專利名稱:用于通信網的基站的調度器以及操作調度器的方法
技術領域:
本發明涉及一種用于網元的調度器(scheduler),特別地涉及用于通信網的基站的調度器,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予。
本發明還涉及一種操作網元的調度器的方法,特別地涉及操作通信網的基站的調度器的方法,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予。
背景技術:
從現有技術已知這種調度器,并且例如它們用在基站內,尤其可以采用該基站來形成所謂的多跳網絡體系結構,以便可以提供相鄰無線小區之間的數據交換,該每一個無線小區都關聯到通信網的基站。由于所述交換可以借助于設置在所述基站內的射頻(RF)接口來執行,所以不需要例如用光纖方式等連接基站的主干網(backbone)。
這種基于當前系統的無線多跳網絡體系結構的主要缺點在于其相當大的延遲,該延遲取決于所使用的系統和通信協議,通常可達多個相應傳輸幀單元。
即,所述延遲可能達到幾十毫秒,從而尤其會對諸如基于IP的語音傳送(VoIP)等的服務產生降低服務質量的影響。
發明內容
因此,本發明的目的在于提供一種改進的調度器和一種改進的操作上述類型的調度器的方法,以實現數據傳輸過程中的減小的延遲,特別是當使用例如基站的多跳配置時實現該延遲。
關于調度器,所述目的可以通過在所述調度器內設置一個超前生成器(look ahead generator)來實現,該超前生成器用于根據先前由所述調度器接收到的請求和/或超前請求來生成超前請求。
本發明的這種超前請求例如可以通過所述超前生成器反應于對資源的請求來生成,其中對資源的請求是從用戶站發送到包括本發明的調度器的基站。如果所述請求所尋址的基站是要用于多跳數據傳輸的基站鏈中的第一基站,則本發明尤其有利,因為借助于本發明的超前請求,多跳鏈的下一個基站可能已經被通知要為未來數據傳輸分別分配或保留資源。
以上意義中的資源可以是例如空閑傳輸時間幀/時隙、帶寬、傳輸信道等。
本發明的超前請求使得所述下一個基站能夠為未來數據傳輸適時地調度資源,這就避免了當前基站和調度器所固有的傳輸延遲,其中當前的調度器通常僅執行本地調度,而與相鄰的基站無關。
本發明的調度器并不局限于用在通信網的基站內。也可以在其他網元內使用本發明的調度器,該其他網元基于具有根據相應請求的授予機制的共享介質,其中要通過多個網元對傳輸數據進行中繼。例如,提供回傳信道(return channel)的有線電視(TV)系統就是本發明的調度器未來的應用領域。
根據本發明的有利實施例,所述調度器的特征在于包括超前處理器,該超前處理器能夠接收以及/或者處理請求和/或超前請求。
所述超前處理器配置成處理從例如包括在基站的無線小區內的用戶站到來的請求。從現有技術已知這種請求,例如可以是所謂的MAC請求,即有關在ISO/OSI參考模型內定義的數據鏈路層或媒體接入控制(MAC)層的服務的請求。
另外,本發明調度器的超前處理器能夠處理超前請求,該超前請求例如可以是從具有本發明超前生成器的相鄰基站接收的。超前處理器使得本發明調度器能夠適時地為對資源的未來請求做好準備,這種對資源的未來請求將極有可能跟在超前請求之后。對接收到超前請求的可能反應,例如可以包括在相應基站內保留或分配滿足所述未來請求所需要的資源。
本發明的又一個有利實施例的特征在于,所述調度器包括緩沖器,例如環緩沖器(ring buffer),特別地用于存儲請求和/或超前請求以及/或者有關所述請求和/或超前請求的狀態信息,其中所述狀態信息優選地包括下列狀態中的至少一個狀態保留、確定、有效、無效。
根據本發明,“保留”狀態用來表示已經反應于接收到的超前請求進行調度的資源,即關聯到所述超前請求的請求很有可能會跟在后面。
“確定”狀態首先用來表示已經反應于接收到的請求,即與所述本發明的超前請求相對照的如在當前系統內所使用的普通請求,進行調度的資源。
其次,“確定”狀態還用來表示先前已經反應于接收到的超前請求進行調度的資源。在該階段,將所述資源首先設為“保留”,如上所述。當隨后接收到對應超前請求的請求時,將所述資源也設為“確定”,從而與根據現有技術,通過僅使用現有技術的請求即沒有預先的超前請求,進行調度的資源沒有差別。
“有效”和“無效”狀態例如用來指定所分配或調度的資源是否已經實際用于數據傳輸。如果是,則將該資源設為“有效”。否則,即如果在特定資源內,例如為所述數據傳輸保留的時隙內,沒有數據傳輸執行,則該資源被浪費并被標為“無效”。
“有效”和“無效”狀態主要用來評估調度器的性能并進行統計使得能夠優化調度器的工作參數,例如可以通過建立閉環控制來實現。
本發明的調度器的另一個有利實施例包括授予到達監視器(grant arrival monitor),用于監視先前請求和/或授予的資源是否已經實際用于數據傳輸。通過所述授予到達監視器得到的信息例如可以用于將資源狀態相應地設為有效或無效,如上所述。
本發明的又一個有利實施例的特征在于,包括SLA和/或策略模塊,對服務等級協議(SLA)以及安全和/或傳輸策略等進行評估。
在多跳數據傳輸中,所述SLA評估或所述策略僅在多跳鏈的第一基站內有利地執行。
本發明目的的又一個解決方案關于操作通信網的基站的調度器的方法,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予,該方法的特征在于,根據先前由所述調度器接收到的請求和/或超前請求,向另外的至少一個基站提供超前請求。
從而第一基站可以觸發例如構成多跳數據傳輸的下一跳的相鄰基站。反應于接收到例如可能直接從用戶站發起的請求,或反應于已經由多跳鏈上游的另一個基站轉發的超前請求,可以通知下一基站。
有利地,在接收到請求時所述調度器為資源分配“確定”狀態,以及在接收到超前請求時所述調度器為資源分配“保留”狀態。這例如使得能夠區分是直接來自用戶站的請求還是由上游基站的超前生成器已經生成的請求。
根據本發明的又一個實施例,在接收到與先前接收的超前請求對應的請求時,所述調度器將所述資源的狀態從“保留”變為“確定”。
根據本發明的又一個實施例,如果先前請求和/或授予的資源還沒有實際用于數據傳輸,則所述調度器將先前分配的資源的狀態變為“無效”,以及/或者如果先前請求和/或授予的資源已經實際用于數據傳輸,則所述調度器將先前分配的資源的狀態變為“有效”。
為了監視先前請求和/或授予的資源是否已經實際使用,可以使用上述本發明的授予到達監視器。
根據本發明的又一個實施例,將請求和/或超前請求以及/或者有關所述請求和/或超前請求的狀態信息存儲在緩沖器中,優選存儲在環緩沖器中。
根據本發明的又一個實施例,對所存儲的請求和/或超前請求以及/或者所存儲的有關所述請求和/或超前請求的狀態信息進行評估,特別地用于對所述調度器進行統計。
本發明的另一個非常有利的實施例提出,對關于請求和/或超前請求的到達以及/或者傳輸數據的到達時間的資源的調度和/或分配,采用閉環控制,這使得能夠有效地優化數據傳輸。
本發明的另一個非常有利的實施例的特征在于,根據所測量的在超前請求的到達和對應于所述超前請求的隨后請求的到達之間的延遲,對資源進行調度以及/或者對有關所述請求和/或超前請求的狀態信息進行改變。從而使得能夠對特定的基站在本地進行優化處理,而與其它基站無關。
本發明的又一個有利的變體提出執行所述閉環控制,以便-使所述調度器的緩沖器的隊列深度最小化,以及/或者-尤其當把請求轉發到下一基站時,使延遲和/或抖動最小化。
本發明的又一個有利的實施例提供一種調度器,能夠執行上述操作通信網的基站的調度器的方法。
一般地,根據本發明的方法獨立于用于請求數據傳輸所需資源并授予這些資源的進程的特定機制。
例如,根據本發明的方法可以與從現有技術已知的下列授予機制一起執行UGS(主動授予服務),其中在沒有用戶站的單獨請求的情況下,將規律性的授予模式給予該用戶站。UGS通常用于固定比特速率的數據傳輸以及/或者用于連接定位服務如語音服務。
RTP(實時輪詢),其中用戶站以無沖突(collision free)的方式頻繁且周期性地利用時機進行輪詢以請求授予。RTP也很適合于諸如基于IP的語音傳送(VoIP)的語音服務。
NRTP(非實時輪詢),其類似于RTP,但其具有減小的輪詢速率和較低規律性的輪詢模式。NRTP授予機制可任選地提供對最小帶寬的支持。
基于競爭的授予,其中所有用戶為接入進行競爭。
本發明方法提供一種通過評估例如基于隨選的反饋信息,用于使多跳數據傳輸的延遲和抖動最小化的系統方法。
應用本發明的方法產生的另一個明顯優勢在于,使在本發明的基站中所必須提供的數據和/或分組存儲空間最小化,因為通過使用本發明的超前請求,顯著地降低了轉發延遲。
還可以操作本發明的方法,使得將可能的優化集中于延遲最小化、抖動最小化以及數據和/或分組存儲空間的最小化的前述問題之一。
本發明的又一個優勢在于,本發明方法獨立于任何潛在標準例如關于用戶站和基站之間數據傳輸等的標準。
雖然失去了本發明的一些優點,但包括本發明調度器的基站保持與現有技術的基站的完全互用性。此外,本發明的方法對于用戶站是透明的,并因此不需要用戶站硬件或軟件的任何改變。
盡管本發明并不局限于特定網絡通信系統或標準,但更適合于在根據IEEE 802.16系列規范操作的網絡內實施。
本發明的其他優勢和特征將在下面參考附圖進行詳細的描述。其中圖1示出了采用本發明的第一實施例的典型場景;圖2示出了本發明調度器的實施例;圖3a示出了根據本發明的一個實施例的第一消息流;圖3b示出了根據本發明的一個實施例的第二消息流;以及圖4示出了在本發明調度器的一個實施例內實施的狀態圖。
具體實施例方式
圖1所示的通信網100包括多個基站10、20、30和40,每個基站定義一個無線小區12、22和32,其中在相應無線小區12的用戶站13和對應的基站10之間可以進行無線數據傳輸。
基站10、20、30和40沒有通過例如電纜連接等形式的主干網連接,這就使采用無線數據傳輸成為必需,以便在不同基站10、20、30和40之間進行數據交換。
例如第一基站10到另外的基站20的無線數據傳輸,可以借助于由三角形11’符號表示的RF連接來實現。所述RF連接11’從用戶站11來維護,該用戶站11指定給第一基站10并且通過鏈路10’連接到該基站。
將用戶站11用于上述第一基站10到另外的基站20的數據傳輸的優勢基于該解決方案與現存網絡通信標準的兼容性,該現存網絡通信標準不提供兩個基站10和20上行鏈路方式的直接通信。而由用戶站11和另外的基站20執行的典型的上行鏈路連接場景則不會引起任何問題。
以同樣的方式,從基站20到基站30執行無線數據傳輸,以及從基站30到基站40執行無線數據傳輸。為此,給每一個另外的基站20和30指定特定用戶站21和31,該用戶站21和31通過鏈路20’和30’鏈接到相應的基站20和30,如圖1所示。
以下部分描述圖1所示的從用戶站13到目的地網元50的多跳數據傳輸,其中詳細地給出圖2所示的本發明調度器200的操作,該調度器200包括在每一個所述基站10、20、30和40內。
根據圖2的本發明的調度器200包括超前處理器210,該超前處理器210連接到環緩沖器215、超前生成器220、授予到達監視器230以及SLA和/或策略模塊240。
該超前處理器配置成接收對圖1的所述通信網100中數據傳輸所需資源的請求300和310。所述資源例如可以包括空閑傳輸時間幀/時隙、帶寬、傳輸信道等。
在本發明的一個實施例中,請求300例如可以通過MAC請求來實現,即通過在如ISO/OSI參考模型內定義的媒體接入控制(MAC)層內的網元之間進行交換的消息來實現。
在接收到如圖3a所示的MAC請求300時,基站10(圖1)的調度器200(圖2)觸發策略控制會話340,其中與本發明的調度器200的SLA和策略模塊240取得聯系,并且提供該會話340來檢查和處理服務等級協議、通信量調整(traffic shaping)、以及尤其是策略,因為所述請求300可能源自非策略源。
這種策略控制會話340通常僅在基站的多條鏈的第一跳基站10內必需,即在中間基站20、30和40內不需要執行策略控制會話340,因為在所述第一基站10內已經進行處理。
在所述策略控制對話340之后,借助于由所述超前處理器210發送到環緩沖器215的圖3a的消息315,來分配可用資源。例如空閑傳輸時間幀等的資源,例如可以通過所述環緩沖器215內的入口來描述,并且該資源可能包括諸如確定、保留、有效和無效的各種狀態。
由于所述MAC請求300直接來源于所述用戶站13,因此分配的資源的狀態設為確定,這類似于現有技術的調度器中資源的處理。
稍后借助于對應的由基站10發出的授予消息(未示出),將所確定的資源授予給用戶站13。由用戶站13可以發出對所述授予消息的響應350,該響應350可能包含要傳輸到目的地網元50的數據。
在所述環緩沖器215內給所述資源分配“確定”狀態的同時,超前處理器210向超前生成器220發出消息320。所述消息320通知超前生成器220這樣的事實,即響應于用戶站的MAC請求300要執行多跳數據傳輸,并因此,超前生成器220向下一跳基站20(圖1)發出超前請求310’。
超前請求310’包括基于在第一跳基站10的所述調度器200內執行的調度的定時信息,并且該超前請求310’使得下一跳基站20能夠適時地為未來數據傳輸分配資源,由此可以避免如在現有技術的系統內出現的延遲。
定時信息例如可以包括在向下一基站20發出超前請求310’和向用戶站13發出上述授予消息的時間點之間的時間延遲。
一般地,例如借助于超前請求310’提供給下一跳基站20的定時信息,以及用在本發明的調度器200內特別是用于與其他網元進行交換的任何其他定時信息,可以定義為絕對值或微分值。
當使用絕對值來描述定時信息時,利用所述定時信息對不同網元的系統時鐘進行適當同步是至關重要的。通過周期性地交換類似于例如超前請求310的控制消息,可以有利地實現該同步。
使用差分值來描述定時信息,需要預知用于網元之間數據交換過程的延遲。
在向下一跳基站20發出超前請求310’之后,在第一跳基站10內接收先前已經授予給用戶站13的數據傳輸350,這將由授予到達監視器230(圖2)來驗證,該授予到達監視器230監視所授予的資源是實際用于數據傳輸,還是沒有被使用并因而浪費。所述監視使得能夠在基站10的調度器200內進行反饋控制并優化定時參數。
通過所述授予到達監視器230得到的信息還用于根據資源是否浪費,將先前分配的資源設為有效狀態或無效狀態。這使得能夠對調度器操作進行統計并進行進一步的評估。
當在基站10內接收到所述數據傳輸350時,可以將如此接收的數據經由用戶站11傳遞到下一跳基站20,該用戶站11與第一跳基站10共同定位,并經由鏈路10’連接到該第一跳基站10。
在接收所述數據之前,下一跳基站20首先接收已經由第一基站的調度器200的超前生成器220發出的超前請求310’。這在圖3b中示出。
在接收到超前請求310’時,下一跳基站20的調度器200借助于向環緩沖器215發送的消息315觸發對資源的分配。與根據圖3a的情形相比,在本情況下已經接收到超前請求310’,這將通知給下一跳基站20這樣的事實,即在未來會需要資源即用于多跳數據傳輸。
因此,在所述環緩沖器215內,通過將相應資源的狀態設為“保留”,來對資源進行分配。僅當接收到確認超前請求310’的MAC請求310(圖3a)時,將所述資源的狀態從“保留”變為“確定”。
如結合圖3a已經描述的那樣,在下一跳基站20中,也要觸發另外的超前請求310’,這可以通過從基站20的所述超前處理器210向超前生成器220發出消息320來實現。由基站20的超前生成器220發出的所述另外的超前請求310’,例如可以轉發到基站10、20、30和40的多跳鏈的下一基站30。
在從第一跳基站10接收到所述超前請求310’之后并且在向基站30發出另外的超前請求310’之后,在基站20內接收MAC請求300。所述MAC請求300確認先前接收到的超前請求310’,并因此將先前保留的資源的狀態從“保留”變為“確定”。
對應的有關該確定資源的授予過程將發生在基站20中,類似于參照基站10和圖3a所描述的授予過程。
圖4詳細描述了由本發明的調度器200(圖2)所使用的資源的各種狀態。
最初,在如圖3a所示接收到超前請求310時將空閑資源設為“保留”狀態。此后,在接收到對應于所述超前請求310的MAC請求300時,將資源狀態從“保留”變為“確定”。
也可以直接將空閑資源指定為“確定”狀態,這是在例如圖1所示從用戶站13直接接收到MAC請求300時的情況。從而“保留”和“確定”狀態用在本發明的調度器200內,來區分從現有技術的系統已知的MAC請求300和本發明的超前請求310,該超前請求310表明未來MAC請求300,并使得設置有所述超前請求310的基站10、20、30和40能夠適時地調度用于所述未來MAC請求300和隨后對應的數據傳輸的資源。
對于每個確定的資源,由調度器200發出授予,并且此后響應于該授予,根據數據傳輸是否已經實際執行,將資源指定為“有效”狀態或“無效”狀態。
如果還沒有響應于授予的數據傳輸,則將對應的資源首先設為“無效”。根據是否同時已經接收到相應的MAC請求300,還可以對該無效的資源進行重新調度,并因而可以將其狀態設為“保留”或“確定”。
本發明的調度器可以使用反饋信息來在本地優化特定基站10、20、30和40內的調度過程。例如,通過例如超前處理器210可以對有關授予的發出的定時信息進行評估和使用,以調整用來生成另外的超前請求310’的定時。
所述反饋信息例如還可以通過例如基站20內超前請求310的到達和對應的MAC請求300的到達之間的時間差來構成。此外所述時間差還取決于相鄰上游基站10的調度并且所述時間差可以變化。通過分析所述時間差,使得基站20的本地調度器200能夠調整用來向下一基站30發出另外的超前請求310’的定時。
一般地,通過使用本發明的超前生成器220,可以將特定基站10、20、30和40內的調度和授予過程通知給相鄰基站10、20、30和40。
此外,在相鄰基站30的調度器內還可以考慮由從基站20經由其共同定位的用戶站21的數據傳輸所引起的時間延遲,其中所述時間延遲優選地假設為常數。
本發明的調度器和本發明的操作方法并不局限于用在通信網的基站內。還可以在其他網元內使用本發明的調度器,該其他網元基于具有根據相應請求的授予機制的共享介質,其中要通過多個網元對傳輸數據進行中繼。例如,提供回傳信道的有線電視系統就是本發明調度器的未來應用領域。
權利要求
1.一種用于網元,特別地用于通信網的基站的調度器,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予,其中所述調度器包括超前生成器,用于根據先前由所述調度器接收到的請求和/或超前請求來生成超前請求。
2.根據權利要求1的調度器,其中包括超前處理器,能夠接收和/或者處理請求和/或超前請求。
3.根據權利要求1的調度器,其中包括緩沖器,例如環緩沖器,特別地用于存儲請求和/或超前請求以及/或者有關所述請求和/或超前請求的狀態信息,其中所述狀態信息優選地包括下列狀態中的至少一個保留、確定、有效和無效。
4.根據權利要求1的調度器,其中包括授予到達監視器,用于監視先前請求和/或授予的資源是否已經實際用于數據傳輸。
5.根據權利要求1的調度器,其中包括SLA和/或策略模塊。
6.根據權利要求1的調度器,其中能夠執行根據權利要求7的所述方法。
7.一種操作網元的調度器,特別是通信網的基站的調度器的方法,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予,其中根據先前由所述調度器接收到的請求和/或超前請求,向至少一個另外的基站提供超前請求。
8.根據權利要求7的方法,其中在接收到請求時,所述調度器為資源分配“確定”狀態。
9.根據權利要求7的方法,其中在接收到超前請求時,所述調度器為資源分配“保留”狀態。
10.根據權利要求9的方法,其中在接收到與先前接收的超前請求對應的請求時,所述調度器將所述資源的狀態從“保留”變為“確定”。
11.根據權利要求7的方法,其中-如果先前請求和/或授予的資源還沒有實際用于數據傳輸,則所述調度器將先前分配的資源的狀態變為“無效”,和/或者-如果先前請求和/或授予的資源已經實際用于數據傳輸,則所述調度器將先前分配的資源的狀態變為“有效”。
12.根據權利要求7的方法,其中將請求和/或超前請求和/或有關所述請求和/或超前請求的狀態信息存儲在緩沖器中,優選存儲在環緩沖器中。
13.根據權利要求12的方法,其中對所存儲的請求和/或超前請求和/或所存儲的有關所述請求和/或超前請求的狀態信息進行評估,特別地用于對所述調度器進行統計。
14.根據權利要求7的方法,其中對關于請求和/或超前請求的到達和/或傳輸數據的到達時間的資源的調度和/或分配,采用閉環控制。
15.根據權利要求7的方法,其中根據所測量的在超前請求的到達和對應于所述超前請求的隨后請求的到達之間的延遲,對資源進行調度以及/或者對有關所述請求和/或超前請求的狀態信息進行改變。
16.根據權利要求14的方法,其中執行所述閉環控制,以便-使所述調度器的緩沖器的隊列深度最小化,以及/或者-特別是當把請求轉發到下一基站時,使延遲和/或抖動最小化。
17.根據權利要求7的方法,其中對服務等級協議進行評估,以及/或者執行有關接收到的請求和/或超前請求的策略。
全文摘要
本發明涉及一種用于網元特別地用于通信網的基站的調度器,其中由所述調度器根據對資源的請求,對所述通信網內傳輸數據所需的所述資源進行調度和/或授予。所述調度器包括超前生成器,用于根據先前由所述調度器接收到的請求和/或超前請求來生成超前請求。本發明還涉及一種操作調度器的方法。
文檔編號H04W28/12GK1787652SQ20051012338
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月25日 優先權日2004年12月6日
發明者拉爾夫·克洛切, 埃爾馬·施米德貝格爾 申請人:阿爾卡特公司