CN101203845B - 无线局域网无线资源管理的允许控制 - Google Patents

Abstract

在一具有一接入点(AP)和至少一站台的无线局域网中，其中数据被依接入类型排列优先次序，一种允许控制的方法始于针对每一接入类型(AC)计算一传输预算(102)且针对要求允许控制的所有ACs计算一总传输预算。一业务流允许请求从一站台发送给该AP。该AP(108)以从该允许请求(106)提取的信息为基础计算该业务流的一介质时间值。以该介质时间值与对应于该业务流的AC的传输预算以及该总传输预算做比较。若该介质时间值不大于对应于该业务流的AC的传输预算以及该总传输预算(110)二者则该业务流被接受；否则该业务流被拒斥(112)。

Description

无线局域网无线资源管理的允许控制

技术领域

本发明总的有关一种无线局域网(WLAN)系统，具体说有关一WLAN接入点(AP)及一用户站台的一无线资源管理(RRM)允许控制功能。

背景技术

IEEE 802.11e标准对于基线IEEE 802.11标准提供修改以在一WLAN的接入点(AP)支持一允许控制功能。该标准提供让一站台(STA)得借以请求一业务流(TS)的允许且让该AP得借以通知该STA该请求被允许或拒斥的机制。在原始802.11e草案中，允许控制功能主要存在于STA中。在一稍后的释出版本中，此功能已被移到AP且保留未具体规范。当AP决定是否要接受或拒绝一允许请求，此判断所使用的算法在标准中是未被指定的且留待业主实施。

就AP无线资源管理(RRM)允许控制功能来说，如果AP支持允许控制，其会使用在进阶分布式协调函数(EDCF)参数集合元素中宣传的允许控制命令(ACM)旗标以指示是否能对每一接入类型(ACs)进行允许控制。在802.11e标准中，允许控制对于声音(AC_VO)及影像(AC_VI)接入类型是必要的。但是，背景(AC_BK)及尽最大努力(AC_BE)接入类型并不要求允许控制。

尽管最小竞争窗口(CWmin[AC])、最大竞争窗口(CWmax[AC])、仲裁帧间空格(AIFS[AC])、及传输机会(TXOP[AC])极限参数可能被AP随时间经过而调整，ACM位在基础服务集合(BSS)的寿命持续时间内是静态的。在从一具备QoS功能的STA(QSTA)接收到一添加业务流(ADDTS)讯息后，AP(亦被称为一QAP)可决定要接受或拒斥该请求且通知该QSTA其决定。

就QSTA允许控制来说，每一信道接入函数维持有两个变量：Admitted_Time和Used_Time。Admitted_Time和Used_Time变量在关联时间被设定为零。Admitted_Time被定义为QSTA能在一个一秒周期内使用的介质时间的最大量。Used_Time由QSTA维持且指出QSTA已使用的介质时间量。在QSTA的每一成功或不成功传输尝试，以传输帧所需要的总时间、包含接收确认帧以及接入信道当中的耗用时间(SIFS间隔)更新Used_Time。在一秒间隔，如果Used_Time小于或等于被允许时间则其被重设为0。

STA随后可决定明显地为一指定AC请求允许，此与一指定IEEE 802.1D优先次序有关。为了作出此一请求，STA发出一被包容在一ADDTS请求管理帧内的业务明细(TSPEC)元素，其中下列栏被指定(亦即非零)：目前业务流的标称MAC服务数据单元(MSDU)大小，单位是字节；平均数据传输率，平均数据传输率的单位是每秒位数(bps)；最小实体(PHY)速率，期望最小PHY速率的单位是bps；以及剩余带宽容许量，超出指定应用速率要求的时间和带宽的余量分配。应理解到这些栏全都是从运转和维护(OA&M)数据取得。Medium_Time栏未被用在请求帧中且被设定为零。然后QSTA等候一来自QAP的ADDTS响应讯息。

一旦接收到该ADDTS响应讯息，QSTA评估该讯息以判断允许请求是否被批准.如果QAP容许该允许请求，则从一被包容在该ADDTS响应帧内的TSPEC元素取得Medium_Time值(可供一业务流使用的传输时间)，且将Admitted_Time变量被设定为等于Medium_Time值.

然后该QSTA能自由地开始进行该被允许业务流的帧传输。每次有一帧传输被起始时，Used_Time依下式更新：

Used_Time＝Used_Time+FrameExchangeTime方程式(1)

其中FrameExchangeTime等于传输该帧加上一个确认(ACK)帧加上一个短帧间空格(SIFS)间隔所需要的时间。每一秒，比较Used_Time与Admitted_Time：

Used_Time＝max〔(Used_Time-Admitted_Time)，0〕

方程式(2)

当Used_Time达到或超过Admitted_Time值，对应的信道接入函数不再使用用于该AC的EDCF参数进行传输，直到经过一段未来间隔让Used_Time再次达到零才会再次进行传输。802.11e标准容许STA暂时性地将用于该信道接入函数的EDCF参数换成指定用于接入类型尽最大努力(AC_BE)或背景(AC_BK)的参数以便以一较低优先次序继续传输，前提是这些接入类型并不要求允许控制。

STA或AP可选择在任何时间撤销一明显允许请求。为了让STA撤销一明显允许，该STA向AP发出一含有TSPEC元素的删除业务流(DELTS)帧。如果该STA收到一动作码被设定成DELTS的管理通知帧，其停止指定AC的使用。若一明显允许被撤销，该STA停止该AC的使用。然后将该AC的Admitted_Time和Used_Time值二者设定为零。

依据该标准，有一些ACs可以不经由一允许控制过程而被允许。一STA向AP发出一ADDTS请求以请求允许一要求允许控制的AC在任何方向(上链、下链、或双向)内的业务。该STA亦可选择在AP不要求允许控制的ACs下传输未经允许的业务。因此，若一STA期望利用一必须要有的AC发送没有允许控制的数据，则该STA可使用一对应于一较低优先次序且不要求允许控制的AC。

发明内容

在一具有一接入点(AP)和至少一站台的无线局域网中，其中数据被依接入类型排列优先次序，一种允许控制的方法始于针对每一接入类型(AC)计算一传输时间预算且针对要求允许控制的所有ACs计算一总传输时间预算。一业务流允许请求从一站台发送给该AP。在该AP以从该允许请求提取的信息为基础计算该业务流的一介质时间值。以该介质时间值与对应于该业务流的AC的传输时间预算以及该总传输时间预算做比较。若该介质时间值不大于对应于该业务流的AC的传输时间预算以及该总传输时间预算二者则该业务流被接受；否则该业务流被拒斥。

该总传输时间预算包含一被分配给一声音AC的最小时间量以及一被分配给一影像AC的最小时间量。该声音AC及该影像AC的最小时间量分别是可用最大传输时间的一部分。

附图说明

可从一以举例方式提出且参照附图予以具体说明的较佳实施例对本发明更清楚了解，附图中：

图1是一依据本发明的允许控制的方法的流程图；

图2是一用于各ACs的可允许时间分配的图表；且

图3是一由一AP在一TSPEC允许后执行的方法的流程图。

具体实施方式

一种允许控制的方法100示于图1。QAP计算两个参数：TxBudget[AC]，其为可供允许该AC的业务使用的时间量；Total_TxBudget，其为可供允许两种ACM致能ACs(AC_VO及AC_VI；步骤102)使用的时间量。

TxBudget[AC]和Total_TxBudget被定义为：

TxBudget[AC](秒)＝TransmitLimit[AC]-Allocated_Time[AC]

方程式(3)

方程式(4)

其中TransmitLimit[AC]是每一秒间隔可被分配供一指定AC传输的最大时间量。

TransmitLimit[AC]＝β_[AC]×α方程式(5)

其中β_[AC]是α(最大传输时间)的一部分且应被设定为在任一时间点，该系统能够允许用于接入类型AC_VO的一最小VO_Time(秒)介质时间以及用于接入类型AC_VI的一最小VI_Time(秒)介质时间。β_{[AC_VO]}的设定值影响可供AC_VI使用的最小介质时间，且反之亦然。图2标出α与β间的关系以及可供使用的可允许时间。

Allocated_Time[AC]是迄今已被认定得到允许的在此AC下的所有业务流(TS)的时间量。

$\mathrm{Allocated}\_\mathrm{Time}\left[\mathrm{AC}\right]=\underset{\mathrm{ts}=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cuurent}\_\mathrm{Alloctated}\_\mathrm{Time}\_\mathrm{per}\_{\mathrm{TS}}_{\mathrm{ts}}\left[\mathrm{AC}\right]$

方程式(6)

其中n是在类型AC下被允许的TSs的数量。因此，方程式(3)和(4)可被表示为：

$\mathrm{TxBudget}\left[\mathrm{AC}\right]=\left(\mathrm{\β}\right[\mathrm{AC}]\×\mathrm{\α})-\underset{\mathrm{ts}=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cuurent}\_\mathrm{Allocated}\_\mathrm{Time}\_\mathrm{per}\_\mathrm{TSts}\left[\mathrm{AC}\right]$

方程式(7)

$\mathrm{Total}\_\mathrm{TxBudget}=\mathrm{\α}-\underset{\mathrm{AC}}{\overset{\mathrm{AC}\_\mathrm{VO}}{\stackrel{\mathrm{AC}\_\mathrm{VI}}{\mathrm{\Σ}}}}\underset{\mathrm{ts}=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Cuurent}\_\mathrm{Allocated}\_\mathrm{Time}\_\mathrm{per}\_\mathrm{TSts}\left[\mathrm{AC}\right]$

方程式(8)

回头参照图1，一QSTA在一TSPEC内指定其业务流要求，该TSPEC被送到QAP当作一ADDTS请求(步骤104)。该QAP从该ADDTS请求所含的该TSPEC元素提取信息(步骤106)。该QAP的允许控制算法求出一用于一指定AC的所请求TS传输的Medium_Time_ts值(步骤108)。该Medium_Time_ts值系以在该ADDTS请求的TSPEC元素内输送的信息为基础，且依下式计算：

Medium_Timets值＝剩余带宽容许量×PPS×MPDUExchangeTime方程式(9)

其中剩余带宽容许量指定超出传输一隶属于该业务流的MSDU所需要的指定应用速率的时间(及带宽)的余量分配。方程式(9)中的PPS(每秒封包数)值及MPDUExchangeTime的定义如下：

PPS＝ceiling〔(平均数据传输率/8)/标称MSDU大小〕方程式(10)

MPDUExchangeTime＝持续时间(标称MSDU大小，最小传输PHY速率)+SIFS+ACK持续时间方程式(11)

在方程式(10)中，持续时间()是以一封包的有效载荷大小及所用PHY数据传输率为基础转回该封包的持续时间的PLME-TxTIME基元，SIFS是短帧间空格值，且一MPDU是一MAC协议数据单元。

在接收允许请求的时候，该QAP如下所述以该Medium_Time_ts、该TxBudget[AC]、和该Total_TxBudget为基础决定要接受或拒绝该允许请求(步骤110)。如果下列二个条件：

Medium_Time_ts＜＝TxBudget[AC]方程式(12)

Medium_Time_ts＜＝Total_TxBudget方程式(13)

未被满足，则该QAP拒斥该ADDTS请求(步骤112)且将一具备“婉拒请求”的ADDTS响应送回给该QSTA(步骤114)。然后该方法终止(步骤116)。

如果该二条件都被满足(步骤110)，则该QAP确保其具有可供分配的传输时间且接受该允许请求(步骤118)。

如果Medium_Time_ts满足所有上述用于允许的基准，则Allocated_Time[AC]在该QAP如下所述被更新(步骤120)：

Allocated_Time[AC]＝Allocated_Time[AC]+Cuurent_Allocated_Time_per_TS_ts[AC]方程式(13)

其中Cuurent_Allocated_Time_per_TS_ts[AC]是用于此特定TSID的分配时间，亦即

Cuurent_Allocated_Time_per_TS_ts[AC]＝Medium_Time_ts方程式(14)

因此，此项更新会被反映在如前所示的方程式(7)和(8)的TxBudget[AC]和Total_TxBudget中。

在已作出此决定之后，该QAP向提出请求的QSTA发出一被包含在一ADDTS响应帧内的TSPEC元素(步骤122)。由于该QAP正接受该请求，Medium_Time_ts栏被指定。然后该方法终止(步骤116)。

借由考虑TxBudget[AC]和Total_TxBudget二者，方法100确保QAP不会允许多过其所能支持的每AC业务流(或传输时间)，这会与其它ACM致能AC达到公平。方法100亦确保即使在第一基准已被满足之时，总可用时间仍能容纳被请求的Medium_Time_ts，这会确保对在系统中有较低优先次序的非ACM致能业务(AC_BK和AC_BE)有某种程度的公平性。

图3标出一由QAP在一TSPEC允许后执行的方法300的流程图。首先，该QAP更新用于每一QSTA的每AC被允许时间的一记录，如下所示(步骤302)：

$\mathrm{Admitted}\_\mathrm{Time}\_\mathrm{per}\_\mathrm{QSTA}\left[\mathrm{AC}\right]=\underset{\mathrm{QSTA}\_j}{\overset{m}{\underset{\mathrm{ts}=1}{\mathrm{\Σ}}}}\mathrm{Medium}\_{\mathrm{Time}}_{\mathrm{ts}}\left[\mathrm{AC}\right]$ 方程式(15)

其中m是在相同AC下的每QSTA业务流数量，j是指定QSTA。

该QAP利用一与QSTA中所用相似的监督机制，其中该机制监测下链传输且在每次传输及每一秒间隔更新一变量Used_Time_per_QSTA(步骤304)。

在每一成功或不成功的MPDU传输或重新传输尝试之后，Used_Time_per_QSTA被依据下式更新：

Used_Time_per_QSTA[AC]＝Used_Time_per_QSTA+MPDUExchangeTime

方程式(16)

在一秒间隔，Used_Time_per_QSTA被依据下式更新：

Used_Time_per_QSTA[AC]＝max〔(Used_Time_per_QSTA-Admitted_Time_per_QSTA[AC])，0〕方程式(17)

万一有一传输刚好发生在该一秒间隔上，则Used_Time_per_QSTA[AC]被先依据方程式(16)然后依据方程式(17)更新。

在每一帧传输之前，信道接入函数检查该Used_Time_per_QSTA[AC]是否已达到或超过Admitted_Time_per_QSTA[AC]值(步骤306)。如果真是如此，则该信道接入函数不再使用用于该AC的EDCA参数进行传输(步骤308)，直到经过一段未来间隔让Used_Time_per_QSTA[AC]再次达到零才会再次进行传输。然后该方法终止(步骤310)。在一替代实施例中，帧是在没有EDCA参数的状态下被传输，然后该方法终止。

如果Used_Time_per_QSTA[AC]小于Admitted_Time_per_QSTA[AC](步骤306)，则帧是利用ECA参数被传输(步骤312)且该方法终止(步骤310)。

实例

以下是一实例，其示出一QSTA可请求以允许在一ACM致能AC下的一业务流(TS)，以及QAP所做相应Medium_Time_ts计算。

剩余带宽容许量：1.1(10％增量)

标称MSDU大小：1000字节

最小PHY速率：1Mbps

平均数据传输率：200Kbps

因此用于单一个TS的请求时间是22.55毫秒。如果TxBudget[AC]和Total_TxBudget二者皆大于22.55毫秒，则该TS被允许。此22.55毫秒会是在所请求类型下可供QSTA使用的总传输时间的一部分。

该允许控制算法的输入参数列于下表1。

表1：竞争型允许控制的输入

符号	描述	类别	默认值	范围
					最小PHY速率	最小PHY速率(bps)	组态参数	1Mbps	无
标称MSDU大小	用于此业务流的MSDU大小(字节)	接收参数	应用相依	无
					平均数据传输率	平均数据传输率(bps)	接收参数	应用相依	无
剩余带宽容许量	超出指定应用速率要求的时间(及带宽)的余量分配	接收参数	应用相依	1.10～1.50
					α(秒)	可供声音(AC_VO)及影像(AC_VI)业务使用的最大传输时间	组态参数	0.8秒	0.5～0.9
β<sub>[AC_VO]</sub>	AC_VO可被分配用于传输的可允许时间的百分量(α的一部分)	组态参数	80％	0～100％
					β<sub>[AC_VI]</sub>	AC_VI可被分配用于传输的可允许时间的百分量(α的一部分)	组态参数	80％	0～100％

符号	描述	类别	默认值	范围
					VO_Time	用于接入类型AC_VO的最小介质时间	组态参数	α×(1-β<sub>[AC_VI]</sub>)	0～α×β<sub>[AC_VI]</sub>
VI_Time	用于接入类型AC_VI的最小介质时间	组态参数	α×(1-β<sub>[AC_VO]</sub>)	0～α×β<sub>[AC_VO]</sub>

该接收参数是从ADDTS请求取得。α的值取决于可被容纳而未达壅塞的用户数量。任一AC的β_{[AC_VO]}值应当低于100％开始；然其可被扩展到100％。

该允许控制算法的输出参数列于下表2。

表2：竞争型允许控制的输出

符号	描述
		Medium_Time<sub>ts</sub>	可供一特定业务流使用的传输时间

在本发明的一第二实施例中，AP允许控制是就一每位用户为基准运作。举例来说，在基线IEEE 802.11站台(例如802.11a、802.11b及802.11g)中，ACs在允许请求期间未被使用，这妨碍AP依据图1的方法估算TxBudget。因此，预算可代的为依据目前被WLAN接上的站台数量分配。该预算较佳是被平均地分配在各站台之间。另一选择，该预算可为就一优先次序为基准依据标准或预定优先次序类别(譬如“尽最大努力”)分配于每一STA。举例来说，在一在网际网络上运送声音(VoIP)环境中，一网络浏览业务流可能被指派一低于一声音业务流的尽最大努力的较低优先次序。在此第三环境中，该允许控制算法较佳在非802.11e顺应站台的关联请求后执行允许控制。举例来说，AP可拒斥在一重加载BSS内的所有关联请求。此一允许控制算法可被非802.11e顺应APs使用以及让802.11e顺应APs用来进行非802.11e顺应站台的允许控制。

虽然已在较佳实施例中就特定组合说明本发明的特征和元素，每一特征或组件得被单独使用(不具备较佳实施例的其它特征和元素)或是以有或没有本发明其它特征和元素的多样组合使用。虽说已以附图和文字例示本发明的特定实施例，熟悉本技术的人员可不脱离本发明的范围做出多样修改及变化。以上说明仅为范例且不以任何方式限制本发明。

Claims (9)

1.一种在无线通信中进行允许控制的方法，其中数据被依接入类型排列优先次序，该方法包括：

在接入点计算用于每一接入类型的一传输时间预算；

计算用于要求允许控制的所有接入类型的一总传输时间预算；

在该接入点接收一业务流允许请求；

计算在该接入点的该业务流的一介质时间值，该介质时间值系以该允许请求为基础；

将该介质时间值与对应于该业务流的该接入类型的传输时间预算以及该总传输时间预算进行比较；

在该介质时间值不大于对应于该业务流的该接入类型的传输时间预算以及该总传输时间预算的情况下，接受该业务流；以及

在该介质时间值大于对应于该业务流的该接入类型的传输时间预算以及该总传输时间预算其中之一的情况下，拒绝该业务流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于用于每一接入类型的传输时间预算是可供允许该接入类型的业务使用的时间量且等于可供该接入类型使用的总时间减去目前被分配给该接入类型的所有业务流的一时间总和。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该总传输时间预算是可供允许所有允许控制必要接入类型的业务使用的时间量且等于最大传输时间减去目前被分配给允许控制必要接入类型的所有业务流的一时间总和。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该总传输时间预算包含：

被分配给一声音接入类型的一最小时间量；及

被分配给一影像接入类型的一最小时间量。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于用于该声音接入类型及该影像接入类型的最小时间量皆为可用最大传输时间的一百分比。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该接收包含：

产生业务明细元素，该业务明细元素指定业务流要求。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于该介质时间值是可用于该业务流的传输时间且以来自该允许请求的提取信息为基础依据以下方程式计算：

Medium_Time＝剩余带宽容许量×每秒封包数×MPDUExchangeTime

其中该剩余带宽容许量指定超出传输一属于该业务流的介质接入控制(MAC)服务数据单元(MSDU)所需要的指定应用速率的时间及带宽的余量分配；

每秒封包数PPS＝ceiling[(平均数据传输率/8)/标称服务数据单元大小]；及

MPDUExchangeTime＝持续时间(标称服务数据单元大小，最小传输实体速率)+SIFS+确认持续时间

其中该持续时间函数是以一封包的有效载荷大小及所用实体(PHY)数据传输率为基础转回该封包的持续时间，且该SIFS是一短帧间空格值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于在该业务流被接受的情况下，该方法还包括：

以该刚被接受的业务流为基础更新用于该接入类型的分配时间值；以及

向站台发送一响应讯息。

9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：

计算接入类型中各业务流的介质时间值的总和；

更新每接入类型每站台的一已使用时间值；

比较该总和与用于一接入类型的该已使用时间值；

在该总和不小于该已使用时间值的情况下，传输一具备用于所述接入点的既有参数的帧；以及

在该总和值小于该已使用时间值的情况下，传输没有用于所述接入点的既有参数的帧。

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