專利名稱：使用會話序列的多路訪問通信的動態(tài)帶寬分配的制作方法
背景技術(shù)：
無線電話和個人計算機的廣泛使用導(dǎo)致了對曾經(jīng)考慮僅僅用于特定應(yīng)用的高端電信服務(wù)的相應(yīng)需求。20世紀八十年代，使用蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的無線語音通信得到了廣泛地應(yīng)用。因其昂貴的用戶費用，這樣的服務(wù)最初主要考慮的為商人的專用范圍。對遠程分布式計算機網(wǎng)絡(luò)的訪問也同樣存在此情況，這就是直到現(xiàn)在為什么只有商人和大型機構(gòu)能夠買得起必要的計算機和有線接入設(shè)備的原因。作為這兩項技術(shù)的廣泛可用的結(jié)果，使目前普通用戶不僅增強了對接入因特網(wǎng)和專用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的愿望，而且同樣增加了以無線方式接入這些網(wǎng)絡(luò)的愿望。對于使用便攜式計算機、膝上型計算機、手持個人數(shù)字助理等諸如此類計算機的用戶來說，其更為關(guān)心的是不受電話線的限制而接入這些網(wǎng)絡(luò)。
目前仍然沒有令人滿意的可廣泛使用現(xiàn)有無線基礎(chǔ)設(shè)施，低廉、高速地接入因特網(wǎng)、專用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和其它網(wǎng)絡(luò)的解決方案。此情形與幾種不合時宜環(huán)境中的人工復(fù)制品非常相似。首先，通過無線網(wǎng)絡(luò)為商務(wù)環(huán)境提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的典型方式與多數(shù)家庭或辦公室里的語音升級業(yè)務(wù)是不相匹配的。這種標準高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同樣沒有很好的支持標準蜂窩無線手機的有效傳輸。而且，現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)最初僅僅是為了傳輸語音業(yè)務(wù)而設(shè)計的。其結(jié)果是盡管某些方案，例如為數(shù)據(jù)傳輸調(diào)節(jié)提供一些不對稱狀態(tài)的測量，但是目前數(shù)字無線通信協(xié)議和調(diào)制方案的重點仍取決于語音。例如，IS-95前向通信信道的數(shù)據(jù)速率可從1.2千比特每秒(kbps)調(diào)節(jié)增加到9.6 kbps，稱為速率設(shè)置1；且可從1.8 kbps調(diào)節(jié)增加到14.4 kbps，稱為速率設(shè)置2。但是，在反向鏈路通信信道，數(shù)據(jù)速率固定在4.8 kbps。
因此，現(xiàn)有的此系統(tǒng)的設(shè)計典型地提供了前向調(diào)節(jié)速率最大范圍僅為14.4千比特每秒(kbps)的無線信道。這樣的低速率信道無法給予其自身直接以56.6 kbps的速率進行傳輸，而此速率正是目前使用的廉價的有線調(diào)制解調(diào)器的速率，更不用說像128kbps這樣應(yīng)用在綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)這類設(shè)備中的更高速率了。此水平的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)迅速成為例如瀏覽網(wǎng)頁的行為的最低可接受速率。如數(shù)字用戶環(huán)路(xDSL)服務(wù)等的使用更高速標準部件的其它類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)目前在美國正在被開始使用。然而，其費用直到最近才降到能吸引居民用戶的程度。
盡管在最初設(shè)計蜂窩網(wǎng)絡(luò)的時候就已經(jīng)配置這種網(wǎng)絡(luò)，但是在很大程度上，在基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)拓撲還沒有準備提供更高速的ISDN或xDSL等級的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。遺憾的是，在無線環(huán)境中由多用戶接入信道是昂貴的并且對其還存在競爭。無論多路接入是由基于一組無線載波使用模擬調(diào)制的傳統(tǒng)的頻分多址(FDMA)所提供的，還是由使用時分多址(TDMA)或者碼分多址(CDMA)的允許無線載波共享的新型數(shù)據(jù)調(diào)制所提供的，無線頻譜特性為期望媒介被共享。這點與傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸環(huán)境完全不同，有線媒介能夠相對低廉地獲得，因此不必特意地設(shè)計共享。
其它考慮的是數(shù)據(jù)本身特性。例如，伴隨不對稱數(shù)據(jù)速率傳輸需求，訪問網(wǎng)頁通常是定向突發(fā)的(burst-oriented)。特別地，當(dāng)遠端客戶計算機的用戶首次將網(wǎng)頁的地址指定到瀏覽器程序時。瀏覽器程序接著將此一般為100字節(jié)或者更少長度的網(wǎng)頁地址數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器計算機。服務(wù)器計算機然后對請求網(wǎng)頁的內(nèi)容作出響應(yīng)，其可包含10K字節(jié)到幾兆字節(jié)的文本、圖片、音頻甚至視頻數(shù)據(jù)。然后在用戶請求另外一個頁面下載前，可能花費幾秒鐘或者甚至幾分鐘來閱讀這些網(wǎng)頁的內(nèi)容。因此，對前向信道數(shù)據(jù)速率的要求，即從基站到用戶的數(shù)據(jù)速率，典型的將是反向信道數(shù)據(jù)速率的很多倍。
在辦公環(huán)境中，多數(shù)員工的計算機操作習(xí)慣的特性是有代表性地檢查一些網(wǎng)頁，然后延續(xù)一定時間而做別的事情，例如去訪問本地存儲數(shù)據(jù)或者甚至完全停止使用計算機。因此，即便這種用戶可能期望一整天都連在因特網(wǎng)或者專用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)上，需要支持從特定用戶單元來往的所需數(shù)據(jù)傳輸行為的全部特性實際上是非常零星的。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的無線通信系統(tǒng)為單獨的用戶提供了持續(xù)的帶寬。即在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，在通信會話中所有時間內(nèi)的可用帶寬為常量，并正如上所述主要被設(shè)計為語音等級的用途。

發(fā)明內(nèi)容
基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)默F(xiàn)有技術(shù)方法存在許多問題。如上所述，單一用戶單元信道的可用帶寬大小通常是固定的。然而，數(shù)據(jù)通信本質(zhì)上趨向于突發(fā)性，經(jīng)常在特定時間內(nèi)需要大量的帶寬，而在其它時間上其需求數(shù)量又很小，甚至沒有。這種帶寬需求上的大范圍波動的發(fā)生在時間上可能非常接近。
例如，當(dāng)使用超文本傳輸協(xié)議(HTTP)瀏覽網(wǎng)站時，用戶主要通過選擇或點擊到一個頁面的單個鏈接，其使得客戶計算機將小的頁面請求包發(fā)送到網(wǎng)站服務(wù)器。在接收鏈路方向的請求包需要非常小的帶寬。為響應(yīng)該請求，服務(wù)器主要在前向鏈路方向向客戶端發(fā)送范圍在10到100千字節(jié)(kB)大小或更大的一個或多個網(wǎng)頁。接收這些頁面所需的帶寬比請求這些頁面要大的多。很少考慮到可接受的接收網(wǎng)頁的所需要的合適的帶寬，是由于目前的無線協(xié)議在最優(yōu)條件下僅僅提供大約9600bps的最大數(shù)據(jù)速率的這樣的低效率。這就導(dǎo)致了服務(wù)器直到網(wǎng)絡(luò)能夠“跟上”數(shù)據(jù)的傳輸之前必須保留一些被請求的數(shù)據(jù)，并且同時也使受挫的用戶進行緩慢響應(yīng)和網(wǎng)頁進行多次下載。從本質(zhì)上說，發(fā)送請求的帶寬比其所需求的要大的多，去接收頁面的帶寬對可接受的速率下的傳輸數(shù)據(jù)來說是不夠的。
現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的另外一個問題是，頁面請求信息離開無線網(wǎng)絡(luò)并且成為有線界限的時間，與被請求數(shù)據(jù)的頁面進入數(shù)據(jù)通信會話的無線部分的時間的差異，后者的時間通常很長。這種來自請求的時間到接收時間的延遲是網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器擁塞的原因之一。
本發(fā)明部分上是基于等待來自有線線路網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的時間段中，對所浪費的帶寬而進行的觀察?，F(xiàn)有技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，即使無線客戶端可能正在等待返回頁面，其也在整個數(shù)據(jù)通信會話中維持9600bps的無線連接的全部帶寬的恒久的可用性。因此，實際未用的帶寬被浪費了，因為這種數(shù)據(jù)通信無法把正在使用的該數(shù)據(jù)通信的會話的信道資源分配到另外一個需要更大帶寬的會話中去。也就是說，比如在此例中，如果為其它用戶單元產(chǎn)生其它同時發(fā)生的無線數(shù)據(jù)通信會話，在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中這些同時發(fā)生的會話將無法利用任何未用帶寬向僅僅在等待返回頁面的客戶進行分配。
本發(fā)明經(jīng)由協(xié)議和現(xiàn)有蜂窩信令的獨特結(jié)合，提供通過標準無線連接的高速數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)，例如在碼分多址(CDMA)類型的系統(tǒng)中是可用的。本發(fā)明通過接入CDMA信道的更為有效的分配實現(xiàn)了高速的數(shù)據(jù)速率。
特別地，本發(fā)明提出用于確定在M個用戶中的N個固定速率數(shù)據(jù)信道的有效分配的方案。本發(fā)明解決了在用戶競爭使用信道時如何有效分配這些信道的問題。例如，當(dāng)用戶的存在數(shù)量多于信道時，本發(fā)明確定了用戶在何時需要進行信道接入的一組概率，并據(jù)此分配信道資源。本發(fā)明也從空閑用戶處動態(tài)取走或者對信道(即帶寬)進行去分配，并且為需要這些帶寬的用戶提供或分配這些空閑的信道。
根據(jù)在基站和多個用戶單元之間的前向和反向鏈路上所提供的緩存器監(jiān)控方案，對信道資源進行分配。數(shù)據(jù)緩存器為每個基站和用戶單元之間的連接進行維護。每個緩存器隨時間對在該緩存器中要轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的閾值進行監(jiān)控。實質(zhì)上，閾值為每個受監(jiān)控的相應(yīng)用戶單元隨時間測量緩存器“充滿度”的情況。對于每一個緩存器，計算出指示為每隔多久特定用戶的特定緩存需要傳輸數(shù)據(jù)以及多少數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)母怕?。此概率值考慮到了數(shù)據(jù)到達緩存的速率，同時考慮了其超出了哪個緩存的閾值，還考慮到了哪個以信道形式的資源已經(jīng)分配給了用戶單元?；诖烁怕手?，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺蕾Y源可以依靠預(yù)先的需求進行分配或解除分配到用戶單元。


本發(fā)明的前述的以及其他目的、特征和優(yōu)點在下面關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明變得更加明顯，如附圖所示的，使用相同的附圖標記指示所有不同視圖的相同部分。附圖并不必是按比例的，取而代之則是強調(diào)例示了本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的使用帶寬管理方案的無線通信系統(tǒng)的實施例的方框圖；圖2是在給定的射頻(RF)信道中如何進行信道分配的示意圖；圖3是說明無線通信系統(tǒng)協(xié)議層的示意圖；圖4例示了應(yīng)用在基站中的會話序列和數(shù)據(jù)緩存器的結(jié)構(gòu)；圖5是緩存器等級示意圖；圖6是資源被增加時的緩存器等級示意圖；圖7是資源被取走時的緩存器等級示意圖。
具體實施例方式
更特別地，現(xiàn)在開始關(guān)注附圖，圖1是基于無線連接提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)100的方框圖，該連接是通過例如傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)等的無縫集成有線數(shù)字數(shù)據(jù)協(xié)議，以及像碼分多址(CDMA)等的數(shù)字調(diào)制業(yè)務(wù)無線服務(wù)而進行的。
系統(tǒng)100由兩個不同類型的部分組成，包含用戶單元101-1，101-2，...，101-n(統(tǒng)稱用戶101)和一個或多個基站104，以提供獲得本發(fā)明實施例所希望的必要功能。用戶單元101提供無線數(shù)據(jù)和/或語音服務(wù)，并且能夠通過基站104，可以將諸如膝上型計算機、便攜式計算機、個人數(shù)字助理(PDA)等設(shè)備連接到如公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)、分組交換計算機網(wǎng)絡(luò)、或其它數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)或者專用內(nèi)部網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)105上。基站104可以基于任何數(shù)量的不同有效通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)105進行通信，這些協(xié)議可以是主速率(primaryrate)ISDN，或基于如IS-634或V5.2協(xié)議的其他的LAPD，或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)105是如因特網(wǎng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時甚至可以是TCP/IP。用戶單元101實際上可以是移動的，在與基站104通信時能夠從一個位置運動到另一個位置。
為了簡化本發(fā)明的說明，圖1例示了一個基站104和三個移動用戶單元101。本發(fā)明對于典型地具有更多的用戶單元101與一個或多個基站104通信的情況是同樣適用的。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難理解，圖1可以是如CDMA、TDMA、GSM或者其它在基站104和用戶單元101之間分配有無線信道的系統(tǒng)的標準蜂窩通信系統(tǒng)。然而，本發(fā)明更特別地應(yīng)用在非語音傳輸中，并且能夠更好的應(yīng)用在可變帶寬的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸中。因此，在一個優(yōu)選的實施方案中，圖1在空中接口上應(yīng)用碼分多址原理的類似CDMA的系統(tǒng)。當(dāng)然，可以理解本發(fā)明并不局限于使用如IS-95或者新出現(xiàn)的CDMA協(xié)議如IS-95B標準的CDMA協(xié)議。本發(fā)明對于其它多址技術(shù)也同樣適用。
為了在用戶單元101和基站104之間提供數(shù)據(jù)和語音通信，通過從基站104向用戶單元101傳送信息的前向通信信道110，以及從用戶單元101向基站104傳送信息的反向通信信道111，通過有限數(shù)目的無線信道資源提供數(shù)據(jù)的無線傳輸。本發(fā)明根據(jù)每個用戶單元101的需求提供這些有限信道資源的動態(tài)帶寬管理。同樣應(yīng)當(dāng)可以理解數(shù)據(jù)信號進行雙向傳輸通過CDMA無線信道110和111，也就是將源于用戶單元101的數(shù)據(jù)信號耦合到網(wǎng)絡(luò)105，將從網(wǎng)絡(luò)105接收的信號耦合到用戶單元101。
圖2提供了在系統(tǒng)100中如何進行無線帶寬動態(tài)分配的實施例。首先，在用戶單元101或基站104內(nèi)的典型接收機可以依指令被調(diào)節(jié)到在更大帶寬上的任意1.25兆赫茲(MHz)的信道上，例如分配到蜂窩電話中的無線頻譜時達到了30MHz。在美國，該帶寬在800至900MHz之間是典型地有效的。對于PCS類型的無線系統(tǒng)，將5或10MHz的帶寬典型地被分配在1.8到2.0GHz的范圍內(nèi)。除此之外，典型地具有一對同時激活的相匹配的頻帶，其被如80MHz的保護頻帶分離；該兩個匹配的頻帶在基站104和用戶單元101之間形成一個前向和反向的全雙工通信鏈路。
在用戶單元101和基站170中，傳輸處理器(即收發(fā)信機)能夠在任意給定的時間點調(diào)諧到1.25MHz無線頻率信道。通常認為提供此1.25MHz無線頻率載波在可接受的比特錯誤率限制內(nèi)，最好可以提供總體相當(dāng)于約500到600kbps的最大數(shù)據(jù)速率傳輸速度。在現(xiàn)有技術(shù)中，通?？紤]為了支持XDSL類型的連接，其最多能夠容納128kbps速率的信息，每個無線信道最多支持僅僅大約(500kbps/128kbps)或僅僅三(3)個用戶單元101。
與此相比，當(dāng)前系統(tǒng)100將可使用無線信道資源再分為相對大量的子信道，然后提供一個在基站104和每個用戶單元101之間可以最好地進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆峙溥@些子信道的方法，反之亦然。在圖2說明的實施例中，帶寬被分配為六十四(64)個子信道300。在此應(yīng)當(dāng)理解在CDMA類型系統(tǒng)的情況中，子信道300使用大量不同偽隨機(PN)中的一個或正交信道編碼，物理地實施對數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a。例如，在單一CDMA射頻(RF)載波情況下，子信道300能夠通過使用不同正交編碼為每個所定義子信道300進行定義。(子信道300在下面論述中同樣也是指“信道”，這兩個術(shù)語在此段之前可交替使用)。
如上所述，信道300僅僅按需進行分配。例如，在特定用戶單元101請求大量的數(shù)據(jù)傳輸時給予其多路信道300。在優(yōu)選實施方案中，為了允許為獨立用戶單元101的數(shù)據(jù)速率達到大約5兆比特每秒時，單一用戶單元101可以被給予多達28個這樣的信道。這些信道300在用戶單元101的負荷相對較輕時會被解除分配。
通過調(diào)節(jié)編碼速率和使用于每個連接中的調(diào)制類型，如信道數(shù)目，能夠獲得最大適應(yīng)性。一個分配信道編碼的特定方案，前向糾錯(FEC)編碼速率和符號調(diào)制類型在2001年1月31日申請的美國共同未決的專利申請序列號為09/773,253，名稱為“Maximizing DataRate by Adjusting Code and Coding Rates in CDMA system(通過CDMA系統(tǒng)調(diào)整碼字和碼字速率獲得最大數(shù)據(jù)速率)”申請中有所描述，此申請轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人Tantivy通信公司，在此合并作為參考。
在討論信道300如何更好地分配和基站104之前，基站104通過213建立并分配一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存器211。數(shù)據(jù)緩存器211通過213存儲將要傳輸?shù)较鄳?yīng)用戶單元101的數(shù)據(jù)。即在優(yōu)選實施方案中，基站104有對應(yīng)于每個用戶單元101的獨立數(shù)據(jù)緩存器。當(dāng)用戶單元進入和退出與基站104的通信會話或連接時，緩存器的數(shù)目可以改變。在通過213分配的與基站104通信的用戶單元101的數(shù)目與緩存器211的數(shù)目總是存在一一對應(yīng)的關(guān)系。例如，通過213的緩存器211可以是例如由軟件控制的隊列或其它存儲結(jié)構(gòu)，或者可以是由快速緩存控制的硬件。
在基站104和用戶單元101中實施的上層協(xié)議中，決定如何分配信道和再分配的特定處理能夠在數(shù)據(jù)服務(wù)功能處駐留。
特別地現(xiàn)在參照圖3，示意了例如典型地與第三代(3G)無線通信服務(wù)相聯(lián)系的協(xié)議層的圖。協(xié)議層遵循開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)分層模型，其包括物理層120、媒體訪問控制子層130、鏈路訪問控制子層140和上層通信層150。物理層120提供了物理層的處理，如各個邏輯信道的編碼和調(diào)制。對邏輯信道的訪問通過在MAC子層130中，包括有信道復(fù)用子層132、無線鏈路協(xié)議子層133以及SRPB 134中的不同功能而進行控制，信令鏈路訪問控制功能141在LAC子層140中被提供。
上層處理150包括上層信令151、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)152和語音業(yè)務(wù)153。因此，將信道分配或解除分配給特定網(wǎng)絡(luò)層連接的特定判決處理駐留在上層150的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能152中。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能152在MAC子層130與無線鏈路協(xié)議133通信以執(zhí)行其功能，如按需端到端地發(fā)送分配和解除分配信道信息。
現(xiàn)在參照圖4，在這里與確定何時應(yīng)該分配或解除分配信道的處理相關(guān)，更詳細的說明基站104和用戶單元101的各個組成部分。
圖4是在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能152中實現(xiàn)面向會話的緩存方案的實施例更為詳細的示意圖。圖4還特別地說明了其是如何在基站104中實現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)層業(yè)務(wù)使用如傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)等的典型網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，路由到基站104。在基站104中，輸入業(yè)務(wù)流被分離為目的是單獨用戶單元101-1，101-2，...101-n的單獨業(yè)務(wù)流。可以通過如檢查TCP/IP報頭的目的地址字段對業(yè)務(wù)流進行分離。單獨的業(yè)務(wù)流首先傳輸至傳輸模塊401-1，401-2，...401-n，同時傳輸模塊401與每個預(yù)定用戶單元101一一對應(yīng)。給定的傳輸模塊401是在為每個用戶單元101執(zhí)行預(yù)發(fā)數(shù)據(jù)處理步驟鏈中的第一步。此處理流程鏈不僅包括由傳輸模塊401所實現(xiàn)的功能，而且還包括大量的會話序列410、會話復(fù)用器420以及傳輸緩存器440。各種傳輸緩存器440-1，440-2，...，444-n的輸出隨后由形成在前向無線鏈路110上進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的傳輸處理器450進行組合。
現(xiàn)在再次參照圖4的上部，每個傳輸模塊401負責(zé)或監(jiān)控通信流，方法是存儲屬于與傳輸模塊401相關(guān)的會話序列410中特定序列中不同傳輸層會話中的業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)。例如，分配了用以路由至用戶單元101的處理數(shù)據(jù)的傳輸模塊401-1與會話序列410-1-1，410-1-2，...410-1-m的數(shù)目m相聯(lián)系。在優(yōu)選實施方案中，給定會話的特征在于使用特定的傳輸協(xié)議。例如，在面向會話的傳輸?shù)膮f(xié)議中，會話序列410被分配給每個會話。該面向會話的傳輸協(xié)議例如包括傳輸控制協(xié)議。在無會話傳輸?shù)膮f(xié)議中，會話序列410優(yōu)選地被分配給每個數(shù)據(jù)流。該無會話協(xié)議例如可以是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)。因此，目的為特定用戶單元101-1的業(yè)務(wù)并不是簡單地路由至用戶單元101-1。首先，來自于傳輸層方面的不同類型的業(yè)務(wù)將首先路由至與此特定連接相聯(lián)系的單獨會話序列401-1-1，401-1-2，...401-1-m。
由傳輸模塊401執(zhí)行的另外一個關(guān)鍵功能是將與之相聯(lián)系的優(yōu)先級分配到單獨序列410-1。隨后可以理解，根據(jù)特定用戶單元101的可用帶寬，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)將先于低優(yōu)先級業(yè)務(wù)傳輸至緩存器440-1。其可能包括不是面向會話的業(yè)務(wù)，例如能夠傳輸語音和/或視頻信息的實時業(yè)務(wù)或數(shù)據(jù)流協(xié)議。
更特別地，傳輸模塊401-1將每個單獨會話序列410-1的優(yōu)先級報告至與之相聯(lián)系的會話復(fù)用器420。通常，由會話復(fù)用器420選擇高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)加載至傳輸緩存器440-1中，以加載低優(yōu)先級業(yè)務(wù)。使用已知技術(shù)如加權(quán)的公平排隊算法(WFQ)或其它首先加載最早序列數(shù)據(jù)的方案，對相同優(yōu)先級的通信量進行任意地公平選擇。
與每個會話序列相聯(lián)系的優(yōu)先級可以從例如為每個用戶保留的簡表數(shù)據(jù)記錄中獲得。例如，一些用戶可能指定他們請求的在TCP類型會話連接傳輸?shù)木W(wǎng)頁具有低于在UDP類型連接中攜帶的音頻流信息的優(yōu)先級。優(yōu)先級也可以基于被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容的其它方面。例如，來自專用數(shù)據(jù)網(wǎng)的被前向傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)能夠被給予一個高于來自公共網(wǎng)的被前向傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的優(yōu)先級。
每個會話復(fù)用器420-1，420-1，...，420-n向會話管理器430報告當(dāng)前管理的所有會話序列410的狀態(tài)的指示。會話管理器430同樣也接收由信道分配器209為每個單獨用戶單元101給定的當(dāng)前的前向信道分配的指示。信道分配器209監(jiān)控基站中傳輸緩存器440的使用率。依據(jù)收到的有關(guān)響應(yīng)于傳輸緩存器440的被排隊的數(shù)據(jù)的數(shù)量狀態(tài)的特征信息，信道資源分配器209隨后確定一個代表每個用戶單元101在有效前向鏈路無線信道110上接收數(shù)據(jù)的相對需求的緊急系數(shù)。使用這些緊急系數(shù)，信道資源分配器209能夠動態(tài)地分配出將被分配到每個用戶單元101的信道資源的最佳數(shù)目。有關(guān)在信道分配中緊急系數(shù)的詳細論述將在下面進行更為詳細的解釋。
為估計有線網(wǎng)絡(luò)中及時的在任意特定瞬時上能夠通過的數(shù)據(jù)的數(shù)量，會話管理器430也需要在另一傳輸層會話結(jié)束時繼續(xù)運行對等待時間的估計或?qū)⒑艚芯W(wǎng)絡(luò)105備分到任意特定服務(wù)器上。因此，傳輸模塊401監(jiān)視來自位于有線網(wǎng)絡(luò)105中不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的單獨會話流，并且能夠估計延遲時間，例如通過確定典型TCP往返時間進行估計。傳輸模塊401將此信息報告至?xí)捁芾砥?30。
包含所有此信息的會話管理器430當(dāng)感知來自有線網(wǎng)絡(luò)中的特定單獨用戶單元101的當(dāng)前進入數(shù)據(jù)流大于由當(dāng)前信道配置允許用戶單元的數(shù)據(jù)速率時，能夠向信道資源分配器209發(fā)送信道請求。如前面所述的，信道配置可以包括對每個特定信道已分配的信道數(shù)目、編碼速率以及符號調(diào)制速率。同樣地，會話管理器430在如果來自有線網(wǎng)絡(luò)105的進入數(shù)據(jù)流小于當(dāng)前分配給前向鏈路的最大數(shù)據(jù)速率，在能夠為特定用戶單元101-1釋放分配信道資源時，會通知信道資源分配器209。
如果使用分割連接傳輸?shù)姆椒?如在RFC2757—長瘦型網(wǎng)絡(luò)(Long Thin Network)中所描述的，參見http//www ietf.org/rfc/rfc2757.txt？number＝2757)，會話管理器430能夠發(fā)送請求到傳輸數(shù)據(jù)模塊401，以中止任何特定會話或多個會話數(shù)據(jù)流。如果該會話為TCP會話，傳輸模塊401隨后能夠主動將網(wǎng)絡(luò)105另一端的TCP發(fā)送器置為所謂的持續(xù)模式，由此中止此外所有的會話流。如果會話是流或不可靠的協(xié)議，如UDP，丟失簡表將確定隊列和進入數(shù)據(jù)是如何丟失的特性。如果會話管理器430請求應(yīng)該為特定用戶單元101-1分配更多的前向帶寬和請求被拒絕，會話信息將會中止或丟失。
如果信道請求被拒絕，會話管理器430隨后根據(jù)內(nèi)容優(yōu)先級信息確定被調(diào)節(jié)、中止或丟失的會話信息。如上文所示，傳輸會話管理器401保持信息以允許根據(jù)內(nèi)容區(qū)分它們獨立會話序列410的優(yōu)先級，因此這些傳輸模塊401能夠根據(jù)優(yōu)先級選擇起動和/或終止正確的會話序列。
每個傳輸緩存器440都被標記用以計算每個緩存器440的緊急系數(shù)等級。緊急系數(shù)通過信道分配器209在每一用戶的每一的內(nèi)容基礎(chǔ)上用來確定信道的分配。圖4中指示的如L1、L2和L3的等級，表示為信道分配和/或解除分配的邊界線點。特別地，當(dāng)傳輸緩存器440-1被充滿時和等級被越過時，用戶單元101-1可能需要分配更多的前向鏈路帶寬的指示發(fā)送至信道資源分配器209。如果此請求被拒絕，信道資源分配器209然后將此指示發(fā)送到會話管理器430。
相反地，當(dāng)傳輸緩存器440-1空閑和等級被越過時，指示被送至信道資源分配器209，相關(guān)的用戶單元101-1可能將前向業(yè)務(wù)信道取走或者解除分配而不影響到端對端性能。
等級L1，L2..L3的值因此能夠限定在流量閾值下。此等級基本代表為每個單獨用戶單元101分配的有效編碼速率的和信道編碼參數(shù)。確定閾值等級需要兩個條件。第一，在有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸往返時間需要被估計或初始近似值需要被設(shè)置。對于TCP會話，做出連續(xù)的往返時間(RTT)的估計。對于面向流的會話，如UDP，能夠得出另外一個近似值，例如是在使用UDP協(xié)議的在一特定的實時應(yīng)用中，能夠最優(yōu)化用戶感受的隊列數(shù)據(jù)的多少的功能。
第二，需要確定通過空中接口的數(shù)據(jù)速率。其是分配給特定用戶單元當(dāng)前碼速率(CR)和分配信道數(shù)目(NCH)的功能。這些值由信道資源管理器209確定。
由無線連接的質(zhì)量確定的碼速率被分配給用戶單元101。對于每個分配的碼速率，用戶也可以被分配一定數(shù)目的信道。因此，有一種方案為每個有效分配的信道分配一個等級。所以，等級L1-LC在任意時間上給定瞬時對服務(wù)連接是可用的，這里C指示了被分配信道的數(shù)目。因此等級L1-LC改變每次分配的信道數(shù)目，同時每次也改變碼速率。詳細地說，與每個L等級相聯(lián)系的特定緩存器等級將依據(jù)可用碼速率改變。
圖5例示了特定傳輸緩存器440的示意圖。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)105中往返傳輸時間和通過分配到特定用戶單元101的前向鏈路無線信道110的當(dāng)前可用數(shù)據(jù)速率的知識，能夠如下計算等級L1-LCLn＝下溢閾值＝DRAir(編碼速率和信道配置)*Δt，其中DRAir是通過空氣接口的數(shù)據(jù)速率，并且往返傳輸時間是通過有線網(wǎng)絡(luò)105已估計的時間或設(shè)置的往返時間。Δt是用以監(jiān)控進入數(shù)據(jù)流的時間間隔。如果此方案僅僅用以優(yōu)化面向會話的TCP連接，Δt也可以依據(jù)有效緩存器的空間，認為是由TCP端點所估計的所有往返時間的最大值或者平均值。
發(fā)送將要分配到一個特定用戶單元101更多帶寬的請求的條件由下面關(guān)系式描述[BCΔt+(Σi=1maxFini*Δt)]>L(n+1)]]>其中Δt是用來監(jiān)控進入數(shù)據(jù)流的時間間隔，BCΔt表示在一個特定時間幀開始時的當(dāng)前傳輸緩存器的容量，F(xiàn)ini減Finmax代表從會話或者流向傳輸緩存器440的所有進入數(shù)據(jù)流，L(n+1)是在Δt時間內(nèi)為下次增加信道配置能夠通過無線前向鏈路110發(fā)送的數(shù)據(jù)總量。
注意到對于面向會話的TCP流，其最大Finsubi等于由往返傳輸時間劃分的最大通知接收窗口。在特定時間間隔內(nèi)所有進入流的合并大于Δt時間間隔內(nèi)下次增加信道容量分配能夠被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量。
圖6用在圖中代表Δt時間段內(nèi)進入流量方框箭頭表示了這一情況。
為用戶單元發(fā)送信道解除分配請求條件由以下關(guān)系式給出[BCΔt+(Σi=1maxFini*Δt)]<L(n)]]>其中L(n)是為當(dāng)前信道配置的Δt時間內(nèi)能夠通過已分配的前向鏈路信道110被發(fā)送的數(shù)據(jù)總量。在特定時間間隔內(nèi)當(dāng)合并所有進入流時此情況發(fā)生，Δt小于在當(dāng)前信道容量分配的此時間間隔內(nèi)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量。在示意圖7中用代表時間Δt內(nèi)進入流的數(shù)量的方框箭頭表示了這一情況。
注意到在實際的實施方案中，傳輸緩存器440可能僅是由會話管理層430或會話復(fù)用器420中的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的理論上的序列。傳輸緩存器440實際是駐留在任意特定用戶單元101的所有會話序列410中的所有數(shù)據(jù)的組合。使用同樣的邏輯為傳輸緩沖器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)確定應(yīng)急系數(shù)和等級，即，此邏輯可在會話管理器430和/或會話復(fù)用器420中實現(xiàn)，而不是作為一個單獨物理數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和相關(guān)的邏輯。
因此，本發(fā)明提供了加載傳輸序列以及如何在每一個用戶基礎(chǔ)上對附加資源進行請求和/或分配和/或解除分配的有益方法。依據(jù)觀察緩存器充滿率，能夠?qū)o特定用戶的單獨傳輸序列進行數(shù)據(jù)等級和信道的分配或再指定的監(jiān)控。因此信道資源分配器209根據(jù)應(yīng)用內(nèi)容了解通過基站的業(yè)務(wù)類型。其在競爭可用資源時，允許更多智能有效信道的分配。因此，通過基于當(dāng)前配置的前向鏈路無線信道容量，結(jié)合上溢和下溢閾值的計算對傳輸層已知信道進行分配和解除分配，從而使在前向鏈路方向的基站和用戶單元間的連接達到最優(yōu)化。
雖然本發(fā)明參照最優(yōu)實施方案進行了特別地說明和描述，但可以理解本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在形式和細節(jié)上進行多種改變，而不脫離本發(fā)明附加權(quán)利要求中涉及的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從有限數(shù)目的信道資源分配和解除分配信道資源的方法，所述信道資源用于從基站發(fā)射機向多個用戶單元的接收機傳輸數(shù)據(jù)，該方法包括步驟把將要發(fā)射的數(shù)據(jù)按多個數(shù)據(jù)序列存儲在特定的一個用戶單元接收機中，其中多個序列與每個接收機相關(guān)聯(lián)，并且每個分配了的處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的序列具有特定的業(yè)務(wù)類型屬性；在發(fā)射機內(nèi)的發(fā)射處理器接收數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)來自于用來傳輸至特定的接收機的多個序列；為此特定接收機分配多個信道資源；和為了動態(tài)分配最佳數(shù)目的信道資源到發(fā)射機和接收機之間的通信鏈路，由信道資源分配器監(jiān)控每個序列的使用情況以確定傳輸至每個序列相應(yīng)接收機的數(shù)據(jù)的緊急性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，多個序列中的每一個都具有相聯(lián)系的多個閾值，每個閾值與存儲在各自序列中的數(shù)據(jù)的級別相關(guān)聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，業(yè)務(wù)屬性包括內(nèi)容類型。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，業(yè)務(wù)屬性包括傳輸機制類型。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，從包括文件傳輸協(xié)議(FTP)和超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的組中選擇應(yīng)用類型。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，從包括傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)的組中選擇傳輸類型。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，序列閾值指示數(shù)據(jù)下溢。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，給定用戶的單獨序列與不同傳輸層會話相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，由分配給與發(fā)射機和接收機之間鏈路相關(guān)聯(lián)的通信信道的碼速率確定序列閾值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，序列閾值取決于往返傳輸時間。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，序列閾值取決于往返傳輸時間和編碼速率。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，序列閾值取決于信道中的預(yù)期質(zhì)量和數(shù)據(jù)速率。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟基于在與該序列相關(guān)聯(lián)的多個相關(guān)閾值中累計數(shù)據(jù)收集的統(tǒng)計信息，計算與每個序列相關(guān)的緊急系數(shù)，該緊急系數(shù)表示與每個序列相關(guān)聯(lián)的發(fā)射機發(fā)送數(shù)據(jù)的相對需求，并且其中每個序列的緊急系數(shù)用來確定將要分配給發(fā)射機和接收機之間的連接的最佳信道資源的數(shù)目。
14.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進一步包括以下步驟通過確定具有最大緊急系數(shù)U的緩存器是否超過相應(yīng)的高閾值和具有最小緊急系數(shù)U的緩存器是否超過相應(yīng)的低閾值，確定如何在緩存器之間分配可用信道，并且如果這樣，為具有最小緊急系數(shù)的緩存器解除分配一個資源信道并且為具有最大緊急系數(shù)的緩存器重新分配一個資源信道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過經(jīng)由協(xié)議和現(xiàn)有蜂窩信令的獨特結(jié)合，通過標準無線連接來提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。信道資源基于基站(104)和多個用戶單元(101－1，…，101－n)間的緩存監(jiān)控方案進行分配。每個緩存器(440－1，…，440－n)隨時間來監(jiān)控數(shù)據(jù)的閾值，并且考慮到進入緩存器(440－1，…，440－n)的數(shù)據(jù)，計算出概率。
文檔編號H04W28/06GK1489842SQ02804397
公開日2004年4月14日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者勞倫斯·R.·弗爾, 勞倫斯 R. 弗爾, 小詹姆斯·A.·普羅科特, 斯 A. 普羅科特 申請人:快捷通信公司