專利名稱：用于帶有中繼的無線系統(tǒng)的路徑選擇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于路徑選擇和路由的方法和系統(tǒng)，尤其涉及用于具有中繼的 無線通信系統(tǒng)的路徑選擇的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)在無線系統(tǒng)中使用中繼時，終端用戶的數(shù)據(jù)和控制信號應(yīng)當(dāng)與基站通信。在 移動站由于中繼站的可用性而具有多個路徑選擇時，可以經(jīng)由基站與移動站之間的直接 路徑、或者經(jīng)由涉及到基站與移動站之間的一個或多個中繼的中繼路徑來實現(xiàn)通信。終 端用戶的數(shù)據(jù)和控制信號所采用的路徑會影響無線系統(tǒng)的性能。確定終端用戶的數(shù)據(jù)和 控制信號應(yīng)當(dāng)采用哪條路徑的問題被稱為路徑選擇問題。在本發(fā)明之前提交的對電氣與電子工程師協(xié)會(“IEEE” )標(biāo)準(zhǔn)802.16j的提議 建議包括基于整體容量影響的路徑選擇。例如，如果存在兩次跳躍并且每個中繼鏈路都 可以支持相同的數(shù)據(jù)率，則對于容忍延遲的服務(wù)來說，好的做法是，只有當(dāng)中繼跳躍能 支持到基站的直接鏈路的數(shù)據(jù)率的至少兩倍，才切換到中繼鏈路。然而，這些提議并沒有考慮可能影響系統(tǒng)的實際性能并且可能錯誤地偏向支持 一條路徑超過另一條路徑的路徑選擇的其他因素。例如，對于某些類的數(shù)據(jù)和/或服務(wù) 來說，可能無法忍受附加延遲并且直接路徑可能是僅有的可行選擇。因此，需要一種選擇用于在具有中繼的無線通信系統(tǒng)中路由數(shù)據(jù)分組的路徑的 系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法在進(jìn)行選擇時考慮到數(shù)據(jù)和服務(wù)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供了一種在通信系統(tǒng)包括至少一個中繼站時在通信系統(tǒng)中路由 數(shù)據(jù)分組的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。在選擇數(shù)據(jù)路徑時，可以考慮數(shù)據(jù)需求和系統(tǒng)參數(shù)，諸 如所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、用戶優(yōu)先級、移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平、系統(tǒng)負(fù)荷、增加的 延遲以及有效數(shù)據(jù)率。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種選擇用于在通信系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的路 徑的方法。所述通信系統(tǒng)包括至少一個基站、至少一個中繼站和至少一個移動站。為到 移動站的直接路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線。所述直接路徑具有根據(jù)基站與移動站 之間的直接鏈路的通信質(zhì)量而確定的第一容量成本。把所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線移 位預(yù)定時間來為中繼路徑產(chǎn)生投影容量曲線。所述預(yù)定時間延遲對應(yīng)于中繼路徑上的附 加延遲。所述中繼路徑包括至少一個中繼站并且具有根據(jù)所述中繼路徑中的多個鏈路的 信號質(zhì)量的組合測量而確定的第二容量成本。將所述第二容量成本乘以容量成本比率來 產(chǎn)生中繼容量曲線。選擇所述直接路徑或所述中繼路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。路徑選擇是 基于所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和所述中繼容量曲線在所述這些曲線中與數(shù)據(jù)分組的 服務(wù)質(zhì)量需求相對應(yīng)的點(diǎn)處進(jìn)行的比較而做出的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，選擇用于在無線通信系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的路徑的設(shè)備包括路徑選擇器。所述通信系統(tǒng)包括至少一個基站、至少一個中繼站和至少一個移動 站。所述路徑選擇器用于為到移動站的直接路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線。所述直 接路徑具有根據(jù)基站與移動站之間的直接鏈路的通信質(zhì)量而確定的第一容量成本。所述 路徑選擇器把所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線移位預(yù)定時間來為中繼路徑產(chǎn)生投影容量曲 線。所述預(yù)定時間延遲對應(yīng)于中繼路徑上的附加延遲。所述中繼路徑包括至少一個中繼 站并且具有根據(jù)所述中繼路徑中的多個鏈路的信號質(zhì)量的組合測量而確定的第二容量成 本。所述路徑選擇器還將所述第二容量成本乘以容量成本比率來產(chǎn)生中繼容量曲線，以 及選擇所述直接路徑和所述中繼路徑中的一個用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。路徑選擇是基于所述 系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和所述中繼容量曲線在所述這些曲線中與數(shù)據(jù)分組的服務(wù)質(zhì)量 需求相對應(yīng)的點(diǎn)處進(jìn)行的比較而做出的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種無線通信系統(tǒng)包括至少一個基站、至少一個移動 站和至少一個中繼站。所述至少一個中繼站可通信地耦接到至少一個基站。所述至少一 個移動站可通信地耦接到至少一個基站和至少一個中繼站。至少一個移動站用于通過至 少兩個路徑與至少一個基站通信。根據(jù)服務(wù)流或數(shù)據(jù)分組的延遲需求選擇一條路徑用于 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。


在結(jié)合附圖考慮時，參考以下詳細(xì)描述更容易理解對本發(fā)明的更完整理解、以 及本發(fā)明的附帶優(yōu)勢和特征，其中圖1是采用至少一個中繼的示例性無線通信系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明 的原理構(gòu)造的；圖2是采用至少一個中繼的替代無線通信系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的 原理構(gòu)造的；圖3是采用至少一個中繼的又一替代無線通信系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā) 明的原理構(gòu)造的；圖4是在根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的無線通信系統(tǒng)中使用的示例性移動站的框 圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的無線通信系統(tǒng)的示例性基站的框圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)造的系統(tǒng)容量和分組延遲(t)之間的關(guān)系的 圖；以及圖7是根據(jù)中間索引的本發(fā)明示例的原理執(zhí)行的示例性路徑選擇過程的流程 圖。
具體實施例方式在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例之前，注意這些實施例主要在于與實現(xiàn) 用于在無線通信系統(tǒng)中選擇數(shù)據(jù)分組的路由路徑的系統(tǒng)和方法有關(guān)的設(shè)備組件和處理步 驟的組合。因此，系統(tǒng)和方法組件在合適的情況下通過附圖中的傳統(tǒng)符號加以展示，從 而僅僅示出與本發(fā)明實施例的理解有關(guān)的那些特定細(xì)節(jié)，以便使本公開不被對于受益于 本描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的細(xì)節(jié)遮蔽。
如這里所用的那樣，關(guān)系術(shù)語，諸如“第一”和“第二”、“頂部”和“底 部”等可以僅僅用來區(qū)分各個實體或元素，而不必要求或暗示這些實體或元素之間的任 何物理或邏輯關(guān)系或者次序。本發(fā)明的一個實施例有利地提供了一種用于選擇用于路由數(shù)據(jù)分組的路徑的系 統(tǒng)和方法，其改進(jìn)了采用至少一個中繼站的無線通信系統(tǒng)的性能。性能改進(jìn)可以是無 線系統(tǒng)的性能改進(jìn)的任何一種或者組合，諸如，例如容量改進(jìn)、覆蓋率改進(jìn)、移動性改 進(jìn)、以及負(fù)載平衡狀況等。如果服務(wù)對延遲敏感，則將移動站從直接路徑切換到具有中繼站的路由，諸如 兩次跳躍系統(tǒng)，可能是不利的，即使每一跳都能支持大于兩倍的數(shù)據(jù)率。在現(xiàn)有技術(shù)中 還沒有認(rèn)識到這種需要并且在本申請之前還沒有提供解決方案。另外，如果移動站必須發(fā)送或接收具有兩個不同服務(wù)質(zhì)量(“QoS” )需求的數(shù) 據(jù)或消息，則還沒有可用的解決方案使用不同的路徑進(jìn)行這些通信。換言之，所有數(shù)據(jù) 將通過相同路徑。本發(fā)明的實施例實現(xiàn)動態(tài)、半靜態(tài)和靜態(tài)路徑選擇，以及在各種類型 的路徑選擇之間進(jìn)行選擇?，F(xiàn)在參考附圖，其中相同的標(biāo)號指示相同元件，圖1示出了采用至少一個中繼 站12的示例性無線通信系統(tǒng)10，該無線通信系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的實施例提供的。無線通 信系統(tǒng)10包括至少一個基站14、至少一個中繼站12和至少一個移動站16。移動站16可 能是無線通信裝置，諸如蜂窩電話、智能電話、個人數(shù)字助理(“PDA”)、膝上型計算 機(jī)、臺式計算機(jī)、電子簿閱讀器、或者通常通過基站14接收數(shù)據(jù)分組的任何其他裝置。 盡管未示出，基站14經(jīng)由骨干網(wǎng)與其他基站14和其他外部網(wǎng)絡(luò)通信。在基站14和移動站16之間存在幾個路徑選擇。首先，直接路徑18包括基站14 和移動站16。其次，中繼路徑20包括基站14、一個或多個中繼站12和移動站16。第 三，同步路徑(simultaneous path) 22包括與中繼路徑20同時使用直接路徑18。圖2和圖 3為采用多于一個中繼12的其他示例性無線通信系統(tǒng)提供示例性框圖。在圖2中，在基 站14與移動站16之間不存在直接路徑；這樣，基站14與移動站16之間的所有流量都通 過兩個中繼站12a、12b中的一個路由。在圖3中，路徑選擇包括基站14與移動站16之 間的直接路徑18，以及通過兩個中繼站12a、12b中的一個的替代路由。在本發(fā)明的一個實施例中，使用除了整體容量影響之外的其他標(biāo)準(zhǔn)或者除了整 體容量影響之外還使用其他標(biāo)準(zhǔn)來選擇一個路徑，并且所有通信都發(fā)生在所選擇的路徑 中。然而，在另一個實施例中，根據(jù)服務(wù)需求確定路徑對容量、吞吐量和延遲性能的影 響。例如，通過兩個中繼的路徑比到移動站的直接路徑(如果可用的話)可以導(dǎo)致更多 的延遲。因此，如果移動站16具有多個路徑選擇，例如，到基站14的直接路徑18、或 者經(jīng)由利用單個中繼站12的路徑20進(jìn)行連接、或者經(jīng)由路徑22同時連接到移動站16和 中繼站12兩者，則也可以根據(jù)服務(wù)的QoS需求有利地做出這種判定。在信號通過中繼路徑20時，可能存在比直接路徑18更多的延遲。因此，例如， 如果移動站16發(fā)起語音服務(wù)，則附加延遲會影響性能。如果路徑的有線線路部分中的延 遲高并接近容限，則對延遲的影響可能會增加，使得無線上的延遲預(yù)算非常小。在此情 況下，即使無線網(wǎng)絡(luò)中的小延遲都會明顯影響性能。在一個替代實施例中，根據(jù)需要經(jīng)由不同的路徑提供不同的服務(wù)，從而考慮服務(wù)的QoS，即基于每個服務(wù)的選擇。另外，在另一替代實施例中，提供了一種基于服務(wù) 需求和容量以及覆蓋率(coverage)影響來選擇最佳路徑的技術(shù)。在切換時，可以在存在 多個QoS數(shù)據(jù)流時以動態(tài)方式、或者以靜態(tài)方式來完成路徑選擇以適合最重要的數(shù)據(jù)/ 流量服務(wù)?？梢曰趩蝹€分組的延遲需求或者服務(wù)的整體延遲需求以動態(tài)方式或靜態(tài)方 式進(jìn)行切換決定。另外，如果移動站16必須以多個QoS需求發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或消息，則 通過針對每個服務(wù)的最優(yōu)路徑發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)或消息，是有利的，而這對于相 同的移動站16來說，意味著可以存在多個被選擇用于通信的路徑。在另一替代實施例中，除了容量、覆蓋率和單個接入站負(fù)荷之外，還基于服務(wù) 的延遲和/或QoS選擇路徑。對于給定的移動站16，可以以動態(tài)方式逐個服務(wù)地選擇路 徑，從而不同的數(shù)據(jù)流通過不同的路徑?？商娲?，可以根據(jù)移動站16的數(shù)據(jù)流的重要 性來進(jìn)行這種切換。還為示例方案提供了考慮到延遲對容量成本的影響以及因此對整體 成本函數(shù)的影響的方式。在另一替代實施例中，除了單個路徑的資源成本(即每個數(shù)據(jù)單元的資源利用) 之外，還根據(jù)服務(wù)的QoS選擇路徑。路徑選擇可以允許容忍延遲的服務(wù)使用具有最小資 源成本的路徑。另外，在對延遲敏感的服務(wù)遭受在使用中繼時由中繼的增加延遲而導(dǎo)致 的較高資源成本時，將由附加延遲引起的資源成本與由增加的數(shù)據(jù)率(即系統(tǒng)容量的額 外升高)引起的資源成本降低相比較。選擇最佳路徑的方法考慮了由附加的分組延遲造 成的資源成本。路徑選擇可以是動態(tài)的，半靜態(tài)的，或者靜態(tài)的。現(xiàn)在參考圖4，提供了可用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的移動站16的示例性框圖。 在示例性系統(tǒng)10中，移動站16包括一個或多個處理器，諸如處理器24。處理器24連 接到通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)26，例如，通信總線、縱橫交叉(cross-bar)的互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)等。移動站 16可以有選擇地包括或共享顯示接口 28，其從通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)26轉(zhuǎn)發(fā)圖形、文本和其他數(shù) 據(jù)用于在顯示單元30上顯示。移動站16還包括主存儲器32、優(yōu)選地包括隨機(jī)存取存儲 器(“RAM”)，并且還可以包括輔存儲器34。盡管通常大部分實現(xiàn)為基站14的一部 分，但是主存儲器32可以包括路徑選擇器36，其用于確定通過系統(tǒng)10路由數(shù)據(jù)分組的期 望路徑。下面更具體地描述路徑選擇器36。輔存儲器34可以包括例如硬盤驅(qū)動器和/或代表軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、光 盤驅(qū)動器等的可移動存儲驅(qū)動器?？梢苿哟鎯︱?qū)動器以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式從可 移動存儲單元38讀取和/或向可移動存儲單元38寫入?？梢苿哟鎯卧?8代表例如軟 盤驅(qū)動器、磁帶、光盤等，其可由輔存儲器34讀取和寫入。如將理解的那樣，可移動存 儲單元38包括其中存儲有計算機(jī)軟件和/或數(shù)據(jù)的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)。在替代實施例中，輔存儲器34可以包括其他類似的裝置，用于允許把計算機(jī)程 序或其他指令裝載到計算機(jī)系統(tǒng)中。這樣的裝置可以包括例如可移動存儲單元38和接口 (未示出)。這樣的裝置的示例可以包括程序盒式存儲器和盒式存儲器接口(諸如在視頻 游戲裝置中發(fā)現(xiàn)的那些)、可移動存儲芯片(諸如EPROM、EEPROM或PROM)以及相 關(guān)插槽，和其他可移動存儲單元38和允許軟件和數(shù)據(jù)從可移動存儲單元38傳送到移動站 16的接口。在本文檔中，使用術(shù)語“計算機(jī)程序介質(zhì)”、“計算機(jī)可用介質(zhì)”和“計算機(jī) 可讀介質(zhì)” 一般地指代介質(zhì)，諸如但不限于主存儲器32、輔存儲器34、可移動存儲單元38、安裝在硬盤驅(qū)動器中的硬盤等。這些計算機(jī)程序產(chǎn)品是用于為移動站16提供軟件的 裝置。計算機(jī)可讀介質(zhì)允許移動站16從計算機(jī)可讀介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)、指令、消息或消息包 以及其他計算機(jī)可讀信息。計算機(jī)可讀介質(zhì)例如可以包括非易失性存儲器，諸如軟盤、 ROM、閃速存儲器、硬盤驅(qū)動器存儲器、CD-ROM和其他永久性存儲器。其對于例如在 系統(tǒng)10內(nèi)的其他裝置之間傳送諸如數(shù)據(jù)和計算機(jī)指令之類的信息是有用的。計算機(jī)程序(也稱為計算機(jī)控制邏輯)被存儲在主存儲器32和/或輔存儲器34 中。還可以經(jīng)由收發(fā)器40接收計算機(jī)程序。這樣的計算機(jī)程序在被執(zhí)行時使得移動站 16執(zhí)行如這里所述的本發(fā)明的特征。特別地，計算機(jī)程序在被執(zhí)行時使得處理器24執(zhí)行 對應(yīng)移動站16的特征。因此，這樣的計算機(jī)程序代表對應(yīng)裝置的控制器。移動站16還可以包括輸入/輸出(“I/O”)接口 42。I/O接口 42允許移動站 16通過多種輸入/輸出裝置，例如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、按鈕、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、USB 裝置等把信息展示給用戶并且從用戶接收數(shù)據(jù)。經(jīng)由I/O接口 42傳送的信息采取信號的 形式，其例如可以是電信號、電磁信號、光信號或能由I/O接口 42接收的其他信號。收發(fā)器40發(fā)送和接收根據(jù)所定義的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——包括但不限于碼分多址 (“CDMA”)、時分多址(“TDMA”)、全球移動通信系統(tǒng)(“GSM”)、GSM增 強(qiáng)數(shù)據(jù)率演進(jìn)(“EDGE”)、優(yōu)化演進(jìn)數(shù)據(jù)(“EVDO”)、第三代(“3G”)、長期 演進(jìn)(“LTE”)、Wi-Fi、WiMAX等——編碼的無線通信信號。收發(fā)器40電連接到編 碼器/解碼器44，其根據(jù)預(yù)定義的加密方案來解碼和編碼數(shù)據(jù)分組。現(xiàn)在參考圖5，提供了示例性基站14的框圖。應(yīng)當(dāng)注意，盡管圖5僅詳述了與 本發(fā)明有關(guān)的特征，但是如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，還可以包括典型基站14的其他 特征和功能?；?4經(jīng)由耦接到收發(fā)器48的天線46接收和發(fā)送根據(jù)定義的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)編 碼的無線通信信號。收發(fā)器48耦接到編碼器/解碼器50，其在發(fā)送之前對原始數(shù)據(jù)分組 進(jìn)行加密并且對接收到的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行解密用以由處理器52進(jìn)行解譯。處理器52控制基站14的操作以及基站14內(nèi)的數(shù)據(jù)流并且控制這里所述的功能 的執(zhí)行?；?4還包括主存儲器54，優(yōu)選地為隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)，并且還 可以包括輔存儲器56。主存儲器54包括路徑選擇器58，用于確定通過系統(tǒng)10路由數(shù)據(jù) 的期望路徑。輔存儲器56可以包括例如硬盤驅(qū)動器和/或代表軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、光 盤驅(qū)動器等的可移動存儲驅(qū)動器。可移動存儲驅(qū)動器以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式從可 移動存儲單元59讀取和/或向可移動存儲單元59寫入?？梢苿哟鎯卧?9代表例如軟 盤、磁帶、光盤等，其由輔存儲器56讀取和寫入。如應(yīng)當(dāng)理解的那樣，可移動存儲單元 59包括其中存儲有計算機(jī)軟件和/或數(shù)據(jù)的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)。處理器52還電連接到通信接口 60。通信接口 60允許在基站14和外部裝置(包 括公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(“PSTN”)、互聯(lián)網(wǎng)等(未示出))之間傳送軟件和數(shù)據(jù)。通信 接口 60的示例可以包括調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)接口(諸如以太網(wǎng)卡)、通信端口、PCMCIA 插槽和卡等。經(jīng)由通信接口 60傳送的軟件和數(shù)據(jù)采用信號形式，其可以是例如電信號、 電磁信號、光信號、或能夠由通信接口 60接收的其他信號?，F(xiàn)在參考圖6，提供了示出在如圖1所示的那樣存在兩條用于路由數(shù)據(jù)的路徑直接路徑18和中繼路徑20的情況下系統(tǒng)容量和分組延遲(t)之間的關(guān)系的圖。假定對于 給定移動站，K1和K2分別是用于直接路徑和中繼路徑的每個數(shù)據(jù)單元的資源單元，艮口， 資源成本。關(guān)系式艮=K2ZK1示出了中繼路徑相對于直接路徑的資源成本增益的容量成 本比率艮。例如，如果中繼路徑需要兩個時隙并且使用相同的數(shù)據(jù)率，即調(diào)制和編碼方 案(“MCS”)，則艮=2，其忽略了額外的開銷。如果中繼路徑數(shù)據(jù)率加倍并且使用 兩個時隙，即，較高的MCS，則艮=1。如果系統(tǒng)容量是用于優(yōu)化的唯一標(biāo)準(zhǔn)，則路徑 判決可以描述為，如果艮<1，則使用中繼路徑；否則使用直接路徑。如果還考慮分組延遲影響，則假定針對所有連接，中繼路徑造成T額外延遲。 如果不存在包含在中繼中(例如在中央存儲和轉(zhuǎn)發(fā)類型的中繼中)的可變隊列/調(diào)度延 遲，則該示例就是如此。在可變延遲的情況下，可以評估在中繼處針對特定類型數(shù)據(jù)所 估計的平均額外延遲?，F(xiàn)在參考圖7，提供了示例性操作流程圖，其描述了路徑選擇器36、58所執(zhí)行 的用于選擇在具有中繼的無線通信系統(tǒng)中路由數(shù)據(jù)分組的路徑的步驟。該處理允許針對 許多情況為各個數(shù)據(jù)分組選擇不同的路徑。例如，控制分組和數(shù)據(jù)分組可以具有不同的 延遲需求而不同的應(yīng)用分組可以具有不同的延遲需求。另外，上行鏈路(“UL” )和下 行鏈路(“DL” )可以具有不同的延遲需求并且因此選擇不同的路徑。該處理首先求出在沒有中繼的情況下容量與延遲影響曲線(步驟S102)，S卩，圖 6中的Cl(t)曲線62。例如可以使用仿真求出在沒有中繼的情況下的容量與延遲影響曲線 62。將在沒有中繼的情況下的容量與延遲影響曲線62移位時間T(步驟S104)，以獲得 投影曲線64，C2(t)，其中對于具有相同容量成本的中繼來說，C2(t) =Cl(t_T)，艮口， Kr= I0取決于移動站，中繼路徑的歸一化容量成本可以高于或低于1。對于這樣的移 動站，通過將C2(t)乘以& 可以得到容量曲線66，C3⑴，其中C3(t) =&*C2(t)(步驟 S106)。根據(jù)服務(wù)需求，包括但不限于所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、增加的延遲等來選擇路徑 (步驟S108)。然而，在考慮到諸如系統(tǒng)負(fù)荷和公平之類的其他因素時，不使用這些服務(wù) 需求來選擇路徑，而是偏向近似朝著或者背離選擇該路徑的判定。例如，盡管該路徑在 資源和性能方面更具優(yōu)勢，但是中繼路徑中較高的負(fù)荷可能會完全禁止該路徑的選擇。 另一方面，由于負(fù)荷變化，可以把特定服務(wù)移動到直接路徑以允許不同的滿意服務(wù)。由 于中繼系統(tǒng)中的額外延遲，存在容量懲罰(capacity penalty)。當(dāng)提供分組延遲tl時，中 繼系統(tǒng)的容量會減小到Cr，其對應(yīng)于具有分組延遲tl-T的服務(wù)。在KdM時，容量懲罰 比率Kd = C/Cr。在中繼路徑提供延遲為tl的服務(wù)時的整體容量由Kr*Cr給出。因此， 在Kr*Cr > C或Kr/Kd > 1時并且在不需要考慮其他因素(例如，每個節(jié)點(diǎn)/路徑的負(fù) 荷，切換懲罰等)時，應(yīng)當(dāng)選擇中繼路徑，其中Kr為給定移動站的資源使用增益，Kd為 由于該服務(wù)的延遲所造成的容量懲罰。在還需要考慮其他因素時，應(yīng)當(dāng)用該因素對選擇 進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)來做出最終判定。如果可以只通過直接鏈路提供所需的數(shù)據(jù)率，則使用直接鏈路。同樣地，如果 只有中繼鏈路能提供用于覆蓋率增強(qiáng)的某一數(shù)據(jù)率，則需要通過中繼來為移動站16提供 服務(wù)。然而，如果給定服務(wù)可以由兩個路徑，例如直接路徑和中繼路徑，提供時，則存 在兩種情況。首先，如果不關(guān)心延遲，則可以根據(jù)每個數(shù)據(jù)單元的最小資源使用來選擇 路徑，這使得容量或任何其他所選標(biāo)準(zhǔn)(諸如，各個站負(fù)荷)最大化。但是，對于對延遲敏感的數(shù)據(jù)來說，在中繼時所造成的額外延遲可能會影響性能或資源成本。還根據(jù)服務(wù)需求選擇路徑。本發(fā)明的實施例提供了路徑選擇，其中啟用了幾種 操作模式，包括動態(tài)路徑選擇、半靜態(tài)路徑選擇和針對容忍延遲的數(shù)據(jù)以及對延遲敏感 的數(shù)據(jù)兩者的靜態(tài)路徑選擇。對于動態(tài)路徑選擇，屬于相同移動站16的分組以及相同的 服務(wù)可以根據(jù)分組延遲和大小采用到/來自基站14的不同路徑。對于半靜態(tài)路徑選擇， 具有不同的QoS但是屬于同一移動站16的不同數(shù)據(jù)流可以根據(jù)服務(wù)需求使用到/來自基 站14的不同路徑。對于靜態(tài)路徑選擇，根據(jù)總體服務(wù)需求為移動站16分配路徑，艮口， 相同位置處的具有不同服務(wù)需求的兩個移動站可以使用兩個不同的路徑。例如，對于容 忍延遲的數(shù)據(jù)，可以僅根據(jù)兩個路徑的有效數(shù)據(jù)率，例如容量/覆蓋率影響、移動性和 系統(tǒng)負(fù)荷等，進(jìn)行選擇。然而，對于對延遲敏感的數(shù)據(jù)，根據(jù)以上因素以及延遲影響選 擇總體最佳路徑，并且該路徑不會改變。如果在有線線路部分中的延遲高，則延遲的影響可能會增大，這減小了無線延 遲預(yù)算。即使無線網(wǎng)絡(luò)中的小延遲也會明顯影響性能。對于動態(tài)路徑選擇，在分組屬于同一移動站16并且相同的服務(wù)可以根據(jù)分組延 遲和大小而采用到/來自基站14的不同路徑的情況下，對于下行鏈路，分組的剩余延遲 預(yù)算取決于在有線線路系統(tǒng)中造成的延遲，其是可變的。因此，取決于剩余的延遲預(yù) 算，調(diào)度器可以動態(tài)地決定經(jīng)由直接或中繼鏈路發(fā)送分組。對于上行鏈路，如果可以 使用擁塞數(shù)據(jù)估計有線線路延遲，則可以使用該延遲經(jīng)由直接或中繼鏈路動態(tài)地發(fā)送數(shù) 據(jù)。延遲成本以線性關(guān)系被映射到容量成本。一旦估計出延遲成本，該成本可以用 于涉及諸如系統(tǒng)負(fù)荷、各個數(shù)據(jù)率、系統(tǒng)公平、移動性、系統(tǒng)容量、優(yōu)先級和覆蓋率之 類的許多其他因素的任何優(yōu)化算法。可以使用許多因素，諸如但不限于用戶優(yōu)先級，根據(jù)幾種方法來計算容量成 本。例如，容量成本可以是移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平、延遲、數(shù)據(jù)率的函數(shù)?？商娲?地，容量成本可以是乘以有效數(shù)據(jù)率的移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平、延遲的函數(shù)。另外， 容量成本可以是乘以延遲成本以及有效數(shù)據(jù)率的移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平的函數(shù)。上面 已經(jīng)論述了考慮到移動性影響、系統(tǒng)負(fù)荷和公平來計算容量成本。根據(jù)圖1、圖2和圖3，能夠使得本領(lǐng)域技術(shù)人員通過歸納把這里展現(xiàn)的技術(shù)擴(kuò) 展到采用任意數(shù)量的中繼站的無線系統(tǒng)，諸如但不限于無線Mesh網(wǎng)?？梢圆捎糜布④浖?、或硬件和軟件結(jié)合實現(xiàn)本發(fā)明。適于實現(xiàn)這里所述方法 的任何類型的計算系統(tǒng)、或其他設(shè)備適于執(zhí)行這里所述的功能。硬件和軟件的典型組合可以是具有一個或多個處理元件以及存儲在存儲介質(zhì)中 的計算機(jī)程序的專用或通用計算機(jī)系統(tǒng)，在被裝載和執(zhí)行時，該計算機(jī)程序控制計算機(jī) 系統(tǒng)，使得它執(zhí)行這里所述的方法。本發(fā)明還可以實施在計算機(jī)程序產(chǎn)品中，該計算機(jī) 程序產(chǎn)品包括能實現(xiàn)這里所述的方法的所有特征并且在被裝載到計算系統(tǒng)中時能執(zhí)行這 些方法。存儲介質(zhì)指的是任何非易失性或非易失性存儲裝置。在本上下文中的計算機(jī)程序或應(yīng)用是指一組指令的以任何語言、代碼或符號的 任意表達(dá)，該組指令意在使得具有信息處理能力的系統(tǒng)直接執(zhí)行特定功能或者在a)轉(zhuǎn) 換成其他語言、代碼或符號；b)以不同的材料形式再現(xiàn)中的任一或兩者之后執(zhí)行特定功能。 另外，除非上面相反地提到，否則應(yīng)當(dāng)注意，所有附圖都不是按比例繪制的。 值得注意的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)屬性的情況下以其他特定形式實施本 發(fā)明，并且因此在指明本發(fā)明的保護(hù)范圍時，必須參考所附權(quán)利要求而非前面的說明 書。
權(quán)利要求
1.一種選擇用于在無線通信系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的路徑的方法，所述無線通信系統(tǒng) 包括至少一個基站、至少一個中繼站和至少一個移動站，所述方法包括為到移動站的直接路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線，所述直接路徑具有根據(jù)基站 與移動站之間的直接鏈路的通信質(zhì)量而確定的第一容量成本；把所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線移位預(yù)定時間來為中繼路徑產(chǎn)生投影容量曲線，所 述預(yù)定時間延遲對應(yīng)于中繼路徑上的附加延遲，所述中繼路徑包括至少一個中繼站并且 具有根據(jù)所述中繼路徑中的多個鏈路的信號質(zhì)量的組合測量而確定的第二容量成本；將所述第二容量成本乘以容量成本比率來產(chǎn)生中繼容量曲線；以及選擇所述直接路徑和所述中繼路徑中的一個用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，路徑選擇是基于所 述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和所述中繼容量曲線在所述這些曲線中與數(shù)據(jù)分組的服務(wù)質(zhì) 量需求相對應(yīng)的點(diǎn)處進(jìn)行的比較而做出的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑選擇還基于所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、用戶 優(yōu)先級、移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平、系統(tǒng)負(fù)荷、以及有效數(shù)據(jù)率中的至少一個做出。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑選擇還基于經(jīng)過修改的組合索引，所述 經(jīng)過修改的組合索引基于所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、用戶優(yōu)先級、移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公 平、系統(tǒng)負(fù)荷、以及有效數(shù)據(jù)率中的至少一個，所述經(jīng)過修改的組合索引是通過偏向考 慮了附加容量成本和延遲影響的路徑選擇而創(chuàng)建的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在用于移動站的資源使用增益與容量懲罰的比率大 于1時，為所述移動站選擇所述中繼路徑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑選擇是動態(tài)路徑選擇、半靜態(tài)路徑選擇和 靜態(tài)路徑選擇中的一個。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述路徑選擇是動態(tài)路徑選擇，可動態(tài)地選擇所 述直接路徑和所述中繼路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)對應(yīng)于同一移動站并且具有相同服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)分 組。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中基于流量模式和服務(wù)質(zhì)量需求選擇所述直接路徑和 所述中繼路徑中的一個。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述路徑選擇是半靜態(tài)路徑選擇，可動態(tài)地選擇所 述直接路徑和所述中繼路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)對應(yīng)于同一移動站并且具有服務(wù)質(zhì)量不同的多個服 務(wù)流的數(shù)據(jù)分組。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述路徑選擇是靜態(tài)路徑選擇，基于每個路徑的有 效數(shù)據(jù)率和服務(wù)質(zhì)量需求選擇所述直接路徑和所述中繼路徑中的一個。
10.一種選擇用于在無線通信系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的路徑的設(shè)備，所述無線通信系統(tǒng) 包括至少一個基站、至少一個中繼站和至少一個移動站，所述設(shè)備包括路徑選擇器，用于為到移動站的直接路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線，所述直接路徑具有根據(jù)基站 與移動站之間的直接鏈路的通信質(zhì)量而確定的第一容量成本；把所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線移位預(yù)定時間來為中繼路徑產(chǎn)生投影容量曲線，所 述預(yù)定時間延遲對應(yīng)于中繼路徑上的附加延遲，所述中繼路徑包括至少一個中繼站并且 具有根據(jù)所述中繼路徑中的多個鏈路的信號質(zhì)量的組合測量而確定的第二容量成本；將所述第二容量成本乘以容量成本比率來產(chǎn)生中繼容量曲線；以及 選擇所述直接路徑和所述中繼路徑中的一個用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，路徑選擇是基于所 述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和所述中繼容量曲線在所述這些曲線中與數(shù)據(jù)分組的服務(wù)質(zhì) 量需求相對應(yīng)的點(diǎn)處進(jìn)行的比較而做出的。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇還基于所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、用 戶優(yōu)先級、移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公平、系統(tǒng)負(fù)荷、以及有效數(shù)據(jù)率中的至少一個做出。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇還基于經(jīng)過修改的組合索引，所述 經(jīng)過修改的組合索引基于所需數(shù)據(jù)率、服務(wù)類型、用戶優(yōu)先級、移動性、系統(tǒng)負(fù)荷、公 平、系統(tǒng)負(fù)荷、以及有效數(shù)據(jù)率中的至少一個，所述經(jīng)過修改的組合索引是通過偏向考 慮了附加容量成本和延遲影響的路徑選擇而創(chuàng)建的。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中在用于移動站的資源使用增益與容量懲罰的比率 大于1時，所述路徑選擇器為所述移動站選擇所述中繼路徑。
14.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇是動態(tài)路徑選擇、半靜態(tài)路徑選擇 和靜態(tài)路徑選擇中的一個。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇是動態(tài)路徑選擇，可動態(tài)地選擇所 述直接路徑和所述中繼路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)對應(yīng)于同一移動站并且具有相同服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)分 組。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中基于流量模式和服務(wù)質(zhì)量需求選擇所述直接路徑 和所述中繼路徑中的一個。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇是半靜態(tài)路徑選擇，可動態(tài)地選擇 所述直接路徑和所述中繼路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)對應(yīng)于同一移動站并且具有服務(wù)質(zhì)量不同的多個 服務(wù)流的數(shù)據(jù)分組。
18.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述路徑選擇是靜態(tài)路徑選擇，基于每個路徑的 有效數(shù)據(jù)率和服務(wù)質(zhì)量需求選擇所述直接路徑和所述中繼路徑中的一個。
19.一種無線通信系統(tǒng)，包括 至少一個基站；可通信地耦接到所述至少一個基站的至少一個中繼站；以及 可通信地耦接到所述至少一個基站和所述至少一個中繼站的至少一個移動站，所述 至少一個移動站用于通過至少兩個路徑與所述至少一個基站通信，基于服務(wù)流和數(shù)據(jù)分 組中的至少一個的延遲需求來選擇所述至少兩個路徑中的所選路徑用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。
20.如權(quán)利要求19所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述至少一個基站包括 路徑選擇器，用于為到移動站的第一路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線，所述第一路徑具有根據(jù)基站 與移動站之間的直接鏈路的通信質(zhì)量而確定的第一容量成本；把所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線移位預(yù)定時間來為第二路徑產(chǎn)生投影容量曲線，所 述預(yù)定時間延遲對應(yīng)于第二路徑上的附加延遲，所述第二路徑具有根據(jù)所述第二路徑中 的多個鏈路的信號質(zhì)量的組合測量而確定的第二容量成本；將所述第二容量成本乘以容量成本比率來產(chǎn)生中繼容量曲線；以及 選擇所述第一路徑和所述第二路徑中的一個用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，路徑選擇是基于所述系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和所述中繼容量曲線在所述這些曲線中與數(shù)據(jù)分組的服務(wù)質(zhì) 量需 求相對應(yīng)的點(diǎn)處進(jìn)行的比較而做出的。
全文摘要
公開了一種選擇用于在無線通信系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的路徑的方法。為到移動站的直接路徑計算系統(tǒng)容量與延遲影響曲線。直接路徑具有基于基站與移動站之間的直接鏈路的通信質(zhì)量的容量成本。將該曲線移位與中繼路徑上的附加延遲相對應(yīng)的預(yù)定時間來為具有第二容量成本的中繼路徑產(chǎn)生投影容量曲線，該第二容量成本是根據(jù)中繼路徑中多條鏈路的信號質(zhì)量的組合測量而確定的。第二容量成本與容量成本比率相乘以產(chǎn)生中繼容量曲線。根據(jù)服務(wù)質(zhì)量需求，基于系統(tǒng)容量與延遲影響曲線和中繼容量曲線的比較來選擇直接路徑或中繼路徑。
文檔編號H04W40/04GK102017714SQ200880125342
公開日2011年4月13日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者D·于, I·巴塞茨, N·G·塞那拉斯, 張航, 朱佩穎, 童文 申請人:北電網(wǎng)絡(luò)有限公司