专利名称：用于通信网的基站的调度器以及操作调度器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于网元的调度器(scheduler)，特别地涉及用于通信网的基站的调度器，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予。
本发明还涉及一种操作网元的调度器的方法，特别地涉及操作通信网的基站的调度器的方法，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予。
背景技术：
从现有技术已知这种调度器，并且例如它们用在基站内，尤其可以采用该基站来形成所谓的多跳网络体系结构，以便可以提供相邻无线小区之间的数据交换，该每一个无线小区都关联到通信网的基站。由于所述交换可以借助于设置在所述基站内的射频(RF)接口来执行，所以不需要例如用光纤方式等连接基站的主干网(backbone)。
这种基于当前系统的无线多跳网络体系结构的主要缺点在于其相当大的延迟，该延迟取决于所使用的系统和通信协议，通常可达多个相应传输帧单元。
即，所述延迟可能达到几十毫秒，从而尤其会对诸如基于IP的语音传送(VoIP)等的服务产生降低服务质量的影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改进的调度器和一种改进的操作上述类型的调度器的方法，以实现数据传输过程中的减小的延迟，特别是当使用例如基站的多跳配置时实现该延迟。
关于调度器，所述目的可以通过在所述调度器内设置一个超前生成器(look ahead generator)来实现，该超前生成器用于根据先前由所述调度器接收到的请求和/或超前请求来生成超前请求。
本发明的这种超前请求例如可以通过所述超前生成器反应于对资源的请求来生成，其中对资源的请求是从用户站发送到包括本发明的调度器的基站。如果所述请求所寻址的基站是要用于多跳数据传输的基站链中的第一基站，则本发明尤其有利，因为借助于本发明的超前请求，多跳链的下一个基站可能已经被通知要为未来数据传输分别分配或保留资源。
以上意义中的资源可以是例如空闲传输时间帧/时隙、带宽、传输信道等。
本发明的超前请求使得所述下一个基站能够为未来数据传输适时地调度资源，这就避免了当前基站和调度器所固有的传输延迟，其中当前的调度器通常仅执行本地调度，而与相邻的基站无关。
本发明的调度器并不局限于用在通信网的基站内。也可以在其他网元内使用本发明的调度器，该其他网元基于具有根据相应请求的授予机制的共享介质，其中要通过多个网元对传输数据进行中继。例如，提供回传信道(return channel)的有线电视(TV)系统就是本发明的调度器未来的应用领域。
根据本发明的有利实施例，所述调度器的特征在于包括超前处理器，该超前处理器能够接收以及/或者处理请求和/或超前请求。
所述超前处理器配置成处理从例如包括在基站的无线小区内的用户站到来的请求。从现有技术已知这种请求，例如可以是所谓的MAC请求，即有关在ISO/OSI参考模型内定义的数据链路层或媒体接入控制(MAC)层的服务的请求。
另外，本发明调度器的超前处理器能够处理超前请求，该超前请求例如可以是从具有本发明超前生成器的相邻基站接收的。超前处理器使得本发明调度器能够适时地为对资源的未来请求做好准备，这种对资源的未来请求将极有可能跟在超前请求之后。对接收到超前请求的可能反应，例如可以包括在相应基站内保留或分配满足所述未来请求所需要的资源。
本发明的又一个有利实施例的特征在于，所述调度器包括缓冲器，例如环缓冲器(ring buffer)，特别地用于存储请求和/或超前请求以及/或者有关所述请求和/或超前请求的状态信息，其中所述状态信息优选地包括下列状态中的至少一个状态保留、确定、有效、无效。
根据本发明，“保留”状态用来表示已经反应于接收到的超前请求进行调度的资源，即关联到所述超前请求的请求很有可能会跟在后面。
“确定”状态首先用来表示已经反应于接收到的请求，即与所述本发明的超前请求相对照的如在当前系统内所使用的普通请求，进行调度的资源。
其次，“确定”状态还用来表示先前已经反应于接收到的超前请求进行调度的资源。在该阶段，将所述资源首先设为“保留”，如上所述。当随后接收到对应超前请求的请求时，将所述资源也设为“确定”，从而与根据现有技术，通过仅使用现有技术的请求即没有预先的超前请求，进行调度的资源没有差别。
“有效”和“无效”状态例如用来指定所分配或调度的资源是否已经实际用于数据传输。如果是，则将该资源设为“有效”。否则，即如果在特定资源内，例如为所述数据传输保留的时隙内，没有数据传输执行，则该资源被浪费并被标为“无效”。
“有效”和“无效”状态主要用来评估调度器的性能并进行统计使得能够优化调度器的工作参数，例如可以通过建立闭环控制来实现。
本发明的调度器的另一个有利实施例包括授予到达监视器(grant arrival monitor)，用于监视先前请求和/或授予的资源是否已经实际用于数据传输。通过所述授予到达监视器得到的信息例如可以用于将资源状态相应地设为有效或无效，如上所述。
本发明的又一个有利实施例的特征在于，包括SLA和/或策略模块，对服务等级协议(SLA)以及安全和/或传输策略等进行评估。
在多跳数据传输中，所述SLA评估或所述策略仅在多跳链的第一基站内有利地执行。
本发明目的的又一个解决方案关于操作通信网的基站的调度器的方法，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予，该方法的特征在于，根据先前由所述调度器接收到的请求和/或超前请求，向另外的至少一个基站提供超前请求。
从而第一基站可以触发例如构成多跳数据传输的下一跳的相邻基站。反应于接收到例如可能直接从用户站发起的请求，或反应于已经由多跳链上游的另一个基站转发的超前请求，可以通知下一基站。
有利地，在接收到请求时所述调度器为资源分配“确定”状态，以及在接收到超前请求时所述调度器为资源分配“保留”状态。这例如使得能够区分是直接来自用户站的请求还是由上游基站的超前生成器已经生成的请求。
根据本发明的又一个实施例，在接收到与先前接收的超前请求对应的请求时，所述调度器将所述资源的状态从“保留”变为“确定”。
根据本发明的又一个实施例，如果先前请求和/或授予的资源还没有实际用于数据传输，则所述调度器将先前分配的资源的状态变为“无效”，以及/或者如果先前请求和/或授予的资源已经实际用于数据传输，则所述调度器将先前分配的资源的状态变为“有效”。
为了监视先前请求和/或授予的资源是否已经实际使用，可以使用上述本发明的授予到达监视器。
根据本发明的又一个实施例，将请求和/或超前请求以及/或者有关所述请求和/或超前请求的状态信息存储在缓冲器中，优选存储在环缓冲器中。
根据本发明的又一个实施例，对所存储的请求和/或超前请求以及/或者所存储的有关所述请求和/或超前请求的状态信息进行评估，特别地用于对所述调度器进行统计。
本发明的另一个非常有利的实施例提出，对关于请求和/或超前请求的到达以及/或者传输数据的到达时间的资源的调度和/或分配，采用闭环控制，这使得能够有效地优化数据传输。
本发明的另一个非常有利的实施例的特征在于，根据所测量的在超前请求的到达和对应于所述超前请求的随后请求的到达之间的延迟，对资源进行调度以及/或者对有关所述请求和/或超前请求的状态信息进行改变。从而使得能够对特定的基站在本地进行优化处理，而与其它基站无关。
本发明的又一个有利的变体提出执行所述闭环控制，以便-使所述调度器的缓冲器的队列深度最小化，以及/或者-尤其当把请求转发到下一基站时，使延迟和/或抖动最小化。
本发明的又一个有利的实施例提供一种调度器，能够执行上述操作通信网的基站的调度器的方法。
一般地，根据本发明的方法独立于用于请求数据传输所需资源并授予这些资源的进程的特定机制。
例如，根据本发明的方法可以与从现有技术已知的下列授予机制一起执行UGS(主动授予服务)，其中在没有用户站的单独请求的情况下，将规律性的授予模式给予该用户站。UGS通常用于固定比特速率的数据传输以及/或者用于连接定位服务如语音服务。
RTP(实时轮询)，其中用户站以无冲突(collision free)的方式频繁且周期性地利用时机进行轮询以请求授予。RTP也很适合于诸如基于IP的语音传送(VoIP)的语音服务。
NRTP(非实时轮询)，其类似于RTP，但其具有减小的轮询速率和较低规律性的轮询模式。NRTP授予机制可任选地提供对最小带宽的支持。
基于竞争的授予，其中所有用户为接入进行竞争。
本发明方法提供一种通过评估例如基于随选的反馈信息，用于使多跳数据传输的延迟和抖动最小化的系统方法。
应用本发明的方法产生的另一个明显优势在于，使在本发明的基站中所必须提供的数据和/或分组存储空间最小化，因为通过使用本发明的超前请求，显著地降低了转发延迟。
还可以操作本发明的方法，使得将可能的优化集中于延迟最小化、抖动最小化以及数据和/或分组存储空间的最小化的前述问题之一。
本发明的又一个优势在于，本发明方法独立于任何潜在标准例如关于用户站和基站之间数据传输等的标准。
虽然失去了本发明的一些优点，但包括本发明调度器的基站保持与现有技术的基站的完全互用性。此外，本发明的方法对于用户站是透明的，并因此不需要用户站硬件或软件的任何改变。
尽管本发明并不局限于特定网络通信系统或标准，但更适合于在根据IEEE 802.16系列规范操作的网络内实施。
本发明的其他优势和特征将在下面参考附图进行详细的描述。其中图1示出了采用本发明的第一实施例的典型场景；图2示出了本发明调度器的实施例；图3a示出了根据本发明的一个实施例的第一消息流；图3b示出了根据本发明的一个实施例的第二消息流；以及图4示出了在本发明调度器的一个实施例内实施的状态图。
具体实施例方式
图1所示的通信网100包括多个基站10、20、30和40，每个基站定义一个无线小区12、22和32，其中在相应无线小区12的用户站13和对应的基站10之间可以进行无线数据传输。
基站10、20、30和40没有通过例如电缆连接等形式的主干网连接，这就使采用无线数据传输成为必需，以便在不同基站10、20、30和40之间进行数据交换。
例如第一基站10到另外的基站20的无线数据传输，可以借助于由三角形11’符号表示的RF连接来实现。所述RF连接11’从用户站11来维护，该用户站11指定给第一基站10并且通过链路10’连接到该基站。
将用户站11用于上述第一基站10到另外的基站20的数据传输的优势基于该解决方案与现存网络通信标准的兼容性，该现存网络通信标准不提供两个基站10和20上行链路方式的直接通信。而由用户站11和另外的基站20执行的典型的上行链路连接场景则不会引起任何问题。
以同样的方式，从基站20到基站30执行无线数据传输，以及从基站30到基站40执行无线数据传输。为此，给每一个另外的基站20和30指定特定用户站21和31，该用户站21和31通过链路20’和30’链接到相应的基站20和30，如图1所示。
以下部分描述图1所示的从用户站13到目的地网元50的多跳数据传输，其中详细地给出图2所示的本发明调度器200的操作，该调度器200包括在每一个所述基站10、20、30和40内。
根据图2的本发明的调度器200包括超前处理器210，该超前处理器210连接到环缓冲器215、超前生成器220、授予到达监视器230以及SLA和/或策略模块240。
该超前处理器配置成接收对图1的所述通信网100中数据传输所需资源的请求300和310。所述资源例如可以包括空闲传输时间帧/时隙、带宽、传输信道等。
在本发明的一个实施例中，请求300例如可以通过MAC请求来实现，即通过在如ISO/OSI参考模型内定义的媒体接入控制(MAC)层内的网元之间进行交换的消息来实现。
在接收到如图3a所示的MAC请求300时，基站10(图1)的调度器200(图2)触发策略控制会话340，其中与本发明的调度器200的SLA和策略模块240取得联系，并且提供该会话340来检查和处理服务等级协议、通信量调整(traffic shaping)、以及尤其是策略，因为所述请求300可能源自非策略源。
这种策略控制会话340通常仅在基站的多条链的第一跳基站10内必需，即在中间基站20、30和40内不需要执行策略控制会话340，因为在所述第一基站10内已经进行处理。
在所述策略控制对话340之后，借助于由所述超前处理器210发送到环缓冲器215的图3a的消息315，来分配可用资源。例如空闲传输时间帧等的资源，例如可以通过所述环缓冲器215内的入口来描述，并且该资源可能包括诸如确定、保留、有效和无效的各种状态。
由于所述MAC请求300直接来源于所述用户站13，因此分配的资源的状态设为确定，这类似于现有技术的调度器中资源的处理。
稍后借助于对应的由基站10发出的授予消息(未示出)，将所确定的资源授予给用户站13。由用户站13可以发出对所述授予消息的响应350，该响应350可能包含要传输到目的地网元50的数据。
在所述环缓冲器215内给所述资源分配“确定”状态的同时，超前处理器210向超前生成器220发出消息320。所述消息320通知超前生成器220这样的事实，即响应于用户站的MAC请求300要执行多跳数据传输，并因此，超前生成器220向下一跳基站20(图1)发出超前请求310’。
超前请求310’包括基于在第一跳基站10的所述调度器200内执行的调度的定时信息，并且该超前请求310’使得下一跳基站20能够适时地为未来数据传输分配资源，由此可以避免如在现有技术的系统内出现的延迟。
定时信息例如可以包括在向下一基站20发出超前请求310’和向用户站13发出上述授予消息的时间点之间的时间延迟。
一般地，例如借助于超前请求310’提供给下一跳基站20的定时信息，以及用在本发明的调度器200内特别是用于与其他网元进行交换的任何其他定时信息，可以定义为绝对值或微分值。
当使用绝对值来描述定时信息时，利用所述定时信息对不同网元的系统时钟进行适当同步是至关重要的。通过周期性地交换类似于例如超前请求310的控制消息，可以有利地实现该同步。
使用差分值来描述定时信息，需要预知用于网元之间数据交换过程的延迟。
在向下一跳基站20发出超前请求310’之后，在第一跳基站10内接收先前已经授予给用户站13的数据传输350，这将由授予到达监视器230(图2)来验证，该授予到达监视器230监视所授予的资源是实际用于数据传输，还是没有被使用并因而浪费。所述监视使得能够在基站10的调度器200内进行反馈控制并优化定时参数。
通过所述授予到达监视器230得到的信息还用于根据资源是否浪费，将先前分配的资源设为有效状态或无效状态。这使得能够对调度器操作进行统计并进行进一步的评估。
当在基站10内接收到所述数据传输350时，可以将如此接收的数据经由用户站11传递到下一跳基站20，该用户站11与第一跳基站10共同定位，并经由链路10’连接到该第一跳基站10。
在接收所述数据之前，下一跳基站20首先接收已经由第一基站的调度器200的超前生成器220发出的超前请求310’。这在图3b中示出。
在接收到超前请求310’时，下一跳基站20的调度器200借助于向环缓冲器215发送的消息315触发对资源的分配。与根据图3a的情形相比，在本情况下已经接收到超前请求310’，这将通知给下一跳基站20这样的事实，即在未来会需要资源即用于多跳数据传输。
因此，在所述环缓冲器215内，通过将相应资源的状态设为“保留”，来对资源进行分配。仅当接收到确认超前请求310’的MAC请求310(图3a)时，将所述资源的状态从“保留”变为“确定”。
如结合图3a已经描述的那样，在下一跳基站20中，也要触发另外的超前请求310’，这可以通过从基站20的所述超前处理器210向超前生成器220发出消息320来实现。由基站20的超前生成器220发出的所述另外的超前请求310’，例如可以转发到基站10、20、30和40的多跳链的下一基站30。
在从第一跳基站10接收到所述超前请求310’之后并且在向基站30发出另外的超前请求310’之后，在基站20内接收MAC请求300。所述MAC请求300确认先前接收到的超前请求310’，并因此将先前保留的资源的状态从“保留”变为“确定”。
对应的有关该确定资源的授予过程将发生在基站20中，类似于参照基站10和图3a所描述的授予过程。
图4详细描述了由本发明的调度器200(图2)所使用的资源的各种状态。
最初，在如图3a所示接收到超前请求310时将空闲资源设为“保留”状态。此后，在接收到对应于所述超前请求310的MAC请求300时，将资源状态从“保留”变为“确定”。
也可以直接将空闲资源指定为“确定”状态，这是在例如图1所示从用户站13直接接收到MAC请求300时的情况。从而“保留”和“确定”状态用在本发明的调度器200内，来区分从现有技术的系统已知的MAC请求300和本发明的超前请求310，该超前请求310表明未来MAC请求300，并使得设置有所述超前请求310的基站10、20、30和40能够适时地调度用于所述未来MAC请求300和随后对应的数据传输的资源。
对于每个确定的资源，由调度器200发出授予，并且此后响应于该授予，根据数据传输是否已经实际执行，将资源指定为“有效”状态或“无效”状态。
如果还没有响应于授予的数据传输，则将对应的资源首先设为“无效”。根据是否同时已经接收到相应的MAC请求300，还可以对该无效的资源进行重新调度，并因而可以将其状态设为“保留”或“确定”。
本发明的调度器可以使用反馈信息来在本地优化特定基站10、20、30和40内的调度过程。例如，通过例如超前处理器210可以对有关授予的发出的定时信息进行评估和使用，以调整用来生成另外的超前请求310’的定时。
所述反馈信息例如还可以通过例如基站20内超前请求310的到达和对应的MAC请求300的到达之间的时间差来构成。此外所述时间差还取决于相邻上游基站10的调度并且所述时间差可以变化。通过分析所述时间差，使得基站20的本地调度器200能够调整用来向下一基站30发出另外的超前请求310’的定时。
一般地，通过使用本发明的超前生成器220，可以将特定基站10、20、30和40内的调度和授予过程通知给相邻基站10、20、30和40。
此外，在相邻基站30的调度器内还可以考虑由从基站20经由其共同定位的用户站21的数据传输所引起的时间延迟，其中所述时间延迟优选地假设为常数。
本发明的调度器和本发明的操作方法并不局限于用在通信网的基站内。还可以在其他网元内使用本发明的调度器，该其他网元基于具有根据相应请求的授予机制的共享介质，其中要通过多个网元对传输数据进行中继。例如，提供回传信道的有线电视系统就是本发明调度器的未来应用领域。
权利要求
1.一种用于网元，特别地用于通信网的基站的调度器，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予，其中所述调度器包括超前生成器，用于根据先前由所述调度器接收到的请求和/或超前请求来生成超前请求。
2.根据权利要求1的调度器，其中包括超前处理器，能够接收和/或者处理请求和/或超前请求。
3.根据权利要求1的调度器，其中包括缓冲器，例如环缓冲器，特别地用于存储请求和/或超前请求以及/或者有关所述请求和/或超前请求的状态信息，其中所述状态信息优选地包括下列状态中的至少一个保留、确定、有效和无效。
4.根据权利要求1的调度器，其中包括授予到达监视器，用于监视先前请求和/或授予的资源是否已经实际用于数据传输。
5.根据权利要求1的调度器，其中包括SLA和/或策略模块。
6.根据权利要求1的调度器，其中能够执行根据权利要求7的所述方法。
7.一种操作网元的调度器，特别是通信网的基站的调度器的方法，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予，其中根据先前由所述调度器接收到的请求和/或超前请求，向至少一个另外的基站提供超前请求。
8.根据权利要求7的方法，其中在接收到请求时，所述调度器为资源分配“确定”状态。
9.根据权利要求7的方法，其中在接收到超前请求时，所述调度器为资源分配“保留”状态。
10.根据权利要求9的方法，其中在接收到与先前接收的超前请求对应的请求时，所述调度器将所述资源的状态从“保留”变为“确定”。
11.根据权利要求7的方法，其中-如果先前请求和/或授予的资源还没有实际用于数据传输，则所述调度器将先前分配的资源的状态变为“无效”，和/或者-如果先前请求和/或授予的资源已经实际用于数据传输，则所述调度器将先前分配的资源的状态变为“有效”。
12.根据权利要求7的方法，其中将请求和/或超前请求和/或有关所述请求和/或超前请求的状态信息存储在缓冲器中，优选存储在环缓冲器中。
13.根据权利要求12的方法，其中对所存储的请求和/或超前请求和/或所存储的有关所述请求和/或超前请求的状态信息进行评估，特别地用于对所述调度器进行统计。
14.根据权利要求7的方法，其中对关于请求和/或超前请求的到达和/或传输数据的到达时间的资源的调度和/或分配，采用闭环控制。
15.根据权利要求7的方法，其中根据所测量的在超前请求的到达和对应于所述超前请求的随后请求的到达之间的延迟，对资源进行调度以及/或者对有关所述请求和/或超前请求的状态信息进行改变。
16.根据权利要求14的方法，其中执行所述闭环控制，以便-使所述调度器的缓冲器的队列深度最小化，以及/或者-特别是当把请求转发到下一基站时，使延迟和/或抖动最小化。
17.根据权利要求7的方法，其中对服务等级协议进行评估，以及/或者执行有关接收到的请求和/或超前请求的策略。
全文摘要
本发明涉及一种用于网元特别地用于通信网的基站的调度器，其中由所述调度器根据对资源的请求，对所述通信网内传输数据所需的所述资源进行调度和/或授予。所述调度器包括超前生成器，用于根据先前由所述调度器接收到的请求和/或超前请求来生成超前请求。本发明还涉及一种操作调度器的方法。
文档编号H04W28/12GK1787652SQ20051012338
公开日2006年6月14日 申请日期2005年11月25日 优先权日2004年12月6日
发明者拉尔夫·克洛切, 埃尔马·施米德贝格尔 申请人:阿尔卡特公司