專(zhuān)利名稱(chēng)：基于持續(xù)性向量的使用率分配系統(tǒng)和方法
本申請(qǐng)是PCT國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US00/26625、國(guó)際申請(qǐng)日為2000年9月27日、中國(guó)國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?0813403.0，題為“基于持續(xù)性向量的使用率分配系統(tǒng)和方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
I、發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及在多個(gè)用戶(hù)中有限資源的分配。更具體地，本發(fā)明涉及根據(jù)一組持續(xù)性向量指派使用率。
II、有關(guān)技術(shù)和一般背景的描述共享資源是由多個(gè)用戶(hù)使用的資源。具有有限可用性或容量的共享資源包括那些各不相同的例子，如電站和其他能源設(shè)備，如水庫(kù)和江河水流那樣的水源、分配商品和/或材料的供應(yīng)系統(tǒng)、以及數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和通道。因此，在許多不同的范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生與在多個(gè)用戶(hù)中共享資源的分配有關(guān)的問(wèn)題。但是，不管特定的范圍，那樣的資源可以在至少滿(mǎn)足下列條件的許多系統(tǒng)中找到該共享資源的容量或可用性可以借助于每個(gè)測(cè)量時(shí)間單位的有限速率R(可用率)表示(如千瓦/小時(shí)，加侖/分，卡片/周，二進(jìn)制位/秒)；在任何特定時(shí)間，資源被n個(gè)不同用戶(hù)使用，其中n是非負(fù)整數(shù)；在任何特定時(shí)間，第i個(gè)用戶(hù)(其中1≤i≤n)的使用可以用每測(cè)量時(shí)間單位有限使用率u1表征。
對(duì)這種系統(tǒng)的一個(gè)基本模型如

圖1所示，其中資源100分別由用戶(hù)120a-d按速率110a-d使用。根據(jù)特定的應(yīng)用，表征此共享資源的速率R可以指出該資源的容量的實(shí)際的或估計(jì)的極限(如在通信情況下的通道)，或者，速率R可以是指出該資源的最大安全的或允許的載荷(如在能源生產(chǎn)設(shè)施或設(shè)備的情況)。類(lèi)似地，使用率Ui可以指示實(shí)際的使用，預(yù)期的使用，或使用的請(qǐng)求或要求。
當(dāng)在任何時(shí)間n個(gè)使用率Ui的和超過(guò)值R，會(huì)引起過(guò)載情況。例如對(duì)于發(fā)電廠，當(dāng)輸出的總電流超過(guò)額定容量時(shí)會(huì)引起過(guò)載情況。對(duì)于數(shù)據(jù)通訊通道的情況，當(dāng)總的數(shù)據(jù)傳輸率超過(guò)通道的實(shí)際容量時(shí)，會(huì)引起過(guò)載情況，導(dǎo)致破壞發(fā)送的數(shù)據(jù)。在如水供應(yīng)及材料庫(kù)存的某些情況，過(guò)載情況還指出，雖然用戶(hù)的要求當(dāng)前被滿(mǎn)足，儲(chǔ)存的或備用的容量已經(jīng)耗盡。
根據(jù)資源的性質(zhì)，過(guò)載情況的結(jié)果是不同的，可能包括用于資源恢復(fù)的離線周期(如冷卻發(fā)電系統(tǒng)或水庫(kù)的再灌水)或需要花費(fèi)現(xiàn)在的容量以便重復(fù)過(guò)去因?yàn)檫^(guò)載而失敗的使用嘗試(如由于沖突而污染的數(shù)據(jù)包的重發(fā))。資源甚至可以變成暫時(shí)地或永久地不能恢復(fù)其以前的容量。因而，在幾個(gè)使用率Ui可能超過(guò)值R的情況，希望以某種方式控制使用率以避免過(guò)載情況。

發(fā)明內(nèi)容
在按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法中，資源在一組用戶(hù)中被共享。每個(gè)用戶(hù)具有一個(gè)從一組可用的使用率中選出的使用率，且每個(gè)用戶(hù)的資源使用至少部分地取決于該用戶(hù)的使用率。每個(gè)用戶(hù)還具有一組持續(xù)性向量，每個(gè)向量元素對(duì)應(yīng)于可用的速率的組中的一個(gè)速率。從可用的速率組中選擇一個(gè)用戶(hù)的使用率至少部分地取決于持續(xù)性向量的組中之一。
附圖概述圖1表示包含若干用戶(hù)共享的資源的系統(tǒng)。
圖1A表示按本發(fā)明的第一實(shí)施例的系統(tǒng)。
圖2示出按本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法的流程圖。
圖2A示出按本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一個(gè)實(shí)施方法的流程圖。
圖2B示出按本發(fā)明的第二實(shí)施例的又一個(gè)實(shí)施方法的流程圖。
圖3示出按本發(fā)明的第三實(shí)施例的方法的流程圖。
圖4表示包含若干用戶(hù)共享的資源和與該資源用戶(hù)連結(jié)的控制單元的系統(tǒng)。
圖4A表示按本發(fā)明的第四實(shí)施例的系統(tǒng)。
圖4B示出一個(gè)用于數(shù)據(jù)通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，作為圖4A的系統(tǒng)的應(yīng)用。
本發(fā)明的詳細(xì)描述在最大化資源使用時(shí)避免過(guò)載情況的一個(gè)方法是將資源的估計(jì)容量分成若干固定的使用率分配，將這些分配指定為n個(gè)使用率ui。然而，在用戶(hù)具有變化的使用需求的系統(tǒng)中，此方法可以導(dǎo)致共享資源的次優(yōu)化利用。
例如，假設(shè)在圖1中，資源100是具有1200加侖/分容量的水供應(yīng)，而且假設(shè)對(duì)每個(gè)用戶(hù)從預(yù)定一組可用的速率中分配允許的使用率(其中可用的速率組表示成m個(gè)元素的向量Y＝{Y0，Y1，…Ym-1})。在此例中用戶(hù)120a-d的每個(gè)用戶(hù)可按Y0＝300，Y1＝600，Y3＝900，Y4＝1200加侖/分(即m＝4)的速率使用資源。如果實(shí)行公平的分配，所有的用戶(hù)指定同樣的固定速率，則4個(gè)用戶(hù)120a-d的每一個(gè)允許按速率Y0(300加侖/分)使用資源。那樣的分配有效地避免了資源過(guò)載。但是，如果用戶(hù)120a-d中不是所有用戶(hù)可能在任何給定時(shí)間使用資源100，此方法也浪費(fèi)了資源容量。
現(xiàn)考慮資源100具有相同的1200加侖/分的容量的情況，可用的速率組如上所述，但每個(gè)用戶(hù)在任何給定時(shí)間使用資源100的概率僅是-(我們假設(shè)每個(gè)用戶(hù)的使用與每個(gè)其他用戶(hù)的使用是無(wú)關(guān)的)。在此情況，允許每個(gè)用戶(hù)以速率Y3(1200加侖/分)使用資源可能得到資源100的更優(yōu)化的利用，因?yàn)樵谌魏谓o定時(shí)間看來(lái)只有4個(gè)用戶(hù)中的一個(gè)使用該資源。當(dāng)然，多于一個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用可以導(dǎo)致過(guò)載情況。
在有關(guān)的例子中，4個(gè)用戶(hù)120a-d的任何一個(gè)使用資源100的概率是-。在此例的第一方案中，每個(gè)用戶(hù)允許按速率Y1(600加侖/分)使用資源。另外，在第二方案中每個(gè)用戶(hù)允許按Y0或Y2的速率(分別是300或900加侖/分)使用資源，其中允許使用每個(gè)速率的概率是-。在任何時(shí)候，那兩種方案均期望最大化資源利用而不導(dǎo)致過(guò)載情況。但是在第一種方案中，如果發(fā)生3個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用資源，可以發(fā)生過(guò)載情況(因?yàn)榭偟脑试S使用率將是1800加侖/分)。在采用第二方案的系統(tǒng)中，有可能(雖然未必)3個(gè)用戶(hù)使用資源而沒(méi)有引起潛在的過(guò)載情況(因?yàn)榭偟脑试S使用率低至900加侖/分)。
在本例的另外選擇中，可用的速率組被改變或擴(kuò)展，使得允許每個(gè)用戶(hù)以200或800加侖/分的速率使用資源，其中采用每個(gè)使用率的概率又是-。在任何給定時(shí)候，用戶(hù)120a-d的允許使用率的和期望是1000加侖/分(即兩個(gè)用戶(hù)，一個(gè)具有200加侖/分的允許使用率，而另一個(gè)具有800加侖/分的允許使用率)，余下200加侖/分的資源100的容量未被使用。即使發(fā)生3個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用資源，該方案只有一半情況可能引起潛在的過(guò)載情況(即，總的允許使用率同樣可能是600或2400加侖/分，也同樣可能總的允許使用率是1200或1800加侖/分)。
這種方案延伸到給定的應(yīng)用情況，象資源的用戶(hù)數(shù)、每個(gè)用戶(hù)使用的概率和每個(gè)用戶(hù)的使用需求那樣的系統(tǒng)數(shù)值可以觀察估計(jì)。然后這些值可以與如每個(gè)用戶(hù)可用的使用率數(shù)、可接受的過(guò)載情況發(fā)生率和最小可接受的平均資源利用率那樣的設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合，以得到系統(tǒng)控制的概率統(tǒng)計(jì)的模型，從而使資源的利用最大而過(guò)載情況的發(fā)生最小或避免。
在按本發(fā)明的第一實(shí)施例的系統(tǒng)中，如圖1A所示，每個(gè)用戶(hù)120i具有一組持續(xù)向量130i，和一個(gè)從一組可用的使用率用中取得的允許使用率110i(注意，系統(tǒng)可能包含缺乏持續(xù)性向量組的其他用戶(hù))。組130i中的每個(gè)向量的長(zhǎng)度可以是任何大于零的整數(shù)，且每個(gè)向量元素表示采用特定使用率或從一個(gè)使用率改變到另一個(gè)的概率。在本實(shí)施例中，組130i中的每個(gè)向量對(duì)應(yīng)于可用的速率組的至少一個(gè)成員，雖然在另外的實(shí)施例中，向量可以對(duì)應(yīng)不同組的成員(如一個(gè)預(yù)定使用分布的組)。組130i對(duì)每個(gè)用戶(hù)可以是唯一的，或者同一組可以分配給特定類(lèi)中的所有用戶(hù)，或者同一組可以分配給系統(tǒng)中的所有用戶(hù)。類(lèi)似地，組130i可以是用戶(hù)操作的永久性方面，或者它可以周期性的更新等等。持續(xù)性向量的結(jié)構(gòu)、分布和使用的其他有關(guān)方面在同時(shí)申請(qǐng)的待批專(zhuān)利申請(qǐng)中討論，其申請(qǐng)?zhí)枮?9/XXX,XXX、名稱(chēng)為“SYSTEM AND METHOD FORPERSISTENCE-VECTOR-BASED MODIFICATION OF USAGE RATE”，該專(zhuān)利申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過(guò)引用與本申請(qǐng)結(jié)合。
在應(yīng)用于上述情況的例1中，每個(gè)用戶(hù)具有同一組持續(xù)性向量，該組包括一個(gè)向量P＝{P1，P2，P3}，其中元素P1，P2，P3分別對(duì)應(yīng)于速率Y1(600加侖/分)、Y2(900加侖/分)和Y3(1200加侖/分)。P的每個(gè)元素指示采用對(duì)應(yīng)的速率的概率，且任何余下的概率指示采用最低速率Y0(300加侖/分)的概率。例如可以選擇P的元素的數(shù)值使資源的平均集體使用最大，而不會(huì)產(chǎn)生發(fā)生過(guò)載情況的不適當(dāng)?shù)母呶ｋU(xiǎn)性。
在此例子中，元素P2被設(shè)置指示概率__，而P的另兩個(gè)元素被設(shè)置指示概率為零。在每次使用(即對(duì)不連續(xù)和間斷的使用)和/或周期地持續(xù)使用(即時(shí)間上連續(xù)的使用)以前，每個(gè)用戶(hù)可以根據(jù)由P的元素指示的概率選擇允許的使用率。對(duì)于在此情況指示的P的值，用戶(hù)50％時(shí)間選擇Y2速率(900加侖/分)，且其余時(shí)間選擇Y0速率(300加侖/分)。因?yàn)閷?duì)此例每個(gè)用戶(hù)在任何給定時(shí)間使用資源的概率被確定是___，平均可以預(yù)計(jì)將使用1200加侖/分的滿(mǎn)容量資源且避免過(guò)載情況。此外，本例中用戶(hù)中的分配是公平的，因?yàn)槠骄磥?lái)所有允許的使用率相等。
在例2中，資源100是CDMA電信系統(tǒng)的反向鏈路。在此情況，每個(gè)用戶(hù)120可以包括1)發(fā)射機(jī)，如移動(dòng)電話或一個(gè)WLL(無(wú)線本地回路)站，通過(guò)PCMCIA卡或類(lèi)似的接口連接到2)如膝上計(jì)算機(jī)或銷(xiāo)售點(diǎn)終端那樣的數(shù)據(jù)產(chǎn)生設(shè)備，按照IP或任何其他適當(dāng)?shù)膮f(xié)議輸出封裝成包的數(shù)據(jù)。CDMA電信系統(tǒng)的某些代或版本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。雖然大多數(shù)這些CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)成完成數(shù)字化語(yǔ)音通信，但是這里描述的系統(tǒng)和方法尤其適用于如單純數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或語(yǔ)音數(shù)據(jù)混合網(wǎng)絡(luò)那樣的具有大范圍變化發(fā)送速率的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用戶(hù)。
在例2的一個(gè)特定應(yīng)用中，每個(gè)用戶(hù)具有相同的固定的可用速率組，其中每個(gè)速率以每秒千數(shù)據(jù)位(kb/s)表示，且速率組設(shè)計(jì)成以2的幕增加。因?yàn)樗俾实募颖缎枰β实姆?，以保持同樣的每?shù)據(jù)位能量與噪聲功率譜密度的比(Eb/No)，因此每個(gè)速率級(jí)對(duì)應(yīng)于3db的功率級(jí)。在本例中的可用速率值包括4.8，9.6，19.2，38.4，76.8，153.6和307.2千位/秒(kb/s)。
雖然在例1中可用的速率組中的元素以線性方式相互有關(guān)，且在例2中組的元素以指數(shù)方式相互有關(guān)，但在按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法中，那樣關(guān)系或數(shù)列不是必須的。類(lèi)似地，每個(gè)用戶(hù)具有同樣的預(yù)定可用速率組也不是必要的。
注意，根據(jù)持續(xù)性向量組的速率選擇可指出，允許使用那個(gè)速率而不是要求使用那樣的速率。實(shí)際使用的速率速可以取決于其他因素，如用戶(hù)當(dāng)前的需求和/或使用資源的能力。類(lèi)似地，實(shí)際使用速率可以是也可以不是允許的可用速率組的成員。
如果資源的使用是不連續(xù)的(如在公共通道中的包數(shù)據(jù)發(fā)送)，在每次使用以前可以參考該持續(xù)向量組。如果資源的使用是連續(xù)的(如電能的傳輸)或持續(xù)的，則該持續(xù)向量組可以參考，且在使用期間或在發(fā)生某個(gè)或某些預(yù)定的事件時(shí)，允許的使用速率在必要時(shí)可以以預(yù)定的間隔調(diào)節(jié)。
在更一般的應(yīng)用中，在組130i中的每個(gè)持續(xù)性向量對(duì)應(yīng)于可用速率組中的一個(gè)成員。注意，組130i也可認(rèn)為是轉(zhuǎn)移概率矩陣，其中例如每列包括一個(gè)持續(xù)性向量，而每個(gè)行對(duì)應(yīng)于可用速率組中的一個(gè)。例如，在任何點(diǎn)參照的特定持續(xù)性向量可以取決于當(dāng)前的或最近實(shí)際的或允許的使用速率，從而用戶(hù)未來(lái)的使用可以在某種程度上受它過(guò)去使用歷史的限制。
在按照第一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法中，用戶(hù)也可能具有一個(gè)以上對(duì)應(yīng)可用速率組每個(gè)成員的持續(xù)性向量，每個(gè)向量描述一個(gè)不同的行為。例如，一個(gè)持續(xù)性向量可以?xún)A向于表示與其他相比較高的平均速率，或者在不同可用速率中更均勻的概率分布。在這種情況下，用戶(hù)可以按照下列準(zhǔn)則在其可用的持續(xù)性向量之間選擇·時(shí)間(如日期、年等)，作為如期望的系統(tǒng)載荷、行為或資源容量那樣的因素的指示。
·用戶(hù)期待的需求。
·在最近使用中的服務(wù)質(zhì)量例如電力供應(yīng)狀態(tài)是否好、供水不含雜質(zhì)。服務(wù)質(zhì)量的降低可以引起用戶(hù)改變其持續(xù)性向量以減輕系統(tǒng)的負(fù)載。
·降低在最近使用中的服務(wù)例如在一個(gè)可以經(jīng)受過(guò)載情況而不會(huì)產(chǎn)生持久損壞的系統(tǒng)中，當(dāng)使用率未滿(mǎn)足或者服務(wù)水平降低時(shí)，用戶(hù)可能斷定發(fā)生了過(guò)載。那樣的服務(wù)降低或拒絕服務(wù)也能導(dǎo)致用戶(hù)采取不同的持續(xù)性向量，試圖彌補(bǔ)過(guò)載情況。
圖2示出按本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法。在此方法中，用戶(hù)具有一組包括(m-1)個(gè)元素的持續(xù)性向量組V，其中V＝{Vj，1≤j≤m-1}。(如上指出，向量V可以按照此用戶(hù)的最近使用率或某些其他準(zhǔn)則從一個(gè)持續(xù)性向量組中的其他向量選取)。向量V的每個(gè)元素Vj是表示一個(gè)概率的持續(xù)性值，它的值從0到1，對(duì)應(yīng)于速率Yj(其中a＜b意味著Ya＜Yb)。例如，向量V可以(但不必需)具有概率密度函數(shù)的形式，其中它的元素的和(或由其元素表示的值的和)是1。在框210中，初始化計(jì)數(shù)器j，使得處理在持續(xù)性值Vm-1處開(kāi)始，該值對(duì)應(yīng)最高允許的使用率(Ym-1)。
在框220，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)X。在示例性實(shí)施中，X表示從具有0到1范圍內(nèi)均勻分布的組中取出的值。在框230，X對(duì)持續(xù)性值Vj測(cè)試。如果X小于Vj，則在框260中將速率Yj選作允許的使用率Ui。否則，在框250中j減1，重復(fù)持續(xù)性測(cè)試。如果在框240中j達(dá)到1，則在框270默認(rèn)地選擇最低速率Yo。此方法可以改變，允許使用值X和Vj之間許多其他關(guān)系中的一個(gè)替代在框230中示出的測(cè)試條件，這取決于對(duì)X和Vj所選值的特定特征。
注意，在上述方法中，保證用戶(hù)允許使用資源的速率不低于最低速率。在本方法的另外實(shí)施中，分配允許使用率的過(guò)程可以允許失敗(這里，通過(guò)擴(kuò)展P使包括對(duì)應(yīng)于速率Yo的值Po，并允許j的值在框245達(dá)到0)。用戶(hù)可以等待直到某個(gè)外界事件的發(fā)生以重復(fù)速率分配過(guò)程，或者用戶(hù)可以在某個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔以后重試此過(guò)程。在如圖2A中示出的示例性實(shí)施中，在建立允許的使用率失敗的情況，用戶(hù)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)Z(框280中)，它表示在1和預(yù)定參數(shù)Nbackoff之間的值。在框290中，用戶(hù)等待經(jīng)過(guò)Z時(shí)間周期再重試速率選擇過(guò)程。例如，在使用例2的通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施中，每個(gè)時(shí)間周期可以表示一個(gè)與系統(tǒng)操作有關(guān)的時(shí)隙或某些其他時(shí)間單位的持續(xù)時(shí)間。
圖2B示出實(shí)際使用率還由其他因素限制的實(shí)施方案。例如，如例2中的發(fā)射機(jī)可以沒(méi)有足夠的功率以圖2的過(guò)程指示的速率發(fā)送。另外，由該發(fā)射機(jī)發(fā)送可用的數(shù)據(jù)量以允許的使用率使用該資源認(rèn)為是不合適的。在這種情況下，在框265中使用率可選作min{Yj，Yposs}，其中Yposs表示在給定用戶(hù)的當(dāng)前特征條件下可能的或希望的最高使用率。
在上述的應(yīng)用中，持續(xù)性向量的長(zhǎng)度等于m(即可用的速率組中的成員個(gè)數(shù))或m-1。注意，也存在希望跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)可用速率的情況(如因?yàn)樵撍俾什豢捎没虿荒軕?yīng)用于特定的用戶(hù))。在該情況下，持續(xù)性向量不需要包含對(duì)應(yīng)于那個(gè)或那些速率的元素，因而它的長(zhǎng)度可以具有任何小于或等于m的非零值。還注意到，根據(jù)需要可以修改圖2，2A和2B的過(guò)程，將該持續(xù)性向量的每個(gè)元素映射到速率向量Y的對(duì)應(yīng)元素。同樣，在如持續(xù)性向量組的成員比可用的速率組少的情況下，從持續(xù)性向量組選擇特定持續(xù)性向量的過(guò)程可以包括那樣的映射任務(wù)。
在許多應(yīng)用中，可用速率組可以如此排列，使a＜b意味著Ya＜Yb(如上面例1和例2)。類(lèi)似地，上述V等的持續(xù)性向量的值可以如此選擇，使c＜d意味著[Vc]＞[Vd]([Vc]≥[Vd])，其中[Vi]指示由Vi值表示的概率。在這種情況下，當(dāng)速率減少時(shí)，該速率被選中的概率增加(不減少)。然而，注意，為應(yīng)用按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法不需要在速率或持續(xù)性值中的那種關(guān)系。例如，一個(gè)特定的速率可以是不中意的，因?yàn)樗绕渌俾孰y以實(shí)現(xiàn)，或者因?yàn)樗c系統(tǒng)的一個(gè)部分比其他速率更不相容，或由于其他類(lèi)似的原因。在這種情況下，一個(gè)持續(xù)性向量可以改變成使得該速率比1個(gè)或多個(gè)較高速率更不易選中(如c＜d不意味著[Vc]＞[Vd]或[Vc]≥[Vd])。類(lèi)似地，一個(gè)持續(xù)性向量可以改變成一個(gè)偏愛(ài)的速率或比較低的速率高的較高速率。
注意，雖然在框220產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)X描述為從具有均勻分布的組中選出，在按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法中也可使用任何其他的分布。因?yàn)殡S機(jī)數(shù)或偽隨機(jī)數(shù)的選擇可能是計(jì)算量很大的，在某些應(yīng)用中希望減少選擇這種值的次數(shù)。圖3示出按本發(fā)明第三實(shí)施例的方法，其中只產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)X(在初始化框310)。在此情況，(m-1)元素的持續(xù)性向量W表示累計(jì)密度函數(shù)(CDF)，每個(gè)元素Wj表示指定的某個(gè)速率Yh的概率，其中h是0≤h≤j的任何整數(shù)，Yh是對(duì)該用戶(hù)有效的分配，且0≤j≤m-2。在框330，340，和350的循環(huán)中，識(shí)別滿(mǎn)足X＞W(wǎng)j的j的最大值。如果在框330的測(cè)試成功，可選擇速率Yj+1或者在框365中使用率被選成min{Yj+1，Yposs}，其中Yposs表示在給定用戶(hù)當(dāng)前特征前提下可能的最高使用率。如果在框340j值達(dá)到0，則選擇速率Yo；否則在框350中j值減1。注意，此方法也可以改成包括在圖2A中等待和重復(fù)方案。此方法可改變成允許使用在值X和Wj之間許多其他關(guān)系的一個(gè)來(lái)替代在框330中示出的測(cè)試條件，這取決于為X和Wj選擇的值的特定特征。
即使在持續(xù)向量開(kāi)始未表示為CDF的情況，用戶(hù)有可能從那樣的向量產(chǎn)生CDF，并將對(duì)每個(gè)速率指定過(guò)程的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的次數(shù)減到僅為1。首先可以如下所述從持續(xù)性向量V構(gòu)造概率密度函數(shù)(PDF)向量F，如Fn-1＝[Vn-1]；F1=[V1]Πj=n-11+1(1-[Vj]),]]>i∈{1，2，3…n-2}；F0=Πj=n-11(1-[Vj]);]]>接著，PDF向量F通過(guò)下述過(guò)程或其等價(jià)等式轉(zhuǎn)換成CDF向量ZZ1=Σj=1n-1Fj]]>這樣構(gòu)造了持續(xù)性向量，使得其元素表示Z的元素。例如，在上述圖3的實(shí)施中適用的向量W可按下述關(guān)系構(gòu)造Wi＝1-Zi使得具有值1的W的元素表示零概率，而具有值0的W的元素表示1概率。也可以選擇持續(xù)性向量的元素和那些元素代表的概率之間存在的許多其他關(guān)系，這取決于特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)。
如果在根據(jù)圖1或圖1A的系統(tǒng)中引起過(guò)載情況時(shí)，尤其在資源正在消耗備用容量以滿(mǎn)足用戶(hù)要求時(shí)，用戶(hù)120可能未覺(jué)察到發(fā)生過(guò)載情況。即使在過(guò)載情況引起資源對(duì)用戶(hù)的可用性降到用戶(hù)的預(yù)期或要求以下的情況，用戶(hù)仍然不能確定該缺陷是由于資源過(guò)載還是在供應(yīng)路徑上其它部件的故障引起。此外，在某些如無(wú)線數(shù)據(jù)通信那樣的應(yīng)用中，有可能不存在使用戶(hù)能及時(shí)得到過(guò)載通知的反饋機(jī)構(gòu)。因此，用戶(hù)可能繼續(xù)使用資源而不覺(jué)察此問(wèn)題。
在這樣情況下，希望系統(tǒng)包括通知用戶(hù)過(guò)載情況的能力，從而能修改他們的使用(例如，采用不同的持續(xù)性向量)。那樣的反饋能力對(duì)其他非過(guò)載情況也有用的，在后一情況下，希望將有關(guān)資源的信息分派給一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)(如，指示附加容量的可用性或資源容量的減少)。
圖4示出具有這種能力的系統(tǒng)的例子，其中控制單元460接收有關(guān)用戶(hù)420a-d使用資源400的信息(例如，一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)的當(dāng)前使用率、一個(gè)由多個(gè)用戶(hù)的使用歷史、可用的備用容量、預(yù)計(jì)容量、資源的狀態(tài)、有關(guān)可能影響資源容量或狀態(tài)的計(jì)劃或計(jì)劃以外事件的信息等)?？刂茊卧?60可以根據(jù)此(及其他可能)信息經(jīng)過(guò)相關(guān)的通信通道440a-d發(fā)出命令到用戶(hù)420a-d，使這些命令至少部分地影響用戶(hù)各自好容許使用率410a-d。注意，控制單元460可能在資源400中實(shí)行，或另外可作為一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)420的一部分。
如果用戶(hù)覺(jué)察到過(guò)載情況，存在用戶(hù)主動(dòng)彌補(bǔ)的可能性。如果至少某些用戶(hù)能夠互相通信，則可以在他們之間協(xié)商減少使用率等的解決辦法。但是，在很多情況，用戶(hù)之間的這種通信可能不能獲得，不實(shí)際或不希望，希望如控制單元460那樣的中央反饋機(jī)構(gòu)不僅傳遞有關(guān)資源的信息，并還執(zhí)行對(duì)允許的使用率的某種程度的控制(如，控制單元460可以發(fā)出包含有關(guān)改變一個(gè)或多個(gè)持續(xù)性向量的命令)。
如果具備用戶(hù)未來(lái)使用需求的完全知識(shí)，則理論上可能構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的使用計(jì)劃，它盡可能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，同時(shí)完全避免所有過(guò)載情況。但是，在許多實(shí)際系統(tǒng)中，即使用戶(hù)本身也不知道用戶(hù)未來(lái)的需求。在那樣系統(tǒng)中防止過(guò)載的一種方法是根據(jù)當(dāng)前的使用需求例如，只在請(qǐng)求的基礎(chǔ)上授權(quán)用戶(hù)使用速率的分配。然后，為了從用戶(hù)將使用請(qǐng)求傳回到控制單元，那樣的方案需要上游通信通道，這在其他情況是不需要的。此外，在接收，處理和響應(yīng)這種請(qǐng)求方面引起附加的費(fèi)用和延時(shí)。
為了避免請(qǐng)求/授權(quán)方案的某些缺點(diǎn)，有可能根據(jù)用戶(hù)過(guò)去的使用發(fā)出速率的分配。使用率的選擇和分派及速率分配的合適的方案包括在同時(shí)遞交的待批美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，其申請(qǐng)?zhí)枮?9/xxx,xxx，名為“SYSTEM AND METHOD FORPERSISTENCE-VECTOR-BASED MODIFICATION OF USAGE RATES”，還包括在申請(qǐng)?zhí)枮?9/264,297、名為“METHOD OF RATE ALLOCATION IN A DATACOMMUNICATIONS NETWORK”、1999年3月4日遞交的專(zhuān)利申請(qǐng)中，這些美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用與本申請(qǐng)結(jié)合。那樣的方案使得控制單元與用戶(hù)共享控制，允許用戶(hù)在一定程度控制他們自己使用的細(xì)節(jié)，而控制單元關(guān)注于系統(tǒng)方面的問(wèn)題，如過(guò)載情況的預(yù)測(cè)及避免。
圖4A示出按本發(fā)明的第4實(shí)施例的系統(tǒng)，其中控制單元462接收有關(guān)用戶(hù)422a-d使用資源400的信息，而每個(gè)用戶(hù)422i具有一組持續(xù)性向量432i。在此例中，每個(gè)用戶(hù)422i的允許使用率至少部分地受從控制單元462通過(guò)各自的通信通道422a-d接受的命令的影響(如，該命令可以包含或有關(guān)一個(gè)或多個(gè)持續(xù)性向量的變化)。注意，有可能在資源400中實(shí)施控制單元462，或另外可作為一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)422的一部分。按圖4A的系統(tǒng)對(duì)如在上面例2中描述的通信網(wǎng)絡(luò)的示例性應(yīng)用示于圖4B，其中用戶(hù)520a-d是數(shù)據(jù)產(chǎn)生者，每個(gè)具有一組持續(xù)性向量530a-d；資源500是將數(shù)據(jù)產(chǎn)生者連接到數(shù)據(jù)消費(fèi)者550的公共傳輸通道；而且控制單元560從(可以加入到)消費(fèi)者接收使用信息。數(shù)據(jù)產(chǎn)生者520分別按允許的使用率510a-d，通過(guò)在允許時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)消費(fèi)者而使用資源500，而且它們從控制單元接收各自的信號(hào)540a-d。消費(fèi)者550和控制單元560可以是基站的一部分，且控制信號(hào)540可以在通信通道的前向鏈路上傳送。
在圖2，2A或2B中或在上文中描述或提出的任何方法可以應(yīng)用到圖4A和4B中示出的實(shí)施例的系統(tǒng)中。如果過(guò)程是成功的，用戶(hù)以不大于選定速率的速率使用資源。當(dāng)例如一個(gè)持續(xù)性向量被更新，發(fā)生某些按計(jì)劃或計(jì)劃之外的事件(定時(shí)器期滿(mǎn)、如低功率警告那樣的報(bào)警事件觸發(fā)等)或預(yù)定時(shí)間延時(shí)消逝時(shí)，速率指派過(guò)程可以重復(fù)。
在任何特定時(shí)間，用戶(hù)使用資源符合在可用速率的用戶(hù)組中的特定允許使用速率。不必要對(duì)所有用戶(hù)具有同一可用速率組，但對(duì)控制單元460(560)必須知道對(duì)每個(gè)用戶(hù)的組，從而可靠地預(yù)計(jì)資源使用的狀態(tài)并恰當(dāng)?shù)匕l(fā)出控制信號(hào)。也可能對(duì)每個(gè)用戶(hù)的可用速率組作出更新，或按照控制單元460(560)發(fā)出的命令修改，而不管那些命令是周期性地，或按照其他方案發(fā)出。
持續(xù)性向量組可以是用戶(hù)操作的永久性方面，或者它可以由控制單元460(560)發(fā)出，在后一情況，它的成員中的一個(gè)或多個(gè)周期性地或其他方式更新。發(fā)出新的持續(xù)性向量組的情況不限于過(guò)載情況。例如，在通道指派時(shí)可以發(fā)一個(gè)持續(xù)性向量到移動(dòng)單元，在切換時(shí)再發(fā)一個(gè)。引起控制單元發(fā)出新的或更新的持續(xù)向量組到一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)的情況包括下列情況·一個(gè)用戶(hù)第一次請(qǐng)求使用資源。
·控制單元希望保存部分資源的容量。
·控制單元希望拒絕對(duì)一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)使用資源。
·控制單元希望使能夠同時(shí)使用資源的用戶(hù)數(shù)最大。
·控制單元響應(yīng)來(lái)自用戶(hù)的請(qǐng)求(或來(lái)自若干用戶(hù)來(lái)的請(qǐng)求)。
·控制單元對(duì)檢測(cè)的或通信的用戶(hù)特征(如最近的使用率)作出響應(yīng)。
·在無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，在數(shù)據(jù)產(chǎn)生者(移動(dòng)站)和地面網(wǎng)絡(luò)(基站)之間的連接數(shù)改變。
持續(xù)性向量的更新也可以用作將使用率方面的控制在控制單元和用戶(hù)之間傳送的手段。例如，控制單元可以通過(guò)把最大使用率(或其它速率)的概率設(shè)成零和/或通過(guò)修改對(duì)應(yīng)于此速率的持續(xù)性向量，防止用戶(hù)使用最大使用率(或其它速率)。另外，控制單元可以通過(guò)將對(duì)所有其他速率的概率設(shè)成零使一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)只能使用最低速率。例如在一種緊急狀態(tài)可以發(fā)生那樣的行為，那種情況希望支持盡可能多的連結(jié)，或保持一部分容量用作優(yōu)先使用，而不終止對(duì)其他用戶(hù)的服務(wù)。另外，控制單可以通過(guò)將最大速率的概率設(shè)置成1有效地將資源使用的控制傳送給用戶(hù)，從而允許每個(gè)用戶(hù)選擇它自己的允許的使用率。
在按照本發(fā)明的第5個(gè)實(shí)施例的方法中，通過(guò)使用校正向量組，減少產(chǎn)生持續(xù)性向量的指派和更新。在一個(gè)基本的實(shí)施中，一組持續(xù)性向量被所有用戶(hù)共享，傳送一組校正向量組給一個(gè)或多個(gè)希望不同持續(xù)向量組的用戶(hù)。每個(gè)校正向量的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)于相應(yīng)持續(xù)性向量的一個(gè)元素，并修改該元素，而且該用戶(hù)通過(guò)例如加或乘兩個(gè)向量的那樣操作將校正向量應(yīng)用到適當(dāng)?shù)某掷m(xù)性向量。然后用戶(hù)按照這里描述或建議的方法中的一個(gè)，使用最終修改的持續(xù)性向量或多個(gè)向量建立它的允許的使用率。
校正向量的實(shí)現(xiàn)減少了控制的通信量，而使系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)剡m應(yīng)具有不同使用行為或使用分布的用戶(hù)(如獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)經(jīng)濟(jì)，商業(yè)對(duì)個(gè)人，計(jì)劃或自動(dòng)使用對(duì)按命令使用等)。在上述基本實(shí)現(xiàn)的一種變化中，校正向量組具有比持續(xù)向量組更少的成員，每個(gè)那樣的成員對(duì)應(yīng)于持續(xù)向量組的一個(gè)預(yù)定子集中的一個(gè)并對(duì)其修改。例如，校正向量可以只提供給最可能由用戶(hù)參照的那些持續(xù)性向量。另外或除此變化以外，校正向量組的一個(gè)或多個(gè)可能具有比對(duì)應(yīng)的持續(xù)向量更少的元素。那種變換更進(jìn)一步減少控制通信量，通過(guò)將校正限制在資源使用方面可能具有最大效果的那些持續(xù)性向量(或元素)，該變換被用于集中控制信息。
已經(jīng)提供了較佳實(shí)施例的上面描述，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┗蚴褂帽景l(fā)明，對(duì)這些實(shí)施例的各種修改是可能的，而且這里提出的一般原理可以應(yīng)用到其他實(shí)施例中。例如，本發(fā)明可部分地或整個(gè)地實(shí)施為硬布線電路，或?qū)嵤橹谱髟趯?zhuān)用集成電路中的電路配置，或?qū)嵤檩d入非易失性存儲(chǔ)器中的固件程序，或作為機(jī)器可讀程序碼從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)裝載的或加載到存儲(chǔ)介質(zhì)的軟件程序，那樣的程序碼是可以由如微處理器或其他數(shù)字信號(hào)處理單元那樣的邏輯單位陣列執(zhí)行。因此，本發(fā)明不試圖限于上面示出的實(shí)施例，而是符合與這里以任何形式揭示的原理和新穎特征相一致的最廣泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用共享資源(400)進(jìn)行無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括發(fā)射機(jī)；處理單元，可操作地連接到所述發(fā)射機(jī)；存儲(chǔ)介質(zhì)，可操作地連接到所述處理單元；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)介質(zhì)中的至少一個(gè)向量(432)；其中所述至少一個(gè)向量(432)包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一組可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的元素；其中所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括請(qǐng)求授權(quán)所述可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的指令；其中每個(gè)所述使用速率(410)是用戶(hù)用于傳輸所述數(shù)據(jù)到基站的數(shù)據(jù)傳輸速率；以及其中基于向量元素組選擇共享資源(400)的實(shí)際使用速率(410)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，共享資源(400)包括用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信的信道(500)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，共享資源(400)被劃分為若干個(gè)固定速率分配。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，使用速率(410)基于過(guò)去的使用。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，使用速率(410)基于所述用戶(hù)的當(dāng)前特征。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，授權(quán)使用速率(410)以避免過(guò)載情況。
7.一種使用共享資源(400)進(jìn)行無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的裝置，包括發(fā)射裝置；處理裝置，可操作地連接到所述發(fā)射裝置；存儲(chǔ)裝置，可操作地連接到所述處理裝置；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)向量(432)其中所述至少一個(gè)向量(432)包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一組可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的元素；其中所述存儲(chǔ)裝置包括請(qǐng)求授權(quán)所述可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的指令；其中每個(gè)所述使用速率(410)是用戶(hù)用于傳輸所述數(shù)據(jù)到基站的數(shù)據(jù)傳輸速率；以及其中基于向量元素組選擇共享資源(400)的實(shí)際使用速率(410)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，共享資源(400)包括用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信的信道(500)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，共享資源(400)被劃分為若干個(gè)固定速率分配。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，使用速率(410)基于過(guò)去的使用。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，使用速率(410)基于所述用戶(hù)的當(dāng)前特征。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，授權(quán)使用速率(410)以避免過(guò)載情況。
13.一種無(wú)線接收信息的控制單元(462)，包括處理單元，可操作地連接到所述發(fā)射機(jī)；存儲(chǔ)介質(zhì)，可操作地連接到所述處理單元；其中所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括指令以執(zhí)行由多個(gè)用戶(hù)使用資源(400)來(lái)接收信息，每個(gè)所述用戶(hù)具有至少一個(gè)向量(432)，其中所述至少一個(gè)向量(432)包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一組可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的元素；并且所述信息是一請(qǐng)求；將至少一個(gè)命令發(fā)送給所述用戶(hù)中的至少一個(gè)，其中所述命令是授權(quán)所述可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)；其中每個(gè)使用速率(410)是所述至少一個(gè)用戶(hù)用于傳輸所述數(shù)據(jù)到基站的數(shù)據(jù)傳輸速率；以及其中基于向量元素組選擇共享資源(400)的實(shí)際使用速率(410)。
14.如權(quán)利要求13所述的控制單元(462)，其特征在于，所述控制單元(462)還包括一指令以周期性地更新所述至少一個(gè)用戶(hù)的使用速率(410)。
15.如權(quán)利要求13所述的控制單元(462)，其特征在于，所述控制單元(462)還包括一指令以修改所述至少一個(gè)用戶(hù)的至少一個(gè)向量(432)。
16.如權(quán)利要求13所述的控制單元(462)，其特征在于，授權(quán)使用速率(410)以避免過(guò)載情況。
17.一種無(wú)線接收信息的方法，包括由多個(gè)用戶(hù)使用資源(400)來(lái)接收信息，每個(gè)所述用戶(hù)具有至少一個(gè)向量(432)，其中所述至少一個(gè)向量(432)包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一組可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的元素；并且所述信息是一請(qǐng)求；將至少一個(gè)命令發(fā)送給所述用戶(hù)中的至少一個(gè)，其中所述命令是授權(quán)所述可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)；其中每個(gè)使用速率(410)是所述至少一個(gè)用戶(hù)用于傳輸所述數(shù)據(jù)到基站的數(shù)據(jù)傳輸速率；以及基于向量元素組選擇共享資源(400)的實(shí)際使用速率(410)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括周期性地更新所述至少一個(gè)用戶(hù)的使用速率(410)的步驟。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括修改所述至少一個(gè)用戶(hù)的至少一個(gè)向量(432)的步驟。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，授權(quán)使用速率(410)以避免過(guò)載情況。
21.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括代碼，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述權(quán)利要求17-20中任意一種方法。
22.一種無(wú)線接收信息的設(shè)備，包括用于由多個(gè)用戶(hù)使用資源(400)來(lái)接收信息的裝置，每個(gè)所述用戶(hù)具有至少一個(gè)向量(432)，其中所述至少一個(gè)向量(432)包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于一組可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)的元素；并且所述信息是一請(qǐng)求；用于將至少一個(gè)命令發(fā)送給所述用戶(hù)中的至少一個(gè)的裝置，其中所述命令是授權(quán)所述可用使用速率(410)中一個(gè)使用速率(410)；其中每個(gè)使用速率(410)是所述至少一個(gè)用戶(hù)用于傳輸所述數(shù)據(jù)到基站的數(shù)據(jù)傳輸速率；以及用于基于向量元素組選擇共享資源(400)的實(shí)際使用速率(410)的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于周期性地更新所述至少一個(gè)用戶(hù)的使用速率(410)的裝置。
24.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于修改所述至少一個(gè)用戶(hù)的至少一個(gè)向量(432)的裝置。
25.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，授權(quán)使用速率(410)以避負(fù)過(guò)載情況。
全文摘要
在一個(gè)包括由若干用戶(hù)共享的資源(100)的系統(tǒng)中，在用戶(hù)中公平地分配可用的資源容量并且還使資源的利用最大化是困難的。此外，希望允許至少對(duì)某些用戶(hù)保持的使用率進(jìn)行控制，而同時(shí)避免資源過(guò)載的情況。本發(fā)明揭示了一種系統(tǒng)和方法，其中使用率按照一組持續(xù)向量從一組可用的速率中選擇。
文檔編號(hào)G06F9/50GK101043420SQ20071010264
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者G·卡米, M·S·格羅布, P·E·本德 申請(qǐng)人:高通股份有限公司