為此，本發明提議一種用於傳遞多重資料服務之資料的系統。該系統包含第一構件，例如，ㄧ許可控制單元，用於判定每服務時間間隔之一各自第一配額以容納該多重資料服務之每一各自資料服務的資料，以便遵守相關聯於該各別資料服務之一各自服務品質需求。該系統 包含一第二構件，用於判定每一各自資料服務的每服務時間間隔之ㄧ各自第二配額。該各自第二配額與該各自第一配額成比例。而且，該各自第二配額與一比率成比例，該比率係介於(一方面)用於容納該多重資料服務之資料的可用之該服務時間間隔之一部分與(另一方面)該多重資料服務之該等第一配額的總數之間的比率。該系統亦包含第三構件，如，一排程器，用於如果該比率係大於1，則在該各自第二配額控制下排程每一各自資料服務的每服務時間間隔之資料傳遞。
如果該比率之值係大於1，則此象徵著該等服務未完全地使用服務時間間隔。依照本發明重新計算最初配置之配額提供具有更充足配額而不損及服務品質(QoS)需求之服務。
可用硬體來實施本發明系統，其中該第一構件、該第二構件及該第三構件各包含專用硬體該多重資料服務之每一各自資料服務分別包含一各自資料流模組，亦即，一許可控制單元及一排程電路。或者，可用軟體來實施該系統，其中該第一構件、該第二構件及該第三構件各包含用於在一資料處理系統中處理的軟體模組。
本發明特別地關於該多重資料服務之每一各自資料服務包含一各自資料流，由於串流的即時態樣及嚴格的QoS需求。本發明之做法尤其有利於在802.11e標準下操作之一無線資料網路。
在本發明之一實施例中，該多重資料服務之一第一資料 服務及一第二資料服務分別包含一第一資料流及一第二資料流，且該多重資料服務之一第三資料服務包含一最佳努力資料傳遞服務。一最佳努力服務之QoS未指定一保證或一資源保留。配置給最佳努力資料訊務的通話時間配量不需要考慮嚴格的需求(若有嚴格需求)。然而，在本發明中，可用相同於串流服務的方式來處置最佳努力服務，及基於服務時間間隔之長度計算一新配額以用於最佳努力服務及用於串流服務。或者，可保留用於最佳努力服務的一固定配額，及基於服務時間間隔的長度減去用於最佳努力服務之固定配額來計算用於串流服務的新配額。
本發明也關於一種傳遞多重資料服務之資料之方法。該方法包含判定每服務時間間隔之一各自第一配額以容納該多重資料服務之每一各自資料服務的資料，以便遵守相關聯於該各別資料服務之一各自服務品質需求。該方法包含判定每一各自資料服務的每服務時間間隔之一各自第二配額。該各自第二配額與該各自第一配額成比例。該各自第二配額與一比率成比例，該比率係介於(一方面)用於容納該多重資料服務之資料的可用之該服務時間間隔之一部分與(另一方面)該多重資料服務之該等第一配額的總數之間的比率。該方法進一步包含：如果該比率係大於1，則在該各自第二配額控制下排程每一各自資料服務的每服務時間間隔之資料傳遞。
下文在IEEE 802.11e背景內論述本發明，但本發明同樣 適用於例如DECT、藍芽、無線乙太網路等等，或甚至適用於有線資料通信。
圖1是一無線網路環境中的一已知通話時間排程系統100之方塊圖，其中多個節點共用對通信媒體(在"無線"背景中通俗地稱為"空中")或通信頻道之存取。系統100包含一在一特定節點處的執行中軟體應用程式102、一許可控制單元(ACU)104、一頻道監視器106及一排程器108。
應用程式102向ACU 104提供訊務流資料的規格及所需的QoS。在IEEE 802.11e標準中，一許可控制演算法所需的訊務流資料稱為"訊務規格"或TSPEC。其是由若干參數組成。此等參數中之一些者係藉由媒體存取控制(MAC)機制予以指定，其經設計用以實現在節點之間有效率共用通信媒體。此等參數中的其他參數取決於應用程式102或使用者之需求。此等參數中的尚有其他參數嚴格係訊務流本身的訊務流特徵。先兩種種類的參數可被容易地判定。最後種類的參數必須自訊務流的實際內容予以判定，否則必須基於具體應用及資料流類型中之一者予以估計或設定為一標準值。概念"QoS"在此領域已為吾人所知。QoS典型係關於對影響服務的使用者滿意度因素之累積效應例如，保證延遲、抖動、頻寬、響應時間、中斷、雜訊、串擾、響度位準、頻率響應、顯著回聲(echo)等等。QoS典型包含任何適合的服務等級資訊，該資訊識別代表資料連接必要所需的限制或層級的參數。
ACU 104使用一許可控制演算法來處理TSPEC參數，以 用於計算傳輸時機(TXOP)。該TXOP對應於待配置給來自應用程式102之特殊訊務流的網路頻寬量。該TXOP被傳送至排程器108。ACU 104決定排程器108是否可基於資料流的訊務特性(平均資料速率及峰值資料速率、叢發大小、平均封包大小)、最小PHY－速率、最大延遲界限及排程器108的可用資源來容納資料流。更具體言之，ACU 104計算一特定資料流所需的通話時間配額，以滿足其QoS需求。此確保對新資料流的許可入不違反經參數化的服務，致使可保證QoS。頻道監視器106可運作以監視通信頻道內的資料訊務，以識別與ACU 104之操作相關的資料訊務品質特性及頻道品質特性。
如WO 2006/077522所說明，此處藉由排程器108按服務時間間隔(SI)的細微性來控管該通話時間配額，致使一資料流使用的通話時間在各SI期間不會超過經配置的傳輸時機(TXOP－SI)。排程器108執行通話時間配額控管之任務並嚴格地執行為一特定資料流而配置的TXOP－SI。
圖2考慮下文的傳輸方案，其中已許可兩個資料流，及繪示出ACU 104所許可之資料流1及資料流2的通信頻道使用。資料流1及資料流2具有各自的通話時間配額TXOP－SI1 及TXOP－SI2 。資料流1及資料流2係藉由在排程器108中容納的通話時間控管模組(圖中未繪示)予以控管，用於監視及執行配置給資料流的通話時間。圖2繪示配額TXOP－SI1 及TXOP－SI2 作為連續的每SI時間間隔。應注意，資料流1及資料流2亦可被交錯。因此，TXOP－SI1 及TXOP－SI2 時間 間隔僅係用來說明操作之原理。在服務時間間隔1期間，資料流1及資料流2確切地使用經配置給其等的通話時間配額，亦即，該兩個資料流在服務時間間隔1期間都不會被排程器108阻止發送所有其等資料。在服務時間間隔1中的剩餘時間可用於尚未經由ACU 104許可的其他資料服務("未經許可的訊務")。例如，可基於最佳努力在服務時間間隔1中容納此其他資料訊務以作為一資料傳遞服務。眾所周知，一最佳努力服務依賴於變成可用時的資源，而未保證或保留此等資源。
本發明解決一發生在圖2所繪示的服務時間間隔2中的問題。歸因於無線頻道及位置相關錯誤之時變性質，僅可估計傳輸錯誤之可能性及因此重新傳輸的數量，請參閱例如WO 2005/011307。因此，僅可估計考量傳輸錯誤的經計算通話時間配額TXOP－SI1 及TXOP－SI2 。有時，一或多個資料流可能需要比已配置給它們更多的通話時間。在服務時間間隔2，資料流2需要比經配置的TXOP－SI2 更多的通話時間，但是歸因於排程器108執行嚴格的通話時間配額而造成無法發送其所有資料。由於網路非在正以完全容量工作，亦即，由於未完全使用服務時間間隔1及服務時間間隔2，所以資料流2在服務時間間隔2期間可傳輸其所有資料而不致違反經配置給資料流1的通話時間。
在通話時間排程系統100中，嚴格執行在一SI中之通話時間配額可導致通信頻道的無效率使用及多媒體資料流之服務退化。現在，發明者提議以與ACU 104計算的最初通 話時間配額成比例方式，在所有經許可資料流與(選用地)其他資料傳遞服務(諸如最佳努力傳遞)之間分配SI內的時間。這允許在尚未配置整個SI(即，總最初通話時間配額係少於SI的長度)情況下資料流使用更多的通話時間。
圖3是本發明中一通話時間排程系統300之一方塊圖。系統300包含關於圖1中所討論的系統100的功能性。此外，系統300包含插入在ACU 104與排程器108之間的一通話時間配額重新分配模組302。重新分配模組302按一按比例調整因數來按比例調整ACU 104所判定之通話時間配額，該按比例調整因數係表示介於用於容納資料流的可用之服務時間間隔長度之一部分與ACU 104最初計算的總通話時間配額之間的比率。如果該比率大於1，則按比例調整導致更充分配置每經許多個別資料流之通話時間。每當ACU 104已許可一新資料流或ACU 104已撤銷許可一作用中資料流時執行重新分配演算法。一利用方案將係視訊串流會期，其中媒體資料流本身歷經ACU 104的許可控制處理程序並且頻帶外控制資訊被歸入最佳努力類別。為最佳努力訊務保留之實際通話時間量可係任意的。較佳地，為最佳努力資料訊務保留一定通話時間量，以防止其挨餓。
圖4提供代表實施本發明之第一及第二方案之數學公式402及404。每一方案以不同的方式處置最佳努力資料服務。
第一方案402處置最佳努力資料訊務之通話時間配額配置TXOP－SIbe 之方式相同於一經許可資料流之通話時間配 額配置TXOP－SIn ，其中下標"n"用於識別多重資料流中之一相關資料流。依照公式402，資料流"n"之新通話時間配額資料流TXOP－SI＊ n 與最初計算的經許可資料流"n"之通話時間配額TXOP－SIn 成比例，並且與一因數成比例，該因數係由介於(一方面)SI的長度與(另一方面)最初計算的所有經許可資料流的通話時間配額之總和TXOP－SIsum 加上最初計算的最佳努力訊務的通話時間配額TXOP－SIbe 之間的比率所組成。類似地，用於最佳努力訊務的新通話時間配額TXOP－SI＊ be 與用於最佳努力訊務的最初計算之通話時間配額TXOP－SIbe 成比例，並且與相同因數成比例，該因數表示介於(一方面)可用的與(另一方面)遵守QoS所需的之間的比率。
第二方案404處置用於最佳努力資料訊務之通話時間配額SIbe 為一常數。用於資料流"n"之新通話時間配額TXOP－SI＊ n 與最初計算的經許可資料流"n"之通話時間配額TXOP－SIn 成比例，並且與一因數成比例，該因數係介於(一方面)在配置最佳努力訊務之後經許可資料流可用的SI之部分與(另一方面)為遵守每一經許可資料流之QoS所需的最初計算之所有經許可資料流的通話時間配額之總和TXOP－SIsum 之間的比率。
藉由下述實例說明第一方案402及第二方案404，其中一SI的長度係10個時間單位。考慮經許可資料流1及資料流2，其等最初通話時間配額已分別被判定為2個時間單位及3個時間單位，以遵守其等各自QoS需求。再者，考慮一用 於最佳努力資料訊務之1時間單位最初通話時間配額。總最初通話時間配額係6個時間單位，其小於SI的10個時間單位。
在第一方案402中，資料流1被配置一新通話時間配額3.3個時間單位，資料流2被配置一新通話時間配額5個時間單位，及最佳努力訊務被配置一新通話時間配額1.6個時間單位。相應的，該兩個資料流服務及最佳努力服務皆可用更充足的通話時間配額容納於SI中。
在第二方案404中，資料流1被配置一新通話時間配額3.6個時間單位，資料流2被配置一新通話時間配額5.4個時間單位，然而，最佳努力訊務保持其最初配置的通話時間配額1個時間單位。再次，該兩個資料流服務及最佳努力服務皆可容納於SI中，現在，該兩個資料流服務正被配置更充足的通話時間配額。
本發明可運用在具有無線傳輸器的應用(諸如Philips Electronics的Streamium產品系列)、家用無線閘道、家用無線路由器、無線媒體節點、無無線娛樂集線器、無線DVS blaster、無線VoIP(IP語音)裝置、無線監視器等等。
如上文所述之經排程資料傳遞處理程序可在電腦可讀取媒體中之軟體的控制下在通用電腦上予以執行，或藉由專用處理器予以執行，及替代做法為體現在硬體或韌體中。
儘管本發明特別有利於無線資料通信，但是本發明亦可應用於有線資料通信，其中多重資料服務共用相同的通信頻道或通信媒體。
100‧‧‧通話時間排程系統
102‧‧‧軟體應用程式
104‧‧‧許可控制單元(ACU)
106‧‧‧頻道監視器
108‧‧‧排程器
300‧‧‧通話時間排程系統
302‧‧‧通話時間配額重新分配模組
圖1是已知通話時間排程系統之方塊圖；圖2是經配置的傳輸時機之時間表；圖3是本發明中通話時間排程系統之方塊圖；及圖4提供數學公式以說明通話時間配額之重新計算。
102‧‧‧軟體應用程式
104‧‧‧許可控制單元(ACU)
106‧‧‧頻道監視器
108‧‧‧排程器
300‧‧‧通話時間排程系統
302‧‧‧通話時間配額重新分配模組

Claims (9)

  1. 一種用於傳遞多重資料服務之資料的系統(300)，其中：該系統包含一第一構件(104)，用於判定每服務時間間隔之一各自第一配額(quota)以容納該多重資料服務之每一各自資料服務的資料，以便遵守相關聯於該各別資料服務之一各自服務品質需求；該系統包含一第二構件(302)，用於判定每一各自資料服務的每服務時間間隔之一各自第二配額；該各自第二配額與該各自第一配額成比例；且該各自第二配額與一比率成比例，該比率係介於(一方面)用於容納該多重資料服務之資料的可用之該服務時間間隔之一部分與(另一方面)該多重資料服務之該等第一配額的總數(aggregate)之間的比率；及該系統包含一第三構件(108)，用於如果該比率係大於1(unity)，則在該各自第二配額控制下排程每一各自資料服務的每服務時間間隔之資料傳遞。
  2. 如請求項1之系統，其中該多重資料服務之每一各自資料服務分別包含一各自資料流。
  3. 如請求項1之系統，其中該多重資料服務之一第一資料服務及一第二資料服務分別包含一第一資料流及一第二資料流，且其中該多重資料服務之一第三資料服務包含一最佳努力資料傳遞服務。
  4. 一種傳遞多重資料服務之資料之方法，其中：該方法包含判定每服務時間間隔之一各自第一配額以 容納該多重資料服務之每一各自資料服務的資料，以便遵守相關聯於該各別資料服務之一各自服務品質需求；該方法包含判定每一各自資料服務的每服務時間間隔之一各自第二配額；該各自第二配額與該各自第一配額成比例；且該各自第二配額與一比率成比例，該比率係介於(一方面)用於容納該多重資料服務之資料的可用之該服務時間間隔之一部分與(另一方面)該多重資料服務之該等第一配額的總數之間的比率；及該方法包括如果該比率係大於1，則在該各自第二配額控制下排程每一各自資料服務的每服務時間間隔之資料傳遞。
  5. 如請求項4之方法，其中該多重資料服務之每一各自資料服務分別包含一各自資料流。
  6. 如請求項4之方法，其中該多重資料服務之一第一資料服務及一第二資料服務分別包含一第一資料流及一第二資料流，且其中該多重資料服務之一第三資料服務包含一最佳努力資料傳遞服務。
  7. 一種電腦可讀取媒體，在其上儲存一用於控制多重資料服務之資料傳遞之軟體，其中：該軟體包含一第一構件(104)，用於判定每服務時間間隔之一各自第一配額以容納該多重資料服務之每一各自資料服務的資料，以便遵守相關聯於該各別資料服務之一各自服務品質需求； 該軟體包含一第二構件(302)，用於判定每一各自資料服務的每服務時間間隔之一各自第二配額；該各自第二配額與該各自第一配額成比例；且該各自第二配額與一比率成比例，該比率係介於(一方面)用於容納該多重資料服務之資料的可用之該服務時間間隔之一部分與(另一方面)該多重資料服務之該等第一配額的總數之間的比率；及該軟體包含一第三構件(108)，用於如果該比率係大於1，則在該各自第二配額控制下排程每一各自資料服務的每服務時間間隔之資料傳遞。
  8. 如請求項7之電腦可讀取媒體，其中該多重資料服務之每一各自資料服務分別包含一各自資料流。
  9. 如請求項7之電腦可讀取媒體，其中該多重資料服務之一第一資料服務及一第二資料服務分別包含一第一資料流及一第二資料流，且其中該多重資料服務之一第三資料服務包含一最佳努力資料傳遞服務。
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