專利名稱：高速率無線個人區(qū)域網(wǎng)中的信道時間分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信道時間分配方法和一種使用該方法的無線系統(tǒng)，尤其涉及有效支持無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的諸如MPEG-2視頻的可變比特率(VBR)流的信道時間分配方法，以及使用該方法的無線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(其后，稱作“WPAN”)是以無線連接方式實現(xiàn)的個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)。與廣為人知的局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)的技術(shù)相對比，PAN是個人擁有的網(wǎng)絡(luò)。也就是說，相互連接個人擁有的設(shè)備以形成為個人提供方便的網(wǎng)絡(luò)。
為了用無線連接來實現(xiàn)PAN，電氣和電子工程師協(xié)會有限公司(IEEE)802.15工作組開發(fā)了具有四個任務(wù)組的短距離無線網(wǎng)絡(luò)標準的WPAN，IEEE802.15.1標準是眾所周知的藍牙標準，IEEE 802.15.3標準是高速率WPAN標準，以及IEEE 802.15.4標準是低速率WPAN標準。
用于短距離無線網(wǎng)絡(luò)的WPAN支持各種包括諸如個人計算機(PC)、個人數(shù)字助理(PDA)、無線打印機、存儲設(shè)備、移動電話和置頂盒的便攜式計算機設(shè)備的電子設(shè)備。此外，高速率WPAN遵循IEEE 802.15.3標準或IEEE 802.15.3a標準(其后，稱作“IEEE 802.15.3x”)，并且IEEE 802.15.3a標準是從IEEE 802.15.3標準改進得到的。高速率WPAN使實時視頻、高品質(zhì)音頻和高容量文件能夠傳輸。也就是說，高速率WPAN應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域是多媒體流，例如，在TV屏幕上重現(xiàn)來自數(shù)字攝錄機的數(shù)據(jù)或者在PC上存儲的視頻文件。為了支持多媒體服務(wù)品質(zhì)(QoS)功能，配置IEEE 802.15.3x標準以周期地具有免爭用周期(Contention Free period，CFP)和在CFP中使用時分多址接入(TDMA)方案。
然而，移動圖像專家組(MPEG)-2的特征在于視頻具有每秒不同幀大小的可變比特率流。因此，在支持采用TDMA方案的VBR流中，能夠引起在發(fā)送P幀或B幀時分配適合于最大幀的大小的信道時間中產(chǎn)生的時間浪費。另一方面，如果信道時間沒有根據(jù)峰數(shù)據(jù)率來分配，則在發(fā)送I幀或P幀中可能沒有足夠的時間。所以，要求根據(jù)每幀的大小來分配信道時間。此外，考慮到無線信道的差錯率比有線信道的差錯率大以及I幀影響其他幀的解碼，所以有必要確保I幀的發(fā)送可靠性。
然而，目前的信道分配方法存在的缺點在于不能合適地支持諸如MPEG-2視頻的VBR流。也就是說，因為目前的信道分配方法是向超幀分配具有固定大小的信道時間，所以沒有滿足可變時間的要求。同樣，目前的信道分配方法分配具有超幀的信道時間作為周期，該周期與VBR流的獨特周期不一致。因此，當必須發(fā)送幀時、而沒有分配信道時間的情況下，或者當不必發(fā)送幀時的信道時間不必分配的情況下，可能出現(xiàn)無效。
為了解決上述問題，已經(jīng)建議了在TDMA方案中動態(tài)分配信道時間的幾種方法。第一種方法是在通過中央控制器檢測了每個用戶或設(shè)備的當前信道的利用后，來增加或減少時隙分配。具體地講，根據(jù)檢測結(jié)果，如果該結(jié)果是大于預(yù)先分配的時隙量，則中央控制器增加時隙分配；以及，如果該結(jié)果不大于預(yù)先分配的時隙量，則中央控制器減小時隙分配。第二種方法是動態(tài)地分配額外的信道時間。具體地講，當前每個用戶的列隊大小穩(wěn)定地反饋到中央控制器，然后，中央控制器參考所述反饋來動態(tài)地分配附加的信道時間。然而，因為通過先前的利用來確定下個信道時間分配量，所以第一方法對于諸如MPEG-2視頻的VBR流是不合適的。此外，因為參考了當前要求的信道時間才分配額外信道時間，所以第二種方法不能保證在當前幀的發(fā)送期限內(nèi)分配信道時間。此外，因為中央控制器必須穩(wěn)定地監(jiān)視當前信道的利用或者每個用戶或設(shè)備的要求，所以這些方法普遍引起額外的開銷。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)設(shè)計本發(fā)明來解決上述問題，所以本發(fā)明的一個方面是在無線個人區(qū)域網(wǎng)中為有效地支持諸如MPEG-2視頻的可變比特率(VBR)流提供信道時間分配的方法。
為了實現(xiàn)上述的方面，根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法包括步驟通過任何一個鏈接到無線個人區(qū)域網(wǎng)的設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送信道時間分配請求命令，該信道時間分配請求命令對應(yīng)于將要發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性；以及由協(xié)調(diào)器通過參考信道時間分配請求命令來分配信道時間、將分配的信道時間的信息插入到同步信號、以及向所述設(shè)備廣播同步信號。
信道時間分配方法還包括步驟基于插入同步信號的信道時間信息來發(fā)送和接收設(shè)備中的應(yīng)用數(shù)據(jù)。無線個人區(qū)域網(wǎng)是遵循IEEE 802.15.3x標準的無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)。在廣播步驟中，根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的幀周期、通過調(diào)整超幀周期來分配信道時間。
通過向信道時間請求命令附加表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段可以產(chǎn)生信道時間分配請求命令。應(yīng)用數(shù)據(jù)可以是以MPEG-2視頻形式的可變比特率流(VBR)。
表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段包含應(yīng)用數(shù)據(jù)類型、附加字段的整個長度、分配的信道時間的周期、圖像組幀(GOP)的數(shù)量、P幀間的間隔、最大I幀的大小、最大P幀的大小和最大B幀的大小的至少一個信息。所述設(shè)備使用IEEE802.15.3x的層管理，并且還包括MLME SAP以向MAC層管理實體(MLME)發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。
根據(jù)本發(fā)明的無線系統(tǒng)包括連接到無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備；以及向所述設(shè)備廣播同步信號來同步所述設(shè)備的協(xié)調(diào)器。如果任何一個設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送與要發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性對應(yīng)的信道時間分配請求命令，協(xié)調(diào)器通過參考信道時間分配請求命令來分配作為分配的信道時間的信道時間、將分配的信道時間的信息插入同步信號、以及向所述設(shè)備廣播同步信號，然后所述設(shè)備基于分配的信道時間來發(fā)送和接收應(yīng)用數(shù)據(jù)。
個人區(qū)域網(wǎng)是遵循IEEE 802.15.3x標準的無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)，以及協(xié)調(diào)器根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的幀周期、通過調(diào)整超幀周期來分配信道時間。通過向信道時間請求命令附加表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段來產(chǎn)生信道時間分配請求命令。應(yīng)用數(shù)據(jù)可以是以MPEG-2視頻形式的可變比特率流(VBR)。表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段包含應(yīng)用數(shù)據(jù)類型、附加字段的整個長度、分配的信道時間的周期、圖像組幀(GOP)的數(shù)量、P幀間的間隔、最大I幀的大小、最大P幀的大小和最大B幀的大小的至少一個信息。所述設(shè)備使用IEEE 802.15.3x的層管理，并且還包括MLME SAP以向MAC層管理實體(MLME)發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。


通過結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的上述方面和/或特征將更為明顯，其中圖1是說明傳統(tǒng)的無線個人區(qū)域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的提供信道時間分配方法的數(shù)據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法的消息序列圖；圖4是說明傳統(tǒng)的信道時間請求命令的結(jié)構(gòu)圖；圖5是說明附加到圖4的信道時間請求命令的字段圖；圖6是說明計算Itime、Ptime和Btime的步驟圖；圖7是說明將本發(fā)明的信道時間分配方法和傳統(tǒng)的信道時間分配方法進行比較的圖；以及圖8至圖10是模擬本發(fā)明信道時間分配方法和傳統(tǒng)的信道時間分配方法執(zhí)行結(jié)果的圖。
具體實施例方式
其后，將參考附圖來詳細地說明本發(fā)明。
圖1是說明傳統(tǒng)的無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)的結(jié)構(gòu)圖。參考圖1，在WPAN環(huán)境中，多個數(shù)據(jù)設(shè)備(DEV)10-50構(gòu)成皮網(wǎng)，以及在皮網(wǎng)中的DEV50是皮網(wǎng)協(xié)調(diào)器(其后，稱作“PNC”)。PNC 50向其他數(shù)據(jù)設(shè)備(即，DEV110、DEV2 20、DEV3 30和DEV4 40)廣播作為同步信號的信標，并且使鏈接到皮網(wǎng)的數(shù)據(jù)設(shè)備同步。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的提供信道時間分配方法的數(shù)據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。參考圖2，數(shù)據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)基于電氣和電子工程師協(xié)會有限公司(IEEE)802.15.3x標準的層管理，并且區(qū)別僅在于添加了在設(shè)備管理實體(DME)(Device Management Entity)和介質(zhì)存取控制(MAC)(Media Access Control)層管理實體業(yè)務(wù)訪問點(MLME SAP)(Media Access Control LayerManagement Entity Service Access Point)上的應(yīng)用簡檔。MLME SAP的功能是請求反映應(yīng)用簡檔要求的信道時間。
應(yīng)用簡檔是用于說明應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的格式，從而，應(yīng)用簡檔的內(nèi)容根據(jù)應(yīng)用而變化。根據(jù)本發(fā)明，在下列表1中定義了MPEG-2視頻的簡檔。

在表1中，包封表示幾個圖像組(GOP)的捆綁，對于包封根據(jù)幀的類型計算信道時間。按照參數(shù)E將整個MPEG-2視頻流劃分為多個包封。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法的消息序列圖(MSC)。參考圖3，DEV1 10向PNC 50發(fā)送信道時間請求命令(S100)。如圖4所示，從DEV1 10向PNC 50發(fā)送的信道時間請求命令是根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的信道時間請求命令，其中將從應(yīng)用接收的參數(shù)加到該信道時間請求命令中。也就是說，將如圖5所示的新的字段附加到現(xiàn)有的信道時間請求命令的末端。參考圖5，類型字段表示諸如MPEG-2的應(yīng)用的類型，以及長度字段表示隨后字段的長度。幀速率字段表示信道時間分配(CTA)周期，并且在表1中定義了N字段和M字段。Itime字段表示對應(yīng)于最大I場的大小的時間，Ptime字段表示對應(yīng)于最大P場的大小的時間，以及Btime字段表示對應(yīng)于最大B場的大小的時間。因此，使用表1中的參數(shù)Imax、Pmax和Bmax來分別計算Itime、Ptime和Btime。
圖6示出了根據(jù)每個包封中的參數(shù)Imax、Pmax和Bmax的值來計算Itime、Ptime和Btime的步驟。參考圖6，Itime是向用于ACK/再發(fā)送的時間附加所給的包封中I幀的最大值的值，Ptime是P幀的最大值，以及Btime是B幀的最大值。
同時，DEV1 10發(fā)送信道時間請求命令的步驟包括通過MLME SAP接收應(yīng)用的屬性的和向反映應(yīng)用屬性的PNC 50發(fā)送信道時間請求消息的MLME。也就是說，因為將MPEG-2流劃分成包封，所以每次改變參數(shù)Imax、Pmax和Bmax的值，通過MLME SAP將變化通知給MLME，并且MLME向PNC50發(fā)送反映該變化的合適的信道時間請求命令以請求信道時間分配。
當從DEV1 10接收信道時間請求命令時，PNC 50向DEV1 10發(fā)送確認(ACK)信號(S110)。然后，在檢測資源以確保資源是可用或不可用后，PNC50向DEV1 10發(fā)送信道時間響應(yīng)命令(S120)。DEV1 10向PNC 50發(fā)送對應(yīng)于信道時間請求命令的ACK信號(S130)。PNC 50檢測應(yīng)用的屬性，該屬性附加到信道時間請求命令。在檢測完后，如果檢測結(jié)果表示類型字段是MPEG-2，則PNC 50識別隨后的字段。相應(yīng)地，PNC 50將當前超幀的周期修改為該應(yīng)用的幀字段，以便為了使用而準備偽靜態(tài)CTA。也就是說，PNC 50從附加到所發(fā)送的信道時間請求命令中的N和M字段中找到幀順序(order)、根據(jù)Itime、Ptime和Btime的字段值來分配超幀時間、以及廣播這些裝載在信標的CTA IE(信道時間分配IE)中的信息(S140)。
當通過信標接收分配信道時間的信息時，DEV1 10和DEV2 20根據(jù)分配的信道時間發(fā)送和接收應(yīng)用數(shù)據(jù)(S150)。通過以上的步驟，分配用于有效發(fā)送諸如MPEG-2視頻的VBR流的信道時間。
圖7是說明將本發(fā)明的信道時間分配方法和傳統(tǒng)的信道時間分配方法進行比較的圖。圖7中的A和B表示傳統(tǒng)的方法，以及C表示本發(fā)明的方法。如圖7所示，如果在傳統(tǒng)的方法中為I幀的發(fā)送沒有分配足夠的信道時間，則為發(fā)送將I幀劃分為I1、I2、I3和I4(情形A)，或者將I幀劃分為I1和I2(情形B)。然而，根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法，根據(jù)最大的I幀的大小來分配信道時間，從而有效地一次同時發(fā)送I幀。
圖8至圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法和在同樣環(huán)境下根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的信道時間分配方法模擬執(zhí)行的結(jié)果圖。圖8是作業(yè)失敗率(JFR)(Job Failure Rate)的圖形。在圖8中，“aam”表示根據(jù)本發(fā)明的方法的JFR，以及“std”表示根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的方法的JFR。圖9是吞吐量的圖形。在圖9中，“aam-thput”表示根據(jù)本發(fā)明的方法的吞吐量，以及“std-thput”表示根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的方法的吞吐量。圖10是延遲變化的圖形。在圖10中，“delay variance amm”表示根據(jù)本發(fā)明的方法的延遲變化。“delay variance std”表示根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的方法的延遲變化。
如圖8至圖10所示，與根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的信道時間分配方法相比，根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法具有較低的JFR、延遲變化和較高的吞吐量。因此，使用根據(jù)本發(fā)明的信道時間分配方法對諸如MPEG-2視頻的VBR流的處理比使用根據(jù)IEEE 802.15.3x標準的信道時間分配方法更有效。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明，分配信道時間以適合于諸如MPEG-2視頻的VBR流數(shù)據(jù)的屬性，以便提供VBR流的QoS。同時，增進I幀發(fā)送的可靠性，以便改善對幀解碼的成功率。此外，通過通知PNC每個流的模式，則PNC能夠為增強流的統(tǒng)計多路復(fù)用計算方略。
此外，本發(fā)明可應(yīng)用到包括WPAN的無線網(wǎng)絡(luò)和其他形式的無線網(wǎng)絡(luò)。
盡管已經(jīng)說明了本發(fā)明的示例性實施例，對那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，一旦他們了解到基本的發(fā)明概念，就能夠在實施例中進行額外的變化和修改。所以，所撰寫的附加權(quán)利要求涵蓋了示例性實施例和落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)中的信道時間分配方法，該網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器廣播的同步信號進行同步，該方法包括步驟通過任何一個鏈接到無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送信道時間分配請求命令，該信道時間分配請求命令對應(yīng)于將要發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性；以及由協(xié)調(diào)器通過參考信道時間分配請求命令來分配作為分配的信道時間的信道時間、將分配的信道時間的信息插入到同步信號、以及向所述設(shè)備廣播同步信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟基于插入同步信號的分配信道時間的信息來發(fā)送和接收設(shè)備中的應(yīng)用數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中無線網(wǎng)絡(luò)是遵循IEEE 802.15.3x標準的無線個人區(qū)域網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，在廣播步驟中，根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的幀周期、通過調(diào)整超幀周期來分配信道時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過向信道時間請求命令附加作為附加字段的字段來產(chǎn)生信道時間分配請求命令，該附加字段表示應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中應(yīng)用數(shù)據(jù)是以MPEG-2視頻形式的可變比特率流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段包含應(yīng)用數(shù)據(jù)類型、附加字段的整個長度、分配的信道時間的周期、圖像組幀的數(shù)量、P幀間的間隔、最大I幀的大小、最大P幀的大小和最大B幀的大小中的至少一個信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)備使用IEEE 802.15.3x標準的層管理，并且還包括介質(zhì)存取控制層管理實體業(yè)務(wù)訪問點以向MAC層管理實體發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中無線網(wǎng)絡(luò)是無線個人區(qū)域網(wǎng)。
10.一種在無線網(wǎng)絡(luò)中運行的無線系統(tǒng)，包括鏈接到無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備；以及向所述設(shè)備廣播同步信號來同步所述設(shè)備的協(xié)調(diào)器，其中如果任何一個設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送與要發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性對應(yīng)的信道時間分配請求命令，協(xié)調(diào)器通過參考信道時間分配請求命令來分配作為分配的信道時間的信道時間、將分配的信道時間的信息插入同步信號、以及向所述設(shè)備廣播同步信號，并且所述設(shè)備基于分配的信道時間來發(fā)送和接收應(yīng)用數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中無線網(wǎng)絡(luò)是遵循IEEE 802.15.3x標準的無線個人區(qū)域網(wǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，協(xié)調(diào)器根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的幀周期、通過調(diào)整超幀周期來分配信道時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，通過向信道時間請求命令附加作為附加字段的字段來產(chǎn)生信道時間分配請求命令，該附加字段表示應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中應(yīng)用數(shù)據(jù)是以MPEG-2視頻形式的可變比特率流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中表示應(yīng)用數(shù)據(jù)屬性的字段包含應(yīng)用數(shù)據(jù)類型、附加字段的整個長度、分配的信道時間的周期、圖像組幀的數(shù)量、P幀間的間隔、最大I幀的大小、最大P幀的大小和最大B幀的大小的至少一個信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述設(shè)備使用IEEE 802.15.3x的層管理，并且還包括介質(zhì)存取控制層管理實體業(yè)務(wù)訪問點以向MAC層管理實體發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中無線網(wǎng)絡(luò)是無線個人區(qū)域網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速率WPAN中的信道時間分配方法和一種使用同樣方法的無線系統(tǒng)。在由協(xié)調(diào)器廣播的同步信號來進行同步的WPAN環(huán)境中，信道時間分配方法包括通過任何一個鏈接到WPAN的設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送信道時間分配請求命令，該信道時間分配請求命令對應(yīng)于將要發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)的屬性；由協(xié)調(diào)器分配信道時間、將分配的信道時間的信息插入同步信號、以及向所述設(shè)備廣播同步信號。因此，分配信道時間以適合諸如MPEG－2視頻的VBR流數(shù)據(jù)的屬性，以便提供VBR流的QoS。同時，提高了I幀發(fā)送的可靠性，從而改善了對幀解碼的成功率。
文檔編號H04J3/06GK1551546SQ20041003465
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者金用錫, 尹元鎔 申請人:三星電子株式會社