CN1784872B - 用于调度无线网络中的通信量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种系统，包括多个用于通过无线网络交换数据的无线站和一个诸如接入点的协调器站。该协调器站从其中一个无线站接收针对通信量规范的请求。该请求包括一个代表该通信量规范的通信量参数(202)。该协调器站基于该参数和一个当前通信量调度表来运行一个接受算法(226)以确定是否可以允许该请求，该当前通信量调度表是基于先前准许的其它通信量请求(228)。如果可以允许该新的通信量请求，则使用循环执行模型(230)来产生一个新的通信量调度表(232，234)。

Description

用于调度无线网络中的通信量的方法和设备
本发明涉及无线局域网的领城，并且提出用于调度局域网上的通信量的系统和方法。本发明特别涉及其中对通信量进行分类、并且基于对应的相关定时约束来为各通信量类别给出优先级的局域网。本发明还涉及依照IEEE 802.11e规范来操作的无线系统。
个人计算机(PC)和诸如机顶盒、电视机、音响系统等等的传统消费者电子(CE)设备正慢慢融合，并且现在的PC和CE往往提供以类似方式满足消费者需求的功能。无线技术提供在这两个专业领域之间的联系，并且CE制造商正努力将PC内容带入起居室中，以及反之将诸如TV节目之类的起居室内容带入用户PC中。然而，无线通信的一大问题是要在不稳定且拥挤的环境中确保数据传送。此外，当处理多媒体内容时，在传输非多媒体数据(诸如文本文件或者电子邮件)时所遇到的例如延迟、干扰、损耗之类的一些传统问题只会更加严重。实际上，多媒体内容不允许有分组丢失或者延迟，而IEEE 802.11e寻求通过定义WLAN上的数据传输的业务质量来解决这一问题。为此，IEEE 802.11e引入了通信童优先排序、通信量协商以及通信量调度。
在IEEE 802.11中定义的无线局域网的基本体系结构是基本服务集(BSS)。BSS是能够彼此通信的站的集合，所述通信是直接进行的(如在独立基本服务集中)或者通过接入点进行的(如在基础设施基本服务集中)。各个站可以按照下面几个接入机制的其中之一来传送数据。第一种接入机制称为具有冲突避免的载波侦听多点接入(CSMA/CA)，根据该机制，一个站在开始传输之前侦听无线介质。该站可以使用物理载波侦听机制，或者优选地该站可以使用IEEE 802.11规范中提供的虚拟载波侦听机制以及网络分配矢量(NAV)。这种接入机制也成为分布式协调功能(DCF)，其是一种由所有站在竞争介质时所使用的基于争用的信道接入。第二种接入机制是一种集中控制的机制，其使用轮询和响应协议来避免冲突和争用。该接入机制也称为点协调功能，并且由一个通常位于接入点(AP)中的点协调器(PC)来管理。各个站向该PC发送请求，该PC在一个轮询列表中登记这些请求并且一个接一个地对各站的通信量进行轮询，以及同时向所述站传送通信量。当在拥挤的环境中传输时间敏感的内容时，PCF是优选的接入机制。PCF可以与分布式协调功能(DCF)一起使用。为此，在接管介质方面，点协调器对于BSS中的其它站具有定时优势，并且一旦点协调器以及接入介质，那么它就可以对从一个站到另一个站的时间敏感数据的传输(例如内容流送)进行协商和控制。
IEEE 802.11e规定了通信量分类和通信量控制的基础，而如何对通信量进行调度就由制造商来选择。因此，需要一种可靠且高效的调度方案。
为解决上述要求，本发明提出了一种通信量调度机制。
本发明设想了一种用于调度无线局域网上的通信量的方法，该无线局域网包括至少一个协调器站以及一个或多个无线站。首先，在该协调器站接收到针对通信量的请求。该请求由其中一个无线站发出，并且包括一个代表该无线站所请求的通信量的通信量参数。然后基于该组参数以及先前接收的其它通信量请求来执行一个通信量请求接受算法。如果可以允许该请求，则产生一个包括该新请求的新的通信量调度表。该新的调度表是通过使用循环执行模型来产生的。
本发明的调度机制是基于一种已得到良好证明的模型：在T.P.Baker和Alan Shaw的“The Cyclic Executive Model and Ada(循环执行模型和Ada)”(IEEE 1998)中描述的循环执行模型，该文献在此引用以作参考。使用该模型，本发明的发明人已经意识到，在不背离通信量调度的首要目标(即可靠的数据传送)的情况下，可以使得实时无线局域网中的通信量具有周期性。所述循环执行模型提出以规则的循环模式来重复地执行一个通信量调度表，并且当需要考虑来自BSS的其中一个站的新的通信量规范时可以重新计算该通信量调度表。在所述执行模型中的动作(或者本发明中的通信量请求)是由包括该动作的特性的三元组(triple)来表示的，所述特性包括该动作的执行时间(即执行该动作所需的时间)、周期(即在一次执行和下一次执行的可能的开头之间的时间间隔的持续时间)以及完成该动作的最后期限。IEEE 802.11规范定义了通信量请求的语义和结构，所述通信量请求包括一个通信量规范或者一组代表数据传送的参数，例如数据传送的类型、定时约束、大小和所请求的持续时间。可以从描述通信量的这些参数组中产生用于所述循环执行模型算法的三元组。因此，在本发明的一个实施例中，对于每个通信量请求，从被包括在该请求内并且代表所述通信量的该组参数中产生一个三元组。随后所述循环执行模型允许交织所有的通信量请求，并且从代表这些请求的各三元组中导出调度表。所导出的通信量调度表将允许在由对应的三元组所定义的周期和最后期限内执行所有被请求并被接受的通信量请求。本发明的一个优点是提出了一种可靠且容易实现的调度器，该调度器使用一个广泛应用于实时计算处理的周期性模型。
下面将参照附图以举例的方式更详细地描述本发明：
图1示出本发明的基本服务集；以及
图2示出本发明的调度机制的流程图。
在所有图中，相同的附图标记表示相似或相应的特征或功能。
本发明涉及一种用于管理各站之间的数据传送的调度器，以便为具有严格定时要求的数据传送给出一个高于其它所调度的通信量的优先级，从而避免延迟和内容传送中断。本发明将在IEEE 802.11e WLANQoS规范的框架中加以说明，然而本发明可以用来在基于其它无线或有线技术的网络上调度通信量。应该注意，本发明是按照在此引用以作参考的IEEE 802.11e规范来具体说明的，并且假定在该规范中所使用的技术术语的定义和缩写是公知的，并将不作重复。如果需要澄清的话请参考该规范。
本发明是针对如图1所示的基本服务集100(BSS)来说明的。BSS100包括协调器站AP以及A、B和C各站。协调器站AP可以被包括在传统的接入点中。协调器站AP以及A、B和C各站包括对应的媒体访问控制(MAC)层以用于在无线介质上通信，并且包括对应的主机层以用于和与各站相关联的设备应用通信。协调器站AP包括MAC 110和主机120，站A包括MAC 130和主机140。站B和C的对应主机和MAC并未示出。在站A和接入点AP之间的内容及控制数据的交换是通过在MAC 130和MAC 110之间交换帧来实施的，正如在原始的IEEE 802.11规范的各个扩展中所规定的那样。给定站中的MAC层处理与其它站的帧交换以确保可以稳定地传送数据，同时还控制对共享无线介质的接入以确保公平的接入。MAC还通过不同级别的加密来提供附加的安全层次。
在本实施例中，协调器站AP操作为混合协调器，并且实施由混合协调功能定义的帧交换序列。该混合协调功能组合并增强上面提到的基于争用的接入方法和基于轮询的接入方法，从而为A、B和C各站提供对无线介质的经优先排序并且经参数化的QoS接入，同时继续支持非QoS站(如果有的话)，以便进行最有效的传送。所谓的经优先排序的通信量在争用周期期间出现，而所谓的经参数化的通信量在无争用周期期间出现。A、B和C各站是实现QoS功能以及混合协调功能的QoS站。
在本实施例中，站A在BSS 100中具有排成队列的用于传输到另一个站的数据，并且其联系协调器站AP以便得到接入无线介质的授权。为此，站A向协调器站AP发送一个针对通信量的请求REQ。该请求REQ可以对应于一个MLME-ADDTS.request(MLME-ADDTS请求)，并且包括通信量规范参数或者TSPEC，比如信源地址、目的地地址、通信量特性、通信量流标识符(TSID)以及对于所涉及的通信量流的QoS要求。响应于通信量请求REQ，协调器站AP发送响应RESP，以表明是否可以允许该通信量请求REQ。如将在下文中详细描述的那样，作为结果，可以修改由协调器站AP维持的先前的通信量调度表，以便允许该新的通信量规范。本段中描述的帧交换也可以在站A想要修改由协调器站AP先前准许的通信量规范的参数时发生。
图2示出了本发明的示例性通信量调度机制的流程图200。协调器站AP首先从A、B和C各站的其中之一接收一个针对参数化的通信量新请求。所接收的请求包括通信量规范参数202。参数202例如包括优先级、TSID数据大小参数和数据速率参数。在步骤208中，协调器站AP基于参数202和QoS控制单元218为所接收的通信量请求计算所请求的服务时间T。QoS控制单元218是在由A、B和C各站发送的MAC帧的QoS控制字段中发送的，并且可以包括TID(通信量标识符)、TXOP持续时间和队列大小。这个计算出来的所请求的服务时间T是为所述循环执行模型产生的三元组的第一单元，并且与该新的通信量规范相关联。必须注意，在导出该服务时间T时还可以将任何协议开销考虑进去，比如对传输机会的准许、协议握手、IFS周期、补偿(back-off)定时、处理延迟以及类似延迟。
参数202还包括通信量类型、最小服务间隔、最大服务间隔以及延迟界限，并且在步骤210中，协调器站AP还基于这些附加参数202来计算服务周期P和最后期限D。
一旦已经为新的通信量规范计算了三元组(T，P，D)220，协调器站AP的许可控制模块就运行一个接受算法226，以便权衡将该新的通信量规范添加到已有的通信量调度表中的可能性。该许可控制模块基于该三元组(T，P，D)来检查可以为提出请求的站分配多少时间。该接受算法226是在三元组220以及先前许可的参数化通信量规范228的基础上运行的。如果接受了该新的通信量规范，则更新该参数化通信量规范228以便将其包括进去。
此外，如果接收了所述新的通信量规范，则可以对分配给经优先排序的通信量的相对持续时间进行调节，以便为参数化通信量分配更多时间。在步骤222中，可以基于计算出的所请求的服务时间T来调节被分配给经优先排序的通信量的帧部分(以整个帧的百分比来表示)，并且从中导出一个新的持续时间224(或百分比)。
除了这两种允许新规范的替换方案之外，该许可控制模块还可以删除或者调节一个低优先级TSPEC，以便为新的高优先级通信量腾出一些时间。
一旦在224中更新了经许可的参数化通信量规范列表228并且调节了经优先排序的通信量的持续时间，协调器站AP可以基于所述循环执行模型来产生一个新的通信量调度表234。在步骤230中，基于所述许可的经优先排序的通信量224和所列出的经许可的参数化通信量228来导出该新的通信量调度表234。为此，首先导出一个干特图(GantChart)232来显示分配给每个经许可的通信量规范的时间片段。对于一个特定的通信量规范，可以为一个站(在本实施例中例如是站A)准许多于一个时隙(例如图2中的时隙A1和A2)，以使得通信量调度表可以允许其它站满足它们的通信量规范的对应的最后期限D。然后将A需要发送的数据帧分割成在不同时隙期间发送的两组数据，以使得站B和C能够同时进行发送。这样，如图232所示，能够以所述循环执行模型的小循环时间mct和大循环时间MCT而使得通信量调度具有周期性。
然后可以将协调器站AP配置成产生一个通信量调度表234。该时间表234是从图232获得的，并且包括关于将由协调器站AP采取的动作的定时和指示。所述动作可以涉及信标、参数化通信量以及经优先排序的通信量的传输。关于参数化通信量，表234的条目可以表明被轮询站的地址、CF轮询起始时间、将为该站准许的传输机会的持续时间以及表示将由协调器站采取的动作的备注。被准许的通信量规范可以对应于表234中的一个以上的条目，其中每一个条目对应于图232中的每个时隙。表234还包括一个与所述信标相关联的条目，该信标包括其发送时间。表234不必是图232的精确表示，并且可以对其进行某种优化。举例来说，在相邻时间片段用于相同站但是却对应于不同通信量规范的情况下，协调器站AP可以将两个相邻时隙重新编组成一个时隙，并且在表234中仅产生一个条目。在这种情况下，协调器站AP将仅准许一个具有较长持续时间的传输机会，而不是对相同站进行两次轮询。被轮询的站将负责在所分配的该较长时隙内采用两种通信量规范。
与上述步骤并行地，可以运行一个停用定时器212来对BSS 100中的各无线站的停用间隔206进行计数。在步骤214中执行一个老化算法，如果确定一个先前被准许参数化通信量的特定站不使用所分配的时隙或者只是部分地使用所述时隙，那么在步骤216中可以相应地去除或调节在所许可的参数化通信量228中的关联条目。因此，举例来说，如果一个特定站A、B或C不遵循所准许的TXOP并且不发送数据，那么剩余的TXOP就被浪费并且在调度表中不做改变。然而，如果该站接连地浪费多个TXOP，则在步骤216中将相应的通信量规范整个删除，并且在所许可的通信量规范228中删除。老化算法模块214控制定时器212，该定时器测量所述站的停用间隔。模块214复位并且监控定时器212。在另一个事例中，对于某一个站所准许的传输机会TXOP可能不足以允许该站发送数据。

Claims (7)

1.一种用于调度无线网络中的通信量的方法，该无线网络包括一个协调器站以及多个无线站，该方法包括：由该协调器站从其中一个无线站接收一个新的通信量请求(REQ)，该请求包括一个通信量参数(202)；基于该通信量参数以及先前许可的其它通信量请求(228)来运行一个通信量请求接受算法(226)；如果接受该新的通信量请求，则使用循环执行模型(230)基于该新的通信量请求来计算一个新的通信量调度表(232，234)。
2.根据权利要求1的方法，还包括：通过为一个站准许一个传输机会而在该新的通信量调度表中所指示的一个无争用周期期间对该站进行轮询。
3.根据权利要求1的方法，其中，所述新的通信量调度表包括一个无争用周期的持续时间或者一个争用周期的持续时间。
4.根据权利要求1的方法，其中，所述新的通信量调度表是从一个当前通信量调度表确定的，该当前通信量调度表是根据来自其它站的先前许可的其它通信量请求导出的。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述新的通信量调度表包括一个由所述协调器站分配给其中一个无线站的传输机会的起始时刻。
6.一种用于调度无线网络中的通信量的设备，包括：一个接收器，用于通过无线网络从该网络中的一个无线站接收针对通信量规范的请求，该请求包括一个代表该通信量规范的通信量参数；一个接受控制模块，用来基于该参数和一个先前确定的通信量调度表确定是否可以允许该请求；一个通信量调度器，用于使用循环执行模型根据所述参数和先前确定的通信量调度表来产生一个新的通信量调度表。
7.一种用于调度无线网络中的通信量的系统，包括多个用于通过无线网络交换数据的无线站和一个协调器站，该协调器站包括：接收器，用于从其中一个无线站接收针对通信量规范的请求，该请求包括一个代表该通信量规范的通信量参数；一个接受控制模块，用来基于该参数和一个先前确定的通信量调度表确定是否可以允许该请求；一个通信量调度器，用于使用循环执行模型根据所述参数和先前确定的通信量调度表来产生一个新的通信量调度表。
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