CN1738297A - 改善无线网络中的服务质量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种改善无线网络中的服务质量(QoS)的方法，该无线网络优选为根据IEEE建议802.11e的具有接入点(AP)和至少一个移动台(STA)的WLAN。为取决于帧的优先级的帧的传输定义不同的访问类别(AP)，并且其中在网络中优选地使用根据IEEE标准802.11的节能模式，该方法特征在于在基站上将PSM队列分离成若干子队列。

Description

改善无线网络中的服务质量的方法
技术领域
本发明涉及一种改善无线网络中的服务质量(QoS)的方法，该无线网络优选为根据IEEE建议802.11e的具有接入点(AP)和至少一个移动台(STA)的WLAN。为帧的传输定义了不同的访问类别(AC)，其中根据帧的优先权来发送帧。在网络中使用节能模式(PSM)，优选为根据IEEE标准802.11的节能状态。
背景技术
无线网络—无线局域网(WLAN)是有线LAN的直接扩展，其间由于IEEE 802.11标准族的发展而使其广泛使用。WLAN包括接入点(AP)以及通常包括若干终端(STA)，具有经由无线电链路实现AP和单个终端之间的数据传输。这种网络广泛用于所谓的热点区并提供宽带因特网接入，例如在办公室、机场、宾馆或会议中心。
当前集中开发的WIAN和3G***的集成将提供进一步的有趣的应用。为了实现两种技术的平滑互通，必须满足若干先决条件。关键条件之一例如是对于两个***要提供类似的服务质量(QoS)保证，所以例如支持诸如基于IP的语音(VoIP)之类的基本服务。IEEE 802.11e MAC(媒体访问控制)扩展已提出了支持WLAN中的QoS的功能性。因此在具有3G和WLAN性能的设备中实现IEEE 802.11e建议，从而将支持要求QoS保证的诸如VoIP之类的应用。见IEEE 802.11WG、IEEE 802.11e/D13.0、“Draft Supplement to Standard for Telecommunications and InformationExchange Between Systems-LAN/MAN Specific Requirements-Part11：Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specification：Medium Access Control(MAC)Enhancements for Quality ofService(QoS)，”Jan.2005。
在将无线LAN技术引入诸如移动电话的移动设备时，就要考虑到通常利用电池工作的移动设备的局限性。由于在WLAN中进行的传输一般是基于共享介质这样的事实，数据帧可以在任何时间到达它们的目的地，从而WLAN设备通常要全功率地工作。
相反，由于电池的原因而受限制的设备不能够恒定地全功率运行，因此使用节能机制。在IEEE 802.11标准中，规定在这样的设备中可以使用节能模式(PSM)。见IEEE，“Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications”，IEEE Standard 802.11，June 1999。在该文献中，利用IEEE 802.11-PSM和802.11e QoS的交互作用出现了问题。
在802.11e建议中，基于待发送的帧的不同优先级来定义(数据)业务量的区别。通过改变不同的参数来实现该区别。这样，站点不得不识别出网络中处于空闲和开始所谓的回退(back-off)或传输之前的无线信道的时间周期，该时间周期可以基于各自的优先权而变化。此外，提供了用于回退的所谓的竞争(contention)窗口(CW)的长度变化，以及在终端接入信道之后允许该终端进行发送期间的持续时间的变化。
这一点是通过引入被分配了不同优先级的四种访问类别(AC)来实现的。具体而言，这些类别是AC_VO，AC_VI，AC_BE，AC_BK，这些类别具有对供各类别使用的应用加标签的扩展。VO表示音频(Voice)(最高优先级)，VI表示视频(video)，BE是最佳效果(Best Effort)，以及BK意思是背景(Background)(最低优先级)。取决于其不同优先级的不同AC队列以不同的速率变空。因为各个AC都有它自己的队列，所以一个AC所工作的速率对其余的AC没有影响。
在图1的图中示意性地示出了在同时使用标准802.11的节能模式和QoS扩展802.11e的情况下使用的标准存储机制。示出了两种AC的实现，AC_VO表示高优先级别(音频)，而AC_BE表示低优先级别(最佳效果)。输入的数据帧首先被缓存在公共PSM中，而不管它们所具有的优先级。由AP一经接收到终端的节能轮询(poll)请求，对应的帧就离开公共PSM队列，并且该帧经历ToS(Type of Service)(服务类型)检查。根据该帧的优先级，将其存储在队列之一中，即，在所示出的实施例中为存储在AC_VO或AC_BE队列中。
然而，如果将上述的QoS区分机制与802.11-PSM一起使用，问题就出现了。在该情况下，通常将所有的不同访问类型的帧都缓存在基站或在访问节点的同一队列中-PSM队列。
在拥塞情形下，在高优先级的帧从PSM队列清空时，不同AC的不同业务速率导致PSM队列将被低优先级的帧填满。如果利用正常的过程，也就是说在队列满的情况下，新到达的帧就被丢弃，由于PSM队列被低优先级的帧填满，高优先级的大部分帧被直接丢弃，所以高优先级的AC的性能就会遭受明显的劣化。
由于取决于优先级的业务速率对于多个AC是不同的，所以PSM队列填满了低优先级的帧。如果PSM队列的缓存器满了，则通常要丢弃新进入PSM队列的帧。在拥塞条件下，即，在PSM队列的缓存器满时，由于低优先级帧的较低的业务速率，所以AC_VO服务遭受了明显的劣化。结果，使用标准的PSM具有与有关802.11e所希望的功能性相反的效果。
用于避免上述问题的可能的方法是修改队列***的默认(default)行为。可以进行如下修改：不是丢弃新到达的帧，而是丢弃那些最老的帧，由新到达的帧将其代替。该方案会基本上提高***的性能，但是不能保证为了较新的低优先级帧而不会丢弃高优先级帧的所有情况。
发明内容
因此，本发明是基于这样的任务：利用容易的手段设计并进一步开发一种用于改善上述网络中的服务质量的一般的方法，以使得取决于优先级的帧的传输尽可能处于最低能耗。
根据本发明的用于提供网络中的服务质量(QoS)的方法通过权利要求1的特征解决上述问题。由此，这种方法的特征在于在接收点上将PSM队列划分成几个子队列。
根据本发明，因为在访问节点(AP)中低优先级AC的低AP PSM清空速率导致高优先级的帧的太多部分的丢失，所以不能实现像音频这样的实时应用，由此已经认识到，对802.11节能状态和802.11e MAC扩展的联合使用不能保证足够的服务质量。
此外，已经认可，可以通过将基站和访问节点上的PSM队列划分成若干子队列，从而将单个的AC彼此分离，由此可以避免由于低优先级AC的低清空速率而造成的高优先级AC的帧丢失。
根据本发明的方法容易实现关于它的低复杂度，尤其是无需对终端作修改。在接入点，可以为若干子队列而不是为公共PSM队列提供存储空间。因此，输入的帧不被缓存在公共PSM队列中，而是缓存在相应的子队列中。除以下事实之外，PSM操作的其余部分可以保持不变，该事实为：利用根据本发明的方法，关于数据帧的出现，必须检查若干不同的PSM子队列，而不是检查公共PSM队列。
在具体实施例的文中，提供了将PSM队列逻辑分离成子队列。另选地，可以提供PSM队列的物理分离。通过逻辑分离，我们指出了对PSM队列容量的划分，以模拟若干子队列。通过物理分离，我们指出了新队列的引入。
尤其有利的是，因为与AC的数量相对应地将PSM队列划分成了很多子队列，所以可以对每个子队列都分配一个具体的AC。
现在，对于如何以有利的方式来设计并进一步开发本发明的技术，存在若干选择。为此目的，一方面，必须参照权利要求1的从属权利要求，另一方面，必须参照以下借助附图对本发明的优选实施例的示例的说明。结合根据附图对本发明的优选实施例的说明，来说明对该技术的总体优选设计和进一步的开发。
附图说明
图1示出了使用根据标准的802.11的PSM的QoS区分机制的标准实现的方框图；
图2示出了根据本发明的实施例、将PSM队列物理分离成两个子队列的示例。
具体实施方式
参照图2，根据AC的实现数量，将公共PCM队列分离成两个子队列。具体而言，将该队列分离成在其中存储高优先级帧的AC_VO PSM子队列，和在其中存储低优先级帧的AC_BE PSM子队列，通过逻辑划分单个PSM队列，或通过物理地提供两个队列来形成这些PSM队列。另外，为各个优先级提供多个队列。
如图2所示，首先确定输入数据具有哪一优先级。当是高优先级帧时，将其缓存在AC_VO PSM子队列中，当是低优先级帧时，将其缓存在AC_BE PSM子队列中。当从移动台接收到PS(节能)轮询请求时，相应的帧就离开相应的PSM子队列并被发送到相应的队列。例如，当从请求AC_VO的移动台接收到AC_VO PS轮询请求时，就搜索AC_VO PSM子队列，并将用于该移动台的帧发送到AC_VO队列。此后，通过传输缓存器将这些帧发送到移动台。
通过将PSM队列分离成两个分离的子队列，实现了AC_VO的服务不受AC_BE的较慢的服务速率的影响，从而最大可能程度地避免了高优先级帧的丢失。
最后，我们将特别提醒注意以下事实：上述实施例的示例仅是对所要求保护的教导的说明，决不是为了将所要求保护的教导限制在所给出的实施例示例。

Claims (7)

1、一种用于改善在包括接入点和至少一个移动台的无线网络中的服务质量(QoS)的方法，其中该无线网络可在省电状态(PSM)下工作并支持服务质量，该方法包括：
为取决于优先权的帧的传输定义不同的服务类别；并且
在所述接入点将PSM队列分离成多个子队列。
2、根据权利要求1的方法，其中将PSM队列逻辑地分离成多个子队列。
3、根据权利要求1所述的方法，其中将PSM队列物理地分离成多个子队列。
4、根据权利要求1所述的方法，其中与访问类型的数量相对应地将PSM队列分离成若干子队列。
5、根据权利要求1所述的方法，其中节能状态(PSM)符合IEEE标准802.11。
6、一种无线网络地接入节点，该无线网络可在省电状态(PSM)下工作并支持服务质量，包括：
多个PSM子队列，这些子队列是基于帧的传输的优先级而定义的，其中将输入的具有优先级的帧存储在所述多个PSM子队列的相应的一个子队列中；
多个队列，用于存储根据帧的优先级而从多个PSM子队列读出的这些帧；以及
传输缓存器，用于存储根据帧的优先级而从多个队列中读出的这些帧。
7、一种在无线网络的接入点中的控制方法，该无线网络可在省电状态(PSM)下工作并支持服务质量，包括：
将输入的具有优先级的帧存储在根据帧的传输的优先级定义的多个PSM子队列中选出的一个子队列中；
当从容纳在所述接入点的移动台中接到请求时，就搜索与所述请求的优先级相对应的PSM子队列，以选择与所述请求相对应的帧；以及
将所选的帧发送到发送了所述请求的所述移动台。
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