专利名称：保持无线通信的服务质量的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及通信。更具体地，本发明涉及无线通信。
背景技术：
无线通信系统是众所周知和广泛使用的。蜂窝电话和诸如笔记本电 脑和个人数字助理之类的其他无线站被越来越多地用于话音和数据通 信。为这样的无线站提供局域网服务已经变得越来越流行。无线局域网
(Wireless Local Area Networks, WLANs)具有提供除了那些已经可用的 无线通信能力以外更多的无线通信能力的潜力。
WLAN已经成功地用作为家用和"最后一英里"(last-mile)技术。 如果实时多媒体应用的预订和使用增加，那么对有线和无线网络中的端 到端服务质量保证的支持的需求也增加。当WLAN转到对实时应用有增 长的需求的企业和公共领域时，对服务质量的需求也增加。此外，这引 起了在使用WLAN通信的无线站之间进行区分的需要。特别是当被提供 在商用或公共场合时，WLAN将不得不达到关于网络的吞吐量、延迟、 抖动和可用性的用户期望。在融合的网络环境中向终端用户透明地提供 网络服务需要与现有蜂窝电话网络类似的对WLAN接入网络的资源分 配机制和服务质量保证。
WLAN的多接入控制(Mutiple Access Control, MAC)层通过包括 对于物理媒体所需要的开销(overhead)以及通过要求每个分组的确认 而增加了可靠性。在移动无线站的情况下，无线站和接入点间的距离能 随时间改变。如果距离增加，则由于速率适配以及与WLAN确认相关联 的开销需要相对更多的空中时间(airtime)，所以无线站的传输速度减 少了，从而导致相当大的且非线性的开销。特别是，与传递的应用数据 相比，实时应用常常在相对高的分组速率下运行并消耗大量的WLAN 空中时间或容量。
IEEE802,lle标准草案试图通过引入块确认(blockacknowledgements)来解决这种低效率。提议的IEEE802.11e标准要求 按每个流(per-flow)预留网络容量，但是没有说明接入点如何能够保 证对于每个流的服务质量水平的方法。
当应用请求网络连接性时，无线站或终端与网络中的服务质量实体 (entity)协商关于为确保应用的端到端服务质量而需要的网络参数集。 一些基于竟争的(contention-based) WLAN变量已经被提出。这些基本 上能够被分组为基于测量的接纳控制方案和基于模型的接納控制方案。 第一组是基于测量网络条件来做决定而第二组构建性能模型和指标来 评价网络状态和服务流的质量。在这个领域的两个参考文献是D. Gaoa， J. Caia， K. Ngi Nganb "Admission Control in IEEE 802.lie Wireless LANs" IEEE网络七月-八月.2005, pp 6國13;和K. Medepalli， P. Gopalakrishnan, D. Famolari和T, Kodama, "Voice Capacity of IEEE 802.11b, 802.11a and 802.llg Wireless LANs", Proceedings of IEEE Globecom 2004, Dallas, 2004年12月。
以每秒比特数表达网络负荷的解决方案对固定的网络基础设施通 常是可接受的。然而这样的解决方案对于WLAN MAC层是不适用的，
信道条件、移动性或者这两者的原因而变化。业务服务(traffic service) 协定应当在IP层被定义和保证以使得分组延迟的变化和无线信道条件 的变化能够对更高层的应用保持透明。这要求对业务规格处理(traffic profile handling)的不同解决方案。促进在变化的WLAN信道条件下保 持服务质量保证也是希望的，因为WLAN的负荷不是唯一地^C确定的。 WLAN信道环境是特别有挑战性的。运行发生在免许可证频段 (unlicensed spectrum)，在该免许可证频段中来自其他设备的干扰是常 见的并且信道传播属性可随无线设备或它们附近的物体的移动而大幅 变化。这样的可变性使得保持服务质量特别困难，尽管有保证的服务质 量是必需的。
因此，以每秒比特数表达的负荷给出了由WLAN站或它们的组所消 耗的空中时间的不准确的估计。
存在对于保证诸如"N^发生在WLAN中的it^iW询』t务质看询 改进技术的需要。
发明内容
管理无线通信的示例性方法包括确定阈值传输速度，在无线站和接 入点之间的传输速度必须维持在该阈值传输速度之上以达到对无线站 的希望的服务质量水平。无线通信容量基于确定的阈值传输速度被分配 给至少一个在无线站和接入点之间的通信。
在一个示例中，接入点包括无线局域网的一部分。
一个示例包括确定与由无线站传输的至少一种类型的业务相关联 的平均分组大小。与由无线站传输的至少一种类型的业务相关联的平均 分组频率也被确定。 一个示例包括基于所确定的平均分组大小和所确定 的平均分组频率来确定阈值传输速度。
一个示例包括为了确定阈值传输速度的目的共同地使用针对特定 无线站的多个流的平均分组频率和平均分组大小。
一个示例包括，确定什么时候在无线站和接入点之间的通信的传输 速度跌到确定的阈值速度之下，以及试图调节对于无线站的网络容量的 分配以保持与所确定的阈值传输速度相关联的服务质量水平。
根据下面的详细说明，本发明的各种特征和优点对于本领域技术人 员而言将变得显而易见。与详细说明相伴的附图能够简略地予以说明如 下。
图1概略地图示了对于本发明的实施例有用的无线通信系统的所选 部分。
图2是概括一个示例方案的流程图。.
具体实施例方式
本发明涉及保证无线通信系统中的服务质量。例如，下面描述的公 开的示例在无线局域网(WLAN)实现方案中是有用的。为无线站分配无 线系统的容量是基于针对单个流所确定的预算或对于无线站的整体服 务质，算，其对庶于无钱^^^接入点之IW逸信的确定的阈值传L输速 度。借助示例技术，无线站能够单独地决定哪个业务流获得优先权，这 使得与网络关于对单独业务流的预订的交互潜在地废弃。
6图1概略地图示了无线通信系统的所选部分。在这个例子中，WLAN 接入点(Access Point, AP ) 22以通常已知的方式工作以便于实行对多个 无线站的无线通信。所图示的例子包括移动无线站，诸如蜂窝电话24、 个人数字助理26和笔记本电脑28。
AP 22与网络30通信，以便代表无线站24-28实行与其他例如位 于远端的设备的通信。AP22和网络30间的通信可通过有线线路连接、 无线的或它们的组合发生。
图2包括概括管理AP 22和一个或多个无线站24 - 28之间的无线通 信的一个示例方法的流程图40。该示例方法对于分配AP22的某些无线 容量给至少一个移动站以保证代表该无线站的通信的服务质量水平来 说，是有用的。根据流的类型、无线站相对于AP22的位置、无线站的 移动或者例如可被在移动站附近的另一个设备的移动而引起的其它干 扰或变化的信道条件，所公开的示例适应无线站的传输速度之间的不 同。这个被公开的示例采用代表无线站建立服务质量预算的独特的方 法。
流程图40开始于42,在42新的流;波启动。这例如可发生在无线站 和AP22之间用于建立特定类型的通信或流的协商阶段。至少两个业务 值被确定来建立无线站的业务规格。在44,新的流的平均分组大小(例 如每分组平均比特数)被确定。新的流的每秒平均分组数在46被确定。 每秒平均分组数也能够被称为该流的平均分组频率。
在一些示例中，在建立无线站的适合的服务质量预算中将只涉及一 个流。在其它示例中，例如对于多媒体通信来说，可能从特定的站希望 一个以上的流。图2的示例包括在48的步骤，该步骤用于确定对同样 的无线站是否有一个以上的流。在这个示例中，有n个流。
当无线站有一个以上的流时，该无线站的所有n个流的每分组平均 比特数或平均分组大小在5(H皮确定。 一个示例包括连结(concatenating) 或汇总所有流的平均分组大小来确定总体平均分组大小BPP (例如每分 组比特(bits per packet))。 一个示例包括使用等式<formula>formula see original document page 7</formula>如在图2中的52示出，无线站的所有n个流的平均分组频率被确定。 在一个示例中，PPS (例如每秒分组(packet per second))使用下面等 式孚皮确定
尸ps - z:潛,.
上面两个公式的乘积(即PPS x BPP)提供了特定的无线站的传输 速率。两个数量BPP和PPS提供了可用于定义无线站的总体服务质量规 格的多服务业务规格。该规格能被指定给特定的方向(上游或下游)， 或者它能同时在两个方向保持。
每个无线站在服务合同的限制之内工作，该合同确定了订户的预 算。使用BPP和PPS—起允许确定，例如在给定当前负荷下，特定的服 务合同预算是否能被满足。各种服务合同的水平能够被确定，其中每个 对应于元组(tuple) (BPP, PSS)的不同组合。若干多服务业务规格 随后能够被指定给该站。例如， 一个元组(BPPpeak, PPSpeak)能被指定 为峰值规格(peak profile )而另一个元組(BPPc。醒itted, PPSc。咖itted)能 被指定为承诺规格(committedprofile)。如该术语暗示，承诺规格是网络 所承诺的，而峰值规格当条件允许时能够被使用。这个示例在给无线站 指定预算时提供了更大的灵活性。为。
在给定了与承诺规格或与所确定的业务行为相关联的两个值后，这 个示例提供了确定阈值传输速度，并且如果该阈值传输速度值不能满 足时必需时采取行动。
是有一个流还是有多个流，无线站的容量消^^在图2的示例中的54 被确定。相应于多服务业务规格的容量或资源消耗k能够从下面的关系 中4皮确定
肿—，
54* 10s
216
J5朋
其中OH是每个分组所需要的开销(如600比特)，PLCP是在空中
8接口发送每个分组的物理层开销，ACK是确认，SIFS是短帧际间隔， DIFS是分布式帧际间隔，CW是竟争窗口， BSR是基本服务速率。这些 参数的每个参数例如在IEEE802.il标准中被定义。这个特定的示例例 如对于其中没有旧的、相关联的IEEE802.11b站的IEEE802.11a或 IEEE802.11g WLAN，和对于其中站不使用请求发送或清除发送(Request to Send/Clear to Send, RTC/CTS )信令的情形是有用的。记号[a]在这个 示例中被用来指示当a的值不是整数时上舍入相应的参数a的值到最接 近的较大的整数(如[25.65]变成26)。
可替代地，基于选定的可用容量的百分比，K能够是固定的值。例 如，接入点或网络的另一个部分可决定以允许一个站对给定的通信会话 有50%的可用消耗率。在该情况中，K相应地被设定为固定数字。
上面表示的关系指明无线站将消耗的空中时间，如果它以最高可能
的速率发送被包括在多服务业务规格内的流的话。
在这个示例中，提供服务质量支持包括AP22保证向无线站宣告的 承诺规格。阈值传输速度TS被用来指明必须被利用以保证承诺的服务 质量的无线站的容量消耗。在一个示例中，阈值速度基于所确定的容量 消耗k而被确定。这能够被表示如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
在这个示例中，TS替代了在前面的等式中的参数54x106,其等价 于每秒54兆比特(Mbit)的速率。
所确定的阈值TS表示了无线站成功地持续发送承诺的规格集(例 如基于所确定的BPP和PPS)所需要的传输速度。这在图2中的60被 概略地示出。来自AP22的资源的容量或数量然后被分配给无线站以使 得所确定的阈值传输速度能够被保持。这在图2中的62被概略地示出 了。
基于所确定的阈值传输速度的容量分配可发生在用于建立例如在 无线站和AP 22之间的通信会话的协商阶段期间。它对在通信会话期间 调节容量分配也可以是有用的。例如，无线站可发起新的流，这要求确定新的阈值传输速度并且
AP22能够，如果需要的话，做出新的容量分配。此外，由一个示例AP 22确定无线站的传输速度是否跌到低于阈值传输速度是可能的。在这样 的情形下，该AP22不能够保证先前宣告的服务质量水平。对这样的情 形，AP 22可以把该情形通知无线站，增加该无线站的服务质量预算， 为支持陷入困境的那个站或那些站的组合而降低其它无线站的服务质 量预算。
上面的公式对于在WLAN接入支持IEEE 802.11a或(单独地)支 持IEEE 802.11g站的情形成立。两种其它情况能够被区别，也就是单独 地正EE 802.11b站，以及其中IEEE 802.1 lb和IEEE 802.1 lg站两者都 与相同的WLAN相关联的情形。此外，站可使用RTS/CTS (请求发送/ 清除发送)机制来将大数据分组的重新发送减到最小。针对这些情况的 公式互相有轻微区别并与上面的公式也有轻微不同。
对包括IEEE 802.11站的情形
<formula>formula see original document page 10</formula>
在这个情况中，PLCP、 DIFS和BSR的值是不同的，即DIFS = 50ms， PLCP是192ms并且BSR等于802.1 lb媒体的基本服务集速率l/2/5，5/l 1 Mbit/s。
对在一个或多个IEEE 802.1 lb用户与相同的接入点相关联并竟争相 同的WLAN传输r权利的情况下的IEEE 802.11 g用户
<formula>formula see original document page 10</formula>对于其中与WLAN相关联的站使用RTS/CTS机制的站来说:
216
216*(
十cw
216
_肌_
+216
216
216 廠
216
一3"ZFS—ZMFS — CW
所公开的示例允许在IP层上定义业务服务水平协定，但是仍然允许 达到代表通过WLAN连接到网络的无线站的希望的服务质量水平。
前面的说明本质上是示例性的而不是限定性的。对未必偏离本发明
得显而易见。赋予本发明的法律保护的范围只能够i过研究;面的;利
要求来确定。
ii
权利要求
1. 一种管理无线通信的方法，包括确定阈值传输速度，无线站和接入点之间的传输速度必须保持在所述阈值传输速度以上以达到所述无线站的希望的服务质量水平；以及基于所确定的阈值传输速度，为在所述无线站和所述接入点之间的至少一个通信分配无线通信容量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述接入点包括无线局域网的 一部分。
3. 根据权利要求1所述的方法，包括确定与由所述无线站传输的至少一种类型的业务相关联的平均分 组大小；确定与由所述无线站传输的至少一种类型的业务相关联的平均分 組频率；以及基于所述确定的平均分组大小和所述确定的平均分组频率确定所 述阈值传输速度。
4. 根据权利要求3所述的方法，包括 为所述无线站的至少一个流确定所述平均分组大小。
5. 根据权利要求4所述的方法，包括 为所述无线站的多个流确定所迷平均分組大小；以及 基于所述无线站的所有所述确定的平均分组大小确定所述阚值传输速度。
6. 根据权利要求3所述的方法，包括为所述无线站的多个流确定所述平均分组大小； 基于所述无线站的所有所述确定的平均分组频率，确定所述阈值传 输速度。
7. 根据权利要求3所述的方法，包括基于所述确定的平均分组大小和所述平均分组频率，确定无线容量 消寿毛；以及基于所述无线容量消耗的至少一部分，确定所述阈值传输速度。
8. 根据权利要求8所述的方法，包括根据从所述无线站的最高可能的传输速度确定所述无线容量消耗。
9. 根据权利要求1所述的方法，包括确定从所述无线站的传输速度是否低于所述阈值传输速度；以及 如果所述确定的传输速度低于所述阈值传输速度，则调整对于所述无线站的所分配的容量。
10.根据权利要求l所述的方法，包括把所述无线站的容量消耗速率确定为可用的消耗速率的设定百分比。
全文摘要
管理无线通信的方法包括代表无线站建立服务质量预算。通过确定无线站的至少一个流的平均分组大小和该流的平均分组频率来建立服务规格。当来自无线站的一个以上的流是所希望的时，所有这样的流的平均分组大小和平均分组频率被组合。平均分组大小和平均分组频率被用来确定无线站的容量消耗。该容量消耗然后被用来确定阈值传输速度，从无线站的传输必须保持在高于该阈值传输速度，以达到保证的服务质量水平。对于无线站的无线容量的分配是基于所确定的阈值传输速度的。
文档编号H04W28/18GK101467402SQ200780021368
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月6日 优先权日2006年6月9日
发明者F·J·潘肯, G·J·赫克斯特拉 申请人:卢森特技术有限公司