無線區域網路中用於調度分組的接入點的製作方法

2023-08-09 01:48:31

專利名稱：無線區域網路中用於調度分組的接入點的製作方法
技術領域：
本實用新型大體來說是相關於無線通訊系統。尤其是相關於無線區域網路(WLANs)中數據流的分組調度。
背景技術：
於一基於802.11e環境中，進階分散信道接入功能(EDCA)將數據流分類成接入類型(ACs)以反映各個數據流所攜帶的應用的優先級。每數據流的不同的仲裁幀間間隔(AIFS)、最小競爭窗口(CWmin)以及最大競爭窗口(CWmax)參數是根據它的接入類型(AC)來分配。所述仲裁幀間間隔(AIFS)是一工作站(STA)於接收來自一接入點(AP)的一先前傳輸分組被接收的一確認回復後，所等待的一段時間。一個較高優先級接入類型(AC)比一個較低優先級接入類型(AC)具有一較短的仲裁幀間間隔(AIFS)，以致較高的數據流於接入信道前具有一較短的等待時間。所述最小競爭窗口(CWmin)以及最大競爭窗口(CWmax)的值定義一個競爭窗口的上下界限，其是用於一退避程序中。所述進階分散信道接入功能(EDCA)去幫助，確保較高優先級數據流，通過有利的設定仲裁幀間間隔(AIFS)、最小競爭窗口(CWmin)以及最大競爭窗口(CWmax)，而具有得到接入所述信道的一較大機會。
所述802.11e規範明確說明於各式的接入類型(ACs)中的競爭以及退避機制。然而在同一個接入類型(AC)中，在所述接入點(AP)的不同數據流中的調度並未為所述規範所明確說明，而是留給所述接入點(AP)來執行。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種設置於無線區域網路中來調度分組的一接入點，所述接入點包含一映像裝置、一指派裝置、一隊列裝置、一選擇裝置以及發射器。所述映像裝置是設置來，基於分組的一用戶優先級，映像一分組至一接入類型(AC)。所述指派裝置是設置來，基於所述分組接入類型(AC)，指派所述分組至一工作站中的一數據流(TF)。所述隊列裝置是設置來，置放來自所述數據流(TF)的一分組至所述接入類型(AC)的一傳輸隊列。所述選擇裝置是設置來，基於一服務基礎競爭解析度公式品質，選擇來自所述傳輸隊列的一分組。所述發射器是設置來傳輸所述被選擇的分組。
目前的WLAN標準並未指明經由接入點而在相同的接入類型(AC)內調度不同數據流(屬於不同的站)，而本實用新型提供了一種在現有技術中尚未出現的接入點來進行分組調度，以解決上述的問題。


由以下一較佳實施例的說明，對於本實用新型可以有一個更詳盡的了解。其是藉由一個範例與所附的圖標的方式而可被了解，其中圖1是顯示依照本實用新型用以調度分組的一方法的一流程圖；圖2是顯示以一服務品質基礎競爭解析度公式(Qos-based contentionresolution function)為函數的進階分散信道接入功能(EDCA)，其於多路傳輸流上操作的一圖標；圖3是顯示於相同的接入類型(AC)中操作的競爭解析度公式(contentionresolution function)的一流程圖；圖4是顯示於圖3中所述競爭解析度公式(contention resolution function)的一圖標；圖5是依照本實用新型建構的一接入點(AP)的一框圖；圖6是於圖5中顯示的一競爭解析度裝置的一框圖。
具體實施方式
本實用新型向接入點(AP)的一服務品質基礎競爭解析度公式(Qos-based contention resolution function)提供一手段。所述服務品質基礎公式(Qos-based contention resolution function)操作各個接入類型(AC)以解決，於同一接入類型(AC)中，多路數據流隊列中的競爭。
每當同一接入類型(AC)中，有分組於兩個或是更多的數據流隊列中，並且兩個隊列都嘗試在傳輸時間幀去接入信道時，競爭解析度公式被觸發。所述競爭解析度公式的輸出是各個接入類型(AC)的內部競爭優先級，其是用來接入所述信道的優先級。
於圖1中顯示延遲基礎的服務品質公式(Qos function)100的操作，並且於進階分散信道接入功能(EDCA)操作的內容中說明它。所述進階分散信道接入功能(EDCA)支持四個接入類型(AC)。如第1表中所顯示的，八個不同的用戶優先級(UPs)被映像到所述這四個接入類型(ACs)中。
第1表用戶優先級相對接入類型的映照。

為一工作站(STA)傳輸的一分組，是基於它的用戶優先級(UP)(步驟102)被映照到一接入類型(AC)中。所述映照功能確保所述用戶優先級(UPs)被映照到其分別的接入類型(AC)中，並且來自不同數據流的分組在它們的接入類型(AC)中，被指向它們分別的隊列中。
在所述802.11e規範中，一工作站(STA)可具有一個或是更多的數據流，並且所述這些數據流，依據由所述工作站(STA)所運作的應用以及相同應用的同一時期個數，可以被分散遍及所述接入類型(AC)中，或是被群組到相同的接入類型(AC)中。為了執行這個目的，各個工作站(STA)被限制成具有四個數據流的最大值。值得被注意的是，一工作站(STA)可以具有多於四個的數據流，並且可以支持相同應用的同時期；本實用新型將仍然在如同這樣的情形下被操作。
所以，一接入類型(AC)可以支持高達一個最大值N的數據流，其中，N是系統中工作站(STAs)的數目。如果屬於接入類型(AC)的一個應用中沒有任何的工作站(STAs)在運作的話，一接入類型(AC)可以不具任何的數據流。
於一工作站(STA)中，一分組基於它的接入類型(AC)(步驟104)被指派到一數據流中。來自各個數據流的分組被置放到所述對應接入類型(AC)的一傳輸隊列中(步驟106)。來自各個接入類型(AC)的傳輸隊列中的一個分組，基於接入類型(AC)的傳輸速率以及延遲需求，被服務品質基礎競爭解析度公式(Qos-based contention resolution function)所選擇(步驟108；這個公式將於相關的圖3以及圖4中更詳細的被說明)。
嘗試去傳輸一個被選擇的分組(步驟110)，並且每當與另一個分組有一傳輸衝突時，去做一個決定(步驟112)。如果將不會有一個衝突時，接著所述被選擇分組，被傳輸(步驟114)，並且結束所述公式(步驟116)。
如果將與另一個分組有一個衝突(步驟112)下，接著所述較高優先級分組，被傳輸(步驟120)。所述較低優先級分組的競爭窗口(CW)值，與所述分組相關的接入類型(AC)的最大競爭窗口(CWmax)值相比(步驟122)。若是所述競爭窗口(CW)值小於所述最大競爭窗口(CWmax)值，接著所述競爭窗口(CW)值被如同下列方程式所更新(步驟124)。
CW＝((CW+1)×2)-1 方程式(1)於所述競爭窗口(CW)值被更新或是所述競爭窗口(CW)值已經是所述最大競爭窗口(CWmax)值時(步驟126)，接著所述較低優先級分組進入一個退避模式，所述退避模式的時間區間相同於所述競爭窗口(CW)值，並且一個倒數計時的定時器開始倒數(步驟120)。當所述倒數計時的定時器數到零時(步驟128)，接著每當藉由帶有衝突預防的攜帶者感應多路接入(CSMA/CA))的感應而所述信道閒置時，做出一個決定(步驟130)。若是所述信道並非閒置時，所述的公式回到步驟124，去重設所述競爭窗口(CW)值，並重新開始所述倒數定時器。若是所述信道是閒置時，所述較低優先級分組被傳輸(步驟132)，並且結束所述公式(步驟116)。
所述公式100將連同圖2被說明，其中圖2顯示具有四個工作站(STAs)的一進階分散信道接入功能(EDCA)執行模式的一個範例，其中各個工作站運作四個映照在不同接入類型(ACs)上的應用，於各個接入類型(AC)中產生各個工作站(STA)的一數據流。基於它的接入類型(AC)，於一工作站(STA)中，一個分組被指派到一數據流中，舉例來說，來自工作站B(STA_B)的一第二數據流(TF_2)是在接入類型AC_2中。來自各個數據流的分組被插入到一分散的傳輸隊列中，並且所述服務品質基礎競爭解析度公式(Qos-basedcontention resolution function)標準化來自各個接入類型(AC)要被傳輸的一分組。
一旦一個分組自一AC選出，例如自AC_2選出，且預備好要進行傳輸(意即其並不是處於回退模式(back-off mode)，且正在感測到該信道為閒置)，接著該分組會嘗試在信道上進行傳輸。如果有另一個分組正準備自另一AC，例如AC_4，進行傳輸，那麼便會在AC之間發生內部衝突。在這種情況下，來自於AC_2的分組(具有較低的優先權)將使得具有較高優先權的AC(AC_4)有權接入該信道並傳榆。AC_2更新其CW[AC_2]至數值((CW[AC_2]+1)×2)-1或是在CW[AC_2]已達到CWmax[AC_2]時使CW數值維持不變。
自AC_2而來的分組接著便開始一回退程序，並減少其回退計數直到其為0。如果信道接著閒置，該分組便嘗試傳輸。直到來自於AC_2的分組獲得發射，而以服務品質(QoS)為基礎的競爭解析度功能將不會為了AC_2而被觸發，且沒有其它分組會為了AC_2類別的傳輸而被指定。
如果回退定時器對於在AC_2中等待的分組而言已達到0，而且沒有其它來自於可與該AC_2分組相牴觸的類別的分組，那麼AC_2將傳輸該分組。如果發生衝突，並將需要啟使一個新的回退程序並根據數值((CW[AC_2]+1)×2)-1而更新其CW[AC_2]。
在成功的傳輸之後，剛發出在其準許的傳輸機會(TXOP)中的最終傳輸的AC將更新其CW[AC]數值並將在不管可能與一具有較高優先權的AC發生衝突的情況下激活一回退程序至次一受指定的分組。當一STA可針對一給定的持續期間而開始傳輸時幀時，該TXOP乃為一實時點。在TXOP期間，STA可以在TXOP中儘可能傳輸最多的時幀，而其長度乃根據與數據有關的數據流類型(TC)而設定。EDCA TXOP不應該超過該AP所建議的TXOP極限。需要確定具較高優先權的ACs將不會連續壓迫在該AP中具有較少優先權的ACs，每當其具有可傳輸的物質時，而優先權乃是通過適當的設定Cwmin[AC]、Cwmax[AC]以及AIFS[AC]數值而完成。
在EDCA中，一數據流將以下列三種情況下激活一回退程序1.因為與一較高ACs發生內部衝突。
2.與另一個共享此無限信道的STA發生外部衝突。
3.在位在所指定的TXOP範圍內的最終傳輸之後為了傳輸而指定另一分組。
如果在一特定AC中只有一數據流隊列，那麼以服務品質(QoS)為根據的競爭解析度功能在沒有其它隊列可競爭時將不具有效用。
競爭解析度功能在各隊列中，一優先權索引基於延遲與數據率準則而被計算。數據率索引的計算將用於傳輸分組的瞬間數據率列入考量。較高數據率需要較少的介質時間，因此可以給予較高的優先權。此將提升系統的整個輸貫量，但可能促使具有較低瞬間數據率的用戶出現延遲。延遲索引乃將在各隊列中的第一分組的延遲(意即該分組在隊列中花費的時間)以及該隊列的尺寸都列入考量，以便反映出各數據流的服務品質(QoS)需求。在同一AC中，具有最高優先權索引(數據率與延遲的結合)的分組接著乃被排序已變與其它ACs競爭。
圖3乃顯現了一競爭解析度功能300的流程圖，其基於預期的數據率與當時由該分組所引起的延遲而決定次一分組要被排序。競爭解析度功能300也概略地繪於圖4。
各AC存有一隊列且被標示為「n」。在各隊列中，優先權索引針對各分組而以延遲與數據率標準為基礎而進行計算。所述延遲索引包含與AC有關的參數。
在ACn中各隊列的數據速度索引的計算是根據方程式2(步驟302)
數據速度索引＝傳輸數據速度/最大數據速度方程式(2)其中最大數據速度是所述應用標準中所允許的最大數據速度。例如在802.11b中最大的數據速度是11Mbp且在802.11g中最大的數據速度是54Mbp。
在Acn中各隊列的延遲索引是如方程式3(步驟304)中所描述延遲索引n＝(A[ACn]×First_Pkt_Delayn(標準化))+(B[ACn]×Queue_Sizen)+(C[ACn]×Avg_Pkt_Delayn(標準化))方程式(3)其中First_Pkt_Delayn是ACn中所述第一分組所歷經的延遲，Queue_Sizen是ACn的大小，以及Avg_Pkt_Delayn是超過M分組，ACn分組延遲的移動平均值。對於所述分組延遲、隊列大小以及所述平均分組延遲而言，A、B與C分別為各AC的加權因子。可用於所有AC的所述加權因子的初始值作為起始點為A＝0.4，B＝0.3且C＝0.3。在操作過程中，藉由監視所述平均隊列大小，調整A、B與C的值。若是所述隊列大小成長太大，則當降低A或B值時，可增加C值。此外，取決於所述AC，對於三個加權因子，可使用不同的設定，強調由各AC所進行數據流的不同QoS且更有效地決定接入信道的優先權。
將所述延遲索引方程式的第一項與第三項標準化成為一整數值，因而不受到第二項，亦即隊列大小，的過度投影。其對於獲得接入信道的權利，有最高延遲索引計算的隊列具有更高的可能性，如按照優先權索引計算(步驟306)優先權索引＝(Alpha×數據速度索引)+(Beta×延遲索引)方程式(4)其中Alpha是一加權因子，用以將減輕傳輸數據速度的影響，以及Beta是一加權因子，用以減輕所述延遲的影響。在本實用新型的一實施例中，Alpha＝0.5且Beta＝0.5。可隨時間且藉由監視歷經延遲X秒的分組數目，而調整這些值。若是所述分組數目超過10％(此值可被建立)，則可調整Alpha與Beta的加權，例如降低Alpha且增加Beta。
在具有最高優先權索引值的數據流中，選擇所述第一分組用於傳輸(步驟308)且功能終止(步驟310)。
根據本實用新型建構接入點根據本實用新型所建構的AP500是如圖5所示。所述AP500包含一映像裝置502、一分配裝置504、一隊列裝置506、一選擇裝置508、一發射器510、一天線512、一衝突檢測裝置514以及一競爭解析度裝置516。所述映像裝置502用以映像一分組，以其UP為基礎，所述分組藉由一STA而被傳輸至一AC。以其AC為基礎，所述分配裝置504是用以分配一分組至一STA中的一數據流。所述隊列裝置506是用以將一分組由一數據流放置於一傳輸隊列於對應的AC。所述選擇裝置508是使用所述以QoS為基礎的競爭解析度功能，用以自各AC的傳輸隊列選擇一分組。
所述發射器510是通過所述天線512，而傳輸所選擇的分組。所述衝突檢測裝置514是用以檢測所選擇的分組在傳輸時是否與其它分組有衝突。若有衝突發生時，所述競爭解析度裝置516是用以分辨所選擇的分組與其它分組之間的衝突。
圖6是說明所述競爭解析度裝置516。所述競爭解析度裝置516包含一優先權決定裝置602、一比較裝置604、一倒數定時器606以及一信道檢測器608。所述優先權決定裝置602是用以決定在衝突中哪一個分組為較高優先權的分組。而後所述較高優先權的分組是由所述發射器510傳輸。所述比較裝置604是比較較低優先權分組的CW值以及與所述分組相關AC的CWmax值，且視需要更新所述CW值。而後，較低優先權的分組進入返回模式期間，所述期間是由倒數定時器606計時。當所述倒數定時器606終止時，所述信道檢測器608檢測所述信道是否因CSMA/CA感應而空轉。若所述信道空轉，則藉由所述發射器510傳輸所述較低優先權的分組。若所述信道非空轉，則重新起始所述倒數定時器606，且所述較低優先權的分組進入另一返回期間。
雖然圖5與圖6的組件為不同的組件，但是這些組件可實施於單一集成電路(IC)，例如一應用特定集成電路(ASIC)、多重IC、分離的組件或是分離組件與IC的組合。
雖然本實用新型的特徵與組件已藉由特定的組合而被說明於實施例中，但是單獨使用各個特徵或組件(不需較佳實施例中的其它特徵與組件)或是與本實用新型的其它特徵與組件有不同的組合。雖然本實用新型揭露且說明特定的實施例，但是熟知此技藝的人士可做許多修飾與變化卻仍不脫離本實用新型的範圍。以上敘述是用以說明本實用新型，但不因而限制本實用新型。
權利要求1.一種無線區域網路中用於調度分組的接入點AP，其特徵在於，所述接入點包含一映像裝置，用以基於所述分組的用戶優先權而映像所述分組至一接入類型AC；一分配裝置，連接至所述映像裝置，用以基於所述分組的所述AC而將所述分組分配至一工作站的一數據流TF；一隊列裝置，連接至所述分配裝置，用以自所述TF將一分組置於所述AC的一傳輸隊列中；一選擇裝置，連接至所述隊列裝置，用以基於以服務為基礎的競爭解析度功能而自所述傳輸隊列選擇一分組；以及一發射器，連接至所述選擇裝置，用以傳輸所述被選擇的分組。
2.如權利要求1的AP，其特徵在於，所述選擇裝置包括一計算裝置，用於計算各TF的優先權值；以及一選擇裝置，其連接至所述計算裝置，並在具有最高優先權值的所述TF中，選擇一第一分組。
3.如權利要求1的AP，其特徵在於，所述接入點更包含一衝突檢測裝置，所述衝突檢測裝置連接至所述發射器，用以檢測是否與其它分組發生一傳輸衝突。
4.如權利要求3的AP，其特徵在於，所述衝突檢測裝置連接至所述發射器，使得若所述衝突檢測裝置未檢測到一衝突，則由所述發射器傳輸被選擇的分組。
5.如權利要求3的AP，其特徵在於，所述接入點更包含一競爭解析度裝置，所述競爭解析度裝置連接至所述發射器與所述衝突檢測裝置，用以分辨由所述衝突檢測裝置所檢測到的一衝突。
6.如權利要求5的AP，其特徵在於，所述競爭解析度裝置包含一優先權決定裝置，用以決定在所述衝突中哪一個分組是較高優先權分組，哪一個分組是較低優先權分組，並用以將所述較高優先權分組傳送至所述發射器；一比較裝置，連接至所述優先權決定裝置，用以調整所述較低優先權分組的一競爭窗口值；一倒數定時器，連接至所述比較裝置，用以倒數由所述比較裝置所決定的所述競爭窗口；以及一信道檢測器，連接至所述倒數定時器，用以檢測一傳輸信道是否閒置。
專利摘要一種接入點，其用於一無線區域網路中以調度分組，其包含一映像裝置、一分配裝置、一隊列裝置、一選擇裝置及一發射器。所述映像裝置是用以基於一分組的用戶優先權而映像所述分組至一接入類型(AC)。所述分配裝置是用以基於所述分組的所述AC而將所述分組分配至一工作站的一數據流(TF)。所述隊列裝置是用以自所述TF將一分組放置於所述AC的一傳輸隊列中。所述選擇裝置是用以基於以服務為基礎的競爭解析度功能而自所述傳輸隊列選擇一分組。所述發射器是用以傳輸所述被選擇的分組。
文檔編號H04L12/28GK2884708SQ200520002429
公開日2007年3月28日 申請日期2005年1月10日 優先權日2004年1月8日
發明者阿默德·阿里 申請人:美商內數位科技公司