在分布式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統及方法

2023-05-02 01:24:46

專利名稱：在分布式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統及方法
技術領域：
本發明的實施例針對分布式控制對等無線電通信網絡，並且更具體地針對對等無線電通信網絡的低開銷發言權控制(floor control)方法。
背景技術：
用於雙向無線電通信中的轉發器系統使用戶能與可能在用於將消息重播給某覆 蓋區域周圍的一個或者多個用戶的最佳位置的無線電轉發器通信。圖1是圖示單個轉發器 系統100的現有技術框圖，其中通話組A(TG Α)中的訂戶101按無線一鍵通(PTT)，並且轉 發器103從訂戶站101接收語音消息且將該消息傳送給TG A的所有成員，諸如訂戶105和 訂戶107。因而，在單個轉發器系統中，在其它通話組(例如，TG B)中表徵為「有禮貌的」 的，諸如訂戶109和訂戶111的那些訂戶將認識到信道是忙的且不傳送以防止幹擾。對等(P2P)無線電系統包括一般通過網際協議(IP)網絡連結在一起的兩個或者 多個對等方(轉發器)，在該網際協議(IP)網絡中，兩個或者多個訂戶雙向無線電設備使用 該網絡在更大的範圍上通信。訂戶可參與私人呼叫(private call)，諸如一對一的語音/ 數據通信，或者群呼叫(group call)，諸如其中一個訂戶在談話且N個訂戶在傾聽的一對N 的語音/數據通信。這些訂戶站需要來自對等方的資源以便彼此通信。例如，訂戶可以與 共同位於同一對等方(使用對等方作為RF轉發器)上的另一訂戶，或者與在另一對等方上 的另一訂戶通信。對於調度系統(dispatch system)中的語音通信，在遞送音頻消息時的 短的等待時間經常是苛刻的要求。無線電系統中的一個問題處理期望同時在一個或者多個對等方上傳送的訂戶站的數目超過可用的RF信道的數目的情況。在低成本P2P無線電系統 中，系統可一次只對於傳送的訂戶中的一個具有足夠的資源。雖然通過無線電系統許多訂 戶可同時競爭與其它的訂戶通信，但是在指定的RF信道上一次僅僅一個可以傳送。因此， 各對等方將負責確定將允許哪個訂戶傳送。使用給定的對等方或者多個對等方(peers)傳 送的訂戶一般稱作「具有發言權」，這給予該訂戶向一個或者多個其它的訂戶傳送的專有的 使用。因而，操作使用可靠的手段來在雙方都需要實質上同時使用發言權的競爭的訂戶 之間仲裁的低成本的P2P通信系統，將是有利的。


在附圖中，在全部視圖中相似的附圖標記表示相同的或者功能上相似的元素，並 且附圖與下面的詳細地描述一起合併在說明書中和形成說明書的一部分，附圖用於根據本 發明進一步說明多個實施例且解釋多個原理和優點。圖1是使用第一和第二通話群的單個轉發器系統的現有技術框圖。圖2是如根據本發明的實施例所使用的多個轉發器系統的框圖。
圖3是圖示根據本發明的實施例的用於在分布式對等網絡中提供低開銷發言權 控制的方法的流程圖。圖4是圖示根據本發明的實施例的用於選擇將贏得發言權的訂戶的方法的流程 圖。本領域技術人員將理解，附圖中的元素為了簡單和清楚而圖示，並且不一定按比 例繪製。例如，附圖中的一些元素的尺寸可以相對於其它元素而被放大以幫助改善對本發 明的實施例的理解。
具體實施方式

在詳細地描述根據本發明的實施例之前，應當觀察到實施例主要存在於涉及用於 在分布式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統和方法的方法步驟和裝置組件的 組合中。因此，裝置組件和方法步驟已經在附圖中由常規的符號在適當地方進行了表示，僅 示出了對於理解本發明的實施例有關的那些特定細節，以便不會因對受益於這裡描述的本 領域普通技術人員顯而易見的細節而使得本公開模糊。在該文獻中，諸如第一和第二，上和下等的關係術語可僅僅用於在這樣的實體和 行為之間不必要求或暗示任何實際的這樣的關係或順序的情況下將一個實體或行為與另 一個實體或行為相區分。術語「包括」，「包含」，或者其任何變形，意在覆蓋非排它的包括，使 得包括一系列元素的過程、方法、物品或者裝置不是僅僅包括那些元素，而是可以包括沒有 明確地列出的或者這樣的過程、方法、物品或者裝置固有的其它元素。在沒有更多的約束的 情況下，之前加「包括一」的元素並不排除在包括該元素的過程、方法、製品或裝置中存在另 外的同樣的元素。將理解，這裡所描述的本發明的實施例可包括一個或者多個常規的處理器和獨特 存儲的程序指令，獨特存儲的程序指令結合某些非處理器電路控制一個或多個處理器來實 現用於在分布式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統和方法的功能中的一些、大 部分、或者全部。非處理器電路可包括，但是不限於，無線電接收器、無線電發射器、信號驅 動器、時鐘電路、電源電路，以及用戶輸入設備。因此，這些功能可以被解釋為在分布式對等 通信網絡中提供低開銷發言權控制的方法的步驟。替代地，一些或者所有的功能可以通過沒有存儲的程序指令的狀態機來實現，或 者在一個或者多個專用集成電路(ASICs)中實現，其中每個功能或者某些功能的一些組合 被實現為定製邏輯。當然，可以使用兩種方法的組合。因而，在這裡描述了對這些功能的方 法和裝置。此外，期望的是雖然可能存在極大的努力和由例如可用時間、當前技術、以及經 濟考慮所激發的許多設計選擇，但是當由這裡所公開的概念和原理指導時，本領域普通技 術人員將很容易能夠以最小的實驗來產生這樣的軟體指令以及程序和IC。圖2是如根據本發明的實施例所使用的多個轉發器系統200的框圖。因而，圖2 是示出第一轉發器或者對等方203上的訂戶201可在其無線電裝置上按PTT以發起對諸如 TG A的第一通話群的語音呼叫的例子。在一些情況下，轉發器207上的禮貌的訂戶205在 時間上幾乎同時可發起對第二通話群TG B的語音呼叫。TG A和TG B的語音流通過網際網路 連接209來發送且都在發言權請求窗內到達第三轉發器211。如這裡所描述的，發言權請求 窗(FRW)是訂戶請求使用轉發器系統以與其它訂戶通信的時間段。使用如這裡所描述的用於在分布式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的方法，轉發器211將發言權授予語音 流中的一個，諸如這裡例子中的訂戶201。注意到在這個無線電通信網絡中沒有控制的中心 點。每個對等轉發器負責由那個轉發器提供的RF信道的發言權控制仲裁。因此，系統中的 轉發器203、207和211必須作出一致的選擇且將發言權授予相同的發起的訂戶。本發明的 實施例屬於在基本上同時的請求的情況下向訂戶授予發言權的這個選擇過程和一致的方 法。因而，P2P發言權控制解決了兩類資源競爭，即(1)多個訂戶在給定的對等方上 競爭無線電頻率(RF)。訂戶可設法開始私人呼叫或者設法在群呼叫上傳送。競爭的訂戶 可附屬於同一 TG或者可屬於不同的TGs。對等方必須選擇單個訂戶且將發言權(RF信道) 分配給那個訂戶。對等方必須優於非緊急呼叫將優先級給於緊急呼叫。(2)屬於單個TG的 多個訂戶競爭向那個TG的成員傳送。TG的成員可位於多個對等方上。帶有附屬於那個TG 的訂戶的每個對等方必須分配用於由這個TG使用、或者用於由另一 TG使用、或者用於由私 人呼叫使用的資源。在對這個TG分配資源的對等方集合內，所有的對等方必須向同一訂戶 分配發言權。換句話說，當TG跨越多個對等方時，TG的單個成員在時間上任何給定的點可 具有發言權。必須支持多個呼叫優先級。例如，語音呼叫可被給予比數據呼叫更高的優先級，或 者緊急呼叫可以被給予比正常的語音呼叫更高的優先級。當具有不同優先級的兩個呼叫請 求發言權時，發言權應該總是授予較高優先級的呼叫。如果發言權已經授予了較低優先級 的呼叫，則較高優先級的呼叫應該能從較低優先權的呼叫搶佔發言權。當在不同的時間請 求相同優先級的兩個呼叫時，發言權應該授予第一個作出的呼叫，且第二個相等優先權的 呼叫應該不能搶佔第一個呼叫。當同時請求相同優先級的兩個呼叫時，需要選擇一個呼叫優於另一個呼叫的機 制，也就是，授給發言權。一個例子可以是將發言權授給具有較低的訂戶標識(ID)的訂戶。 用於選擇相等優先級呼叫中哪一個被選擇的方法不在本發明的範圍內，然而，只要其在所 有的對等方上產生一致的結果，則任何方法是可接受的。雖然分布式系統中的對等方不分 享共同的實時時鐘，但是當在兩個不同的對等方上的訂戶基本上同時發起呼叫時，對這兩 個發言權請求的時間段將意味著兩個發起源發生在與用於在網絡中的任何兩個對等方之 間發送消息的最大期望消息延遲相等的時間跨度內。圖3是圖示用於在分布式對等網絡中提供低開銷發言權控制的方法的流程圖。對 等方嘗試以先到先服務為基礎來分配發言權。對等方的發言權一般處於非使用的空閒狀態 301。因為發言權請求可從不同的對等方上的訂戶發起且沒有系統範圍的時鐘，所以固有的 系統等待時間不是總有可以確定兩個發言權請求中的哪個在時間上是先作出的。當已經提 出一個或者多個發言權請求，而還沒有授予發言權時，發言權請求窗用於確定這些衝突情 況的類型305。對等方通過定義可以接收到一個或者多個發言權請求的FRW來處理該衝突。 當第一個發言權請求由對等方接收到時303，FRW開始。發言權請求可以是下列中的任何一 個(a)用於發起群呼叫的來自這個對等方上的訂戶的空中請求；(b)用於發起私人呼叫的 來自這個對等方上的訂戶的空中請求；(c)用於發起群呼叫的來自遠程對等方的請求；或 者(d)用於發起私人呼叫的來自遠程對等方的請求。一旦FRW開始，則可以接收來自其它對等方的另外的發言權請求307 ；然而，必須拒絕來自本地訂戶的呼叫，除非他們具有比開始FRW的呼叫更高的優先級，或者從開始FRW 的同一訂戶發起。這個策略保證了如果發言權請求是在系統內的任何對等方上作出的，則 到FRW結束時那個請求將由每個對等方接收。此外，FRW的持續時間必須足夠長以保證來 自整個網絡的其它訂戶的同時發言權請求可以被接收到且被考慮用於發言權控制。為此大 於或者等於從一個對等方向另一對等方發送消息的最長的期望等待時間的兩倍的FRW是 足夠的。這可以通過使用FRW定時器來實現。如果定時器期滿309，則這導致轉換到發言權 被授予的狀態。如圖4中所描述的，所有未決的發言權請求被考慮且發言權被授予這些請 求中的一個。如果存在來自贏得發言權的訂戶的另外的發言權請求，那麼使另外的請求排 隊等候。所有其它發言權請求被拒絕。選擇授予哪個發言權請求的發言權機制必須在整個 系統的所有對等方中是一致的。舉例來說，考慮帶有對等方203和對等方207上的成員的通話群。如果對等方203 上的訂戶按其一鍵通(PTT)按鈕以發起雙向無線電通信或呼叫，則在對等方203上的FRW 開始。對等方203然後通過向帶有發言權請求的TG成員的所有其它對等方發送控制消息 或者通過使TG音頻流向他們來通知他們。所有其它對等方將在最長的期望消息等待時間 內接收發言權請求且將開始FRW。一旦對等方上的FRW開始，則在那個對等方上沒有本地的 訂戶會被允許請求發言權。因此，最壞情況的延遲將是對等方203上的訂戶發起呼叫，並且 然後剛好在發言權請求通知到達對等方207之前 ，對等方207上的訂戶按PTT且發起呼叫。 第二個請求必須在不到最大消息延遲時發生，或者FRW將在對等方207上開始且請求不會 被允許。然後，第二個發言權請求從對等方207傳遞到對等方203，且必須在最大消息延遲 內到達那裡。由於對等方203上的FRW持續最大消息延遲的兩倍，所以來自對等方207的 發言權請求將總是在對等方203FRW期滿之前到達對等方203。將顯而易見的是，對等方可 開始傳送音頻之前的時間段可以長於FRW。在對等方開始播放從另一對等方接收到的音頻 之前，該對等方將以某個預定數目的語音採樣來填滿抖動緩衝器或者其它類型的延時存儲
ο接收另外的發言權控制請求沒有重新開始FRW定時；FRW僅僅基於第一個發言權 請求的到達。在FRW結束時，對等方將發言權授予恰好發言權請求中的一個且使任何其它 的請求排隊等候或者拒絕任何其它的請求。發言權應當總是授予最高優先級的呼叫。如 果兩個或更多的呼叫具有相同的優先級，則將需要使用某種技術來選擇獲勝者。一旦已經 將發言權請求授予訂戶311，則發言權的控制會保持呼叫會話的持續時間，除非具有比當前 的發言權獲勝者更高呼叫優先級的新的請求313被接收到318。當現有的會話在進行中時 319，拒絕任何相等的或者較低優先權的新的發言權控制請求，除非它是來自擁有發言權的 同一訂戶的呼叫315。如果新的請求具有比擁有發言權的呼叫更高的優先級，則針對新的呼 叫的FRW開始，並且在FRW結束時，發言權將被授予較高優先級的呼叫且當前的呼叫將被搶 佔 321。對等方在相同的FRW內從相同的訂戶(本地的或者遠程的)接收多個發言權控制 請求307是可能的。可能發生的典型的情況是訂戶發送非常短的數據呼叫，緊隨其後是語 音呼叫。在這樣的情況下，對等方將允許兩個呼叫競爭發言權。然而，在FRW結束時401，如 果那個訂戶的呼叫中的任何一個被選擇為發言權獲勝者411，則對等方將保證由那個訂戶 發起的第一個呼叫被授予發言權且使第二個呼叫排隊等候425。當第一個呼叫完成時，對等方會立即將發言權授予第二個呼叫325。一旦發言權已經被授予來自特定訂戶的呼叫，則來自相同的訂戶的另一個呼叫可 到達對等方313是可能的。可能發生的典型的情況是訂戶發送數據呼叫(具有比FRW更長 的持續時間)，緊隨其後是語音呼叫。在這樣的情況下，第二個呼叫將排隊等候315。當第 一個呼叫完成時，對等方會立即將發言權授予第二個呼叫325。 對於群呼叫，會話可被定義為通過由群呼叫懸空時間窗(hang timewindow) 329之 後的TG 311的單個成員的半雙工語音傳送。在懸空時間窗期間，來自TG的任何成員的發言 權請求可被接收到330且被考慮用於發言權控制331，但是不是用於TG的發言權請求330 將被拒絕333，除非它們具有比當前的TG會話更高的呼叫優先級。如果來自TG的成員的 發言權請求在懸空時間期間被接收到，則FRW開始335，並且在FRW結束時，發言權被授予 309。對於私人呼叫，會話可以包括通過私人呼叫中的一個或者雙方參與者的多個半雙工語 音傳送。當訂戶中的一個發起對其它訂戶的私人呼叫時，私人呼叫會話開始。因而，如對本領域普通技術人員將顯而易見的，如果當前的呼叫被更高優先級的 呼叫搶佔321，則任何會話可過早地結束。如果在呼叫參與者中的一個正在傳送時語音呼叫 被更高優先級的呼叫搶佔，則語音呼叫會話立即結束且不存在懸空時間。如果更高優先級 的發言權請求330在懸空時間期間被接收到，則FRW開始335且在FRW結束時發言權被授 予309最高優先級的呼叫且原會話結束。對於群呼叫和私人呼叫的懸空時間持續時間可是 不同的。例如，來自群呼叫的懸空時間可以是1秒而私人呼叫懸空時間可以是500ms。唯一 的限制是在所有的對等方上懸空時間必須是一致的。因而，本發明的實施例提供用於在不需要用於發言權控制的控制的中心點的分布 式對等通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統和方法。該系統和方法沒有單個故障點， 也不需要昂貴的中央控制器。該系統和方法進一步提供整個網絡一致的發言權控制判定， 其中選擇發言權控制窗長度為轉發器之間期望的最大消息延遲的兩倍，並且一旦已經接收 到最初的發言權請求就阻止來自本地訂戶無線電裝置的另外的發言權請求的策略，保證了 每個轉發器在發言權控制窗內接收到與每個其它的轉發器相同的發言權請求集合，使得每 個轉發器將發言權授予同一訂戶。該系統進一步提供通過公共網際網路遞送語音的低等待時 間，其中只要語音到達空中則語音可流送到其它的轉發器。此外，即使在通過將發言權控制 窗設置為保證一致的發言權控制結果所需要的最小長度來做出發言權控制判定之前，語音 流送也可以開始。該系統和方法進一步允許快速接續的兩個或者多個連貫的呼叫被視為連 續的媒體流，由此增強了用戶體驗。最後，當響應之前的呼叫時，該系統和方法在給予整個 網絡的所有的用戶平等的贏得發言權的機會中顯示了公平性，使得發言權控制窗解釋網絡 延遲，所以在響應那個訂戶時與剛剛完成通話的訂戶位於同一轉發器上的訂戶具有公平的 「領先(head start) 」。在上述說明書中，已經描述了本發明的具體實施例。然而，本領域普通技術人員理 解，在不偏離權利要求中闡述的本發明的範圍的情況下，可以進行多種修改和改變。因此， 說明書和附圖應當被視為說明性的而不是限制性的，並且所有這樣的修改意在包括在本發 明的範圍內。益處、優點、對問題的解決方案、以及可使得任何益處、優點，或者解決方案發 生或者變得更加顯著的任何元素(多個)不應當被解釋為任何或者所有權利要求的關鍵 的、必須的，或者必要特徵或者元素。本發明僅僅由包括在該申請未決期間做出的任何修改的權利要求及如所授 權的那些權利要求的所有等同物來限定。
權利要求
一種用於在分布式控制雙向無線電通信網絡中提供低開銷發言權控制的系統包括多個訂戶站；多個對等站，所述多個對等站沒有使用中央控制而經由網際網路連接互連；並且其中，所述多個訂戶站中的至少一個訂戶站利用在定時時間間隔期間的發言權請求以向至少一個對等站請求發言權控制。
2.如權利要求1所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，所述定時時間間隔 是發言權請求窗(FRW)。
3.如權利要求2所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，在所述定時時間間 隔期滿時僅授予一個發言權請求，並且拒絕來自其它訂戶的所有其它發言權請求。
4.如權利要求3所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，一旦將發言權請求 授予一個訂戶，則將拒絕來自與已授予的發言權請求相等或者更低優先級的另一個訂戶的 後續發言權請求。
5.如權利要求3所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，具有高優先級的發 言權請求能夠搶佔已授予的發言權請求。
6.如權利要求3所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，來自當前具有所述 發言權的所述訂戶的另外的發言權請求將排隊等候且當完成第一個通信時被隨後授予所 述發言權。
7.如權利要求1所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，以大約第一對等方 和第二對等方之間的期望最大消息延遲的兩倍來設置所述定時時間間隔。
8.如權利要求1所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，所述至少一個對等 站利用懸空時間以在不釋放發言權控制的情況下，向所述多個訂戶提供用於回復由所述至 少一個訂戶站發送的消息的時段。
9.如權利要求2所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，一旦發言權請求窗 已經開始用於所述至少一個訂戶站，則拒絕來自對於對等方是本地的所述多個訂戶站的發 言權請求。
10.如權利要求2所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，一旦發言權請求窗 已經開始用於所述至少一個訂戶站，則允許來自在不同對等方上的所述多個訂戶站的發言 權請求。
11.如權利要求1所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，當在發言權請求窗 (FRW)期間來自一個訂戶的多個發言權請求到達，如果選擇來自所述一個訂戶的所述發言 權請求中的一個以贏得所述發言權，則來自所述一個訂戶的最早到達的請求被授予所述發 言權，並且來自所述一個訂戶的剩餘的請求排隊等候且當完成第一個通信時以到達的順序 隨後被授予所述發言權。
12.如權利要求1所述的用於提供低開銷發言權控制的系統，其中，所述多個對等站中 的每個在所述定時時間間隔內接收與每個其它對等方相同的發言權請求集合。
13.一種用於在雙向無線電分布式控制通信網絡中提供訪問發言權的系統包括多個雙向無線電訂戶站，所述多個雙向無線電訂戶站經由多個通話群通信；多個對等方，每個對等方經由網際網路連接通信且沒有中央控制節點；發言權請求定時器，所述發言權請求定時器與所述多個對等方中的每個相關聯；並且其中，所述訂戶站中的至少一個利用發言權請求窗(FRW)以向所述多個對等方中的至 少一個請求發言權控制，使得FRW已經開始，拒絕來自對於對等方是本地的所述多個訂戶 站的發言權請求且為對於對等方非本地的訂戶站允許發言權請求。
14.如權利要求13所述的用於提供訪問的系統，其中，在所述FRW期滿時，所述發言權 被授予至少一個請求訂戶站。
15.如權利要求14所述的用於提供訪問的系統，其中，一旦將發言權請求授予一個訂 戶站，則將拒絕來自與已授予的發言權請求相等或者更低優先級的另一個訂戶的後續發言 權請求。
16.如權利要求14所述的用於提供訪問的系統，其中，具有高優先級的發言權請求能 夠通過維持對所述發言權的控制搶佔已授予的發言權請求。
17.如權利要求14所述的用於提供訪問的系統，其中，來自當前具有所述發言權的所 述訂戶站的另外的發言權請求將排隊等候且當完成涉及所述訂戶站的呼叫時隨後被授予 所述發言權。
18.如權利要求13所述的用於提供訪問的系統，其中，定時器被至少一個訂戶站用於 在傳送期間提供延遲以防止喪失對所述發言權的控制。
19.如權利要求13所述的用於提供訪問的系統，其中，以大約第一對等方和第二對等 方之間的期望最大消息延遲的兩倍來設置所述FRW。
20.如權利要求13所述的用於提供訪問的系統，其中，所述多個對等方中的每個在所 述FRW內接收與每個其它對等方相同的發言權請求集合。
全文摘要
用於在分布式控制雙向無線電通信網絡(200)中提供低開銷發言權控制的系統及方法，該通信網絡包括一個或者多個訂戶站(201，205，213，215，217)和沒有使用中央控制而經由網際網路連接(209)互連的一個或者多個對等站(203，207，211)。訂戶站(201)利用在定時發言權請求窗(FRW)期間的發言權請求來請求對給定對等站(203)的發言權控制。該系統和方法提供整個通信網絡(200)的一致的發言權控制判定，包括一旦已經接收到最初的發言權請求，就阻止來自本地訂戶站的另外的發言權請求的策略。這使每個對等方能夠接收與FRW內的每個其它的對等方同樣的發言權請求集合，使得每個對等方將發言權授予相同的訂戶。
文檔編號H04W4/10GK101874415SQ200880117579
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月12日 優先權日2007年11月28日
發明者蘇步哈什·P·奈爾, 阿蘭·D·阿巴特 申請人:摩託羅拉公司