專利名稱：用于訪問通信媒體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及訪問通信媒體的領(lǐng)域。本發(fā)明的某些實(shí)施例具體涉及對(duì)一種成幀的和分時(shí)的通信媒體(例如服從MPT1327、Tetra及類似協(xié)議的媒體)進(jìn)行訪問。
為了建立通話，一個(gè)無線電設(shè)備用戶通過經(jīng)由控制信道與一個(gè)中心控制器的通信，以一個(gè)通話建立請(qǐng)求來啟動(dòng)一個(gè)通話建立過程。然后，中心控制器在一個(gè)可用通信信道上完成建立通信所需要的其余的步驟。
MPT1327規(guī)范是由英國貿(mào)易工業(yè)部(DTI)所發(fā)布的，它詳細(xì)描述了用于中繼無線電系統(tǒng)中的普通信令標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)主要工作在英國的VHF波段III的子波段1和2上的。盡管這是一個(gè)英國的標(biāo)準(zhǔn)，但該協(xié)議在世界上已成為了中繼系統(tǒng)中所廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。TETRA(陸地中繼無線電)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)較新的標(biāo)準(zhǔn)，它正被普及到整個(gè)世界，將來有可能成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)及其他相近的標(biāo)準(zhǔn)定義了通信系統(tǒng)中幾乎所有的通信活動(dòng)。這些活動(dòng)包括控制信道上的信令，它對(duì)通話建立過程進(jìn)行管理(在其他事務(wù)當(dāng)中)。為了建立一次通話，控制信道(一條普通信道)被請(qǐng)求通話的用戶單元所訪問。由于在這種類型(以及其他許多)的系統(tǒng)中，通話是被隨機(jī)請(qǐng)求的，因此用于訪問控制信道的方法經(jīng)常被一般稱作隨機(jī)訪問方法。這些訪問方法常常是眾所周知的“分時(shí)ALOHA”隨機(jī)訪問方法的變種。
一般來說，中心系統(tǒng)控制器在控制信道上使用一個(gè)重復(fù)的信息幀，來與系統(tǒng)中的無線電設(shè)備通信。這個(gè)幀包括控制信息以及一系列的爭用時(shí)隙。爭用時(shí)隙對(duì)無線電設(shè)備單元來說是可用的，用以保證對(duì)控制信道的訪問。根據(jù)大多數(shù)隨機(jī)訪問標(biāo)準(zhǔn)，在幀中定義了最小和最大時(shí)隙數(shù)。設(shè)備制造商可以根據(jù)該最大或最小值，隨意確定在任意給定時(shí)間的幀應(yīng)具有多少個(gè)爭用時(shí)隙。
為了使無線電設(shè)備通話請(qǐng)求信息，它首先必須在被分配用于通話請(qǐng)求的控制信道上選擇爭用時(shí)隙中的一個(gè)。被訪問的爭用時(shí)隙通常是隨機(jī)選擇的，這樣如果幾個(gè)無線電設(shè)備嘗試取得一個(gè)爭用時(shí)隙，他們的信號(hào)將不太可能沖突。當(dāng)然，隨著系統(tǒng)中業(yè)務(wù)量負(fù)載的增長，當(dāng)無線電設(shè)備嘗試取得對(duì)相同時(shí)隙的使用時(shí)，沖突將更為頻繁。這將導(dǎo)致控制信道的使用效率低下，并導(dǎo)致在取得通話建立中的延遲。這個(gè)問題通常是通過增加每幀中的爭用時(shí)隙數(shù)目而解決的。這提供了更多的爭用時(shí)隙，每個(gè)無線電設(shè)備可以從中隨機(jī)選取，這樣就減小了沖突的可能性。隨著信道負(fù)載變小，為更有效的使用信道容量，需要更少的爭用時(shí)隙。
有幾種技術(shù)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于優(yōu)化系統(tǒng)中爭用時(shí)隙的數(shù)目，例如上面的方法，并由此使信道訪問延遲減至最小，可最有效的使用控制信道帶寬。已知的技術(shù)常常需要無線電設(shè)備向中心控制器報(bào)告統(tǒng)計(jì)數(shù)字。中心控制器累積并使用這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字，來確定基于這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字的信道負(fù)載。不幸的是，這個(gè)報(bào)告過程使用控制信道的帶寬，并由此導(dǎo)致控制信道使用效率低下。延遲實(shí)際上會(huì)增加并且業(yè)務(wù)輸入輸出量會(huì)下降。
Schoute的美國專利4,398,289顯示了一個(gè)在分時(shí)ALOHA協(xié)議中變化的示例，它根據(jù)信道上的業(yè)務(wù)來調(diào)整幀長度。用于該專利的技術(shù)在本文以后的部分中將被模擬，并與標(biāo)準(zhǔn)的分時(shí)ALOHA以及本發(fā)明相比較，其被稱為“負(fù)載估計(jì)”。
需要有一種用于在這種系統(tǒng)中分配爭用時(shí)隙的方法，它可以高效率的運(yùn)行并保持?jǐn)?shù)據(jù)輸入輸出量，而使延遲減至最小。如果這種方法能快速自適應(yīng)，并且使用簡單靈活，那么它將是很有利的。
圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于當(dāng)前幀中爭用時(shí)隙數(shù)來判定下一幀中爭用時(shí)隙數(shù)的樹算法的一般流程圖。
圖3是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的窗口展寬算法的實(shí)現(xiàn)的流程圖。
圖4是在使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樹算法和窗口展寬算法的系統(tǒng)中無線電設(shè)備運(yùn)作的流程圖。
圖5是將本發(fā)明實(shí)施例與其他兩種技術(shù)相比較，模擬其輸入輸出量的圖表。
圖6是將本發(fā)明的實(shí)施例與其他兩種技術(shù)相比較，模擬其延遲性能的圖表。
發(fā)明的詳細(xì)描述盡管本發(fā)明可以有許多不同形式的實(shí)施例，但在圖中示出并在這里詳細(xì)描述了特殊的實(shí)施例，需要理解當(dāng)前所公開的是本發(fā)明原理的一個(gè)示例，而不是將本發(fā)明限制為所示和所描述的實(shí)施例。在下面的描述中，相同的參考標(biāo)號(hào)被用于描述附圖中幾個(gè)視圖里相同、相近或相對(duì)應(yīng)的部分。
現(xiàn)在參考

圖1，這里顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)框圖。該結(jié)構(gòu)也是許多使用隨機(jī)訪問方法的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括符合MPT1327和TETRA的系統(tǒng)。在該排列中，一個(gè)控制時(shí)隙20被分配到每個(gè)幀28中，用以提供通話建立和來自中心控制器的其他呼出信息。在這個(gè)控制時(shí)隙20之后，有一系列爭用時(shí)隙24。一個(gè)完整的幀是由控制時(shí)隙20加上許多已定義的爭用時(shí)隙所組成的，這樣第一幀如28所示，第二幀如30所示。注意幀28被示出具有S0個(gè)爭用時(shí)隙，其中S0是50，并且?guī)?0被示出具有S1個(gè)爭用時(shí)隙，其中S1是51，這是因?yàn)槊繋臅r(shí)隙數(shù)可隨控制時(shí)隙中被中心控制器所傳送的數(shù)目而變化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每幀的爭用時(shí)隙數(shù)可以使用一種非常簡單快速的響應(yīng)算法來調(diào)整，它在圖2中被一般地描述。根據(jù)該算法，爭用時(shí)隙1始終保留在幀結(jié)構(gòu)中——也就是說，每個(gè)幀當(dāng)中總是至少有一個(gè)爭用時(shí)隙。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，可以將任意數(shù)目的爭用時(shí)隙定義為一幀中可用的最小數(shù)，這并不背離本發(fā)明。對(duì)每個(gè)爭用時(shí)隙來說，算法確定是否在這個(gè)爭用時(shí)隙中產(chǎn)生了沖突。這在很多情況下是可以基于該時(shí)隙中所接收到的數(shù)據(jù)是否被破壞、損傷或損害，由中心控制器快速確定的。如果數(shù)據(jù)不是因?yàn)閬碜詢蓚€(gè)或多個(gè)嘗試訪問相同爭用時(shí)隙的無線電設(shè)備的數(shù)據(jù)沖突而被破壞，那它仍舊被認(rèn)為是一個(gè)沖突。算法的自適應(yīng)非?？焖?，并且在產(chǎn)生這個(gè)判斷之中所出現(xiàn)的偶然錯(cuò)誤不會(huì)導(dǎo)致重大的問題。
對(duì)每個(gè)爭用時(shí)隙來說，中心控制器在40確定(不需要通過無線電設(shè)備單元收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))是否在44出現(xiàn)沖突。如果沒有，該爭用時(shí)隙在48被從幀中移除，除非它是第一個(gè)時(shí)隙(或協(xié)議所需要的其他最小的已定義爭用時(shí)隙數(shù))。這樣，對(duì)每個(gè)不包括在沖突中的爭用時(shí)隙來說，在協(xié)議中最小爭用時(shí)隙的約束下，幀將在下一幀被縮短一個(gè)爭用時(shí)隙。如果在任意爭用時(shí)隙上出現(xiàn)了沖突，那么在52爭用時(shí)隙數(shù)將被幾何擴(kuò)展。例如，對(duì)每個(gè)被破壞的爭用時(shí)隙來說，時(shí)隙數(shù)將增長N+1倍，其中N是一個(gè)整數(shù)。在被模擬的系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)N＝1是合適的。對(duì)N＝1來說，兩個(gè)爭用時(shí)隙出現(xiàn)在下一個(gè)幀中，對(duì)應(yīng)于在當(dāng)前幀中的沖突里所包含的每一個(gè)爭用時(shí)隙。這樣，總起來說，每個(gè)幀當(dāng)中的爭用時(shí)隙數(shù)是基于在前幀中出現(xiàn)的沖突數(shù)而被調(diào)整的。根據(jù)這個(gè)優(yōu)選的實(shí)施，任意幀Sk中的爭用時(shí)隙數(shù)如下給出Sk＝S(k-1)-P+[M·(N+1)] 等式(1)其中Sk是幀k中的爭用時(shí)隙數(shù)，S(k-1)是在幀k之前的幀即幀(k-1)之中的爭用時(shí)隙數(shù)，N是一個(gè)整數(shù)，M是幀(k-1)中具有沖突的爭用時(shí)隙數(shù)，以及P是幀(k-1)中沒有沖突的爭用時(shí)隙數(shù)。
在N＝1的情況下，這個(gè)關(guān)系式簡化為Sk＝S(k-1)-P+2M 等式(2)在上面每種情況中(等式1和2)，對(duì)定義了每幀中最小和/或最大爭用時(shí)隙數(shù)的系統(tǒng)來說，時(shí)隙數(shù)是受定義了最小和/或最大值的協(xié)議所控制的。也就是說，如果通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，時(shí)隙數(shù)無法小于3或大于50，則上述等式被修改，這樣如果Sk＜3，那么Sk被設(shè)置成3，如果Sk＞50，則Sk被設(shè)置成50。
由于該算法通過幀基準(zhǔn)而動(dòng)態(tài)運(yùn)作在一個(gè)幀上，因此系統(tǒng)中幀的大小非?？焖俚淖赃m應(yīng)。幀的大小可以響應(yīng)于業(yè)務(wù)負(fù)載的變化而非常快速的擴(kuò)展或極為快速的壓縮。例如，設(shè)想一個(gè)根據(jù)等式2運(yùn)行的，具有每幀最小時(shí)隙數(shù)＝1并且每幀最大時(shí)隙數(shù)＝35的系統(tǒng)。如果幀k-1具有10個(gè)爭用時(shí)隙并且沒有沖突產(chǎn)生，那么幀k將只有一個(gè)爭用時(shí)隙1。
類似地，如果幀k-1具有10個(gè)爭用時(shí)隙并且所有10個(gè)爭用時(shí)隙中都有沖突，那么幀k將具有20個(gè)爭用時(shí)隙。如果業(yè)務(wù)量繁重到了幀k的所有20個(gè)爭用時(shí)隙上都有沖突，那么幀k+1本來應(yīng)該具有20+20＝40個(gè)爭用時(shí)隙，但是受最大時(shí)隙數(shù)限制。由于最大時(shí)隙限制，控制器將每幀的時(shí)隙數(shù)設(shè)置為最大的35時(shí)隙。將該示例進(jìn)一步到下一幀，如果幀k+1沒有遭受沖突，那么幀k+2將具有最小數(shù)目的爭用時(shí)隙——在本示例中，僅保留爭用時(shí)隙1。這樣，在兩個(gè)連續(xù)的幀中，爭用時(shí)隙數(shù)可以從最大值直到最小值。
這個(gè)算法只依賴于前一幀來確定后續(xù)的幀當(dāng)中所要放置多少時(shí)隙數(shù)，這使得幀的大小的調(diào)整能夠非常快速。由于爭用時(shí)隙數(shù)只取決于信息的較小取樣，因此系統(tǒng)有可能會(huì)根據(jù)平均負(fù)載狀態(tài)而在錯(cuò)誤方向上適應(yīng)。例如，有可能當(dāng)平均業(yè)務(wù)實(shí)際上增長時(shí)，后續(xù)幀中的爭用時(shí)隙數(shù)卻減少，反之亦然。該算法的快速響應(yīng)使這種即時(shí)錯(cuò)誤無關(guān)緊要，這是因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)非常快速地適應(yīng)即時(shí)業(yè)務(wù)負(fù)載，從而非常快速地(可能就在下一幀)糾正這種情況。
在媒體訪問方案中控制訪問幀的長度的幾種算法，在信道被認(rèn)為是非常阻塞的時(shí)候會(huì)嘗試增加幀的長度。這種想法是通過增加每幀中的時(shí)隙數(shù)，可以將沖突的可能性保持在一定的水平，從而防止輸入輸出量減少。然而大多數(shù)協(xié)議利用每幀中的最大時(shí)隙數(shù)，將延遲保持在一定水平上(例如對(duì)MPT1327來說，幀長度是25個(gè)爭用時(shí)隙)。本發(fā)明在典型的溢出點(diǎn)之上為業(yè)務(wù)負(fù)載保持一個(gè)較高的輸入輸出量，同時(shí)還能滿足最大幀長度的需要，這樣延遲將被保持在一個(gè)可以接受的水平上。
在一個(gè)典型的高業(yè)務(wù)量狀態(tài)下的隨機(jī)訪問系統(tǒng)中，即使一個(gè)將爭用時(shí)隙數(shù)保持在最大值的算法也會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，其中在獲取對(duì)控制信道訪問中的延遲將變得非常大。該飽和狀態(tài)出現(xiàn)在信道輸入輸出量達(dá)到了一個(gè)峰值之后，在這之后，當(dāng)提供到信道上的業(yè)務(wù)增長時(shí)，輸入輸出量降低到大約只有被提供業(yè)務(wù)的0.1或是更少(一個(gè)通常比低于峰值輸入輸出量條件下所獲得的1/4的水平)。當(dāng)并非所有延遲都能被消除并且只要在這樣的系統(tǒng)中產(chǎn)生沖突，輸入輸出量都必定受損失時(shí)，可以有實(shí)質(zhì)上的改進(jìn)。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)達(dá)到一個(gè)接近峰值輸入輸出量等級(jí)的閾值時(shí)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例試圖增強(qiáng)上述算法。結(jié)合附圖3和4對(duì)這種增強(qiáng)進(jìn)行了描述，在本文的后面描述中其被稱作窗口展寬算法。
現(xiàn)在參考圖3，當(dāng)前的窗口展寬增強(qiáng)包括將一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的窗口結(jié)構(gòu)疊加到幀結(jié)構(gòu)上。結(jié)合圖2的上述算法在下文中被稱作樹形擴(kuò)展，這是因?yàn)闋幱脮r(shí)隙的數(shù)目可以像一個(gè)二進(jìn)制樹形那樣增長。在這個(gè)算法中，可以通過在幀上疊加一個(gè)窗口結(jié)構(gòu)而為高業(yè)務(wù)負(fù)載提高輸入輸出量，從而提高有效的可用爭用時(shí)隙數(shù)，并將延遲保持在一個(gè)可接受的水平。
現(xiàn)在一般地參考圖3，當(dāng)業(yè)務(wù)狀況被估計(jì)是在一定的閾值等級(jí)(ETH)之上時(shí)，啟動(dòng)窗口展寬算法。一旦業(yè)務(wù)跌到閾值(TH)之下，則窗口展寬算法被禁止。在這個(gè)實(shí)施例中使用了兩個(gè)不同的閾值，但這并不受限制。在窗口展寬模式中，每個(gè)無線電設(shè)備單元隨機(jī)從當(dāng)前窗口中選擇一個(gè)幀。一旦所選幀被建立，則無線電設(shè)備單元隨機(jī)從該幀中選擇一個(gè)爭用時(shí)隙，以供從中選擇。這個(gè)想法是為無線電設(shè)備單元提供比協(xié)議所預(yù)期的最大爭用時(shí)隙數(shù)更多的爭用時(shí)隙。在本發(fā)明該實(shí)施例的方法中，有時(shí)沖突的概率可能會(huì)有所提高，但總的輸入輸出量可以被保持，同時(shí)將延遲保持在可接受的水平。這是因?yàn)榇翱诮Y(jié)構(gòu)并不影響單個(gè)無線電設(shè)備單元的等待周期。如果一個(gè)無線電設(shè)備單元首次傳送一個(gè)請(qǐng)求，它只需要等待下一幀的開始，而不必考慮實(shí)際窗口中的幀數(shù)。如果一個(gè)無線電單元在一次沖突之后重新傳送一個(gè)請(qǐng)求，它不必等到當(dāng)前窗口的結(jié)束，它只需要等到下一幀開始。
這樣，詳細(xì)分析圖3，在100，系統(tǒng)首先初始化幀的長度(FL)，每窗口的幀數(shù)(FPW)，用于進(jìn)入窗口展寬算法的閾值(ETH)，用于添加窗口展寬算法的閾值(TH)，每個(gè)窗口的最大幀數(shù)(MFPW)以及每個(gè)窗口的最小幀數(shù)(mFPW)。展寬模式(指示該系統(tǒng)是否正在使用窗口展寬算法運(yùn)行的標(biāo)志)被初始設(shè)置為“否”。在104，幀被執(zhí)行，這意味著中心控制器發(fā)送并同步爭用時(shí)隙，而同時(shí)中心控制器在入站信道上監(jiān)視引入的通話請(qǐng)求。每窗口的幀數(shù)在每個(gè)幀28的控制字20中被傳送。同樣，在一個(gè)幀的執(zhí)行中，控制器說明產(chǎn)生沖突的時(shí)隙。
在105，計(jì)算確定進(jìn)入展寬模式是否適當(dāng)。在當(dāng)前實(shí)施例中，這是一個(gè)進(jìn)行中的計(jì)算，其中在前三個(gè)幀上檢查有沖突的時(shí)隙數(shù)，并用符號(hào)表示成％SPF(三個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)三個(gè)幀)。在106，進(jìn)行關(guān)于展寬模式狀態(tài)的判定。如果展寬模式＝“否”，那么控制進(jìn)行到107，在這里將105的％SPF數(shù)與閾值ETH相比較，以確定它們是否都超出了該閾值(ETH)。例如，如果在前的三個(gè)幀中每一幀都具有多于75％的沖突幀(也就是ETH＝75％)，那么它被認(rèn)為在108將展寬模式設(shè)置成“是”是恰當(dāng)?shù)摹ＨQ于系統(tǒng)，其他閾值百分比和測量技術(shù)也可以是恰當(dāng)?shù)摹Ｒ坏┰?08展寬模式被設(shè)置成“是”，則控制進(jìn)行到109。如果展寬模式在106已經(jīng)為“是”，那么控制將繞過107和108直接傳遞到109。如果在107沒有達(dá)到或超過閾值ETH，控制將直接傳遞到110。
在110使用前一幀的沖突時(shí)隙數(shù)來確定每幀的時(shí)隙數(shù)。然后控制器開始使得爭用時(shí)隙對(duì)無線電設(shè)備單元是可用的。
在109，遇到幀尾部。如果在109窗口末端沒有被處理，那么控制進(jìn)行到110，在這里基于樹擴(kuò)展算法來計(jì)算每幀中的時(shí)隙數(shù)，并且程序返回到104。如果在109，已經(jīng)到達(dá)窗口末端，則在116，以百分比來計(jì)算，每窗口中沖突的時(shí)隙數(shù)作為業(yè)務(wù)負(fù)載的標(biāo)志。如果在120該數(shù)字(％SPW)不大于或等于閾值TH，那么在124在最小幀數(shù)mFPW控制下減少每窗口的幀數(shù)FPW(例如減少1)。如果在120的平均值大于或等于在120的閾值，那么在130在每窗口最大幀數(shù)MFPW控制下增加每窗口的幀數(shù)(FPW)(例如增加1)。
從124到130，控制進(jìn)行到136，在這里檢查每窗口的幀數(shù)(FPW)，并與最小值(通常為1)相比較。如果每窗口的幀數(shù)處于最小值，這就說明并不需要展寬模式，并在140將展寬模式設(shè)置為“否”。然后控制如前傳回到110。如果FPW不等于最小值，那么控制直接傳回到110。這樣，當(dāng)超出閾值TH時(shí)，在最大值的控制下，窗口的數(shù)目增加。當(dāng)沒有超出閾值TH時(shí)，窗口數(shù)目在最小值控制下收縮。當(dāng)達(dá)到每窗口的最小幀數(shù)時(shí)，在140展寬模式立即變換到“否”。在本發(fā)明某些實(shí)施中，當(dāng)三個(gè)連續(xù)幀具有多于75％的沖突幀時(shí)，開始進(jìn)入展寬模式。在108，在直到滿足該條件之后的過程的第一時(shí)間，進(jìn)入展寬模式。在該實(shí)施中，TH被設(shè)置成每窗口50％的沖突時(shí)隙。這樣，當(dāng)?shù)竭_(dá)120時(shí)，將在130增長每窗口的幀數(shù)，并且在136保留展寬模式。一旦在120中％SPW不再大于或等于TH，并且在124中FPW到達(dá)最小mFPW，那么在140將退出展寬模式。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，上述過程應(yīng)該基于特定的系統(tǒng)參數(shù)和被選操作參數(shù)而恰當(dāng)?shù)卣f明啟動(dòng)條件。例如，在105中對(duì)三個(gè)連續(xù)幀中有沖突的爭用時(shí)隙百分比的計(jì)算只在第一個(gè)三個(gè)幀出現(xiàn)后才是有效的。
如上面所簡要描述的，一個(gè)在中心控制器估計(jì)負(fù)載條件，而不需要無線電設(shè)備單元報(bào)告的簡單實(shí)際的方法是監(jiān)視每幀中沖突的時(shí)隙數(shù)。然而，幀長度參數(shù)也很容易被用作對(duì)業(yè)務(wù)負(fù)載的一種量度，用于與TH和/或ETH相比較。如前所述，如果在先的幀被認(rèn)為非常阻塞，大多數(shù)算法將嘗試提高幀的長度。經(jīng)驗(yàn)說明(直覺上)當(dāng)業(yè)務(wù)負(fù)載高于溢出點(diǎn)時(shí)，幀長度參數(shù)將快速增長到最大限度，并趨向于保持在這里，只要保持業(yè)務(wù)過載的狀況。可以推斷出在連續(xù)幀的平均長度和是否所提供的業(yè)務(wù)高于溢出點(diǎn)之間存在直接關(guān)系?；谶@一點(diǎn)，在一個(gè)替換的實(shí)施例中，中心控制器可以通過對(duì)在先的連續(xù)幀的長度求平均來確定是否業(yè)務(wù)量負(fù)載高于溢出點(diǎn)。并不需要來自無線電單元設(shè)備的信息。
盡管在圖3中沒有明顯示出，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，幀長度、每窗口的幀數(shù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)在幀的控制部分中被傳送到無線電設(shè)備單元。這使得每個(gè)無線電設(shè)備單元能夠確定哪些和多少爭用時(shí)隙是可用的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也將會(huì)理解，本實(shí)施例使用兩個(gè)閾值來確定進(jìn)入展寬模式的入口(使用窗口展寬算法)。也可以設(shè)計(jì)其他方案，使用單一的閾值，或其他閾值，或其他不同于已公開方案的、用于窗口展寬算法的業(yè)務(wù)負(fù)載的量度，而不背離本發(fā)明。
圖4描述了在結(jié)合圖2和3所描述的系統(tǒng)中的無線電設(shè)備單元的運(yùn)作。在200，無線電設(shè)備單元有一個(gè)準(zhǔn)備傳送到中心控制器的通話請(qǐng)求，以安排建立一個(gè)通話。在204等待下一幀，這里無線電設(shè)備單元在210從幀的控制部分中確定系統(tǒng)是否處于窗口展寬模式中，窗口的大小(如果處于展寬模式)，以及在下一幀中有多少爭用時(shí)隙是可用的(注意爭用時(shí)隙的數(shù)目從一幀到另一幀是可以變化的)。如果系統(tǒng)是處于窗口展寬模式(也就是說使用窗口展寬算法)，那么無線電設(shè)備單元將該幀識(shí)別為第一窗口的第一幀，并在216從第一窗口中隨機(jī)選擇一個(gè)幀，并在220等待被選幀的開始。然后在224無線電設(shè)備單元從被選幀中隨機(jī)選擇一個(gè)爭用時(shí)隙，并將通話請(qǐng)求數(shù)據(jù)放置到選中的爭用時(shí)隙之中。如果由于在228出現(xiàn)的沖突而造成傳輸失敗，無線電設(shè)備單元將會(huì)知道，這是因?yàn)橹行目刂破鲗⒉粫?huì)建立通話或認(rèn)可該通話建立請(qǐng)求。如果在228出現(xiàn)失敗，那么在230無線電設(shè)備單元確定在第一窗口中是否仍保留有任何幀。如果沒有保留幀，那么無線電設(shè)備單元在204等待下一幀，并且過程繼續(xù)到下一幀開始的一個(gè)新窗口，并具有一個(gè)在下一幀中被定義的當(dāng)前窗口大小(CWS)。如果仍保留有一個(gè)或多個(gè)幀，那么無線電設(shè)備單元在232等待下一幀，并在216隨機(jī)選擇剩余幀當(dāng)中的一個(gè)，在這之后過程繼續(xù)。(如果只剩下一個(gè)幀，那么理所當(dāng)然隨機(jī)選擇的就是那個(gè)幀。如果在228沒有出現(xiàn)沖突，通話請(qǐng)求直接到236。如果在210，系統(tǒng)不處于窗口展寬模式，216和220將被繞過，這是因?yàn)榇翱趯?shí)際上是只有一個(gè)幀的窗口，并且過程在224重新開始。注意從開始到它所遇到第一幀，每個(gè)無線電設(shè)備計(jì)數(shù)并保持對(duì)窗口大小的歷程，并且只在每個(gè)當(dāng)前窗口完成之后才確定新的窗口大小，這樣一個(gè)無線電設(shè)備單元的窗口并不需要與其他無線電設(shè)備單元或者中心控制器相調(diào)整。)現(xiàn)在參考圖5，本發(fā)明的樹擴(kuò)展和窗口展寬算法實(shí)施例的輸入輸出量被與分時(shí)ALOHA系統(tǒng)以及之前所描述的負(fù)載估計(jì)算法的相比較。樹擴(kuò)展以及窗口展寬的輸入輸出量如502所示，負(fù)載估計(jì)如504所示，分時(shí)ALOHA如506所示。在圖5(以及圖6)所示的每種情況中，數(shù)據(jù)來自一種執(zhí)行下列參數(shù)的模擬。
為了模擬上述的每種算法，使用每幀的最大爭用時(shí)隙數(shù)＝25，并且每幀的最小爭用時(shí)隙數(shù)＝1。對(duì)樹擴(kuò)展算法來說，為每個(gè)沖突時(shí)隙所添加的時(shí)隙數(shù)(N)被設(shè)置等于1。對(duì)窗口展寬算法來說，每窗口最大幀數(shù)＝5并且每窗口最小幀數(shù)＝1。作為閾值初始進(jìn)入窗口展寬算法的標(biāo)準(zhǔn)(ETH)為在三個(gè)或更多連續(xù)幀中有75％或更多沖突的時(shí)隙。在進(jìn)入了窗口展寬模式之后，用于增加或減少窗口大小(TH)的閾值為50％，或者在整個(gè)窗口中有更多沖突的時(shí)隙。如果每窗口中的幀數(shù)降到最小值(本示例中為1)，可以認(rèn)為已退出窗口展寬模式并且認(rèn)為系統(tǒng)只工作在根據(jù)該模擬的樹擴(kuò)展算法下。這樣進(jìn)入窗口展寬模式就有一個(gè)比退出窗口展寬模式更高的閾值。
當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以預(yù)見上述參數(shù)對(duì)一個(gè)真實(shí)世界的系統(tǒng)來說可能并不是最優(yōu)的。希望有某些級(jí)別的試驗(yàn)來優(yōu)化任何給定系統(tǒng)的性能，從而更全面地利用這些算法的優(yōu)勢(shì)。
在圖5-6中的圖表中，水平軸代表標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)業(yè)務(wù)。平均起來，標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)業(yè)務(wù)代表對(duì)每個(gè)通話請(qǐng)求來說可用的爭用時(shí)隙數(shù)的倒數(shù)。一個(gè)1.0的正常供應(yīng)業(yè)務(wù)意味著平均每個(gè)通話請(qǐng)求有一個(gè)爭用時(shí)隙。一個(gè)0.5的正常供應(yīng)業(yè)務(wù)意味著平均每個(gè)通話請(qǐng)求有兩個(gè)可用的爭用時(shí)隙，等等。所提供業(yè)務(wù)是使用通話請(qǐng)求的泊松分布來模擬的。
在圖5標(biāo)記了“輸入輸出量”的垂直軸上，輸入輸出量是依照成功填充的可用時(shí)隙數(shù)的分?jǐn)?shù)形式來測量的。也就是說，輸入輸出量＝成功填充的時(shí)隙數(shù)除以總的時(shí)隙數(shù)。
在該模擬中，可以從圖5中看出，本發(fā)明實(shí)施例中樹擴(kuò)展和窗口填充算法的峰值輸入輸出量超過了分時(shí)ALOHA的，并且達(dá)到了負(fù)載估計(jì)的峰值。但更為重要的是，在較高負(fù)載等級(jí)時(shí)，本發(fā)明的系統(tǒng)輸入輸出量被動(dòng)態(tài)地改進(jìn)，超過了這兩個(gè)系統(tǒng)，達(dá)到了所提供業(yè)務(wù)的負(fù)載等級(jí)等于1。一般來說，每個(gè)系統(tǒng)在所提供業(yè)務(wù)水平在0.3到0.5之間時(shí)達(dá)到了峰值輸入輸出量，并且一般來說，直到曲線的峰值才在性能上是等價(jià)的。在更高的提供業(yè)務(wù)等級(jí)上(例如大于0.4)，分時(shí)ALOHA和負(fù)載估計(jì)迅速降低其性能以提供有效率的輸入輸出量。本發(fā)明實(shí)施例中的樹擴(kuò)展算法和窗口展寬算法是高于這些等級(jí)的。在這個(gè)示例中，窗口展寬算法超出所提供的業(yè)務(wù)閾值的時(shí)候大約是在輸入輸出量峰值處，并開始參與到算法當(dāng)中。
現(xiàn)在參考圖6，由延遲時(shí)間所測量的相同的三個(gè)系統(tǒng)的性能如圖所示。本發(fā)明中樹擴(kuò)展和窗口展寬算法的延遲時(shí)間如602所示，負(fù)載估計(jì)的延遲時(shí)間如604所示，分時(shí)ALOHA的延遲時(shí)間如606所示。盡管本發(fā)明的樹擴(kuò)展和窗口展寬算法的延遲時(shí)間通常比分時(shí)ALOHA的長，延遲時(shí)間在大約3個(gè)時(shí)間單元(例如在被使用的MPT1327的模擬參數(shù)下，為3秒)，但對(duì)一個(gè)這種類型的系統(tǒng)來說仍是可以接受的，而在分時(shí)ALOHA上輸入輸出量是動(dòng)態(tài)改進(jìn)的。與負(fù)載估計(jì)算法相比較，延遲通常在高業(yè)務(wù)量狀況下要好一點(diǎn)，同時(shí)顯著地改善了輸入輸出量。
對(duì)本發(fā)明的窗口展寬算法和樹擴(kuò)展算法的利用提供了合理延遲并使輸入輸出量有較強(qiáng)的改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)見到，這些算法或是對(duì)其所作的修改可以被獨(dú)立使用，而不脫離本發(fā)明。此外，盡管上面對(duì)這些算法的細(xì)節(jié)作了概述，但在不脫離本發(fā)明的情況下，許多局部的改進(jìn)仍然是可能的。例如，當(dāng)前的樹擴(kuò)展算法幾何提高用于每個(gè)被沖突時(shí)隙的時(shí)隙數(shù)，但也可以使用其他變化。類似地，如果在一個(gè)特定時(shí)隙中沒有出現(xiàn)沖突，則時(shí)隙被從隨后的幀當(dāng)中刪除。這個(gè)變化是可能的，例如通過刪除每兩個(gè)沒有沖突的時(shí)隙中的一個(gè)時(shí)隙。窗口展寬算法中類似的變化同樣是可能的并且被本發(fā)明所設(shè)想。這樣，上面的描述應(yīng)該只被認(rèn)為是這種類型算法的一個(gè)示例，它可以通過使用在一個(gè)時(shí)隙中的沖突數(shù)作為基準(zhǔn)而被用于用以確定幀和窗口參數(shù)。在其他的變化中，可以對(duì)較少的幀(例如2到10個(gè))進(jìn)行沖突檢查，以確定信道負(fù)載。這樣一種系統(tǒng)將會(huì)對(duì)改變負(fù)載條件反應(yīng)的稍微慢一點(diǎn)，但是能更為精確地表征信道負(fù)載。
盡管已經(jīng)結(jié)合特殊的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是很明顯，按照前面的描述，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，許多的替換、修改、置換以及變化都是顯然的。因此，本發(fā)明將所有這些替換、修改以及變化都包括在所附的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)的中心控制器中用于調(diào)整在一個(gè)可變長度幀協(xié)議中的多個(gè)爭用時(shí)隙的方法，包括確定在幀(k-1)中的S(k-1)個(gè)爭用時(shí)隙之中的每一個(gè)上是否出現(xiàn)了沖突；對(duì)在幀(k-1)中出現(xiàn)了沖突的M個(gè)爭用時(shí)隙的每一個(gè)，在后續(xù)幀中用(N+1)個(gè)爭用時(shí)隙來代替這M個(gè)時(shí)隙中的每一個(gè)，其中N是一個(gè)正整數(shù)，和對(duì)在幀(k-1)中沒有沖突出現(xiàn)的P個(gè)時(shí)隙，在后續(xù)幀中移除P個(gè)爭用時(shí)隙中的每一個(gè)，從而，在后續(xù)幀中的爭用時(shí)隙數(shù)Sk，如下給出Sk＝S(k-1)+M*(N+1)-P。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每幀中的爭用時(shí)隙數(shù)被限制在最大和最小數(shù)的范圍中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中幀符合Tetra和MPT1327標(biāo)準(zhǔn)幀定義中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)幀駐留在一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)幀的窗口中；并且進(jìn)一步包括確定通信信道是否具有超出閾值業(yè)務(wù)等級(jí)的業(yè)務(wù)量；如果業(yè)務(wù)量沒有超出閾值業(yè)務(wù)等級(jí)，減少每個(gè)窗口中的幀數(shù)；并且如果業(yè)務(wù)量超出了閾值業(yè)務(wù)等級(jí)，增加每個(gè)窗口中的幀數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中每窗口的幀數(shù)被限制在最大和最小數(shù)范圍中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中業(yè)務(wù)量通過檢查沖突的數(shù)目來測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中業(yè)務(wù)量通過檢查幀長度來測量。
8.一種用于通信系統(tǒng)的中心控制器，用以調(diào)整可變長度幀中的爭用時(shí)隙數(shù)的方法，包括通過檢查前一幀中的沖突數(shù)來確定信道業(yè)務(wù)等級(jí)；以及基于信道業(yè)務(wù)等級(jí)來改變當(dāng)前幀中每幀的時(shí)隙數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在前一幀中信道業(yè)務(wù)量的等級(jí)是單獨(dú)通過前一可變長度幀的爭用時(shí)隙中的沖突數(shù)來確定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中每個(gè)幀駐留在一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)幀的窗口中；并且更進(jìn)一步包括根據(jù)信道業(yè)務(wù)量的等級(jí)來改變每窗口中的幀數(shù)。
全文摘要
一種媒體訪問協(xié)議,其對(duì)可變長度幀中的爭用時(shí)隙數(shù)進(jìn)行調(diào)整,并在幀結(jié)構(gòu)上疊加一個(gè)可變窗口結(jié)構(gòu)。在幀(28,30)中的爭用時(shí)隙(24)數(shù)是通過確定是否在任意爭用時(shí)隙中出現(xiàn)了沖突(44)而逐幀地被改變的。如果沒有,則去除爭用時(shí)隙(48),如果有,則增加時(shí)隙數(shù)(52)。在高業(yè)務(wù)量狀況下,如果平均負(fù)載大于閾值(107,120),增加窗口中的幀數(shù)(130)。如果負(fù)載下落到閾值之下(120),減少每窗口中的幀數(shù)(124)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1366750SQ01800894
公開日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月11日
發(fā)明者吉米W·卡德, 胡安·卡洛斯·帕拉西奧斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司