專利名稱：Wlan調(diào)度器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)的領(lǐng)域，并且提出用于調(diào)度局域網(wǎng)上的通信量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明特別涉及其中對通信量進(jìn)行分類、并且基于對應(yīng)的相關(guān)定時約束來為各通信量類別給出優(yōu)先級的局域網(wǎng)。本發(fā)明還涉及依照IEEE 802.11e規(guī)范來操作的無線系統(tǒng)。
個人計算機(jī)(PC)和諸如機(jī)頂盒、電視機(jī)、音響系統(tǒng)等等的傳統(tǒng)消費(fèi)者電子(CE)設(shè)備正慢慢融合，并且現(xiàn)在的PC和CE往往提供以類似方式滿足消費(fèi)者需求的功能。無線技術(shù)提供在這兩個專業(yè)領(lǐng)域之間的聯(lián)系，并且CE制造商正努力將PC內(nèi)容帶入起居室中，以及反之將諸如TV節(jié)目之類的起居室內(nèi)容帶入用戶PC中。然而，無線通信的一大問題是要在不穩(wěn)定且擁擠的環(huán)境中確保數(shù)據(jù)傳送。此外，當(dāng)處理多媒體內(nèi)容時，在傳輸非多媒體數(shù)據(jù)(諸如文本文件或者電子郵件)時所遇到的例如延遲、干擾、損耗之類的一些傳統(tǒng)問題只會更加嚴(yán)重。實(shí)際上，多媒體內(nèi)容不允許有分組丟失或者延遲，而IEEE 802.11e尋求通過定義WLAN上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)質(zhì)量來解決這一問題。為此，IEEE 802.11e引入了通信量優(yōu)先排序、通信量協(xié)商以及通信量調(diào)度。
在IEEE 802.11中定義的無線局域網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)是基本服務(wù)集(BSS)。BSS是能夠彼此通信的站的集合，所述通信是直接進(jìn)行的(如在獨(dú)立基本服務(wù)集中)或者通過接入點(diǎn)進(jìn)行的(如在基礎(chǔ)設(shè)施基本服務(wù)集中)。各個站可以按照下面幾個接入機(jī)制的其中之一來傳送數(shù)據(jù)。第一種接入機(jī)制稱為具有沖突避免的載波偵聽多點(diǎn)接入(CSMA/CA)，根據(jù)該機(jī)制，一個站在開始傳輸之前偵聽無線介質(zhì)。該站可以使用物理載波偵聽機(jī)制，或者優(yōu)選地該站可以使用IEEE 802.11規(guī)范中提供的虛擬載波偵聽機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)。這種接入機(jī)制也成為分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)，其是一種由所有站在競爭介質(zhì)時所使用的基于爭用的信道接入。第二種接入機(jī)制是一種集中控制的機(jī)制，其使用輪詢和響應(yīng)協(xié)議來避免沖突和爭用。該接入機(jī)制也稱為點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，并且由一個通常位于接入點(diǎn)(AP)中的點(diǎn)協(xié)調(diào)器(PC)來管理。各個站向該P(yáng)C發(fā)送請求，該P(yáng)C在一個輪詢列表中登記這些請求并且一個接一個地對各站的通信量進(jìn)行輪詢，以及同時向所述站傳送通信量。當(dāng)在擁擠的環(huán)境中傳輸時間敏感的內(nèi)容時，PCF是優(yōu)選的接入機(jī)制。PCF可以與分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)一起使用。為此，在接管介質(zhì)方面，點(diǎn)協(xié)調(diào)器對于BSS中的其它站具有定時優(yōu)勢，并且一旦點(diǎn)協(xié)調(diào)器以及接入介質(zhì)，那么它就可以對從一個站到另一個站的時間敏感數(shù)據(jù)的傳輸(例如內(nèi)容流送)進(jìn)行協(xié)商和控制。
IEEE 802.11e規(guī)定了通信量分類和通信量控制的基礎(chǔ)，而如何對通信量進(jìn)行調(diào)度就由制造商來選擇。因此，需要一種可靠且高效的調(diào)度方案。
為解決上述要求，本發(fā)明提出了一種通信量調(diào)度機(jī)制。
本發(fā)明設(shè)想了一種用于調(diào)度無線局域網(wǎng)上的通信量的方法，該無線局域網(wǎng)包括至少一個協(xié)調(diào)器站以及一個或多個無線站。首先，在該協(xié)調(diào)器站接收到針對通信量的請求。該請求由其中一個無線站發(fā)出，并且包括一個代表該無線站所請求的通信量的通信量參數(shù)。然后基于該組參數(shù)以及先前接收的其它通信量請求來執(zhí)行一個通信量請求接受算法。如果可以允許該請求，則產(chǎn)生一個包括該新請求的新的通信量調(diào)度表。該新的調(diào)度表是通過使用循環(huán)執(zhí)行模型來產(chǎn)生的。
本發(fā)明的調(diào)度機(jī)制是基于一種已得到良好證明的模型在T.P.Baker和Alan Shaw的“The Cyclic Executive Model and Ada(循環(huán)執(zhí)行模型和Ada)”(IEEE 1998)中描述的循環(huán)執(zhí)行模型，該文獻(xiàn)在此引用以作參考。使用該模型，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)意識到，在不背離通信量調(diào)度的首要目標(biāo)(即可靠的數(shù)據(jù)傳送)的情況下，可以使得實(shí)時無線局域網(wǎng)中的通信量具有周期性。所述循環(huán)執(zhí)行模型提出以規(guī)則的循環(huán)模式來重復(fù)地執(zhí)行一個通信量調(diào)度表，并且當(dāng)需要考慮來自BSS的其中一個站的新的通信量規(guī)范時可以重新計算該通信量調(diào)度表。在所述執(zhí)行模型中的動作(或者本發(fā)明中的通信量請求)是由包括該動作的特性的三元組(triple)來表示的，所述特性包括該動作的執(zhí)行時間(即執(zhí)行該動作所需的時間)、周期(即在一次執(zhí)行和下一次執(zhí)行的可能的開頭之間的時間間隔的持續(xù)時間)以及完成該動作的最后期限。IEEE 802.11規(guī)范定義了通信量請求的語義和結(jié)構(gòu)，所述通信量請求包括一個通信量規(guī)范或者一組代表數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)，例如數(shù)據(jù)傳送的類型、定時約束、大小和所請求的持續(xù)時間?？梢詮拿枋鐾ㄐ帕康倪@些參數(shù)組中產(chǎn)生用于所述循環(huán)執(zhí)行模型算法的三元組。因此，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，對于每個通信量請求，從被包括在該請求內(nèi)并且代表所述通信量的該組參數(shù)中產(chǎn)生一個三元組。隨后所述循環(huán)執(zhí)行模型允許交織所有的通信量請求，并且從代表這些請求的各三元組中導(dǎo)出調(diào)度表。所導(dǎo)出的通信量調(diào)度表將允許在由對應(yīng)的三元組所定義的周期和最后期限內(nèi)執(zhí)行所有被請求并被接受的通信量請求。本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是提出了一種可靠且容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)度器，該調(diào)度器使用一個廣泛應(yīng)用于實(shí)時計算處理的周期性模型。
下面將參照附圖以舉例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明

圖1示出本發(fā)明的基本服務(wù)集；以及圖2示出本發(fā)明的調(diào)度機(jī)制的流程圖。
在所有圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似或相應(yīng)的特征或功能。
本發(fā)明涉及一種用于管理各站之間的數(shù)據(jù)傳送的調(diào)度器，以便為具有嚴(yán)格定時要求的數(shù)據(jù)傳送給出一個高于其它所調(diào)度的通信量的優(yōu)先級，從而避免延遲和內(nèi)容傳送中斷。本發(fā)明將在IEEE 802.11e WLANQoS規(guī)范的框架中加以說明，然而本發(fā)明可以用來在基于其它無線或有線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)上調(diào)度通信量。應(yīng)該注意，本發(fā)明是按照在此引用以作參考的IEEE 802.11e規(guī)范來具體說明的，并且假定在該規(guī)范中所使用的技術(shù)術(shù)語的定義和縮寫是公知的，并將不作重復(fù)。如果需要澄清的話請參考該規(guī)范。
本發(fā)明是針對如圖1所示的基本服務(wù)集100(BSS)來說明的。BSS100包括協(xié)調(diào)器站AP以及A、B和C各站。協(xié)調(diào)器站AP可以被包括在傳統(tǒng)的接入點(diǎn)中。協(xié)調(diào)器站AP以及A、B和C各站包括對應(yīng)的媒體訪問控制(MAC)層以用于在無線介質(zhì)上通信，并且包括對應(yīng)的主機(jī)層以用于和與各站相關(guān)聯(lián)的設(shè)備應(yīng)用通信。協(xié)調(diào)器站AP包括MAC 110和主機(jī)120，站A包括MAC 130和主機(jī)140。站B和C的對應(yīng)主機(jī)和MAC并未示出。在站A和接入點(diǎn)AP之間的內(nèi)容及控制數(shù)據(jù)的交換是通過在MAC 130和MAC 110之間交換幀來實(shí)施的，正如在原始的IEEE 802.11規(guī)范的各個擴(kuò)展中所規(guī)定的那樣。給定站中的MAC層處理與其它站的幀交換以確保可以穩(wěn)定地傳送數(shù)據(jù)，同時還控制對共享無線介質(zhì)的接入以確保公平的接入。MAC還通過不同級別的加密來提供附加的安全層次。
在本實(shí)施例中，協(xié)調(diào)器站AP操作為混合協(xié)調(diào)器，并且實(shí)施由混合協(xié)調(diào)功能定義的幀交換序列。該混合協(xié)調(diào)功能組合并增強(qiáng)上面提到的基于爭用的接入方法和基于輪詢的接入方法，從而為A、B和C各站提供對無線介質(zhì)的經(jīng)優(yōu)先排序并且經(jīng)參數(shù)化的QoS接入，同時繼續(xù)支持非QoS站(如果有的話)，以便進(jìn)行最有效的傳送。所謂的經(jīng)優(yōu)先排序的通信量在爭用周期期間出現(xiàn)，而所謂的經(jīng)參數(shù)化的通信量在無爭用周期期間出現(xiàn)。A、B和C各站是實(shí)現(xiàn)QoS功能以及混合協(xié)調(diào)功能的QoS站。
在本實(shí)施例中，站A在BSS 100中具有排成隊列的用于傳輸?shù)搅硪粋€站的數(shù)據(jù)，并且其聯(lián)系協(xié)調(diào)器站AP以便得到接入無線介質(zhì)的授權(quán)。為此，站A向協(xié)調(diào)器站AP發(fā)送一個針對通信量的請求REQ。該請求REQ可以對應(yīng)于一個MLME-ADDTS.request(MLME-ADDTS請求)，并且包括通信量規(guī)范參數(shù)或者TSPEC，比如信源地址、目的地地址、通信量特性、通信量流標(biāo)識符(TSID)以及對于所涉及的通信量流的QoS要求。響應(yīng)于通信量請求REQ，協(xié)調(diào)器站AP發(fā)送響應(yīng)RESP，以表明是否可以允許該通信量請求REQ。如將在下文中詳細(xì)描述的那樣，作為結(jié)果，可以修改由協(xié)調(diào)器站AP維持的先前的通信量調(diào)度表，以便允許該新的通信量規(guī)范。本段中描述的幀交換也可以在站A想要修改由協(xié)調(diào)器站AP先前準(zhǔn)許的通信量規(guī)范的參數(shù)時發(fā)生。
圖2示出了本發(fā)明的示例性通信量調(diào)度機(jī)制的流程圖200。協(xié)調(diào)器站AP首先從A、B和C各站的其中之一接收一個針對參數(shù)化的通信量新請求。所接收的請求包括通信量規(guī)范參數(shù)202。參數(shù)202例如包括優(yōu)先級、TSID數(shù)據(jù)大小參數(shù)和數(shù)據(jù)速率參數(shù)。在步驟208中，協(xié)調(diào)器站AP基于參數(shù)202和QoS控制單元218為所接收的通信量請求計算所請求的服務(wù)時間T。QoS控制單元218是在由A、B和C各站發(fā)送的MAC幀的QoS控制字段中發(fā)送的，并且可以包括TID(通信量標(biāo)識符)、TXOP持續(xù)時間和隊列大小。這個計算出來的所請求的服務(wù)時間T是為所述循環(huán)執(zhí)行模型產(chǎn)生的三元組的第一單元，并且與該新的通信量規(guī)范相關(guān)聯(lián)。必須注意，在導(dǎo)出該服務(wù)時間T時還可以將任何協(xié)議開銷考慮進(jìn)去，比如對傳輸機(jī)會的準(zhǔn)許、協(xié)議握手、IFS周期、補(bǔ)償(back-off)定時、處理延遲以及類似延遲。
參數(shù)202還包括通信量類型、最小服務(wù)間隔、最大服務(wù)間隔以及延遲界限，并且在步驟210中，協(xié)調(diào)器站AP還基于這些附加參數(shù)202來計算服務(wù)周期P和最后期限D(zhuǎn)。
一旦已經(jīng)為新的通信量規(guī)范計算了三元組(T，P，D)220，協(xié)調(diào)器站AP的許可控制模塊就運(yùn)行一個接受算法226，以便權(quán)衡將該新的通信量規(guī)范添加到已有的通信量調(diào)度表中的可能性。該許可控制模塊基于該三元組(T，P，D)來檢查可以為提出請求的站分配多少時間。該接受算法226是在三元組220以及先前許可的參數(shù)化通信量規(guī)范228的基礎(chǔ)上運(yùn)行的。如果接受了該新的通信量規(guī)范，則更新該參數(shù)化通信量規(guī)范228以便將其包括進(jìn)去。
此外，如果接收了所述新的通信量規(guī)范，則可以對分配給經(jīng)優(yōu)先排序的通信量的相對持續(xù)時間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便為參數(shù)化通信量分配更多時間。在步驟222中，可以基于計算出的所請求的服務(wù)時間T來調(diào)節(jié)被分配給經(jīng)優(yōu)先排序的通信量的幀部分(以整個幀的百分比來表示)，并且從中導(dǎo)出一個新的持續(xù)時間224(或百分比)。
除了這兩種允許新規(guī)范的替換方案之外，該許可控制模塊還可以刪除或者調(diào)節(jié)一個低優(yōu)先級TSPEC，以便為新的高優(yōu)先級通信量騰出一些時間。
一旦在224中更新了經(jīng)許可的參數(shù)化通信量規(guī)范列表228并且調(diào)節(jié)了經(jīng)優(yōu)先排序的通信量的持續(xù)時間，協(xié)調(diào)器站AP可以基于所述循環(huán)執(zhí)行模型來產(chǎn)生一個新的通信量調(diào)度表234。在步驟230中，基于所述許可的經(jīng)優(yōu)先排序的通信量224和所列出的經(jīng)許可的參數(shù)化通信量228來導(dǎo)出該新的通信量調(diào)度表234。為此，首先導(dǎo)出一個干特圖(GantChart)232來顯示分配給每個經(jīng)許可的通信量規(guī)范的時間片段。對于一個特定的通信量規(guī)范，可以為一個站(在本實(shí)施例中例如是站A)準(zhǔn)許多于一個時隙(例如圖2中的時隙A1和A2)，以使得通信量調(diào)度表可以允許其它站滿足它們的通信量規(guī)范的對應(yīng)的最后期限D(zhuǎn)。然后將A需要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀分割成在不同時隙期間發(fā)送的兩組數(shù)據(jù)，以使得站B和C能夠同時進(jìn)行發(fā)送。這樣，如圖232所示，能夠以所述循環(huán)執(zhí)行模型的小循環(huán)時間mct和大循環(huán)時間MCT而使得通信量調(diào)度具有周期性。
然后可以將協(xié)調(diào)器站AP配置成產(chǎn)生一個通信量調(diào)度表234。該時間表234是從圖232獲得的，并且包括關(guān)于將由協(xié)調(diào)器站AP采取的動作的定時和指示。所述動作可以涉及信標(biāo)、參數(shù)化通信量以及經(jīng)優(yōu)先排序的通信量的傳輸。關(guān)于參數(shù)化通信量，表234的條目可以表明被輪詢站的地址、CF輪詢起始時間、將為該站準(zhǔn)許的傳輸機(jī)會的持續(xù)時間以及表示將由協(xié)調(diào)器站采取的動作的備注。被準(zhǔn)許的通信量規(guī)范可以對應(yīng)于表234中的一個以上的條目，其中每一個條目對應(yīng)于圖232中的每個時隙。表234還包括一個與所述信標(biāo)相關(guān)聯(lián)的條目，該信標(biāo)包括其發(fā)送時間。表234不必是圖232的精確表示，并且可以對其進(jìn)行某種優(yōu)化。舉例來說，在相鄰時間片段用于相同站但是卻對應(yīng)于不同通信量規(guī)范的情況下，協(xié)調(diào)器站AP可以將兩個相鄰時隙重新編組成一個時隙，并且在表234中僅產(chǎn)生一個條目。在這種情況下，協(xié)調(diào)器站AP將僅準(zhǔn)許一個具有較長持續(xù)時間的傳輸機(jī)會，而不是對相同站進(jìn)行兩次輪詢。被輪詢的站將負(fù)責(zé)在所分配的該較長時隙內(nèi)采用兩種通信量規(guī)范。
與上述步驟并行地，可以運(yùn)行一個停用定時器212來對BSS 100中的各無線站的停用間隔206進(jìn)行計數(shù)。在步驟214中執(zhí)行一個老化算法，如果確定一個先前被準(zhǔn)許參數(shù)化通信量的特定站不使用所分配的時隙或者只是部分地使用所述時隙，那么在步驟216中可以相應(yīng)地去除或調(diào)節(jié)在所許可的參數(shù)化通信量228中的關(guān)聯(lián)條目。因此，舉例來說，如果一個特定站A、B或C不遵循所準(zhǔn)許的TXOP并且不發(fā)送數(shù)據(jù)，那么剩余的TXOP就被浪費(fèi)并且在調(diào)度表中不做改變。然而，如果該站接連地浪費(fèi)多個TXOP，則在步驟216中將相應(yīng)的通信量規(guī)范整個刪除，并且在所許可的通信量規(guī)范228中刪除。老化算法模塊214控制定時器212，該定時器測量所述站的停用間隔。模塊214復(fù)位并且監(jiān)控定時器212。在另一個事例中，對于某一個站所準(zhǔn)許的傳輸機(jī)會TXOP可能不足以允許該站發(fā)送數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)度無線網(wǎng)絡(luò)中的通信量的方法，該無線網(wǎng)絡(luò)包括一個協(xié)調(diào)器站(AP)以及多個無線站(A、B和C)，該方法包括由該協(xié)調(diào)器站從其中一個無線站接收一個新的通信量請求(REQ)，該請求包括一個通信量參數(shù)(202)；基于該通信量參數(shù)以及先前接收的其它通信量請求(228)來運(yùn)行一個通信量請求接受算法(226)；如果接受該新的通信量請求，則使用循環(huán)執(zhí)行模型(230)基于該新的通信量請求來計算一個新的通信量調(diào)度表(232，234)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括通過為一個站準(zhǔn)許一個傳輸機(jī)會而在一個如該新的通信量調(diào)度表中所指示的無爭用周期期間對該站進(jìn)行輪詢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述新的通信量調(diào)度表包括一個無爭用周期的持續(xù)時間或者一個爭用周期的持續(xù)時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述新的通信量調(diào)度表是從一個當(dāng)前通信量調(diào)度表確定的，該當(dāng)前通信量調(diào)度表是根據(jù)先前從其它站接收的其它通信量請求導(dǎo)出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述新的通信量調(diào)度表包括一個由所述協(xié)調(diào)器站分配給其中一個無線站的傳輸機(jī)會的起始時刻。
7.一種設(shè)備，包括一個接收器，用于通過無線網(wǎng)絡(luò)從該網(wǎng)絡(luò)中的一個無線站接收針對通信量規(guī)范的請求，該請求包括一個代表該通信量規(guī)范的通信量參數(shù)；一個接受控制模塊，用來基于該參數(shù)和一個先前確定的通信量調(diào)度表確定是否可以允許該請求；一個通信量調(diào)度器，用于使用循環(huán)執(zhí)行模型根據(jù)所述參數(shù)和先前確定的通信量調(diào)度表來產(chǎn)生一個新的通信量調(diào)度表。
8.一種系統(tǒng)，包括多個用于通過無線網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的無線站和一個協(xié)調(diào)器站，該協(xié)調(diào)器站包括接收器，用于從其中一個無線站接收針對通信量規(guī)范的請求，該請求包括一個代表該通信量規(guī)范的通信量參數(shù)；一個接受控制模塊，用來基于該參數(shù)和一個先前確定的通信量調(diào)度表確定是否可以允許該請求；一個通信量調(diào)度器，用于使用循環(huán)執(zhí)行模型根據(jù)所述參數(shù)和先前確定的通信量調(diào)度表來產(chǎn)生一個新的通信量調(diào)度表。
全文摘要
一種系統(tǒng)，包括多個用于通過無線網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的無線站和一個諸如接入點(diǎn)的協(xié)調(diào)器站。該協(xié)調(diào)器站從其中一個無線站接收針對通信量規(guī)范的請求。該請求包括一個代表該通信量規(guī)范的通信量參數(shù)(202)。該協(xié)調(diào)器站基于該參數(shù)和一個當(dāng)前通信量調(diào)度表來運(yùn)行一個接受算法(226)以確定是否可以允許該請求，該當(dāng)前通信量調(diào)度表是基于先前準(zhǔn)許的其它通信量請求(228)。如果可以允許該新的通信量請求，則使用循環(huán)執(zhí)行模型(230)來產(chǎn)生一個新的通信量調(diào)度表(232，234)。
文檔編號H04L12/28GK1784872SQ200480012513
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者P·加格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司