專利名稱：用于提供ieee802.11系統(tǒng)中的服務(wù)質(zhì)量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線LAN網(wǎng)絡(luò)，更具體而言涉及用于提供IEEE 802.11系統(tǒng)中的服務(wù)質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
IEEE 802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議使能接入點和元(cell)內(nèi)的移動終端之間的無線通信。IEEE 802.11提供了兩種方法以通過移動終端來接入接入點。分布協(xié)調(diào)函數(shù)(DCF)使許多單元能同時爭取對網(wǎng)絡(luò)的接入。點協(xié)調(diào)函數(shù)(PCF)允許接入點控制對網(wǎng)絡(luò)的接入。盡管現(xiàn)有接入點可使用點協(xié)調(diào)函數(shù)來分配元內(nèi)的移動終端之間的帶寬，當(dāng)前大多數(shù)802.11產(chǎn)品并不支持被用在點協(xié)調(diào)函數(shù)中的輪詢機理。這剩下了僅可被用于控制下行鏈路業(yè)務(wù)并具有相對于QoS的很受限的可能性的系統(tǒng)。
IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)目前并不提供對服務(wù)質(zhì)量(QoS)的明確支持。當(dāng)前正致力于將提供QoS支持的新標(biāo)準(zhǔn)。然而，這種更新遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能被實施并且對QoS的支持將不能長時間存在。這樣，需要一種將支持沒有QoS能力的系統(tǒng)的系統(tǒng)并需要可部分支持QoS的系統(tǒng)，并且需要為不支持點協(xié)調(diào)函數(shù)的輪詢機理的設(shè)備提供現(xiàn)有802.11內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的某種類型的差別的(differentiated)服務(wù)質(zhì)量支持。
除了無線終端的末端用戶所使用的IEEE 802.11無線LAN協(xié)議以外，IP、UDP、RTP(實時傳輸協(xié)議)和TCP協(xié)議也是眾所周知的協(xié)議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明借助一種用于提供802.11無線網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量的方法克服了以上和其它問題，其中從至少一個移動終端接收的數(shù)據(jù)是使用接入點或中間節(jié)點(note)內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量代理功能性在該接入點或節(jié)點處得以處理的。所述至少一個移動終端然后被提供了來自接入點的多個服務(wù)操作。


被包括以提供對本發(fā)明的進一步理解并被引入本說明書且作為其一部分的附圖與用來說明本發(fā)明原理的描述一起說明了本發(fā)明的實施例。在附圖中圖1說明了802.11無線局域網(wǎng)；圖2說明了點協(xié)調(diào)函數(shù)的操作；圖3說明了用于提供802.11WLAN內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量的第一實施例；圖4說明了用于提供802.11WLAN內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量的進一步實施例；圖5說明了用于提供802.11WLAN內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量的仍進一步的實施例；圖6說明了用于提供802.11WLAN內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量的又一個實施例；圖7說明了從接入點被發(fā)送給各種移動終端的幀內(nèi)的持續(xù)時間/ID字段；圖8說明了對多重STA的NAV傳輸；圖9說明了使用經(jīng)擴展的網(wǎng)絡(luò)分配矢量來實現(xiàn)802.11WLAN內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量；圖10說明了移動終端、AP和對等末端用戶的一個協(xié)議堆棧；圖11說明了IP版本4協(xié)議格式；圖12說明了IP版本6協(xié)議格式；并且圖13說明了TCP協(xié)議格式。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，更具體而言參考圖1，所示為使用IEEE 802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實例。無線LAN系統(tǒng)10典型地由許多元15組成，每個都具有每個元15內(nèi)的至少一個接入點(AP)20。移動終端(MT)25可與特定的接入點20關(guān)聯(lián)，并獲得對由連接到有線網(wǎng)絡(luò)(未示出)的接入點20提供的服務(wù)的接入。接入點20和移動終端25有時被稱為站(STA)。在以下，當(dāng)提到接入點和移動終端兩者時而不是單獨提到其每個時，術(shù)語“站”或“STA”被使用。
如先前所述，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)提供了兩種方法來接入無線介質(zhì)，也就是說分布協(xié)調(diào)函數(shù)(DCF)和點協(xié)調(diào)函數(shù)(PCF)。分布協(xié)調(diào)函數(shù)是載體意義上的多重接入，而沖突避免方案是所有STA同時競爭對無線介質(zhì)的接入。STA聽取無線介質(zhì)一個特定的時間量，并當(dāng)它不忙時，STA開始發(fā)送。當(dāng)發(fā)生沖突時，補償(back off)機理被用于減小進一步?jīng)_突的風(fēng)險。原則上沒有方式來預(yù)測特定幀的傳輸將在何時發(fā)生，或者特定的STA將獲得多少帶寬，這是因為對無線介質(zhì)的接入取決于來自元內(nèi)其它STA的競爭量。也不可能在STA之間區(qū)分，這是因為所有STA都使用相同的規(guī)則來競爭，而不管用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量或類型。
點協(xié)調(diào)函數(shù)使接入點20能發(fā)出(issue)無競爭期(CFP)，從而向接入點20提供對無線介質(zhì)的控制。這被說明于圖2中，其中由接入點20發(fā)送的信標(biāo)30建立了特定元中的無競爭期35。無競爭期35在CFP最大持續(xù)時間段到期時或在由接入點20發(fā)送CF結(jié)束幀40時結(jié)束。然后競爭期45處于有效，其中分布協(xié)調(diào)函數(shù)被用于通信，直到接下來的信標(biāo)50被接入點20發(fā)送。在無競爭期35期間，接入點20可發(fā)送下行鏈路(Ap到MT)業(yè)務(wù)，但移動終端25不被允許發(fā)送上行(MT到AP)業(yè)務(wù)，除非它們被接入點20輪詢。這樣，通過使用點協(xié)調(diào)函數(shù)，接入點20具有對上行鏈路和下行鏈路調(diào)度兩者的控制。
由于在IEEE 802.11中沒有對元內(nèi)移動終端25之間的帶寬的明確分配的支持，需要使用某種類型的服務(wù)質(zhì)量代理26(圖1)來用作在服務(wù)質(zhì)量函數(shù)中起作用的對等體(peer)之間的媒介。在諸如路由器的中間節(jié)點(note)中，服務(wù)質(zhì)量代理26可位于接入點20中，該解決方案可使移動終端25經(jīng)歷不同的帶寬、延遲、包誤差率等，但移動終端內(nèi)的802.11層將不知道任何的服務(wù)質(zhì)量差別。
代理的幾種可能實施是可用的。對于以下討論，將針對對應(yīng)的移動終端25在優(yōu)選用戶和常規(guī)用戶之間進行參考。例如，優(yōu)選用戶具有比常規(guī)用戶貴的WLAN供應(yīng)商的預(yù)訂并將由此接收元15內(nèi)的優(yōu)選處理。亦可在不同類型的數(shù)據(jù)類別之間，例如高優(yōu)先權(quán)和低優(yōu)先權(quán)之間區(qū)分，但為了以下討論的目的將僅參照用戶。接入點20可使用移動終端25的MAC地址以在用戶之間區(qū)分并且/或者使用IEEE 802.1Q標(biāo)簽以在業(yè)務(wù)類別之間區(qū)分。
現(xiàn)在參考圖3，所示為當(dāng)代理26被實施于接入點20內(nèi)時的第一實施例。在競爭期間一旦從常規(guī)移動終端25收到幀60，接入點20在65處放棄所述幀而不發(fā)送確認(rèn)消息給常規(guī)移動終端25的用戶。當(dāng)移動終端25未接收用于幀傳輸?shù)拇_認(rèn)時，移動終端25將在70處增加其競爭窗并在75處將所述幀從移動終端25再次發(fā)送到接入點20。較大的競爭窗意味著較長的補償時間。補償時間確定在STA被允許發(fā)送之前無線介質(zhì)必須空閑的時間。在具有大量競爭的元15內(nèi)，這將使總競爭減少，并且尚未增加其競爭窗的移動終端25，包括所有優(yōu)選移動終端，將具有接入無線介質(zhì)的優(yōu)勢。
現(xiàn)在參考圖4，所示為代理26的實施的可替換實施例，其中在競爭期間一旦從常規(guī)移動終端25在接入點20處收到幀80，如對移動終端25為正常情況的那樣，接入點20在85處確認(rèn)收到所接收的幀，但在90處舍棄該幀并且不將該幀傳送給被連接于接入點的有線網(wǎng)絡(luò)。這用來減小協(xié)議的較高層發(fā)送數(shù)據(jù)的步幅(pace)。由此減小了TCP發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)的步幅。這亦減小了通過常規(guī)移動終端發(fā)送到無線介質(zhì)上的數(shù)據(jù)量，并因此其它移動終端，包括優(yōu)選移動終端，將經(jīng)歷較少的競爭。
現(xiàn)在參考圖5，所示為代理的實施的又一個實施例，其中在競爭期間一旦從常規(guī)移動終端25收到幀95，接入點20在105處將所接收的幀傳送給有線局域網(wǎng)105，但防止將確認(rèn)發(fā)送回常規(guī)移動終端發(fā)送器25。響應(yīng)將基本上與針對圖3所述相同，其中移動終端25將在110處增加其競爭窗并在115處將所述幀再次發(fā)送到接入點20。這與圖3的實例之間的差異在較高層上是顯而易見的，例如在TCP層的RTT估算上。
每次當(dāng)接入點20開始如以上針對圖2所述的無競爭期35時，元內(nèi)的所有移動終端25設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)以在無競爭期內(nèi)保護無線介質(zhì)。如以上所述，無競爭期在CFP最大持續(xù)時間到期時或在接入點20發(fā)送CF結(jié)束幀給廣播地址時結(jié)束。一旦收到CF結(jié)束幀，移動終端25將重新設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配矢量并將無線介質(zhì)向DCF競爭開放。
現(xiàn)在參考圖6，為了提供服務(wù)質(zhì)量，接入點20可將被尋址的單播(unicast)CF幀發(fā)送給優(yōu)選移動終端25。這將使接收CF結(jié)束幀的移動終端重新設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配矢量并開始使用分布協(xié)調(diào)函數(shù)。如果僅所選的移動終端接收單播CF結(jié)束幀，盡管所有其它的移動終端仍具有其網(wǎng)絡(luò)分配矢量設(shè)置并且被防止發(fā)送，但所選移動終端將具有對無線介質(zhì)的優(yōu)先接入。
信標(biāo)在由目標(biāo)信標(biāo)發(fā)送時間(TBTT)表示的時間處被周期性地發(fā)送。在每個TBTT處，在發(fā)送信標(biāo)180之前，接入點20必須等待無線介質(zhì)變得空閑。這樣，如圖6中所說明的，在TBTT出現(xiàn)120時，為與特定接入點20關(guān)聯(lián)的所有移動終端而設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配矢量。如果沒有任何進一步的動作，在被指示于125處的整個時間段內(nèi)，將為每個移動終端25而設(shè)置所述NAV。如果在130處，接入點20將單播CF結(jié)束幀發(fā)送給移動終端1，則移動終端1重新設(shè)置其NAV然后在時間段135內(nèi)使用分布協(xié)調(diào)函數(shù)。當(dāng)接入點20在140處發(fā)送單播CF結(jié)束幀給移動終端2時，移動終端1和移動終端2兩者均在145處使用分布協(xié)調(diào)函數(shù)。在150處，在發(fā)送廣播CF結(jié)束幀之前，僅移動終端1和移動終端2正在使用分布協(xié)調(diào)函數(shù)并因此具有對無線介質(zhì)的較容易的接入。所有其它移動終端25僅在被輪詢時能與接入點20通信。在廣播之后，結(jié)束幀在150處被發(fā)送，并且所有移動終端可在時間段155內(nèi)開始使用分布協(xié)調(diào)函數(shù)，直到下一個信標(biāo)160被接收。
現(xiàn)在參考圖7-9，代理的進一步實施例被說明，其中在競爭期間，網(wǎng)絡(luò)分配矢量被用于在幀交換序列的持續(xù)時間內(nèi)保護無線介質(zhì)。需要接收不被尋址于STA的幀的STA使用所接收幀的如圖7中所示的持續(xù)時間/ID字段165中的值來更新其NAV值。
通過將具有表示大于所需的時間段的持續(xù)時間/ID字段165中的值的幀發(fā)送給移動終端，接入點20可給予對給定移動終端25的優(yōu)先接入。這樣，如圖8中所示，當(dāng)接入點20發(fā)送幀給第一移動終端25a時，亦接收該幀的一個或多個STA依照所接收的值來設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配值。由于所述幀的所需接收者移動終端25a并不更新其NAV，經(jīng)擴展的NAV將不影響所述幀已被尋址的移動終端25a。尋址移動終端25a將在NAV的持續(xù)時間內(nèi)具有優(yōu)先權(quán)接入。
如在圖9中所說明的，只要經(jīng)擴展的NAV持續(xù)，則該移動終端25a將具有對無線介質(zhì)的單獨接入。時間T表示所有其它移動終端已設(shè)置其NAV并且移動終端25a具有對無線介質(zhì)的排他接入的時間。常規(guī)NAV表示將已通過持續(xù)時間字段的標(biāo)準(zhǔn)使用而設(shè)置的NAV。經(jīng)擴展的NAV表示如由以上提出的代理而設(shè)置的NAV。圖9中的時間T應(yīng)比DIFS+CW*slot_time長，從而保證移動終端25中的DCF機構(gòu)可在時間段T內(nèi)開始傳輸。CW是競爭窗，DIFS是DCF幀間間隔而slot_time是802.11時隙。該所述系統(tǒng)將提供對移動終端25a的隱含輪詢。
在以下實施例中，將在IEEE 802.11WLAN協(xié)議上的協(xié)議層處強調(diào)QoS代理的實施。
圖10示出移動終端的一個協(xié)議堆棧200的AP處的對應(yīng)協(xié)議堆棧210，以及位于有線LAN 220處的對等末端用戶200的協(xié)議堆棧。如可以看到的，AP 210對有線側(cè)250利用了一個類型的MAC和物理層并對無線側(cè)利用了802.11MAC和物理層260。亦可看到IP層以及TCP層通過AP 210是透明的。
在以下實施例中，如在圖11中看到的，QoS代理修改IP版本4頭部中的ToS(服務(wù)類型)。在發(fā)送或傳遞所接收的IP數(shù)據(jù)報之前，QoS代理修改ToS字段。對于優(yōu)選用戶，QoS代理將修改ToS字段以指示高QoS級別，而對于常規(guī)用戶，QoS代理將修改ToS字段以指示低QoS級別。ToS字段當(dāng)前被用于依照在許多路由器中實施的DiffServ機理，RFC(信息的)no.2475來協(xié)商帶寬特性，如延遲和吞吐量(throughput)。通過調(diào)節(jié)ToS字段，來自終端200的包將向著對等體220經(jīng)歷較低的服務(wù)水平。亦有可能通過對應(yīng)地調(diào)節(jié)ToS字段來增強對給定終端200的服務(wù)。應(yīng)指出，QoS代理將重新計算IP數(shù)據(jù)報的校驗和，從而反映所操縱的ToS字段，并仍允許進行校驗和運算。
類似于以上實施，在IP版本6被使用的情況下，QoS代理修改IP版本6頭部中的業(yè)務(wù)級別字段，見圖12。對于優(yōu)選用戶，QoS代理將修改業(yè)務(wù)級別字段以指示高QoS級別，而對于常規(guī)用戶，QoS代理將修改業(yè)務(wù)級別字段以指示低QoS級別。
在另一個實施例中，QoS代理將為常規(guī)用戶，即低QoS分配的用戶而故意地延遲IP數(shù)據(jù)報或落下(drop)IP數(shù)據(jù)報。對IP數(shù)據(jù)報的故意延遲將具有以下效果例如TCP的發(fā)送端的較高層遞送IP數(shù)據(jù)報給IP協(xié)議的步幅將減小發(fā)送步幅。用于常規(guī)，即低QoS用戶的增加的往返時間將導(dǎo)致用于優(yōu)選用戶，即高QoS用戶的較短的往返時間。
落下IP數(shù)據(jù)報的效果可導(dǎo)致從發(fā)送端用戶的較高層進行的再次發(fā)送，并且處于發(fā)送端用戶的較高層遞送IP數(shù)據(jù)報給IP協(xié)議的減小的步幅。這亦將導(dǎo)致用于優(yōu)選用戶的好處。
通過組合修改、ToS字段、業(yè)務(wù)級別字段、故意延遲IP數(shù)據(jù)報和故意落下IP數(shù)據(jù)報的機理，強有力的工具箱被給予了QoS代理。QoS代理的行為可由IP層上的較高層協(xié)議來確定。例如，使用TCP的常規(guī)用戶可被給予在使用RTP或UDP、或者其任何組合的常規(guī)用戶之上的優(yōu)先。
亦可注意到，QoS的行為可依照較低層統(tǒng)計來確定。例如，IEEE802.11占用/空閑閾可確定IP數(shù)據(jù)報的延遲以使在占用/空閑閾高的情況下，與在占用/空閑閾較低時相比，較多的IP數(shù)據(jù)報被延遲。
在另一個實施例中，QoS代理將通過AP從無線移動終端跨越到例如有線LAN中的對等實體的TCP連接分裂成2個TCP連接。該分裂將在QoS代理中進行并導(dǎo)致2個TCP連接。QoS代理然后將傳遞從無線移動終端來回浮動(float)的TCP段，并且如可從兩者的末端用戶均可看到的，將用作任何其它的對等TCP發(fā)送器或接收器。
類似于QoS代理修改IP版本4頭部中的ToS字段的情況，QoS代理可修改TCP頭部中的窗字段，見圖13。
窗字段確定用于發(fā)送器的待處理(outstanding)數(shù)據(jù)量的上限并因此確定其包傳輸速率的上限。通過增加用于優(yōu)選用戶的窗字段并且/或者減小用于常規(guī)用戶的窗字段，優(yōu)選用戶可察覺到TCP層的較高吞吐量并因此察覺到增加的QoS。
可注意到，除了當(dāng)傳遞TCP字段時實際改變窗字段以外，QoS代理亦可影響通信末端用戶以改變窗字段。這可例如通過向著末端用戶的明確控制鏈路來實現(xiàn)。
從以上描述來看可以認(rèn)為本發(fā)明的操作和構(gòu)造是顯然的，并且盡管在此所示和所述的本發(fā)明已被表征為特定的實施例，可在如在以下權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)在其中做出改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于提供無線局域網(wǎng)中的服務(wù)質(zhì)量的方法，包括以下步驟使用服務(wù)質(zhì)量代理來處理來自至少一個移動終端的所接收數(shù)據(jù)；以及提供服務(wù)質(zhì)量操作給所述至少一個移動終端。
2.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟進一步包括以下步驟通過所述服務(wù)質(zhì)量代理從移動終端接收幀；放棄所接收的幀；以及防止收到所述幀的收到確認(rèn)被發(fā)送回到所述移動終端。
3.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟進一步包括以下步驟通過所述服務(wù)質(zhì)量代理從移動終端接收幀；以及放棄所接收的幀。
4.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟進一步包括以下步驟通過所述服務(wù)質(zhì)量代理從移動終端接收幀；防止收到所述幀的收到確認(rèn)被發(fā)送回到所述移動終端；以及將所述幀傳送給有線網(wǎng)絡(luò)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟進一步包括以下步驟為與一接入點關(guān)聯(lián)的多個移動終端的每個移動終端而設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配矢量；將單播CF結(jié)束幀發(fā)送給所述多個移動終端的至少一個移動終端；以及響應(yīng)于所述單播CF結(jié)束幀，為所述至少一個移動終端重新設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配矢量以使能對無線網(wǎng)絡(luò)的DCF接入。
6.權(quán)利要求5的方法，進一步包括以下步驟將CF結(jié)束幀廣播到所述多個移動終端；以及為任何剩余的移動終端重新設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分配矢量。
7.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟進一步包括以下步驟發(fā)送可由多個移動終端的每個接收的來自接入點的幀，所述幀被尋址于特定的移動站并包括比所需的大的持續(xù)時間/ID字段中的值；依照所指示的值為所述幀未被尋址的每個移動終端而設(shè)置被尋址的NAV；響應(yīng)于比所需值大的值，在一個時間段內(nèi)提供特定移動站對接入點的優(yōu)先權(quán)接入。
8.任何一個以上權(quán)利要求的方法，其中無線是802.11無線局域網(wǎng)。
9.權(quán)利要求1的方法，特征在于代理修改IPv4頭部中的ToS字段。
10.權(quán)利要求1的方法，特征在于代理修改IPv6中的業(yè)務(wù)級別字段。
11.權(quán)利要求1的方法，特征在于代理故意延遲一個或多個IP包。
12.權(quán)利要求1的方法，特征在于代理故意落下一個或多個IP包。
13.權(quán)利要求1的方法，特征在于通信對等體在其通信中使用TCP。
14.權(quán)利要求1的方法，特征在于通信對等體在其通信中使用UDP。
15.權(quán)利要求1的方法，特征在于通信對等體在其通信中使用RTP。
16.權(quán)利要求13的方法，特征在于代理分裂TCP連接，就是說，為通信對等體截取并確認(rèn)段。
17.權(quán)利要求16的方法，特征在于代理修改TCP頭部中的窗字段。
18.權(quán)利要求16的方法，特征在于代理影響通信對等體在窗字段中設(shè)置的值。
19.任何一個以上權(quán)利要求的方法，其中代理駐留在一AP中。
全文摘要
一種用于提供諸如802.11無線網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個移動終端的服務(wù)質(zhì)量的方法，其中網(wǎng)絡(luò)的接入點或另一個實體內(nèi)的服務(wù)代理功能性提供服務(wù)操作給所述至少一個移動終端。
文檔編號H04L29/06GK1853371SQ02822376
公開日2006年10月25日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月12日
發(fā)明者J·林斯科格, S·羅默, G·賴德內(nèi)爾, U·漢松, J·庫蘭德爾, K·F·約翰松 申請人:艾利森電話股份有限公司