用于具有增强服务质量的无线通信的动态自适应的制作方法

专利名称：用于具有增强服务质量的无线通信的动态自适应的制作方法
技术领域：
本申请涉及无线通信。
背景技术：
无线通信系统使用电磁无线电波向无线通信设备提供无线通信业务，所述无线通信设备也可以称作无线节点或访问终端，例如装备有无线通信端口的移动电话或便携式计算机。已经开发了不同类型的无线通信系统以提供不同的无线通信应用。可以设计无线局域网(WLAN)以使用称作接入点(AP)的一个或多个通信设备作为到一个或多个分组数据和其它网络的门户，和在小型地理区域内提供用于移动和其它无线通信设备(即无线节点)的无线业务。每个接入点包含无线电收发信机，其覆盖在无线设备可访问无线业务的称作热点或区域的有限区域。当多个无线设备或节点访问单个接入点时，不同设备或节点的服务质量成为问题。已经广泛地采用IEEE 802.11标准作为用于WLAN的通信协议之一，IEEE 802.11e具有明确解决WLAN内服务质量的特征。
可使用WLAN提供无线宽带业务，例如可包括流视频、电话会议、基于IP的语音和其它服务的多媒体应用。在WLAN内支持更高数据速率的供应和改进已经导致WLAN技术的广泛使用。这可以在家庭、办公室和诸如机场和饭店等商业设施内WLAN网络的增长中看出。然而，无线访问的时变属性和多媒体应用的不同要求使在WLAN内支持无线多媒体业务的任务富有挑战性。随着宽带业务需求的增加，需要在WLAN内支持在无线介质上的不同多媒体业务。正在追求标准化努力以提供WLAN内媒体访问的服务质量(QoS)机制。
IEEE 802.11e是这种努力的例子。做为在WLAN网络内朝向符合多媒体应用要求的步骤，802.11工作组已经在IEEE 802.11e内包括在媒体访问控制(MAC)层上的不同机制。例如参见IEEE-802.11WG，“Draftsupplement to standard for telecommunications and information exchangebetween systems-LAN/MAN specific requirement-part 11MACenhancement for quality of service(QoS)”，IEEE 802.11e标准草案/D8.0(2004年2月)。IEEE 802.11e标准提供称作混合协调功能(HCF)的框架，其在802.11e内规定的两种媒体访问模式之间多路复用，所述两种模式是在增强分布式信道访问(EDCA)名义下的分布式访问模式和在混合协调功能控制信道访问(HCCA)名义下的集中式访问模式。使用分布式信道访问方案，每个流通过基于竞争的算法获得对信道的访问。此方法的目标在于带有未知业务要求的突发业务流。使用集中式访问，使用基于轮询的方案以根据由每个流提供的预留请求授权访问业务流。这种方案非常适合于诸如实时多媒体应用等需要保证信道访问的流。然而，在该方案中，集中式控制器在调度之前需要准确的流相关信息，使其更适合于可预测的业务。该标准还介绍了一种根据在初始化时在预留请求内规定的流要求构建轮询调度的调度器的参考设计。在2002年11月，J.Prado，“MandatoryTSPEC parameter and reference design of a simple scheduler”，IEEE802.11-02/705ar0内可以发现该参考设计的细节。

发明内容
除了其它内容之外，本申请描述了设计以动态地控制在无线局域网(WLAN)内在无线设备和接入点之间的通信从而增强服务质量(QoS)的技术和系统。通过经基于轮询的集中式媒体访问模式和基于分布式竞争媒体访问模式提供媒体访问的动态和自适应控制以进一步增强在IEEE802.11e下WLAN内的QoS，可以实现所描述的技术和系统。
在该申请中描述的一个例子是一种用于在无线局域网(WLAN)内控制通信的方法，所述无线局域网包括作为通信门户的接入点和分别与该接入点无线通信的多个无线通信节点。在该方法中，操作该接入点以从节点接收通信流相关信息。根据与选定节点通信流的属性，给选定节点分配无竞争时间周期以允许每个选定节点在相应的无竞争时间周期内在与其它节点没有竞争的情况下与接入点通信。给剩余节点分配在除了无竞争时间周期之外的时间周期内相互竞争和与接入点通信。在分配之后，在所分配时间周期内的通信过程中监视在每个节点内的通信延迟增加以确定是否需要附加时间。当可以获得附加无竞争时间时，给需要附加时间的节点分配附加无竞争时间。当不能获得附加无竞争时间时，则指示选定节点在与接入点通信时与其它节点竞争。
在另一个例子中，该申请描述了一种在符合IEEE 802.11e的无线局域网(WLAN)内控制通信以支持根据混合协调功能控制信道访问(HCCA)和基于优先权竞争的增强分布式信道访问(EDCA)的与WLAN接入点的基于轮询的无竞争通信的方法。将用于与接入点通信的每个业务间隔划分成(1)HCCA周期，其中向分配使用该访问周期通信的无线通信节点分配无竞争时间周期以在没有其它节点竞争的情况下与接入点通信；和(2)分立EDCA周期，其中无线通信节点基于所分配的访问种类与其它节点竞争以与接入点通信。监视在与接入点通信的每个节点上的通信延迟，还监视在EDCA周期内与节点通信的接入点上的业务负载。根据所监视的节点通信延迟和所监视的业务负载，动态地控制节点对接入点的访问。该动态控制包括下述至少之一(1)给先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信的选定节点分配附加时间；(2)在HCCA周期结束之后，给先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信，已经在HCCA内完成与接入点的所分配通信的选定节点分配在EDCA周期内与其它节点竞争地继续与接入点通信；和(3)当在已经服务先前分配给HCCA周期的节点之后在HCCA周期内尚有未使用的时间时，将在HCCA周期内的无竞争时间周期分配给选定节点，所述节点先前已经被分配在EDCA周期内与接入点通信，以继续与该接入点的通信。
本申请还描述了一种用于在基于IEEE 802.11e的无线局域网内控制在无线通信节点和接入点之间通信以支持根据混合协调功能控制信道访问(HCCA)和基于优先权竞争的增强分布式信道访问(EDCA)的在节点和接入点之间的基于轮询的无竞争通信的示例性系统。该系统包括监视模块，包括HCCA监视器和EDCA监视器，HCCA监视器监视HCCA监视流以生成HCCA测量值，EDCA监视器监视EDCA通信流以生成ECCA测量值；适配器模块，响应于HCCA测量值和EDCA测量值，操作以动态地控制节点在HCCA和EDCA内与接入点的通信，从而降低由各个节点的延迟导致的累积通信延迟。
在该系统的一种实施方式中，适配器模块操作以将HCCA内的附加时间分配给先前分配以在HCCA内与接入点通信的选定节点。在另一种实施方式中，适配器模块操作以给先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信和已经在HCCA内完成与接入点的所分配通信的选定节点分配在EDCA周期内与其它节点竞争地继续与接入点通信。在又一种实施方式中，适配器模块操作以当在已经服务先前分配给HCCA周期的节点之后在HCCA周期内尚有未使用的时间时，将在HCCA周期内的无竞争时间周期分配给选定节点，所述节点先前已经被分配在EDCA周期内与接入点通信，以与该接入点的通信。可以组合这些实施方式。


现在在附图、说明书和权利要求书中详细描述这些和其它实施方式、变型和其它特征。
图1图示在基于IEEE 802.11e的无线局域网(WLAN)内的混合协调功能(HCF)信道访问。
图2图示在基于IEEE 802.11e的无线局域网内的增强分布式信道访问(EDCA)。
图3图示在基于IEEE 802.11e的WLAN内恒定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)的吞吐量比较。
图4图示分别对于两个高斯输入曲线在(1，25，50，100)服务间隔之后剩余队列长度的概率密度函数(PDF)。
图5图示带有通过μ+σ给定的修改ρ的相同高斯输入的剩余队列长度的PDF。
图6图示在当前动态自适应的一种实施方式中的HCCA分配和EDCA分配。
图7A和7B图示用于实施当前动态自适应的示例性算法的伪代码。
图8图示用于动态自适应算法的一种实施方式的一种示例性流程图。
图9图示包括监视器模块和适配器模块以执行动态自适应的系统。
图10图示在仿真中对于CBR和VBR流的剩余队列大小和延迟。
图11A图示动态自适应的一种实施方式，其中将一开始在EDCA内分配的的流重新分配在HCCA内可用时间周期内。
图11B和11C图示图11A所示的实施方式的仿真结果。
具体实施例方式
当前IEEE 802.11e规定支持在基于HCCA和EDCA的两种媒体访问模式之间的业务差别以允许增强的QoS。然而，此业务差别的不同实施方式可以具有不同等级的QoS增强等级。举例来说，由Prado推荐的调度算法有一些技术限制。集中式调度算法假设实时流将在集中式方案过程中根据其要求预留信道访问时间。根据应用，在流传输开始时可能无法获得准确的实时流要求相关信息。例如，使用应用层自适应技术，视频流的比特速率要求根据端到端网络内的拥塞而改变；因此，在初始化时获得准确的信息可能是不可行的。
此外，使用在预留请求内规定的平均值，例如平均分组大小和所要求的吞吐量，HCF仅分配适合于恒定比特率(CBR)业务的固定轮询调度。然而，存在并不具有CBR概况的多媒体业务流，例如质量控制MPEG 4或视频会议，而使用可变比特率(VBR)编码。VBR编码的一些优点包括对于相同平均比特率的更佳视频质量和更短延迟。此外，业务供应商通常使用多媒体内容的VBR编码通过在不同VBR流之间多路复用来提高网络容量。例如参见IEEE学报第86卷第952-973页(1998年5月)，Lakshman等人的“VBR videoTradeoffs and potentials”，和Ming-Ting Sun和Amy Reibman的Compressed Video Over Networks，第9章，MarcelDekker(2001)。因为在所接收预留和业务变化内的可能不准确性，Prado的HCF调度策略可能是低效和不合适的，可能导致不可接受的延迟，因而不利地影响多媒体质量。
维持具有可变需求的实时流质量的方式之一是在预留时间为流需求过度地规定。尽管该方法改善了多媒体质量，但是严重影响了系统容量。另一种方法是收集流相关信息，和预测其未来需求以更准确地执行资源分配。注意到监视频率应当取决于业务流需要随着时间的固有相关性。使用这种方法的预测精确度可能导致低效的资源分配。
为了在不影响系统容量(信道使用)的情况下改善质量，我们推荐一种动态自适应方法动态地识别和估计可变需要，和提供机制以允许选择性地附加信道访问。通过将附加时间适当地提供给多媒体流，可以改善服务质量使其高于一些静态调度器下的服务质量。在下面描述的一种实施方式中，提供自适应策略配置基于轮询的调度策略和动态地相关业务流和适当的媒体访问模式。该策略考虑在预留信息内的可能不准确性、在流生成和吞吐量要求内的变化和当前的系统使用。此外，在最低影响网络内其它流的情况下，该策略执行这些自适应。为了评估这种方法的效率，比较这种自适应策略与Prado的802.11e调度器的参考设计。我们通过我们的自适应来证明，可以实施本方法以实现在延迟和吞吐量量度方面QoS的显著改进。此外，我们证明了当前的自适应在多媒体应用质量和系统容量上的影响。
在一些实施方式中，可以配置当前的动态自适应以部分地提供基于接入点(AP)的QoS规定机制来协调IEEE 802.11e的集中式(HCCA)和分布式(EDCA)方案。具体而言，我们研究将流映射到HCCA和EDCA阶段如何影响所实现的QoS。我们首先评估分别将背景和实时业务分别限制到EDCA和HCCA周期的传统方法。已经识别了使用此方法的限制，我们评估根据流负载和应用要求在两个周期之间动态地移动流的潜在优点。可以使用当前的动态自适应在运行时间上确定应当在HCCA、EDCA或两者内服务于流。所推荐的策略考虑在预留信息内可能的不准确性、在流生成和吞吐量要求内的变化和当前的系统使用。此外，该策略在最低影响网络内其它流的情况下执行这些自适应。我们证明使用我们的自适应，可以显著地改善在延迟和吞吐量量度方面的多媒体应用QoS。
通过经例如使用轮询周期内的可变时间以最小化实时多媒体流经历的延迟，改善WLAN网络的系统使用，可以使用动态自适应改善在WLAN上终端用户感受的服务质量(QoS)。此外，通过在可获得时间的情况下分配集中式轮询周期内的时间，动态自适应提高流吞吐量，所述流可能是软实时流。动态自适应的整体方法是动态地相关业务流和两个信道访问模式，并根据所监视的业务信息修改访问特权。具体而言，使用在802.11e的集中式轮询周期内的调度的流，称作混合协调功能信道控制访问(HCCA)，我们考虑跟踪队列信息以识别出何时业务预留变化已经导致队列累积。当出现这种情况时，将附加时间分配给业务流以降低流队列大小和防止更高的经历分组延迟。如果在HCCA内存在可用时间，则我们通过在已经轮询所有先前调度的流之后重新轮询流来分配附加时间。然而，如果在HCCA周期内不存在时间，则试图通过更佳地使用802.11e的分布式竞争周期，称作增强分布式信道访问(EDCA)周期来降低队列累积。该算法估计在EDCA内的当前负载，根据该负载，发送鼓励HCCA业务流在EDCA周期内发送的信号。除了最小化HCCA调度流的延迟之外，本发明的算法还试图通过当存在可用时间时分配HCCA周期内的时间来改善EDCA流的QoS量度。对于该自适应而言，本发明目标在于由于拥塞或信道变化而经受吞吐量降低的高优先权流。
当前动态自适应的各种实施方式的潜在应用包括给终端用户提供保证服务质量的能力和改善WIAN网络的系统使用等。对于将经受大量的实时多媒体应用的WLAN设施而言，例如机场、办公室(电话会议)和家庭，该技术在商业上可能非常有用。
在下面的段落中，简要地讨论在IEEE 802.11e内的增强以支持业务差别的某些特征。接着，还讨论在Prado的调度算法中用于实施在IEEE802.11e内业务差别的特征和限制。最后，随后描述当前动态自适应方法的具体实施和仿真结果。
IEEE 802.11e定义称作混合协调功能(HCF)的新操作模式。图1通过图示两个相邻业务间隔(Si)图示HCF信道访问，其中每个业务间隔包括HCCA周期和EDCA周期。HCF在两种媒体访问模式之间多路复用由增强分布式信道访问(EDCA)引导的基于分布式竞争的方法和称作HCF控制信道访问(HCCA)的基于集中式轮询的方法。两种访问功能增强在802.11a/b/g内规定的原始访问方法的功能分布式协调功能(DCF)和点协调功能(PCF)。在802.11e内推荐的两种访问方案公共的基本概念是传输机会(TXOP)的概念。TXOP是允许节点传输的有界时间间隔。当根据在HCCA内的业务流确定在EDCA内的TXOP时，在每个节点的基础上选择TXOP。
在IEEE 802.11e内的增强分布式信道访问为了支持业务差别，802.11e通过提供称作EDCA的差别信道访问机制基于原始802.11分布式协调功能(DCF)来改善。EDCA是802.11的先前分布式信道访问机制的参数化版本，相关联不同的信道访问参数和分类成称作访问种类(AC)的不同类别的不同业务流以区分在不同流之间的媒体访问优先级。在图2内图示通过EDCA的信道访问优先级化。修改的信道访问参数是仲裁帧间间距(AIFS)，它是在开始后退之前等待的最小时间间隔；传输机会(TXOP)，它是节点可以发送的最大持续时间；和竞争窗口参数(CWmin和CWmax)，它确定在开始传输之前等待的时隙随机数量。
对于每个访问种类(AC)，由接入点(AP)确定访问参数，并做为信标发送给网络内的节点。
在IEEE 802.11e内的HCF控制信道访问除了优先级化的信道访问之外，802.11e协议描述称作HCF控制信道访问(HCCA)的集中式信道访问方案以提供保证的QoS。图1图示由802.11e HCCA使用的信道访问方案。类似于原始的点协调功能(PCF)，HCCA使用基于轮询的机制，其中由AP控制媒体访问。在原始PCF和HCCA之间的主要差别是当无竞争周期可能出现的灵活性。如果介质在短于最小AIFS的PCF帧间间距周期内保持空闲，则AP可以开始无竞争HCCA周期。
在HCCA无竞争周期过程中，AP在称作TXOP的固定时间持续周期内轮询节点，所述TXOP根据由每个流定期发送给AP的预留信息计算得出。通过来自AP的轮询请求和在这个周期内初始化每个节点的TXOP，在上行链路和下行链路方向内可能同时出现传输。根据在网络内存在的所有节点的最低延迟要求确定称作业务间隔SI的周期性。这个周期允许多个无竞争传输，如果出现下述情况之一则结束AP或节点都不具有任何需要发送的分组，信道空闲时间已经超过超时周期或者时间周期已经过期。注意到在HCCA内使用的TXOP不同于在EDCA内使用的TXOP，由AP确定和根据流要求计算。固定持续时间的使用允许AP限制分配给每个节点的时间，和由缺省变量dot11DefaultCPTXOPlimit限制。
在IEEE 802.11e内的混合协调功能调度现在描述Prado的IEEE 802.11e的参考调度器。具有严格QoS要求的节点发送包含流信息的预留请求，所述流信息例如是平均应用数据速率(ρ)、平均分组大小(L)、最大MSDU大小(M)、延迟界限(D)和最低物理数据速率(R)。使用这种预留请求，调度策略确定轮询的周期性和持续时间。AP确定将要用于所有节点的最小业务间隔(SI)，其中SI是在节点的连续轮询之间的持续时间。选定SI是802.11e信标间隔持续时间的最高子倍数，它满足每个流的延迟要求；即选定SI应当低于所有流要求的业务间隔的最小值。在确定用于流的SI之后，AP还如下根据平均应用数据速率将固定TXOP分配给每个流。
REQi=ρi*SIMi---(1)]]>TXOPi=REQi*(MiR+O)]]>其中O是由于PHY和MAC首部、IFS、确认帧和轮询帧导致的开销。
在HCCA内为每个SI花费的最大时间受dot11CAPMax变量的限制，在信标间隔内的总受控访问时间受dot11CAPRate的限制。上述两个变量限制控制访问周期的持续时间，和界定控制访问模式对在竞争访问模式内的业务流的影响。如果新流的引入违反上述两个要求中的任一个，则AP并不许可附加请求。
上述HCF调度策略具有多个技术限制。这种限制可能显著地降低使用VBR流的多媒体通信的QoS。因此，需要支持实时流要求的新技术。下面的段落将说明支持带有可变和不可预测流要求的多媒体流的需要。
实时流的可变需求为了在WLAN内提供对不同实时多媒体应用的支持，理解业务需求和这些应用的需求是很重要的。下述分析集中于基于视频的应用；然而，可以将分析结果同等地应用于其它应用。
在视频应用中，可以使用导致不同比特率要求的不同目标编码流。称作恒定比特率(CBR)的一种类型的编码试图通过适当调整压缩参数维持编码流的带宽要求。然而，CBR编码导致随着时间变化的质量以维持恒定比特率。另一种类型的编码试图通过使用恒定压缩参数维持编码多媒体质量，这导致随着时间变化的比特率要求。普通VBR编码应用的例子包括质量控制MPEG4、视频会议、视频多播、等等。业务供应商通常使用多媒体内容VBR编码通过在不影响多媒体质量的情况下在不同VBR[4]之间多路复用来提高网络容量。
我们使用示例的视频轨迹来说明在CBR和VBR流之间的差别。图3(a)和3(b)图示电影(25帧/秒的侏罗纪公园)的CBR和VBR编码随着时间变化的比特率要求。对于VBR编码视频，比特率要求可能随着时间变化很大。
除了VBR编码之外，应用层自适应可能导致比特率要求随着时间的变化。例如，当前的流服务器动态地在不同目标比特率上静态编码的不同流之间动态地切换，从而克服在端到端网络内的带宽波动。该应用层自适应导致动态地改变视频流内的流要求。已经说明流要求可能随着时间改变，接着，我们分析使用带有可变业务流的HCF参考调度器的影响。
HCF参考调度策略的分析如先前所述的，Prado的参考调度器根据平均数据速率为每个流分配固定TXOP，在固定业务间隔内服务每个流。尽管该调度非常适合于CBR业务，带有VBR业务的HCCA流队列可能累积，最终导致很大的时延和丢失分组。
为了理解VBR业务的802.11e调度的限制，我们评估由于使用参考调度器的剩余队列长度导致的业务流延迟。我们将VBR业务数据速率模型化为分别具有平均和标准偏差μ和σ的高斯曲线概率密度函数。使用高斯曲线表示VBR是从先前的研究[6]和[7]获得的启示。对于上面说明的例子，可以将比特率要求模型化为具有平均338Kb/秒和标准偏差134Kb/秒的高斯分布。
用x表示以分组数量形式的队列长度值，i是当前的业务间隔。我们分别用INi(x)和RESi(x)定义在业务间隔i内分组抵达和剩余队列长度的概率分布函数。
INi(x)=12πσ2*e-(χ-μ)22σ2---(2)]]>在业务间隔i之后的剩余队列长度是在最后一个业务间隔内的剩余队列长度、输入分组和在当前业务间隔内调度的分组的函数，如下面表示的。
RESi(χ)＝f(RESi-1(x)+INi(χ)，SCHi(x))(3)其中SCHi(x)表示由HCCA调度器在业务间隔i内调度的分组数量。
使用HCCA调度器，每SI服务的分组数量是固定的，并基于由AP给定的TXOP。我们假设ρ是每SI服务的分组数量，即iSCHi(χ)＝impulse(ρ) (4)因此，由下式给出剩余队列长度 注意到剩余队列长度的概率密度函数在零上是不连续函数。而且，在服务间隔末端上没有分组的概率等于需要服务的分组小于每服务间隔服务的分组数量ρ的概率，所述需要服务的分组由输入分组和前一服务间隔的剩余队列长度给出。
因为由于剩余队列长度的不连续函数RESi(x)导致在固定数量的服务间隔之后确定上面等式的概率曲线的闭合形式很困难，本发明使用不连续概率分析评估这些等式。为了理解在固定数量的服务间隔之后节点的剩余队列长度可以如何改变，使用Matlab输入具有HCCA调度器服务速率的高斯概率密度函数，并使该程序在固定数量服务间隔之后输出剩余队列长度的概率密度函数。
本发明评估用数字考虑两个高斯输入(μ，σ)[(20，5)，(20，1)]的这些等式以发现该流的剩余队列长度的概率密度函数。对于该评估，因为802.11e参考调度器规定平均值，我们考虑等于平均ρ＝μ的服务速率。图4(a)和4(b)图示分别对于两个高斯输入曲线在(1，25，50，100)SI之后剩余队列长度的概率密度函数。注意到这些曲线表示在100个SI之后队列长度的预期值不为零。实际上，对于两个高斯输入的队列长度的预期值分别是41个分组和17个分组。
随着剩余队列长度的增加，每个分组的延迟增加，并且潜在地可能大于可容忍的延迟限制。根据所使用的传输协议，该高延迟导致退化的视频回放，例如停止和污点。例如，当使用TCP时，由于其可靠的分组发送机制，在分组内的延迟导致停止。然而，当使用UDP时，如果分组并未按时抵达，则缺省分组丢失隐藏技术使用前一帧。隐藏方法将导致在视频回放内的污点。接着，我们讨论由于VBR编码及其限制导致在寻址可变性内的替代技术。
当前方法的限制Pado的HCCA调度的限制之一是将具有硬性最终期限的实时流限制为在HCCA周期内的固定持续时间被提供服务，而使其它流在EDCA内竞争。尽管这种调度策略很简单，其若干限制在于满足各种应用的要求，例如如上所述的具有VBR业务的实时流。降低剩余队列长度累积的可能解决方案是用于每个流的过度规定，和分配用于每个服务间隔的附加时间。一个例子将在确定每个服务间隔内所服务的分组数量同时使用平均和标准偏差参数。
图5(a)和5(b)说明带有由μ+σ给出的修改ρ的同一高斯输入的剩余队列长度的PDF。剩余队列长度的预期值显著地降低。上面的例子说明如果可以为每个流多次分配，则能够避免队列累积。然而，在可服务AP的流数量和分配给每个流的时间量之间存在折衷。因而，为了满足VBR要求，需要动态地将附加时间分配给VBR流。
此外，在参考调度策略内，AP维持集中式HCCA和分布式EDCA周期之间的明确划分。根据分立资源分配方案，即使当在EDCA周期内的负载很低时，也可以允许使用基于竞争机制发送实时流。由于dot22CAPRate和dot22CAPMax施加的限制，这导致在竞争周期内信道资源的低使用率，并降低HCCA流内的容量和多媒体质量。
其他研究者观察到VBR业务的当前调度器的类似限制，并建议灵活的HCF(FHCF)框架以解决上述的一些限制。例如参见在Proc.of WiOpt，Modeling and Optimization in Mobile，Ad Hoc and Wireless Networks(2004.03)内Pierre Ansel，Qiang Ni和Thierry Turletti的“An efficientscheduling scheme for IEEE 802.11e”。简单地说，FHCF算法监视队列长度，和根据此信息扩展或缩短每个流的TXOP。在限制附加时间的情况下，该算法以公平的方式在流之间划分时间。使用此方法存在多种限制(1)公平地将所分配的时间划分给每个流可能不足于提供剩余队列累积的消除；(2)积极的自适应以调整TXOP可能在业务变化性很高的情况下导致进一步延迟；和(3)频繁调整TXOP可能干扰(激烈抖动)在HCCA周期内调度的其它节点。
自适应策略本应用描述了可用于改善整体服务质量(QoS)的动态自适应框架的实施方式。在一些应用，此动态自适应可用于至少部分地克服由于Prado和相关负面影响的802.11e调度算法的限制。
为了改善多媒体流的QoS，可配置和实施动态自适应以最小化预期分组延迟的累积使用值。我们可以通过下式表示该目标MinΣj=1NUj(dj)---(5)]]>其中j表示节点索引，dj是节点j经历的平均分组延迟，和N是节点总数。因为流的经历分组延迟是剩余分组队列长度的函数，我们具体考虑最小化在每个服务间隔内累积剩余队列长度的使用MinΣj=1NUj(resj)---(6)]]>其中resj表示节点j的平均剩余分组队列长度。
通过动态地配置HCCA周期内的轮询调度，称作HCCA分配，如果需要的话，选择性地允许实时流在EDCA周期内发送，称作EDCA映射，我们的算法的整体方法最小化剩余队列长度。
HCCA分配可使用HCCA分配确定轮询调度，从而符合等式6表示的目标。可以将轮询调度表示为[(PU1，PTXOP1)，......，(PU1，PTXOP1)，......，(PUT，PTXOPT)]，其分别表示被轮询的节点索引和分配用于第1个轮询的TXOP，T是轮询的最大次数。将为每个流j请求的平均时间表示为TXREQj，和可以将在称作TXOPj的服务间隔j内分配用于每个流的时间表示为TXOPj=Σ∀(l)wherePUl=jTPTXOPl---(7)]]>我们假设轮询调度解决方案应当符合HCCA调度器的内在限制；(1)所分配的总时间必需低于在每个服务间隔内可用的总时间；(2)在HCCA时间周期内必需至少轮询每个节点一次，轮询时间是不重叠的；和(3)分配给每个节点的时间必需大于或等于该流的请求平均要求。可以用下式表示上述限制。
Σj=lNTXOPj<MAX_POLL_PERIOD---(8)]]>(j)(PUl)s.i.PUl＝j (9)TXOPj≥TXREQj(10)在上述等式中，MAX_POLL_PERIOD表示在由dot11CAPMaxRate和dot11CAPRate设置确定的每个服务间隔内可获得的最大轮询持续时间。
EDCA映射除了分配在HCCA周期内的可用时间之外，我们考虑当在HCCA周期内没有时间可用于重新分配时的情况。当前HCF框架假设实时流将仅在它们的所分配时间发送分组。然而，通过选择性地允许一些流进入EDCA周期，我们试图当不可能在HCCA周期内增加TXOPj时降低队列累积。
EDCA映射的目标是选择用S表示的流，这可受益于EDCA内的附加时间，限制在于由于附加实时流最小导致对EDCA流的影响。我们需要理解在HCCA延迟降低的益处和对EDCA流的不利影响之间的折衷。此目标是选择可用下式表示的集合MaxU(Σm∈SBm,Σm∈SCm)---(11)]]>其中Bm表示节点m的延迟降低方面的总益处，和表示在EDCA内映射节点m的成本。主要地，Cm是可用吞吐量、拥塞和增加冲突形式给出的对EDCA流的影响。
自适应策略的实施方式当前动态自适应的实施方式基于下述假设。首先，我们假设AP使用参考调度器以确定初始化轮询调度。使用该方案，AP接收预留请求，调度在网络内每个节点的适当传输机会，和使用固定服务间隔轮询所有节点。因此，对于每个流j，确定下述参数基于预留请求的原始服务时间TXREQj和用于节点j的轮询时隙PU1。注意到使用原始调度器TXOPj＝TXREQj＝PTXOP1，意味着分配给节点j的总传输机会等于平均服务时间TXREQj和PU1＝j。其次，假设每个流限制于在一个服务间隔过程中的一个轮询。换句话说，Σ∀ls.i.PUl=jPUl=1---(12)]]>使用这些假设，在每个SI之后在HCCA内调度的流的理想队列长度是零。
此外，我们假设已经在HCCA内调度的流仅在基于轮询的周期内发送分组，和限制没有预留的剩余流以在EDCA周期内发送。此外，所有的流使用802.11e分组首部的控制字段将队列长度信息提供给AP。最后，可以通知实时流在EDCA周期内发送的可能性。
图6图示我们自适应的整体策略。为了修改信道访问特权和为流分配附加时间，我们回答下述问题(1)我们如何识别需要修改流和以公平方式在流之间选择？(2)我们应当如何执行HCCA分配从而最小化对网络内其它流的影响？(3)哪些是运行EDCA映射自适应的可接收条件和何时应当予以运行？确定将要修改的流我们通过查看剩余队列长度的使用函数确定需要修改哪些流。注意到为了最小化剩余队列长度的使用函数，可以降低节点的实际队列长度。我们使用最陡峭降低方法来最小化剩余队列的长度。假设U(resj)＝resj/TXREQj，我们开始于具有将潜在地具有最高延迟的队列长度的节点j，考虑其TXREQj，换句话说max(resj/TXPREQj)。
尽管该期望方法发现具有最大队列长度的节点给出它们的预留请求，将在HCCA周期内的所有剩余时间分配给一个节点将导致不公平。为了确保其它流能够接收一些可用的附加时间，我们组合队列信息与最后一个自适应时间以确定每流的加权，和根据这些加权执行循环选择。
HCCA分配一旦确定需要修改流，该算法需要确定是否可以和有益于分配附加时间和修改信道访问特权。对于可能的HCCA分配，在HCCA内已经存在足够的剩余时间用于轮询流，即在已经调整TXOPj之后，∑(1，j＝S)TXOPj＜MAX_POLL_PERIOD限制应当依然保持。
在我们的方案中，如图6所示，我们通过在已经轮询所有先前调度的流之后通过重新轮询流i来分配附加时间。我们维持原始轮询列表，因此，在轮询1至N之间，所调度的节点即PU1至PUN和所分配的时间保持固定。然而，对于剩余轮询，从N+1至T，我们选择已经识别为可能VBR流的流，并分配适当的TXOPj用于这些流。
在各种应用中，与用于流的持续时间的简单扩展相比，该方法可能更佳合适，因为这可以避免在HCCA内调度的其它流的不必要延迟。回忆起通过调整在轮询1开始的用于流j的PTXOPj，其中PU1＝j，先前讨论的PHCF方案配置在轮询内节点的固定TXOPj。使用该方法，由于在其之前调度流的附加时间分配，可以延迟其它流。通过保持原始调度，我们避免影响其它流。尽管存在附加轮询的额外开销，该开销最小，仅包括轮询帧和SIFS周期。此外，FHCF算法试图通过降低节点的TXOPj来利用流的“滞后”。尽管这可能提供更多的分配时间，该降低意味着在一些间隔上，所分配的时间低于所预留的时间，TXOPj≥TXREQj。这可能违反该流将具有为每个服务间隔预留的至少平均要求的假设。尽管PHCF算法在需要时最终调整附加时间，此改变可能导致在所分配时间内的恒定振荡。
EDCA映射在HCCA分配不可能的情况下，另一种用于最小化剩余队列长度的方法鼓励流在EDCA周期内发送，如图6所示，其中允许节点j在EDCA内发送。该自适应的一种考虑因素是由于节点j的映射对EDCA内流的不利影响Cj。如果当网络拥塞时鼓励HCCA流在EDCA内发送，业务流可能受冲突导致的重复传输的影响，并导致对其它业务流的不利影响。因此，为了避免这些问题，必需由AP估计网络负载。
在我们的方法中，使用两个统计数字估计网络负载使用系数和冲突计数。通过监视在EDCA内使用的时间，求和在总可用时间上成功接收分组的传输持续时间，AP计算使用率。尽管使用系数是在低负载条件下网络负载的良好指示符，随着冲突导致的负载增加，该数值降低。在这些状态下，我们还使用通过平均在EDCA周期上出现的冲突数量确定的冲突量度。在实验部分内可以发现关于使用系数和冲突计数的细节的实验。
在我们所建议的自适应方案中，在固定数量的SI之后，我们比较当前的使用率和冲突量度与预先设置的阈值，和确定是否适合于将附加VBR流映射到EDCA周期。这是为了最小化对EDCA流的影响，和避免所引入VBR流经历的附加冲突。在EDCA周期内映射的流通过先前描述的优先级确定，和基于当前剩余队列大小和最后一个自适应时间。为了降低错误自适应的负面影响，我们监视在自适应之后改变的使用率和冲突量度。在平均使用率降低和冲突显著增加的情况下，我们反转VBR流的最后一个EDCA映射自适应。通过分别在负载量度内的改变和在剩余队列大小内的降低，提供该自适应的成本和益处。
自适应算法和框架在图7A和7B内提供的伪代码进一步提供上述算法的细节。该算法的第一步骤是监视当前网络状态。随后，AP继续原始轮询调度和相应地更新队列统计数字。已经完成轮询原始调度之后，随后，该方法分配在HCCA调度周期内的附加时间。通过计算在HCCA内的可用时间(hcca_slack)，该算法重复地确定是否存在可用时间以在HCCA内调度。该流的选择处理基于在该部分内先前描述的加权。在HCCA周期不能支持附加轮询和存在需要附加调度的剩余HCCA流的情况下，AP明确地通知实时流以在EDCA周期内发送。
图8进一步图示说明一种自适应算法实施方式的流程图。
为了运行所述动态自适应，可以实施自适应框架以包括两个主要功能组件监视器模块和适配器模块。图9图示包括监视器模块和适配器模块的系统。监视器包括HCCA监视器和EDCA监视器。监视器跟踪在HCCA和EDCA周期内的当前状态，和通过多个跟踪统计数字向适配器提供流加权和HCCA和EDCA周期的负载信息。使用由监视器提供的这些数值和信息，适配器确定哪些节点可受益于该切换，当能够切换节点时，应当如何切换它们。
仿真分析使用在一组不同的多媒体业务概况和网络负载上的自适应框架，已经执行基于802.11e的仿真。我们简要地开始于描述实验设置和系统配置。接着，我们估计在HCCA和EDCA周期内HCCA流重新分配导致的性能改善。随后，我们介绍该框架与Ansel等人的上述公开文献内推荐的灵活HCF(FHCF)机制的比较。最后，我们描述自适应在视频质量和整体系统容量的影响。
仿真设置和系统配置为了我们的实验，我们使用由Opnet提供的Opnet仿真环境。参见“Opnet simulation framework”，http://www.opnet.com/。为了仿真802.11标准，我们修改IEEE 802.11b MAC层模型以协调HCCA和EDCA服务差别。我们已经使用其它已知模型验证我们的802.11e实施方式。在表1列出仿真无线网络的缺省特征。
表1.仿真参数设置

表2.应用概况和特征

在我们的网络配置中，我们假设每个节点仅与一个流相关，并保持均匀地分布在300m×300m区域内即接入点范围内的固定位置上。为了生成不同类型的应用业务，由来自视频轨迹的信息指导，我们使用Opnet应用和概况配置设置分组大小和分组间间隙。对于VBR视频源模型，我们合并使用从http://trace.eas.asu.edu/上的“Video traces for network performanceevaluation”收集的H.263视频流的各种分组轨迹。表2总结在我们的评估内使用的各种应用概况。
HCCA分配的评估在评估我们推荐的自适应之前，我们开始于说明当前用于VBR业务的HCF调度策略的限制。为了比较算法的性能，我们使用延迟作为服务质量(QoS)的量度。我们首先评估使用HCCA参考调度器由CBR和VBR实时流经历的延迟内的差别。
图10(a)和10(d)图示剩余队列累积和由CBR(Video1_CBR)流经历的延迟。注意到对于CBR流，经历的延迟很低，和恰好在期望延迟限制(120ms)内。然而，对于VBR流，该流经历高队列累积和延迟，如在图10(b)和10(e)内图示的。
已经图示了参考调度器的限制，我们评估在上述情况下HCCA流上的算法性能。图10(c)和10(f)分别图示使用HCCA内的算法时间分配的经历时延和队列大小。如从图中可以看出的，所推荐的算法可以显著地降低HCCA流经历的延迟。所观察到的在这种情况下的延迟降低是由于将HCCA周期的剩余时间重新分配给VBR业务流。通过降低VBR流的延迟的队列累积，该算法可以避免超过最大延迟和降低该流经历的分组损失。
接着，我们评估我们的自适应算法在具有不同可变性的VBR流上的应用。为了此评估，我们查看不同的Video1_VBR流序列，和观察使用和不使用我们的自适应框架由流经历的平均延迟。表3图示我们的评估结果。对于每个视频序列，我们报告数据速率的平均和标准偏差、有和没有我们的自适应所经历的延迟。
表3.视频可变性对自适应的影响

可以从表格中看出所推荐的自适应能够显著地降低在所有情况下的时延。需要注意的一件事是视频可变性不能仅仅由其标准偏差给出。在剩余队列长度累积方面，视频的重要特征是临时可变性。注意对于Video1_1，其中标准偏差小于其它视频，没有自适应的经历时延依然很大。更接近地查看这些流的分组概况，我们可以看出这些视频流的临时可变性(突发性)能够显著地影响时延。分组概况表示一些视频，例如Video1_2，具有略高的标准偏差，但是可变性很好地分布在仿真时间上，避免显著的队列累积和很好的时延。此外，在该评估内，我们已经假设对于给定服务间隔内的每个流，允许至少一个附加轮询。我们相信通过允许每服务间隔多于一个轮询，能够改善自适应的影响，能够适当地配置这个参数以支持具有广泛变化数据要求的业务流。
表4.自适应对HCCA VBR流的平均吞吐量和延迟的影响

现在我们查看当存在多个VBR流时自适应的影响。我们考虑一个CBR流(Video2_CBR)和将具有VBR业务的HCCA流(Video1_VBR)的数量从一个改变成八个流。表4说明了在所考虑的所有HCCA流上平均的所实现的吞吐量和经历的时延方面我们的评估结果。由于没有自适应的VBR流实现的吞吐量内的变化是由于在Opnet仿真内的随机事件相关变化。使用更长的仿真持续时间有可能避免这种情况。然而，可以看出使用自适应，在平均吞吐量上的改进主要取决于VBR流的数量，并且随着同时VBR流数量的增加而降低。例如，随着节点数量从一增加到八，自适应影响从64x降低到29x。这主要因为在HCCA周期用于重新分配的可用时间随着节点数量增加而降低的事实，因此该自适应算法效率较低。
在EDCA内的流重新分配在HCCA周期具有受限可用时间的情况下，HCCA内流重新分配的效率降低到没有自适应的情况。在该子部分内，当在HCCA内重新分配不可能和EDCA内的负载能够支持附加流时，我们查看在我们推荐的自适应内的第二种方法，EDCA映射。对于这些时延，我们考虑三种情况(1)当不使用自适应时(Adapt_None)；(2)当允许在EDCA周期内内发送所有VBR流时(Adapt_All)；和(3)当允许选定节点在EDCA内发送时(Adapt_Select)。对于每种情况，我们观察使用系数、冲突计数、延迟和被修改的VBR节点的吞吐量。表5图示这些参数分别在各种情况下的数值。
在没有自适应的情况下，可以看出随着活动节点数量在EDCA内增加，用成功传输所用的时间与在EDCA内可用的时间之比测量的使用率增加，和随着节点数量增加而稳定化。对应于使用率稳定化，随着活动节点数量由于基于竞争信道访问而增加，冲突计数显著地增加。此外，没有自适应，VBR流在所有情况下都经受不可接受的延迟和低吞吐量。

已经查看不使用自适应的情况，我们考虑允许在EDCA内发送需要附加时间的所有VBR流的情况。从该表我们可以看出当在EDCA周期内存在一个至八个节点的情况下修改VBR流时，使用率量度和冲突计数略微增加。然而，在具有12和16个节点的情况下，通过使用该自适应而不考虑在EDCA内的负载，VBR流可能不利地影响EDCA使用率。例如，在16个节点的情况下，使用EDCA映射导致使用系数的降低，从0.400到0.357，在冲突计数内的增加，从13.75至13.9；因此，需要选择性地确定何时使用EDCA映射。
在我们选定的自适应内，我们使用两个阈值、冲突计数和使用系数来确定何时使用EDCA周期。我们当前的实施方式使用4的冲突计数阈值，和使用系数阈值固定在0.3，如先前仿真所指导的。在12和16个节点的情况下，该阈值表示在网络内的负载很高，自适应策略并不使用EDCA映射计数。当在EDCA内存在很少的节点内，自适应在每个服务间隔上运行，而对于四个和八个节点的情况下，选择性地执行自适应；因此，时延高于在ADAPT_ALL情况内的时延，从而避免显著地影响EDCA内的流。
根据上述实验，我们已经说明使用两种技术，在HCCA内时间的重新分配和在EDCA周期内引导的传输，自适应框架能够显著地降低VBR流经历的时延。
与灵活HCF的比较除了比较我们的工作与802.11e参考调度器之外，我们还比较所建议的算法与在引用的Ansel等人的公开文献内推荐的灵活HCF(FHCF)。为了执行这个与FHCF的比较，我们在Opnet框架内执行该算法，并考虑多种情况。我们重新考虑在表3内使用的情况和评估FHCF算法的性能。在表6内发现的实验结果说明使用FHCF由VBR流经历的时延高于使用我们的自适应。我们相信这是因为业务流的突发性，这可能导致FHCF算法过早地缩短TXOP，并导致更高的时延。尤其在Video1_4的情况下，FHCF不能将时延降低到可容忍的阈值之下。
表6.使用FHCF可变性的影响


表7.所推荐的方法与FHCF的比较

在查看使用FHCF一个VBR流如何进展之后，在下一个情况下，我们在四和十六之间改变VBR流数量，和使用类似的业务概况(Video1_2)。我们将相同的业务概况用于所有流以仿真在所有流的需求之间存在高相关性时的情况。在表7内总结了结果。为了比较FHCF和我们的自适应，我们考虑这些情况以明确在这两种方法之间的差别和潜在的优点。在四个节点的情况下，在HCCA内可用的时间足以通过两种方法协调可变要求；因此，我们推荐的自适应和FHCF预期将具有类似的性能。然而，我们观察到我们的自适应比FHCF执行的更好，如在早期结果内观察到的，这是潜在地由于业务流突发。在八个节点的情况下，可用的时间有限，AP必需公平地分配附加传输机会。为了实现公平，FHCF在这些流之间均匀地划分剩余时间。然而，分段的传输机会对于流来说可能不足以克服业务变化性，导致如在表格内观察到的更高时延。可替代地，我们推荐的自适应试图使用循环方法在多个SI上实现公平。在每个SI内，该算法选择一组流以根据其预留参数轮询和分配附加时间。我们相信这种方法导致通过我们的算法的改善时延性能。最后，在十六个节点的情况下，在HCCA周期内不存在可用时间，因此，FHCF流不能使用它的任一机制来处理在流内的变化性。因为在EDCA内传输的附加机会，我们所推荐的自适应更加公平。
我们评估的下一个方面是延迟对由FHCF方法在HCCA周期内调度的其它流的影响。对于该评估，我们观察一个VBR流(Video1_VBR)和多个CBR流(Video2_CBR)的情况。类似于先前的仿真，VBR流的性能得到改善。然而，对于在VBR节点之后调度的CBR流，我们观察到由于自适应在平均延迟内10％的增加。
根据上述分析，Prado的802.11e HCF调度器在支持实时多媒体流方面表现出多个限制。更具体地，参考调度器不能充分地支持具有可变要求或流的多媒体流。在可变流要求的情况下，HCF调度器可能导致很高的时延，不利地影响实时多媒体质量。此外，我们观察到HCF框架将不同的流映射到不同的媒体访问模式，其中实时流局限于基于轮询的机制。上述划分在繁重HCCA负载的情况下可能导致很差的信道利用率。
当前的动态自适应监视在流要求内变化的每个流的状态，动态地适当关联业务流，配置轮询调度以允许到滞后流的附加轮询，和选择地将实时多媒体流映射到在EDCA内低负载的情况下访问的EDCA模式。我们的比较评估证明自适应降低了在实时流内观察到的时延，在时延、多媒体质量和网络容量方面与其它已知技术相比更加公平。
在开发这个自适应框架时，我们观察到在业务流内的变化可能显著地增加时延，甚至在预留内的最小变化也可能导致很大的时延。因为AP仅根据预留请求分配时间，这些请求的准确性在维护期望的QoS中很重要。因此，在一些应用中，应当使用预留作为指南，而应当根据所监视的流要求动态地分配附加资源。
上述动态自适应的实施方式允许(1)将附加时间分配给先前已经在HCCA内分配的选定流；和(2)在HCCA周期结束之后，分配先前已经分配在HCCA周期内与访问节点通信和已经完成在HCCA内与接入点的分配通信的选定节点继续与其它节点竞争地在EDCA周期内与接入点继续通信。此外，还可以实施动态自适应以在某些情况下给EDCA内的通信流分配HCCA内的时间周期，从而当EDCA负载过高时降低整体时延。
图11A图示这种特征的一个例子，其中将一开始在EDCA内分配的通信流重新分配给在HCCA内的可用时间周期。因此，将在HCCA周期内的无竞争时间周期分配给选定节点，其先前已经被分配以在EDCA周期内与接入点通信，从而在已经服务于先前分配给HCCA周期的节点之后，当在HCCA内存在未用时间内，与接入点通信。
使用这一特征，动态自适应允许完全利用在HCCA和EDCA内的通信容量以增强QoS。例如，尽管通常将非实时业务分配给EDCA周期，但是这种业务并不必然限制于EDCA，当需要时，可以重新分配给HCCA。在存在HCCA内服务的限制流的情况下，根据它们的优先级和队列累积调度网络内的其它流是有利的。通过有效地使用在HCCA内分配的时间，我们可以改善在EDCA内经历的时延和节点吞吐量。为了说明这一限制，我们考虑多个流的情况，在HCCA内四个预先调度和在EDCA内19个流。图11B图示通过业务特征为400kb/s的优先级EDCA流实现的吞吐量。注意到尽管其业务种类优先级和HCCA内的可用停滞，由于在EDCA内的高负载，EDCA流经历低吞吐量。然而，通过动态地确定允许EDCA流在HCCA内发送，根据队列累积和EDCA流的优先级，我们证明我们可以增加EDCA流吞吐量，而不影响网络内的其它流。
为了评估EDCA流的算法性能，我们考虑一种情况，SCENARIO4，其中在HCCA内调度的CBR业务流的数量固定为四，和EDCA业务流的数量固定为十。对于这种情况，存在将分配给EDCA业务流的在HCCA流剩余的时间。由于高网络负载，EDCA业务流可能经受队列累积，导致在吞吐量内的大大降低和延迟增加。因此，在HCCA周期内的EDCA流分配可能在高EDCA负载的情况下是有效的。图11C图示所实现的有和没有自适应的高优先级EDCA流的吞吐量。注意到我们推荐的EDCA自适应能够做得比使用原始HCF分配实现的吞吐量更好。
可以实现当前动态自适应的其它增强和变化。例如，能够归纳和增强EDCA负载估计以考虑将特定流映射到EDCA周期的影响。并不假设每个流具有对EDCA周期的类似影响，我们准备根据其业务规范理解流的影响。此外，我们将可能增强我们的HCCA重新分配方案以包括扩展所分配的传输时间用于附加轮询的选项。进一步可能的扩展包括在各种视频和其它实时流上框架的示范，开发基于模型的调度增强和将移动性和信道状态合并在未来版本的我们的自适应方案内。
在所介绍的框架之下，为了未来工作，我们将可能理解在WLAN内行为异常节点的暗示和开发资源管理策略以处理这些节点。感兴趣的另一个问题是提供许可控制策略以立即在改善网络容量同时提供QoS保证的折衷。除了作为QoS量度的时延之外，我们相信将要解决QoS规定技术对能量消耗的影响。最后，我们计划实施上述框架和证明在所测试的实际WLAN内的自适应。
在实施中，可以将上述技术和它们的变化实施为计算机软件指令或固件指令。这种指令可以存储在带有一个或多个机器可读存储介质的物品内或者存储在一个或多个机器可读存储设备内，所述存储设备连接到一个或多个计算机或数字处理器，例如数字信号处理器和微处理器。在操作中，由一个或多个处理器执行指令以使计算机执行所述功能和操作。
仅描述了若干实施方式。然而，根据在此所述内容，其它变化和增强也是可能的。
权利要求
1.一种用于在无线局域网(WLAN)内控制通信的方法，所述无线局域网包括作为通信门户的接入点和分别与该接入点无线通信的多个无线通信节点，该方法包括操作该接入点以从节点接收通信流相关信息；(1)根据利用选定节点的通信流的属性，给选定节点分配无竞争时间周期以允许每个选定节点在相应无竞争时间周期内在与其它节点没有竞争的情况下与接入点通信；和(2)给剩余节点分配在除了无竞争时间周期之外的时间周期内相互竞争和与接入点通信；在分配之后，在所分配时间周期内的通信过程中监视在每个节点内的通信时延累积以确定是否需要附加时间；当可以获得该附加无竞争时间时，给需要附加时间的节点分配附加无竞争时间；和当不能获得附加无竞争时间时，则指示选定节点与和接入点通信的其它节点竞争。
2.如权利要求1的方法，还包括监视在相应无竞争周期内在每个选定节点内的通信时延累积以确定是否需要附加无竞争时间周期；当在选定节点与接入点通信之后在与接入点的所分配无竞争通信内存在附加时间时，将附加无竞争时间周期分配给原先分配给需要附加时间的无竞争访问的节点；和当附加无竞争时间不可用时，允许选定节点与和接入点通信的其它节点竞争。
3.如权利要求2的方法，还包括选择与接入点通信实时通信流的节点作为选定节点之一以与接入点通信实时通信流，而不与其它节点竞争；和在用于节点的所分配无竞争时间周期结束时，允许该节点与其它节点竞争以继续与接入点的实时通信流的通信。
4.如权利要求1的方法，还包括监视在每个节点内的通信时延累积，所述每个节点未选择以分配无竞争时间周期以与接入点通信，而是分配与和接入点通信的其它节点竞争；当在选定节点与接入点通信之后在所分配的与接入点的无竞争通信中存在附加时间时，重新将在没有与其它节点竞争的情况下与接入点通信的无竞争时间周期分配给节点，其中该节点已经分配了与和接入点通信的其它节点竞争。
5.如权利要求4的方法，其中将已经分配了与和接入点通信的其它节点竞争、但是重新分配了在没有与其它节点竞争的情况下与接入点通信的无竞争时间周期的节点与接入点通信非实时通信流。
6.如权利要求1的方法，其中WLAN符合IEEE 802.11e以支持基于混合协调功能控制信道访问(HCCA)和优先级基于竞争增强分布信道访问(EDCA)与接入点的基于轮询的无竞争通信；和其中将每个服务间隔划分成(1)HCCA周期，其中选定节点由接入点轮询，和分配与接入点通信的无竞争时间周期；和(2)分割EDCA周期，其中未选择在HCCA周期内与接入点通信的其它节点相互竞争以根据所分配访问种类与接入点通信。
7.如权利要求1的方法，还包括监视在访问节点上的业务负载等级，所述接入点用于竞争与接入点通信的节点；和当业务负载允许时，指示选定节点与和接入点通信的其它节点竞争。
8.如权利要求1的方法，还包括监视在节点内的合计通信时延累积；和将节点划分成用于与接入点无竞争通信的选定节点和用于与接入点基于竞争通信的剩余节点以降低合计通信时延累积。
9.如权利要求1的方法，还包括给每个节点分配基于优先级访问种类之一以在除了无竞争时间周期之外的时间周期内相互竞争，和根据所分配的基于优先级的访问种类，允许每个节点与接入点通信。
10.一种在符合IEEE 802.11e的无线局域网(WLAN)内控制通信以支持根据混合协调功能控制信道访问(HCCA)和基于优先级竞争的增强分布式信道访问(EDCA)的与WLAN接入点的基于轮询的无竞争通信的方法，该方法包括将用于与接入点通信的每个业务间隔划分成(1)HCCA周期，其中将无竞争时间周期分配给利用接入周期通信的无线通信节点，以在没有其它节点竞争的情况下与接入点通信；和(2)分割EDCA周期，其中无线通信节点基于所分配的访问种类与其它节点竞争以与接入点通信；监视在与接入点通信的每个节点上的通信延迟；监视在EDCA周期内与节点通信的接入点上的业务负载；根据所监视的节点通信延迟和所监视的业务负载，动态地控制节点对接入点的访问，其中该动态控制包括下述至少之一(1)给先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信的选定节点分配附加时间；(2)在HCCA周期结束之后，给先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信并且已经在HCCA内完成与接入点的所分配通信的选定节点，分配在EDCA周期内与其它节点竞争地继续与接入点通信；和(3)当在已经服务先前分配给HCCA周期的节点之后在HCCA周期内尚有未使用的时间时，将在HCCA周期内的无竞争时间周期分配给选定节点，，以继续与该接入点的通信，其中所述节点先前已经被分配在EDCA周期内与接入点通信。
11.如权利要求10的方法，其中以降低在访问接入点的WLAN节点内分组时延的累积利用值的方式执行动态控制。
12.如权利要求10的方法，其中在每个节点上监视通信时延包括监视每个节点的剩余队列的长度。
13.如权利要求10的方法，其中监视在接入点上的业务负载以在EDCA周期内与节点通信包括监视在EDCA周期内与接入点通信中不同节点的冲突计数。
14.如权利要求10的方法，其中监视在接入点上的业务负载以在EDCA周期内与节点通信包括监视在EDCA周期内的使用系数。
15.如权利要求10的方法，其中当在EDCA周期内的业务负载低于阈值时，在HCCA周期结束之后，执行分配先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信的选定节点在与其它节点竞争的情况下继续在EDCA周期内与接入点的通信。
16.如权利要求10的方法，其中当在HCCA周期内不存在剩余时间以给选定节点提供附加时间与接入点通信时，在HCCA周期结束之后，执行分配先前已经分配以在HCCA周期内与接入点通信的选定节点在与其它节点竞争的情况下继续在EDCA周期内与接入点的通信。
17.如权利要求10的方法，其中在将附加时间分配给选定节点中，在服务于先前已经分配在HCCA周期内与接入点通信的其它节点之后，分配在HCCA周期内的附加时间，其中所述选定节点先前已经被分配以在HCCA周期内与接入点通信。
18.一种用于在基于IEEE 802.11e的无线局域网内控制在无线通信节点和接入点之间通信以支持根据混合协调功能控制信道访问(HCCA)和基于优先权竞争的增强分布式信道访问(EDCA)的在节点和接入点之间的基于轮询的无竞争通信的系统，包括监视模块，包括HCCA监视器和EDCA监视器，HCCA监视器监视HCCA通信流以生成HCCA测量值，EDCA监视器监视EDCA通信流以生成ECCA测量值；和适配器模块，响应于HCCA测量值和EDCA测量值，操作以动态地控制节点在HCCA和EDCA内与接入点的通信，从而降低由各个节点的延迟导致的累积通信延迟。
19.如权利要求18的系统，其中适配器模块操作以将在HCCA内的附加时间分配给选定节点，所述选定节点先前已经被分配在HCCA内与接入点通信。
20.如权利要求18的系统，其中适配器模块操作以分配选定节点在与其它节点竞争中在EDCA内与接入点继续通信，所述选定节点先前已经被分配以在HCCA内与接入点通信和已经完成在HCCA内与接入点的所分配通信。
21.如权利要求18的系统，其中适配器模块操作以当在已经服务于先前分配给HCCA的节点之后在HCCA内不存在未使用时间时，将在HCCA内的无竞争时间周期分配给选定节点以继续与接入点的通信，所述选定节点先前已经被分配以在EDCA内与接入点通信。
22.如权利要求18的系统，其中HCCA测量值包括基于通信流的平均剩余队列大小和剩余队列变化和混合协调功能(HCF)停滞的HCCA流统计加权。
23.如权利要求18的系统，其中EDCA测量值包括基于通信流的平均剩余队列大小和数据速率以及在EDCA内的使用因子和冲突因子的EDCA流统计加权。
全文摘要
设计以动态地控制在无线局域网(WLAN)内在无线设备和接入点之间的通信以增强服务质量(QoS)的技术和系统。所描述的技术和系统可以被实施以进一步增强基于IEEE 802.11e的WLAN内的QoS。
文档编号H04L12/28GK101048977SQ200580037288
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年10月28日
发明者内奥姆·拉莫斯, 德巴士·帕尼格拉希, 舒伊特·戴伊 申请人:加利福尼亚大学董事会