專利名稱：在無線網絡中估計無線處理設備隊列長度和估計信號接收質量的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及發(fā)送和接收信息流的設備，且更為具體地 說，涉及可以用于通過監(jiān)控信息流確定這些設備的工作特性的技術。 例如，本發(fā)明可以用于確定無線網絡中發(fā)送和接收按分組排列的多媒 體信息流的接收器、路由器和接入點的工作特性。
背景技術：
預期經無線網絡傳送實時多媒體業(yè)務流量將是第三代蜂窩通信、
WiFi和WiMAX無線網絡中的重要應用。在這些應用中，比如表示圖 像和聲音的數字數據的多媒體信息流被組織為分組。多媒體源發(fā)送這
些分組流到比如路由器或無線接入點的處理設備，該路由器或無線接 入點經通信信道發(fā)送分組到終端用戶接收器。如果處理設備不能立即 發(fā)送分組，則其將分組臨時存儲在隊列或緩存器中直到能夠發(fā)送分組。 例如，無線接入點在無線通信信道正由另 一處理設備使用時不能發(fā)送 分組。
當比如路由器的接收設備以比它發(fā)送信息更高的速率接收信息 時，在隊列或緩存器中存儲的信息量將增加。如果呼入速率在足夠長 的時間期間保持高于呼出速率，在緩存器中存儲的信息的占用程度將 增加，直到其達到由緩存器的存儲容量所指定的最大占用程度。在這 個被稱為緩存器溢出的情況期間，因為處理設備必須在信息到達時丟 棄它或者必須丟棄來自緩存器的信息以獲得存儲到達的信息的空間， 所以信息丟失是不可避免的。在符合IEEE802.11a或802.11g標準的典 型的無線網絡中，例如，比如無線接入點和路由器的處理設備從以高 達100Mb/s的速率工作的有線通信路徑接收信息，并且將信息經以不高于54Mb/s的速率工作的無線通信路徑轉發(fā)或發(fā)送。例如，如果處理 設備從有線路徑以接近100Mb/s的速率接收信息，則其不能經無線路 徑以足以跟上所接收信息的到達速率的高速率發(fā)送信息。緩存器占用 的程度將增加直到緩存器存儲的要求超過緩存器容量。因為在信息能 夠被轉發(fā)或發(fā)送之前，必須被丟棄一些，所以將丟失一些信息。
信息還可能因為傳輸信道中的噪聲或干擾而丟失。這種類型的丟 失在很多無線網絡中是很普遍的，但是通過使用重發(fā)和前向糾錯 (FEC)技術可以減少丟失。遺憾的是，這些技術增加了必須發(fā)送的 數據量，由此降低了處理設備可發(fā)送信息的有效速率，并且因此造成 了緩存器存儲的更大需求。
Bauer和Jiang于2006年5月26日提交的題為"Method and System for Optimizing Forward Error Correction of Multimedia Streaming over Wireless Networks"的國際專利申請No. PCT/US2006/020861 (2007年l月ll日公開的公開號WO 2007/005160 )，描述了可以用于 對于一組n個分組為基于分組的網絡選擇FEC參數對(w， A:)的技術，該 技術最小化由緩存器溢出引起的信息損失，其中k-攜帶多媒體數據的 分組的數目且(w-A:)=在該組11個分組中糾錯分組的數目(該申請在下面 被引用為"FEC優(yōu)化申請"，且將其內容完全包括于此并作為參考。) 這些技術需要若干輸入參數，包括緩存器占用的最大程度(在這里稱 為緩存器大小或緩存器容量)，和爭用或千擾信息到達處理設備的速 率。所需要的是在不知道并且不訪問處理設備的內部工作的情況下估 計這些參數的方法。
可以通過使用控制源提供信息到處理設備的速率的另一技術減 少或消除由緩存器溢出引起的信息丟失。所需要的是使用在不知道并 且不訪問處理設備的內部工作的情況下，獲得緩存器占用程度的測量 值來實現該技術的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供通過監(jiān)控由類似路由器和無線接入點的處理設備發(fā)送的信息，來確定這些設備的工作特性的方法。例如，能 夠確定比如緩存器容量和緩存器占用程度的工作特性。本發(fā)明的目的
作特性的方法。、，4 、 、、，
下面討論的本發(fā)明的多種實現方式能夠估計處理設備中緩存器 的容量，能夠在特定時間點估計處理設備中緩存器占用程度，并且能 夠通過監(jiān)控由處理設備發(fā)送的信息來測量這些估計值的可靠性。下面 討論的所有實現都假定處理設備是比如無線接入點的轉發(fā)類型的設 備，其從有線或光路徑接收一個或多個輸入信息流，并且經無線路徑 發(fā)送一個或多個輸出信息流，其中以離散的段排列輸入信息流和輸出 信息流。這些實現方式中的一些實現方式假定處理設備中的緩存器對
于信息段采用先進先出(FIFO)隊列。
通過參考下面描述和附圖能夠更好地理解本發(fā)明的多種特性及 其優(yōu)選實施例。以下描述和附圖的內容僅被作為實例提到，且不應被 理解為表示對本發(fā)明范圍的限定。


圖1是通信系統(tǒng)的示意性框圖。 圖2到4是幀流中具有序列號的分組的示意性圖。 圖5是說明了可以用于對在一個時間間隔期間發(fā)送的特有分組的 數目計數的處理的步驟的流程圖。
圖6到9是在幀流中分組的示意性圖。
具體實施方式
A.介紹
圖l是通信系統(tǒng)的示意性圖示，其中一個或多個數據源2， 4提供 源信號，該源信號傳送以分組排列的信息。例如，在至少一些分組中 攜帶的信息可以是多媒體信息。由數據源2提供的源信號傳送以和一些 應用相關的"主要分組"排列的信息。比如數據源4的其它數據源也提供傳送以被稱為"爭用分組，，的分組排列的信息的源信號，因為后者
這些分組爭用服務于主要分組所需要的資源；但是，來自這些其它數 據源的源信號不需要攜帶相同類型的信息，且不需要以和數據源2描述 的相同方式排列爭用分組。
來自數據源2， 4的源信號分別沿通信路徑3， 5傳遞到處理設備10。 這些通信路徑3， 5可以由多種通信技術實現。例如，可以采用使用比 如金屬線或光纖的介質并且符合任意一個IEEE802.3標準的技術。處理 設備10可以是路由器或無線接入點，例如，其從每個數據源2， 4接收 分組，并且在緩存器中存儲至少一些分組的信息。處理設備10沿通信 路徑ll發(fā)送信息分組以由比如接收器20的一個或多個接收器接收。通 信路徑ll可以由多種技術實現，包括比如符合任意一個IEEE802.11標 準的無線技術。如果需要，該通信系統(tǒng)可以包括其它接收器、發(fā)射器 和數據源。
接收器20表示其中可以執(zhí)行本發(fā)明的多種方面的設備。在比如下 面描述的通信系統(tǒng)的實現中，通信路徑ll是廣播或多播介質。接收器 20監(jiān)控通信路徑11并使用下面所述的技術分析由處理設備10發(fā)送的信 息。監(jiān)控并分析到達接收器20以及其它接收器的信息。該接收器20還 可以接收和處理意在用于一個或多個其它應用的信息。
該通信系統(tǒng)中的設備可以包括多種糾錯或錯誤恢復技術，比如現 有的前向糾錯(FEC)處理或服務質量處理，例如，令數據源或處理 設備重發(fā)那些接收器不能確認接收到的分組。
圖l所示的示意性說明省略了在通信系統(tǒng)的實際實現方式中可能 需要但是解釋本發(fā)明不需要的一些部件。例如，附圖不說明為了確定 通信路徑ll是否干凈，也就是，其它分組處理設備當前是否正在使用 通信路徑11或是否存在一些類型的干擾可能妨礙接收器20的接收而可 能需要的部件。并且，也沒有示出為了從接收器20獲得關于分組損失 的任何信息或重發(fā)分組而可能需要的部件。
在本說明書的剩余部分，將更具體地說明其中在數據源和處理設 備之間的通信路徑符合IEEE802.3標準之一并且在處理設備和接收器之間的通信路徑符合IEEE802.11標準之一 的實現方式。根據媒介訪問 控制(MAC)協(xié)議設置沿這些通信路徑傳送的信息流，其將信息設置 于MAC幀中，MAC幀包括附加到MAC報頭的應用數據的分組。MAC 報頭包括應用數據的源的網絡地址("源地址")，和應用數據的一 個或多個意向接收方的網絡地址("目的地地址，，)。作為實例提供 這些實現的細節(jié)?？珊突旧先我馑璧耐ㄐ偶夹g一起使用本發(fā)明。
對于符合IEEE802.3和IEEE802.11標準的技術，在技術上i兌發(fā)送 和接收傳送信息分組的MAC幀是準確的；但是，下面的說明書在某種 程度上簡化了，有時描述這些類型的活動為發(fā)送和接收分組。
下面所述的一些實例實現使用具有時間信息的分組，被稱為"探 測分組"，以測量信號傳播和處理延遲。除非另外提到，這些實例實 現基于這樣的假定在可忽略的時間量內從各自的源傳送這些探測分 組的信號到處理設備IO，或者該時間量恒定或能夠由接收器20預測。
B.估計緩存器占用
下面所述的一些技術可用于估計處理設備10中的緩存器的當前 占用程度。
1.基本技術
緩存器占用估計技術的一個實施方式使用探測分組且基于一些 假定(1)數據源在時間&發(fā)送探測分組且其將發(fā)送時間&插入該分 組或伴隨探測分組的控制信息中，(2 )發(fā)送時間&和到達處理設備10 的時間之間的間隔可忽略，(3)處理設備10緩存并接下來發(fā)送探測分 組，且其發(fā)送時間是能夠由接收器20觀察到的形式，U)探測分組的 數據源和接收器20使用彼此同步的時鐘，(5)處理設備10使用其緩存 器實現先進先出(FIFO)排隊方案，且(6)考慮已經在緩存器中存 儲而還沒有被取回的分組的數目測量緩存器占用的程度。
如果當探測分組到達處理設備10時，在時間&緩存器占用的程度 另丄，之后緩存器在時間&在FIFO隊列中在探測分組之前將具有￡個分 組。處理設備10將不發(fā)送探測分組直到發(fā)送了所有L個先前的分組。當處理設備10發(fā)送探測分組且由接收器20在時間&觀察到探測分組時， 接收器20能夠通過對在從&到&的間隔期間處理設備10發(fā)送的特有分 組的數目計數，確定在時間G處理設備IO中存在的緩存器的占用程度。 如果接收器20計算在這個間隔期間發(fā)送的所有特有分組的字節(jié) 總數，則能夠以字節(jié)的形式表示緩存器占用程度。如果需要，接收器 20還能夠解決在數據源和處理設備10之間的任意傳播。
2.對分組計數
接收器20必須對其接收的由處理設備10發(fā)送的所有特有分組計 數。僅對那些目的地指向接收器20本身的分組計數是不夠的?？赡軟] 有分組目的地指向接收器20。
在很多實際實現中，如果一個分組的意向接收器不能無錯誤地接 收它，則處理設備10將重發(fā)該分組。如果通信路徑10的傳輸媒介經歷 噪聲或能夠損壞分組信息的其它干擾，則這個技術是特別有用的。在 比如這些實施方式的實施中，接收器20必須保存其接收的所有MAC幀 的記錄，使得其能夠確定哪些分組由處理設備10發(fā)送，且哪些分組是 特有的。這能夠通過下述過程來實現，使用每個MAC幀中的循環(huán)冗余 碼(CRC)檢測錯誤和使用比如前向糾錯的校正處理以校正盡可能多 的數據錯誤，檢查在MAC報頭中的信息以確定MAC幀是否由處理設 備10發(fā)送的，且保存幀中指示MAC幀是否表示分組重發(fā)的其它信息的 記錄。
能夠通過檢查在MAC凈艮頭中的已知為方向標志和源地址的信息 確定一個MAC幀是否由處理設備10發(fā)送的。能夠通過檢查在MAC報 頭中已知為分組序列字段的其它信息確定MAC幀是否表示分組的重 發(fā)。如果需要，還可以使用已知為Retry一flag的發(fā)送重試指示符。
比如符合IEEE802.11標準的很多協(xié)議使用一些方式來標識由相 同設備發(fā)送的每個特有分組。IEEE802.11標準規(guī)定對于每個特有分組 傳送單調增加的序列號的12比特字段。該序列號對于攜帶特有分組的 每個后續(xù)MAC幀增加一。如果由相同"^:備發(fā)送的兩個相鄰MAC幀具有相同的序列號，則認為后續(xù)幀表示其分組的重發(fā)。如果兩個相鄰的
MAC幀具有以2"為模彼此相差1的序列號，其中較早的幀具有較低的 序列號，模212,則認為兩個幀傳送分組流中特有的連續(xù)分組。在圖2 中示意性地說明了幀流中具有序列號l， 2， 3, 4的四個特有分組P1， P2， P3和P4。
如果通信路徑ll是無線通信路徑，低信噪比或強千擾信號會妨礙 接收器20識別由處理設備10發(fā)送的一些分組。如果接收器20是意向的 接收者，則該損失能夠由處理設備10識別，因為接收器20不確認成功 接收分組。處理設備10重發(fā)分組直到確認成功的接收。但是，如果接 收器20不是意向的接收者，將不能檢測到損失。在圖3中示意性地說明 了該情況，其中虛線的框表示具有接收器20觀察不到的分組P3的幀。
接收器20還因為比如慢處理或實現接收器20中各種特性的電路 或編程中的缺陷的其它原因而不能夠觀察到分組。損失的原因對于本 發(fā)明不是關鍵的。
能夠通過檢測序列號的流中的間隙或跳躍，并對一定是丟失引起 該跳躍的特有分組的數目計數來較正由丟失分組引起的分組計數中的 錯誤。例如，對于符合IEEE802.11標準之一的實現，能夠從下面公式 計算丟失分組的計^V肌^,yvG:
^Vm/s濯g =仏mp - ^sr力/ r誦1 (1)
其中^7^燈=緊接在跳躍之前的幀中的序列號；且^zw-緊接在跳躍
之后的幀中的序列號。
各種IEEE802.11無線網絡的經驗測試顯示，需要解決多達四個丟 失分組。如果丟失四個或更少的分組，在小于或等于五的序列號的流 中將發(fā)生跳躍，模212。在圖3所示的實例中，在序列號的流中的跳躍 存在于具有序列號為2和4的分組P2和P4的分組之間。跳躍的大小是 4-2 = 2，這指示丟失一個分組。這一個丟失分組P3的計數能夠被包括 在由接收器20觀察到的分組的總數中。
如果在序列號的流中的跳躍較大，則除了不能觀察到分組之外或 替代不能觀察到分組，可能發(fā)生了一些其它類型的錯誤。例如，接收的分組中的序列號可能以不能被校正的方式損壞。圖4中示意性地示出 了該情況的實例，其中分組P3的序列號的最低有效位(二進制表示為 00011 )由于一個比特的錯誤損壞，而成為19 (表示為10011 )。該比 特錯誤產生的跳躍等于19 - 2 = 17。說明這種較大跳躍的分組數目不應 被計數，因為很可能一個或多個幀中的序列號已經損壞，而不是沒有 觀察到大量分組。對于如圖4所示的實例，接收器20的優(yōu)選實現應該將 具有表面上序列號19的分組P3計數為僅一個分組。
除了序列號中的未校正的位錯誤，在序列號中的較大跳躍可由至 少兩個其它原因引起。 一個原因是信號接收質量不好，比如由極低的 信噪比(SNR)引起的，其使得接收器20觀察到非常少的MAC幀。較 大的跳躍因為丟失分組的數目較大。下面所述的一些技術用于確定是 否存在該情況。另一原因是處理設備10可能實施了不嚴格FIFO的排隊 方案，因為其對于特定條件下的發(fā)送對分組重新排序。經驗測試顯示 一些符合IEEE802.11的處理設備，比如路由器或無線接收點，無論何 時該設備遇到去往多個接收器之一的無線鏈路的質量惡化，可從它們 的緩存器檢索分組并以不嚴格FIFO的次序發(fā)送分組。如果這種處理設 備在幾次重發(fā)之后，沒有從已經成功接收特定分組P1的意向接收器接 收到應答，則該處理設備可發(fā)送目的地為另一接收器的另一分組P2， 即使該P2分組在隊列中排在P1分組之后。在效果上，對隊列中的分組 重新排序，這引起了由處理設備發(fā)送的分組流的序列號的跳躍。當排 隊方案不是FIFO時，估計緩存器占用程度變得更加復雜。
幸運的是，通常在序列號的流中僅對于小的跳躍解決丟失分組就 足夠了，而不用嘗試確定解決由比特錯誤、不良信號接收質量或分組
重排序引起的序列號的較大跳躍的分組數目。
附圖5所示的圖表示了可以用于使用對于由處理設備10發(fā)送的幀 流記錄的信息實現上面所述的技術的一個處理。該信息包括每個探測 分組的當由其數據源發(fā)送該探測分組時的發(fā)送時間rs ，其被假定為到 達處理設備10的時間，由接收器20觀察到每個分組時的觀察時間7V， 和對于封裝每個分組的幀的序列號仏參考圖5中所示的圖，步驟SIOO通過將cw/re"/初始化為對于探測分組幀記錄的基準信息，而建立"當 前幀"，從當前幀中的探測分組的發(fā)送時間rs初始化開始時間T一start， 從當前幀的序列號Q初始化值sqw,，并且將分組計數7V初始化為等于 一 。探測分組幀的觀察時間7>表示計數分組的時間間隔的終止時間 r一ew^步驟S102通過設置c"/rew/為對于在幀流中正好在當前幀之前 的幀記錄的基準信息，而建立新的當前幀，并且從新的當前幀的觀察
時間7H殳置值r—Ws。步驟si04確定值r—o&是否在開始時間r—w""之 前。如果是，處理以值N表示時間間隔r—w w， r一em/i中的分組的計數 而結束。如果值r—o&不在開始時間r—w"w之前，則處理前進到步驟
S106,其將sqw的值傳換為oWs^w,并且從當前幀的序列號Q復位 sq"r的值。計算_/"附7 或在相鄰幀的序列號之間的差值。步驟S108確定 y"附/;的絕對值是否大于閾值，其在本實例中是五。如果y'ww/ 的絕對值 大于閾值，則步驟S110將分組計數N增加一。如果y'M附p的絕對值不大 于閾值，則步驟S112將計數增加乂w附/7的值。之后處理繼續(xù)到步驟S102。
3.計數的替代方法
如果需要，可以以其它方式進行分組計數。 一個替代的方法是計 算在它們的控制信息中具有接近上述的發(fā)送時間G和觀察時間^的時 間值的那些幀的序列號之間的差值。根據該技術，接收器20在從探測 分組的發(fā)送時間= ^開始且在探測分組的觀察時間= ^結束 的時間間隔保持具有它們相應的序列號和發(fā)送時間信息的記錄。具有 等于或大于時間,^4燈的時間值的最早的幀被識別為開始幀，且具有等 于或小于時間few的時間值的最后的幀被識別為結束幀。該方法嘗試
識別在時間間隔[&t^r， ^wz)中的第 一 個和最后 一 個幀。計算在結束幀 和開始幀的序列號之間的差值D，模212，且從等式"+l獲得在該間隔 期間的分組計數。該計數分組的方法總的來說不如上述方法可靠，因 為在幀的序列號中的未校正的比特錯誤能夠在所計算的分組計數中引 起明顯錯誤。
可以修改前面段落中描述的方法以僅考慮對幀的CRC檢查所指示的顯得不具有比特錯誤的那些幀。這可以基本上消除由損壞的數據 引起的錯誤，但是這通常在信號接收質量低時提供過小的緩存器占用
的評估。當信號接收質量低時，通常觀察到很少的幀具有好的CRC， 且很可能識別為開始和結束幀的幀不是時間間隔&zx/ r，中的實 際的第一和最后幀。分別在被認為是開始和結束幀的幀之前和之后的 時間間隔中的幀會被錯誤地排除出所計算的計數。
4. FIFO隊列的變化
上述的技術假定緩存器用于實現嚴格的或至少基本上符合FIFO 的排隊方案。這些技術能夠適于運行其它排隊方案的實現。在下面段 落中描述的一個方案對于不同等級的分組提供單獨的FIFO隊列。
實現IEEE802.11守則技術的處理設備10還能夠包括使用多級 FIFO排隊方案的服務質量(QoS)增強。在根據IEEE802.11e標準的 一個實現方式中，將分組放入由MAC報頭中三比特業(yè)務標識符(TID ) 字段指示的八個排隊等級或優(yōu)先級之一。上述技術能夠用于通過識別
該級別的分組和對分組計數，對于特定隊列等級評估緩存器占用程度。 上述一些過程用于避免或減少由丟失分組引起的計數誤差。更難
以獲得對于特定隊列等級的丟失分組的數目的精確評估，因為每個丟 失的分組可屬于任意可能的等級。這可以以多種方式處理。下面段落 中描述了兩種技術。
在一個技術中，接收器20保持能夠由其TID字段中的值識別的每 個等級中的所有分組的移動平均，在特定間隔內對能由在其TID字段 中的值識別的分組數目計數，且使用上述處理以估計在該特定間隔內 不能被觀察到或不能由TID字段識別的不可分級的分組的數目。通過
率。通過將該給定間隔中不可分級的分組的總數乘以該等級的相對概 率，計算在屬于特定等級的給定間隔內的不可分級的分組的數目的估 值。將該估值加到該等級的計數。
能夠改良該技術用于將隊列優(yōu)先級和每個隊列等級相關聯(lián)的實現。根據該改良的技術，接收器20對于每個隊列等級保持緩存器占用 程度的進行中的估值，并且從僅那些具有等于或大于具有大于零的緩 存器占用的最高優(yōu)先級等級的隊列優(yōu)先級的等級的移動平均計算相對 優(yōu)先級。該改良基于在該特定間隔期間不可能發(fā)送低優(yōu)先級類中的分 組的觀察。
C. 估計緩存器容量
可通過確保處理設備10中的緩存器充滿到容量且之后使用上述 任意方法來估計緩存器占用程度來估計處理設備10中的緩存器容量。 可以通過以一速率發(fā)送分組流到處理設備10并具有足夠高以將緩存器
驅動到溢出條件的長度來將緩存器充滿到容量。
在一個實現中，例如，在一些時間間隔，比如100毫秒，以超過
設備的發(fā)送速率的速率將分組流發(fā)送到處理設備io,且之后如上所迷
估計緩存器占用程度。例如，在更長的時間間隔，比如，200毫秒，將 另一探測分組流以相同速率發(fā)送到處理設備IO,并且之后再次估計緩 存器的占用程度。如果在兩個估計的程度之間沒有顯著的差別，能夠 假定兩個分組流都能夠將緩存器充滿到其容量。如果在估計的程度之 間具有顯著差別，則使用更長的探測分組流重復處理直到估計的程度 不再增加0
能夠通過發(fā)送足夠速率和長度的幾個探測分組流到處理設備io
以充滿緩存器到其容量、獲得每個流的緩存器占用的估計值、并計算 估計值的平均，來獲得緩存器容量的合理精確的測量值。
D. 其它應用
l.估計爭用業(yè)務到達速率
能夠使用緩存器占用程度的估計值來推導其它參數的估計值，以 用于比如在上述FEC優(yōu)化應用中公開的技術的各種應用。能夠估計的 一個參數是和"主要分組"的流爭用處理資源和通信帶寬的所謂"爭 用分組"的到達速率。這可以在緩存器占用程度低于緩存器容量時的時間間隔期間通過推導緩存器占用程度多快改變的測量值來進行。
參考圖l所示的通信系統(tǒng)，例如，假設由數據源2發(fā)送的分組流是 在前段中提到的主要分組的流。如果在設備中的緩存器占用程度低于 緩存器容量，那么主要分組和所有其它爭用分組的到達速率的和將等 于由處理設備10發(fā)送的分組的速率和緩存器占用程度改變的速率的 和。例如，如果在時間A緩存器占用程度是&，且在時間h緩存器占用 程度是62,那么以下等式假設沒有緩存器溢出引起的分組損失
" (2) 其中，^-在時間^在緩存器中存儲的分組的數目； 62=在時間,2在緩存器中存儲的分組的數目； & =主要分組的到達速率； pc =爭用分組的到達速率；且 & =所有分組的發(fā)送速率。 以可能需要的基本上任意時間單元表示速率和時間，但是以被稱為時 隙的均勻的時間間隔表示這些值是方便的，如在FEC優(yōu)化應用中定義 的。建立這些時隙的持續(xù)時間使得在任意給定時隙分組處理設備10能 夠從指定流接收分組，能夠接收爭用分組且能夠發(fā)送分組，但是在一 個時隙中能夠接收不多于一個指定的分組和不多于一個爭用分組，且 在一個時隙中能夠發(fā)送不多于一個分組。這能被表示為
<formula>formula see original document page 20</formula>
在許多應用中，主要分組的到達速率"被指定為接收器20的先驗 條件，且能夠通過對由處理設備10經一些時間周期發(fā)送的分組數進行 計數，和計算每時隙或任意其它所需單位時間周期的平均速率，來測 量發(fā)送速率& 。能夠使用任意上述方法估計時間^的緩存器占用程度 &。能夠從下面等式估計爭用分組的到達速率，下面等式是通過重新 排列等式(2)獲得的
" (3) 從等式(3)計算的速率對于緩存器占用程度增加或減少時的間隔是有效的，但是如果緩存器溢出或由于任意其它原因分組丟失，其 是無效的。如杲需要，能夠從幾個估計值的線性或移動平均推導爭用 分組的到達速率。
2，估計發(fā)送速率
當緩存器不為空時，能夠使用緩存器占用的估計值來推導發(fā)送速 率參數&以用于比如上述在FEC優(yōu)化應用中公開的技術的多種應用。 該參數表示當在緩存器中有分組在排隊且準備發(fā)送時處理設備10能夠 實現的發(fā)送速率。如上所述，如果在一些間隔期間緩存器不為空，那
該間隔期間發(fā)送速率的估計值。
但是，如果在所有或部分計數間隔期間緩存器為空，需要一些其 它技術來計算該參數，因為觀察的分組的平均速率將很可能低估當緩 存器不為空時設備能夠實現的發(fā)送速率。下面描述在網絡中可應用的 方法，其使用帶沖突避免的載波偵聽多址訪問(CSMA/CA)協(xié)議。該
達時緩存器為空。下面描述該CSMA/CA協(xié)議的有關特性和可用于確定 緩存器是否為空的技術。
3.控制發(fā)送速率
能夠使用緩存器占用程度的估計值來控制一個或多個數據源的 發(fā)送速率以防止處理設備10中的緩存器溢出。存在已知的速率控制方 法，其使用通常被稱為早期擁塞通知(ECN)的特性，但這些已知方 法需要處理設備10監(jiān)控緩存器占用程度并如果緩存器占用程度上升到 某些閾值之上，在分組中設置特殊ECN標志。當分組的意向接收器檢 測到ECN標志，其發(fā)送ECN反饋分組到相應的數據源。該數據源通過 降低其發(fā)送速率響應于ECN反饋分組。
遺憾的是，ECN不是廣泛實現的。另外，例如> 如果處理設備IO 是無線接入點，則該設備不適于實現ECN。根據開放系統(tǒng)互連(OSI)基準模型，應該由在OSI層3 (網絡層)工作的設備設置ECN標志。路 由器典型地在OSI層3工作，但是基本上橋接在有線和無線網絡之間的 無線接入點典型地在OSI層2 (鏈路層)工作。
不像已知的ECN控制方法，這里描述的控制方法不需要處理設備 IO的任意特殊特性或功能。根據該方法，接收器20使用類似上述的方 法監(jiān)控緩存器占用程度，并無論何時估計的緩存器占用程度滿足一個 或多個標準，就發(fā)送ECN反饋分組到相應的數據源。例如，接收器20 能夠實踐簡單的方案，比如當估計的緩存器占用程度超過某個閾值時 發(fā)送ECN反饋分組。如果需要，接收器20能夠實現對于特定數據源優(yōu) 化的更加復雜的方案，比如考慮占用情況的改變速率以及占用程度。
該方法能夠用于使用傳輸控制協(xié)議(TCP)的單跳網絡中。使用 TCP,數據源增加其發(fā)送速率直到其被通知發(fā)生分組損失。響應于該 通知，數據源降低其發(fā)送速率且之后以較慢的速率再次增加。這個處 理重復，使得發(fā)送速率震蕩。該處理的一個缺點是其依賴于分組損失。 該損失在一些應用中，比如流多媒體應用中可能不能忍受或至少高度 抗拒的。對于這些類型的應用，應該在不需要分組損失的情況下控制 發(fā)送速率。
使用本發(fā)明的緩存器占用估計技術的控制處理不具有該缺點。不 需要分組損失。接收器20能夠檢測即將發(fā)生的緩存器溢出，并使用和 發(fā)生分組損失相同的通知來通知數據源。當緩存器占用程度超過閾值 時啟動該通知。該閾值的確切的值對于某些應用可能不是關鍵的，因 為大于零的任意緩存器占用是發(fā)送速率過高的指示。
E.時鐘同步
上述的緩存器占用估計技術假定探測分組的數據源和接收器20 使用彼此同步的時鐘。這些技術可適于解決兩個時鐘不同步但是彼此 相差接近恒定或緩慢變化的量的情況。接收器20調整數據源時鐘的表 現以實現和它自己的時鐘的同步。首先描述依賴于一簡化假設的基本 的調整技術。之后描述不依賴于該假設的更加復雜的技術。參考圖l所示的通信系統(tǒng)，例如，由數據源2在時間&發(fā)送探測分 組，且分組沿通信路徑3傳播到處理設備10。如果當分組到達時處理設 備10中的緩存器為空，假定在一恒定、非常短的處理時間間隔之后立 即沿通信路徑ll發(fā)送該分組。之后所發(fā)送的分組幾乎立即由接收器20 觀察到。在發(fā)送時間^和觀察時間^之間的延遲s等于通信路徑3和通信 路徑11的總傳播時間加上處理設備10緩存、檢索和發(fā)送分組的處理時 間。如果通信路徑3符合IEEE802.3標準之一且通信路徑11符合 IEEE802.11標準之一，延遲e典型地為l毫秒的量級。
在觀察時間&和表示為關于接收器20中的時鐘的真正的發(fā)送時間 4之間的延遲被表示為
(4)
能夠通過重新排列等式(4)如下表示真正的發(fā)送時間一 4" -￡ = ~" (5)
其中5=同步發(fā)送和接收時鐘的調整值。
給定延遲￡的精確估計值，接收器20能夠使用下面等式(其是等
式(5)的重排)計算調整值的合理精確的值5:
(6)
計算的值5中的任何誤差最多為延遲s的幅度。通過使用該計算的
值，和典型地在處理設備10中發(fā)生的排隊延遲比較，如果值￡非常小，
則能夠將兩個時鐘以合理的精度同步。例如，如果當緩存器滿時延遲s 是1毫秒，且排隊延遲是100毫秒，則由接收器20觀察的時鐘時間將具 有不大于百分之一的誤差，這意味著上述技術能夠以不大于百分之一 的誤差估計緩存器容量。
如果延遲S的值相對大但是恒定，仍可通過從延遲值￡排除沿通信
路徑3的傳播延遲實現在發(fā)送和接收時鐘之間的精確同步。上述技術基 于發(fā)送時間&基本上等于探測分組到達處理設備10的事件的假定。如 果沿路徑3的傳播延遲足夠大，使得假定不成立，則能夠調整探測分組 的發(fā)送時間&以通過使用排除了沿路徑3的傳播延遲的延遲值￡計算調 整值、來補償該情況。通過假定由處理設備10沿通信路徑11發(fā)送探測分組而沒有任何
排隊延遲來簡化上述時鐘同步技術。在該假定下，探測分組的發(fā)送僅
延遲恒定、非常短的時間間隔，在該時間間隔中處理設備10處理探測 分組的接收和發(fā)送。如果當處理設備10準備發(fā)送分組時，來自另一發(fā)
射器的噪聲或爭用業(yè)務使得通信路徑ll不空閑，則該假定無效。在這
些情況中，分組將經受額外的延遲，因為處理設備10在其能夠發(fā)送分 組之前必須等待直到通信路徑11空閑。如果通信路徑11實現CSMA/CA 協(xié)議，例如，不能由另一設備，比如接收器20精確地計算或預測處理 設備10等待的時間量。結果，不能計算時鐘調整值
通過使得接收器20僅在通信路徑11在探測分組的發(fā)送時間&之前 的空閑指定時間周期時計算時鐘調整值、能夠避免噪聲或爭用業(yè)務 產生的計算的值S中的誤差。在符合IEEE802.11的網絡中，該指定的 時間周期應至少和下面所述的"/F5間隔相同。如果處理設備10能夠檢 查接收器20觀察不到的發(fā)送，則接收器20不能可靠地確定何時通信路 徑11空閑。通過使得接收器20多次計算時鐘調整值、并比較多個值， 能避免或至少顯著減少該情況產生的問題。如果《的不同計算結果值 基本上相同，很可能每個計算的探測分組沒有經受任何排隊延遲。接 收器20能夠重復計算直到實現計算的值S的足夠的置信度。
對于每個探測分組，在接收其時，接收器20應用時鐘調整值^到 發(fā)送時間值&。如果發(fā)送和接收時鐘不關于彼此漂移，如果需要，能 夠對于每個通信會話僅確定一次5的值。如果兩個時鐘之間的差值改
變，可在需要時確定調整值^的修訂的值。 l.確定緩存器是否為空
如果處理設備10中的緩存器在測量時為空，能夠以合理的精度測 量時鐘調整值5。上述緩存器占用估計技術不能精確地確定緩存器是 否為空，因為那些技術的精度取決于數據源時鐘和接收器時鐘同步。 如果通信路徑ll使用被稱為分布坐標函數(DCF)的CSMA/CA協(xié)議， 則能夠由接收器20實現在前段中討論的技術，以更可靠地確定緩存器是否為空。能夠按需要修改該技術的原理并應用于使用不同通信技術 的網絡。
在符合IEEE802.11標準的CSMA/CA網絡中，在處理設備10嘗試 發(fā)送分組之前，其確定通信路徑ll是否繁忙。如果通信路徑ll在已知 為分布幀間空間(DIFS)的指定時間周期(這可被表示為DIFS-50ns) 不忙，則處理設備10發(fā)送分組，且之后等到來自意向接收器的已成功 接收分組的肯定應答(ACK)。如果處理設備10在已知為短幀間空間 (SIFS)的指定時間周期(是l(His)之后沒有接收到ACK，則其將重 發(fā)分組。如果通信路徑ll繁忙或者如果需要重發(fā)，則處理設備10在嘗 試發(fā)送之前等待所計算的時間周期，直到通信路徑ll空閑。該時間周 期等于DIFS間隔加上由下面描述的"退避算法"計算的"退避間隔"。
指示器的組合確定通信路徑ll是否繁忙。不需要該處理的細節(jié)來理解 本發(fā)明的原理，周此從說明書中省略。
退避算法根據下面等式計算等于某些數目的時隙的退避間隔
<formula>formula see original document page 25</formula>(7)
其中i -間隔[O， C7F]中的隨機或偽隨機數； OF-竟爭窗口間隔；且
rs-時隙的間隔。
對于IEEE802.11b,例如，時隙的長度TS是20 jis，且竟爭窗口 ( CW) 間隔具有初始最小值Cl^nin-31個時隙。對于IEEE802.11g，例如，時 隙的長度TS是9ns，且CW間隔具有初始最小值C^nin-15個時隙。CW 窗口的長度可增加到最大1023時隙，如下面所述。
處理設備10使用倒計時計時器在嘗試發(fā)送之前等待等于7V的時 間間隔。如果處理設備10偵聽到通信路徑11繁忙，則暫停倒計時計時 器直到通信路徑1 l保持空閑DIFS間隔那么長時間。當倒計時計時器到 達零時，處理設備10嘗試發(fā)送。從意向接收器20接收ACK將使得處理
設備10復位CW到其最小值C『min以準備發(fā)送下一個分組。如果沒有接
收到ACK，則將CW的值加倍直到其最大允許的值，且處理對于下一次嘗試發(fā)送重復。
下面所述的技術基于分組的第一或初始發(fā)送的觀察的等待次數。
分組的第 一發(fā)送可通過在MAC才艮頭中設置的被稱為/ Cj;J7"g的比特 值與所有接下來的該分組的重發(fā)區(qū)別。對于第一發(fā)送將i ^o;_7^^殳置 為零，且對于任意接下來的重發(fā)將其設置為l。該技術基于如果處理設 備10進行的分組的第 一 次發(fā)送在等于2)//3 + 7Vx的其中不發(fā)生其它發(fā) 送(包括在相同或相鄰網絡中從其它發(fā)射器的發(fā)送)的最大可能的等 待間隔之后，則處理設備10中的緩存器已知為空的事實。該間隔7Vx 可被表示為
如果接收器20在時間^接收到分組，且在時間間隔[^-(/)//W+7V;0， 期間沒有觀察到其它發(fā)送，那么已知處理設備IO中的緩存器在發(fā)射的 分組到達發(fā)射器的時間為空。換句話說，該空閑間隔足以暗示該特定 分組的發(fā)送沒有由任意排隊延遲拖延的情況。該情況能由反證法證明， 假定分組經歷排隊延遲，且仍在時間&觀察到。
在這個實例中，^被定義為由接收器20觀察到分組的第一比特的 時間。如果作為替代地，接收器20檢查接收到分組的最后比特的時間， 那么能從下面等式獲得第一比特的觀察時間
^ 丄r
(fi f"ST y 乂P肚 (9)
其中,w w =分組中最后比特的觀察時間；
^B-分組中的比特數；
r-每秒的比特的發(fā)送速率；且
=接收所有幀前導信息的時間間隔。 參數B和V的值通常是從接收器中的定制的符合IEEE802.11的設
備驅動器獲得的，但是通常不能獲得時間間隔7V^的值。如果該值不 是可用的，通過使用由經驗測試確定的值、查詢適宜的通信協(xié)議的規(guī) 范、或者通過需要的任意其它方式，可實現滿意結果。例如，對于符 合IEEE802.11b和802.11g的通信路徑，適宜的規(guī)范指示間隔7^￡的值 分別是192 ps和24 jis。指出上述的空閑間隔是緩存器為空的充分條件而不是必要條件 是有用的。為此，該技術更好地適于其中通信路徑ll不總是高度使用
的網絡。如果最大可能初始等待間隔7Vx已知，則該技術能用于使用 某些類型的沖突避免方案的其它通信協(xié)議。
當接收器20對于探測分組確定緩存器為空時，能測量時鐘調整因 素3，且之后將其用于同步接收器和數據源時鐘。之后能使用上述技術 估計緩存器占用程度。
F.在緩存器為空時估計發(fā)送速率
假定設備中的緩存器不為空，通過計算由處理設備10每單位時間 周期發(fā)送的分組的平均數，接收器20能夠使用上述技術獲得發(fā)送速率 參數&的精確估計值。如果緩存器為空，沒有發(fā)送分組；因此，如果 緩存器為空，應該使用一些其它技術精確地估計該參數。用于估計&的 一種技術如下面所述。該技術估計處理設備10發(fā)送M個特有分組中的 每一個所需要的各個時間rr的和i:7V，并通過計算M除以和27V的商推 導發(fā)送速率參數。估計發(fā)送分組所需的各個時間間隔的技術使用前段 中公開的CSMA/C A協(xié)議的某些特性。
圖6和7說明了在比如通信路徑ll的通信信道上觀察到的由幀流 傳送的分組。參考圖6，由處理設備10發(fā)送傳送分組戶 的幀。傳送分組 尸x、 /^和/^的幀由處理設備10之外的一個或多個設備發(fā)送，并表現爭 用業(yè)務。參考圖7，由處理設備10發(fā)送傳送分組iV7和尸"的幀。傳送分 組的幀尸x、 i^和尸z由處理設備10之外的一些設備發(fā)送，并表現爭用業(yè) 務。為了這里描述的模型的目的，如杲需要，所有爭用業(yè)務可被看作 從單一設備始發(fā)的。信道繁忙時間r^^表示其間觀察到爭用業(yè)務的幀
的間隔的持續(xù)時間。幀間到達時間r,^表示在爭用業(yè)務的連續(xù)幀之間
的間隔的持續(xù)時間。信道發(fā)送時間7V肌r表示其間觀察到在幀間到達時 間內由處理設備lO發(fā)送的所有幀的間隔的累積持續(xù)時間。在如圖6所示 的實例中，信道發(fā)送時間7V肌r等于發(fā)送攜帶分組戶 的幀所需的時間。 在如圖7所示的實例中，信道發(fā)送時間7Vm汀等于其間觀察到攜帶分組/Vi和尸 的幀的各個時間7>的和。信道空閑時間7,沉￡表示其間沒有觀 察到業(yè)務的間隔的持續(xù)時間。
能夠通過觀察通信信道上的業(yè)務估計信道繁忙時間7^^，信道發(fā) 送時間r;f肌r和幀間到達時間7Vm的統(tǒng)計分布或概率密度函數。從估計 的統(tǒng)計分布計算每個時間的平均。從下面等式計算通信信道傳送爭用 業(yè)務的概率義
義=二 f麗一 (10)
其中^w-平均信道繁忙時間；且 -平均幀間到達時間。 可從下面等式計算通信信道傳送由處理設備10發(fā)送的業(yè)務的概
率伊
其中^m =平均信道發(fā)送時間。
下述模型可用于估計發(fā)送分組所需的時間間隔7V，其是等待時間 ffV和處理設備10將傳送分組的幀的所有信息注入通信路徑ll中需要 的時間7V的和。該模型包括四種通常情況，且這些情況的實例如圖 8A-8F所示。
在第一情況中，在緊接著爭用業(yè)務之后的信道空閑間隔內，來自 數據源的分組尸"在時間&到達處理設備IO，且在其到達之后立即準備 好發(fā)送。對于該模型，在分組到達時間和分組準備好發(fā)送的時間之間 的延遲被假定可忽略。圖8A和8C示出第一情況的實例。間隔7^是在分
組信道空閑時間r,z) ^中在到達時間/2之前發(fā)生的那部分。
在第二情況中，在信道繁忙間隔內，來自數據源的分組尸"在時間
/e到達處理設備10，且在其到達之后立即準備好發(fā)送。圖8B和8D示出
第二情況的實例。間隔&是信道繁忙時間rBC/w中在分組到達時間^之 后發(fā)生的那部分。
在第三情況中，緊接著在處理設備10已發(fā)送分組尸w之后的信道 空閑間隔內，來自數據源的分組尸"在時間&到達處理設備10，并且分組P"在其到達之后立即準備好發(fā)送。圖8E示出第三情況的實例。間隔
rj是信道空閑時間r化^中在分組到達時間^之前發(fā)生的那部分。
在第四情況中，在處理設備10正發(fā)送分組/Vi期間，來自數據源 的分組尸"在時間&到達處理設備IO，并且分組尸"在完成分組iVi的發(fā)送 之后立即準備好發(fā)送。圖8F示出了第四情況的實例。間隔&是信道繁
忙時間rsray中在分組到達時間^之后發(fā)生的那部分。
這些情況的每個能夠統(tǒng)計地模型化。下面示出示意性說明了一種 算法的源代碼程序段，其輸入參數v能夠用于估計處理設備io發(fā)送分組 A的等待時間ffV。如果緊接在分組戶"之前的分組是由某些其他設備發(fā)
送的爭用分組Py，則該輸入參數v被設置為等于O。如果緊接在分組A 之前的分組是由處理設備10發(fā)送的分組/Vi，則該輸入參數v被設置為
等于l。這以及本說明書中所示的其它程序段包括具有c編程語言的語
法特性的語句；但是，特定語言或實現都不是關鍵。這些程序段不意 在為完整的，實際的或有效的解決方案，而是僅表示為說明足以使得 本領域技術人員實現其技術方案的基本原理。> (DIFS + T—wx))
1.2WT = 0; 〃 Fig. 8A > DIFS && T一idle[O<=(DIFS + T一wx)) [1.10
{ + T_busy0I + T—idle[l! +
T—busy[ll + T—idle[2j + 0.5 * T—busy[2)； 〖1.15
WT = Pr3 * T3 + Pr4 * T4 +
Pr5 * T5 + Pr6 * T6，如果先前的嘗試都不滿足，那么模型決定不能 確定等待時間。如果處理設備10檢測到接收器20不能檢測的爭用分組 時發(fā)生該情況。否則，該情況可指示處理設備10或一些其它發(fā)射設備 違反了通信協(xié)議的 一個或多個規(guī)定。
從估計的等待時間『r和將幀的信息注入通信路徑11所需的時間 7V的和獲得處理設備10發(fā)送具有分組A的幀所需的時間7V。在累積處 理設備10發(fā)射M個特有分組需要的總時間5:7V^后，接收器能夠從下面 等式獲得合理精確的發(fā)送速率的估計值
M
G.信號接收質量 l.概論
可為了多種目的監(jiān)控通信路徑ll上的發(fā)送，包括估計類似于發(fā)送 速率&的參數。結果的有用性和可靠性基于觀察的信號，其受到由監(jiān)
控設備接收的那些信號的接收質量的影響。例如，觀察到的信息的正 確性影響估計參數P。的精度，且該參數的精度對于類似于在FEC優(yōu)化應用中公開的技術的優(yōu)化操作很重要。上述技術包括改進在信號接收 受到千擾或低接收質量損害時期估計的精度的規(guī)定。該規(guī)定允許本發(fā)
果。但是，如果信號接收質量變得過低，這些規(guī)定也不能防止估計精 度惡化到不可接受的程度。
下面所述的技術能在接收器20中實現以確定是否信號接收質量 足夠高以允許其監(jiān)控工作以足夠的精度估計各種參數值?？紤]在通信 路徑ll上發(fā)送分組的方式，這些技術基于兩個前提(1)處理設備IO 根據通信路徑條件改變其發(fā)送速率和(2)與能夠計算特有的發(fā)射分組 的數目的估計值的一些控制信息一起發(fā)送分組。使用這兩個前提，接 收器20能夠對在目的地為自己的兩個接收到的分組之間實際觀察到的 分組的數目計數，且之后將該計數和從觀察到的分組的控制信息計算 的分組的估計的數目相比較。如果兩個值相等或彼此足夠接近，則信
號接收質量應該足夠高以允許精確地估計其它參數值。
下面所述的技術基本上可以和需要評估信號接收質量的任意應 用一起使用。它們的應用不限于它們的上述估計處理。
a)發(fā)送速率改變
根據第一個前提，處理設備10根據通信路徑條件改變其發(fā)送速 率。這暗指接收器20將通常接收目的地為接收器20的每個特有分組， 和其相關的控制信息至少一次，而沒有任何數據損壞。通過發(fā)送速率 改變，處理設備10根據意向接收器接收其分組的可靠性改變分組的發(fā) 送速率。如果處理設備10持續(xù)從接收器接收驗證成功接收分組的應答， 則處理設備10可保持或增加目的地為該接收器的分組的發(fā)送速率。如 果處理設備10持續(xù)不能從一個接收器接收到應答，則處理設備10降低 目的地為該接收器的分組的發(fā)送速率。該技術意在當信號接收質量高 時使用較高的發(fā)送速率，且在信號接收質量低時使用較低的發(fā)送速率。
當通信路徑ll是無線網絡且信號接收質量低時，接收器20不能觀 察到以高速率發(fā)送到其它接收器的分組，或不能觀察到沒有明顯的數據殘缺的分組。在符合IEEE802.11a或802.11g的網絡中，例如，處理 設備10可改變其發(fā)送以適應高達54 Mb/秒的速率發(fā)送信息。如果接收 器接近處理設備10且本地條件使得信號接收質量非常高，則可能處理 設備10將以最大速率或接近最大速率發(fā)送分組到該接收器。如果接收 器20遠離處理設備10和/或其本地條件使得信號接收質量非常低，則可 能接收器20將不能可靠地接收到以最高速率發(fā)送到其它接收器的那些 分組。
但是，因為發(fā)送速率改變，假定接收器20在處理設備10的范圍內， 接收器20能夠以即使有也是很小的殘缺接收它自己的分組，即使接收 條件不良。如果接收器20的信號接收質量很低，則處理設備10將降低 到接收器20的發(fā)送速率直到通信變得合理地可靠。當發(fā)送速率已經被 變?yōu)槠ヅ渫ㄐ怕窂綏l件時，幀錯誤率典型地在10"或更小的量級。如果 處理設備10未接收到特定分組的應答，則其再次發(fā)送該分組四次或更 多次；因此，這里所述的條件下接收器20不能成功接收分組的概率在 10_5或更小的量級。通過使用發(fā)送速率改變，接收器20將通常接收目的 地為接收器20的每個特有分組和其相關的控制信息至少一次，而沒有 任何數據殘缺。
b)控制信息
根據第二個前提，與允許計算特有的被發(fā)送分組的數目的估計值 的一些控制信息一起發(fā)送分組。在符合IEEE802.11的網絡中，MAC報 頭中的分組序列號能提供必要的控制信息。
2.評估信號接收質量
上述特定實施例假定用于通信路徑ll的通信協(xié)議符合 IEEE802.11標準之一。這些協(xié)議對于每個如上所述的分組在MAC報頭 中提供12比特序列號。對于特定設備發(fā)送的每個連續(xù)的特有分組，序 列號增加一，模212。
當接收器20從處理設備10接收到目的地為該接收器的連續(xù)兩個特有分組PA和PB時，能夠如下從那些分組的序列號O4和0s之間的差值 獲得由處理設備10發(fā)送到一個或多個其它接收器的特有的居間分組的
數目D:
"=(& -仏_ 1 ) modulo 212 (33)
其中&=目的地為接收器的分組PB的序列號；且
04=目的地為接收器的先前分組PA的序列號。
因為改變了發(fā)送速率，很可能意圖接收器將無殘缺地接收到這兩
個序列號。如上所述，可以使用幀CRC確定是否已經無殘缺地接收到
幀中的數據。但是，如果處理設備io中使用的排隊機制偏離如上討論
的嚴格FIFO機制，兩個序列號之間的差可能不會永遠指示居間分組的
精確數目。以下更具體討論此方面。
接收器20能夠對其使用上述任意技術觀察到的分組計數。如果接 收器20的信號接收質量足夠高使得它能夠觀察到由處理設備10發(fā)送的 所有或接近所有分組，那么那些分組的計數值C將等于或接近等于計 算的差值D。如果接收器20的信號接收質量足夠低使得其不能觀察到 由處理設備10發(fā)送的分組的顯著數目，那么那些分組的計數值C將不 同于計算的差值D。相反的，在C和D之間良好的一致性能夠提供信號 接收質量為高的合理精確的指示。缺乏良好的一致性不一定表明接收 質量為低，因為在序列號的流中可能存在使得計算的差值D失真的間 隙或跳躍。下面討論此原因。
在一個實施例中，從下面等式計算接收質量的初步測量值E: - C (34) 該測量值被濾波或平滑以去除否則可能惡化測量可靠性的短期擾動。 適合的平滑濾波器的實例如下所述。是零或接近零的值E通常指示信 號接收質量為高。但是，如果E的值大，不應該在不考慮比如比特錯 誤率的其它條件的情況下達成關于接收質量的結論，如下所述。
3.序列號跳躍
如果處理設備10在所有時間實現不嚴格FIFO的排隊方案，并在特定條件下重排序要發(fā)送的分組，則可能在序列號的流中發(fā)生間隙或 跳躍。例如，如上所述，無論何時設備遇到去往幾個接收器之一的無
線鏈路的質量惡化， 一些符合IEEE802.11的處理設備，如路由器或無 線接入點可以以不嚴格FIFO的順序從其緩存器檢索并發(fā)送分組。
圖9是具有可由這種設備發(fā)送的分組的幀流實例的示意性說明。 每個幀由具有表示其序列號的數字的框表示。具有目的地為接收器20 的分組的幀由畫有比用于表示目的地為其它接收器的分組的框的線更 寬的線的框表示。參考如圖9所示的實例，具有分組P1和序列號^4-1 的目的地為接收器20的幀被成功發(fā)送到該接收器。在五次嘗試之后暫 停發(fā)送具有分組P2和序列號2-2的幀到另一接收器的嘗試。接下來發(fā) 送具有分組P10和序列號QflO的目的地為接收器20的幀。暫停分組P2 引起發(fā)送的分組的重排序，這又引起連續(xù)的序列號之間的跳躍。
根據等式(33),在分組Pl和P10的序列號之間的差值D等于Z)-(10 -1 - 1)=8，其顯著不同于在這兩個分組之間的間隔期間能被觀察到的 分組數目的計數C。在該實例中，即使信號接收質量非常高，上述計 數技術將產生計數Ol，顯著不同于計算的差值/>=8。該實例顯示在分 組的計數數目C和計算的數目D之間的差值大不必然指示信號接收質 量差。
4.暫停的發(fā)送
上述計數技術意在對在給定間隔內成功發(fā)送的分組的數目計數。 參考圖9所示的實例，這些計數技術將會把分組P2的五次發(fā)送計數為一 個特有分組的成功發(fā)送。很確定該計數不正確，因為幾乎可以確定沒 有成功發(fā)送分組P2。當前計數幾乎可以肯定是零。
能夠通過識別沒有成功發(fā)送的分組并將其從計數排除來修正該 情況。在一個實施例中，如果滿足下面所有三個條件，則認為沒有成 功發(fā)送分組
(1)觀察到分組Px的幾個連續(xù)發(fā)送具有相同序列號Q》且目的 地為相同接收器(對于符合IEEE802.11標準的實現，該技術能檢查相同分組的五次連續(xù)發(fā)送)。
(2) 觀察到的下一個發(fā)送的分組PY具有序列號Qr,且目的地為 不同接收器，和
(3) 差值/=(^廣^)大于1。 在圖9所示的實例中滿足這所有三個條件。分組P2的五次連續(xù)發(fā)
送顯示目的地為一個接收器，之后是目的地為另一接收器的分組PIO。 在分組？2和？10的序列號之間的間隙是/= 10-2-1 = 7，其大于l。對 于此實例，應該從計數排除分組P2。
5.不良接收質量的附加測試
如果初步測量值E指示信號接收質量可能不好，則執(zhí)行附加測試 以確認是否是這樣?？墒褂玫囊粋€測試是估計接收到的以不同速率發(fā) 送的信息中的比特錯誤率。
如果用于實現通信路徑ll的技術符合IEEE802.11a或802.11g標 準，例如，處理設備10可改變其發(fā)送以在高達最大速率RMAx-54Mb/s 的速率發(fā)送信息。實驗研究顯示，如果以發(fā)送速率Ro-36 Mb/s沒有任 何錯誤地接收分組，或者如果可以以R產48 Mb/s的發(fā)送速率沒有不能 由糾錯技術修正的任意錯誤地接收分組，則接收器20的信號接收質量 足以允許上述處理可靠地用于以包括最大速率的任意速率發(fā)送的分 組。
下面示出的源代碼程序段示意性地說明了能夠用于評估信號接
收質量是否足夠高以允許上述技術可靠地用于在最大可能速率發(fā)生的
發(fā)送的一個算法。 F—last_good; 〃最后的好幀),且返 回值l (參看語句[2.9)指示信號接收質量良好。
如果在至少和R0 (參看語句I2.18]和[2.19]) —樣高的發(fā)送速率下 無錯誤地接收幀F中的信息，或如果以至少和R1 (參看語句[2.20j和[2.21) 一樣高的發(fā)送速率沒有不可修正的錯誤地接收幀F中的信息， 則函數check—rate返回值l。在該實例中，F.CRC-O指示沒有錯誤地接 收了幀F中的信息，且元素F.BER-O指示沒有不可修正的錯誤地接收了 幀F中的信息。如果不滿足任一條件，進程返回值O (參看語句[2.22
和2.23)。
如果函數checkjate返回值0，則進行附加測試以確定是否仍然認 為信號接收質量為良好。這在語句[2.11j中進行，比較當前幀的接收的 信噪比(SNR)、接收的時間戳(TS)和接收的比特錯誤率(BER) 和最后的良好的幀的相應值。如果在當前幀和最后良好幀的值之間的 改變量都在特定閾值內，則在語句2.12I返回認為信號接收質量為良好 的指示；否則，在語句[2.14中返回信號接收質量被認為不好的指示。
這三個比較的依據是基于幾個假定。如果當前幀的SNR在最后良 好幀的SNR的某閾值量以內(在該實例中為2dB)，則很可能當前接 收條件仍然足夠好。該測試限于在最后良好幀的某時間間隔內接收的 幀(該實例中為2秒)，因為比如多徑衰減的接收條件的改變可能提高 保證足夠的信號接收質量所需的SNR 。將該時間間隔保持足夠短以減 少從最后良好幀以后條件顯著改變的可能性。比特錯誤率的最后測試 用于增加當前幀中的序列號可被信任的可能性。
可通過將接收的幀中的數據與由糾錯處理校正過任何錯誤比特 之后的該幀中的數據相比較、對由糾錯處理改變的比特數目計數、和 將該數目除以接收的比特的總數，來估計比特錯誤率。如果需要，可 通過低通或平滑濾波器濾波該估計值，或將其用于計算估計的比特錯 誤率的移動平均。
在上面程序段中說明的該處理能用于其它通信標準，前提是它們 的接收特性對于不同發(fā)送速率是已知的。對于特定協(xié)議，如果已知發(fā) 送速率Rq，其中在該發(fā)送速率Ro，接收器20能夠無殘缺地接收發(fā)送且
接收條件使得能夠以最高允許發(fā)送速率rmax可靠地但是不需要完美
地接收發(fā)送，那么通過用適當的值替換兩個速率，上述算法能用于該 特定通信協(xié)議。6,平滑濾波器
從等式(34)獲得的接收質量的初步測量值E如果具有是零或非 常小的值則指示良好的信號接收質量。E的值較大可指示不好的信號 接收質量；但是，大的值可能因為上述的序列號跳躍或因為接收條件 的短期惡化，比如SNR的偶然降低。優(yōu)選地，不應允許短期條件表明 自己為信號接收質量的總的評估中的短期改變。這可通過使用低通或 平滑濾波器以除去E的值中的短期擾動來避免，否則這些短期擾動可 能惡化測量值的有用性。下面示出的源代碼程序段示意性地說明了能 夠用于實現測量值E的平滑濾波器的一個算法。 return 0.5; 該濾波器是一 系列IF-ELSE測試，其檢查E的最近的估計值的滑 動間隔。如果所有最近的估計值都小于3 (參看語句[3.1)，則在語句 [3.2j中返回值l，指示信號接收質量良好。如果不滿足第一IF測試的條 件，如杲最近的15個估計值中的14個小于3 (參看語句[3.3)，則通過 在語句[3.4中返回值1，認為信號接收質量為良好。如果前兩個IF測試 失敗且在語句[3.5I和[3.7]中滿足接下來兩個IF測試中任一個，則返回 值0,指示信號接收質量不好。如果不滿足任意IF測試的條件，在語句13.10中返回值0.5，指示信號接收質量中等。
在IF測試中指定的條件是從實驗數據中推導出來的，以平衡指示 的可靠性和指示響應于改變通信條件的速度?？偟膩碚f，值l指示信號 接收質量足夠好地用于監(jiān)控目的。
H.實現
需要實現本發(fā)明的多個方面的函數可由以多種方式實現的組件 執(zhí)行，包括分立的邏輯組件、集成電路、 一個或多個ASIC和/或程序 控制處理器。這些組件實現的方式對于本發(fā)明不重要。
可由多種機器可讀的介質傳送本發(fā)明的軟件實現，比如在包括從
超聲到紫外頻率的整個頻語上的基帶或調制的通信路徑，或基本上使 用任意記錄技術傳送信息的存儲介質，包括磁帶、卡或盤、光卡或盤， 以及包括紙的介質上的可檢測的標記。
權利要求
1. 一種用于確定通信系統(tǒng)中處理設備的緩存器的估計占用程度的方法，該通信系統(tǒng)包括第一數據源，其發(fā)送信息分組；處理設備，其從第一數據源接收信息分組，在緩存器中為至少一些分組存儲信息，且沿通信信道發(fā)送信息分組以供一個或多個接收器接收；接收器，其從通信信道接收由一個或多個設備發(fā)送的信息分組，這些信息分組包括由處理設備發(fā)送的至少一些信息分組；以及該方法包括記錄各個信息分組由接收器接收時的接收時間；從由接收器接收的各個分組中識別所選的分組，該所選分組被識別為由處理設備發(fā)送的；從由所選分組傳送的數據推導開始時間，該開始時間對應于由所選分組傳送的信息被處理設備接收的時間；從所選分組的接收時間獲得結束時間；檢查由接收器在所選分組之前接收的，且被識別為已由處理設備發(fā)送的信息分組傳送的信息，以確定由接收器接收的哪些分組是在從開始時間到結束時間的間隔期間由處理設備發(fā)送的特有分組；和從哪些分組是特有分組的確定結果推導緩存器的估計占用程度，并產生表示緩存器的估計占用程度的信號。
2. 如權利要求l所述的方法，通過推導特有分組的數目推導估計 的占用程度。
3. 如權利要求2所述的方法，其中每個特有分組由各自的序列號 標識，且該方法包括識別在相鄰分組的序列號之間大于l的增量；和 如果增量小于序列間隙閾值，則將特有分組的數目增加從增量推 導出的量。
4. 如權利要求2所述的方法，其中，每個特有分組是由各自的序 列號標識的，且該方法包括從最接近開始時間但不是在開始時間之前 和最接近結束時間但不在結束時間之后接收的分組的序列號之間的差 值計算特有分組的數目。
5. 如權利要求2所述的方法，其中，每個分組傳送排隊優(yōu)先級的 指示，且處理設備根據每個分組的排隊優(yōu)先級使用一個或多個緩存器 實現多等級排隊方案，且該方法包括獲得多個排隊等級的特有分組的數目；調整多個排隊等級的特有分組的數目以解決由處理設備發(fā)送但 沒有由接收器接收的未分級分組；和使用調整的特有分組的數目確定排隊等級的一個或多個緩存器 的各自估計的占用程度，并產生表示一個或多個緩存器的各自估計的 占用程度的一個或多個信號。
6. 如權利要求5所述的方法，包括使用多個排隊等級的特有分組的數目估計多個排隊等級各自的 相對概率；和響應于該相對概率和未分類分組的數目調整多個排隊等級的特 有分組的數目。
7. 如權利要求6所述的方法，包括僅對于這樣的排隊等級調整特 有分組的數目該排隊等級具有的排隊優(yōu)先級大于或等于各自的緩沖 器的估計占用程度大于零的最高優(yōu)先級排隊等級的優(yōu)先級。
8. 如權利要求l所述的方法，其中，每個分組傳送排隊優(yōu)先級的 指示，并且處理設備根據每個分組的排隊優(yōu)先級使用 一個或多個緩存 器實現多等級排隊方案，且該方法包括獲得多個排隊等級中的特有分組被接收器接收的概率； 估計由多個排隊等級的特有分組傳送的數據量以解決由處理設備發(fā)送但沒有由接收器接收的未分類分組所傳送的數據；和使用估計的數據量確定排隊等級的一個或多個緩存器的各自的估計的占用程度，并且產生表示一個或多個緩存器的各自估計的占用程度的一個或多個信號。
9. 如權利要求1到4中任一個所述的方法，其估計緩存器的最大占 用程度，該方法包括使得一個或多個數據源以驅動緩存器的占用程度到其最大值的 速率和時間周期發(fā)送分組到處理設備；以及將估計的最大占用程度設置為等于所確定的緩存器的估計的占 用程度，并且產生表示估計的最大占用程度的信號。
10. 如權利要求1到4中任一個所述的方法，包括使用估計的緩存 器的占用程度推導通信系統(tǒng)中分組的通信速率。
11. 如權利要求10所述的方法，其中該通信系統(tǒng)包括除了第 一數據源之外發(fā)送信息分組的一個或多個其它數據源，和 處理設備，其從所述一個或多個其它數據源接收除了那些從第一 數據源接收的信息分組之外的信息分組；以及 該方法包括對于多個所選分組確定緩存器的多個估計占用程度；從緩存器的多個估計占用程度推導緩存器充滿率；對于由處理設備從第一數據源接收的信息分組獲得主要分組的估計的到達速率；獲得處理設備發(fā)送特有的信息分組的估計速率；和 對于由處理設備從一個或多個其它數據源接收的信息分組推導爭用分組的估計到達速率，并產生表示該爭用分組的估計到達速率的信號。
12. 如權利要求10所述的方法，包括 對于多個所選分組確定緩存器的多個估計占用程度； 監(jiān)控緩存器的多個估計占用程度；和當緩存器的估計占用程度大于零時，確定在一個時間間隔內由處 理設備發(fā)送的特有信息分組的數目以推導處理設備發(fā)送特有信息分組 的估計速率，并產生表示處理設備發(fā)送特有信息分組的估計速率的信 號。
13. 如權利要求1到4的任意一個所迷的方法，包括 對于多個所選分組確定緩存器的多個估計占用程度； 監(jiān)控緩存器的多個估計占用程度；和當緩存器的估計占用程度超過占用閾值時，發(fā)送通知到第 一數據 源以降低其分組發(fā)送速率。
14. 如權利要求1到4的任意一個所述的方法，其中，每個特有分 組由其各自的序列號標識，且該方法包括通過對由接收器觀察到的信息分組計數來獲得在從開始時間到 結束時間的間隔期間由處理設備發(fā)送的特有分組的第 一數目；通過計算在最接近開始時間但是不在開始時間之前和最接近結 束時間但不在結束時間之后接收的分組的序列號之間的差值，來獲得 在從開始時間到結束時間的間隔期間由處理設備發(fā)送的特有分組的第 二數目；以及推導與第 一數目和第二數目之間的差值相反改變的信號接收質 量的測量值，并產生表示該信號接收質量的測量值的信號。
15. 如權利要求14所述的方法，其改進由處理設備發(fā)送的特有分 組的第一數目的精度，并包括當由接收器接收的信息分組指示下面情 況時，從第一數目中排除所選分組處理設備發(fā)送所選分組的次數超過重試閾值；和 處理設備接下來發(fā)送的后續(xù)信息分組的序列號超過所選分組的 序列號大于l的量。
16. 如權利要求14或15所述的方法，包括估計在由接收器以不同發(fā)送速率從處理設備接收的信息分組中 的各自的比特錯誤率；和當第一數目和第二數目之間的差值指示信號接收質量可能不好 時從估計的比特錯誤率推導信號接收質量的測量值。
17. 如權利要求14到16所述的方法，包括將一組閾值測試應用到 信號接收質量的最近推導的測量值的滑動間隔。
18. 如權利要求l所述的方法，包括獲得特有分組的計數從而以分組數目確定緩存器的估計占用程度。
19. 如權利要求l所述的方法，其包括獲得由特有分組傳送的字節(jié) 的和從而以字節(jié)確定緩存器的估計的占用程度。
20. —種用于在通信系統(tǒng)中確定處理設備的緩存器的估計占用程 度的方法，該通信系統(tǒng)包括數據源，其發(fā)送信息分組；處理設備，其從數據源接收信息分組，在緩存器中為至少一些分 組存儲信息，且沿通信信道發(fā)送信息分組以供一個或多個接收器接收；接收器，其從通信信道接收由一個或多個設備發(fā)送的信息分組， 這些信息分組包括由處理設備發(fā)送的至少一些信息分組；以及該方法包括識別從接收器接收的信息分組中選擇的分組，該所選分組傳送指 示以下內容的數據作為處理設備發(fā)送所選分組的第一次嘗試的結果， 所選分組由接收器接收；當由接收器接收所選分組時記錄所選分組的接收時間；監(jiān)控通信信道以檢測由所述一個或多個設備中任意 一個進行的發(fā)送；計算在沿著通信信道沒有檢測到發(fā)送期間緊接在所選分組的接 收時間之前的時間長度；比較所述時間長度和第一等待間隔閾值；和如果所述時間長度超過第 一等待間隔閾值，則確定緩存器的估計 占用程度為零，并產生一個信號傳送表示緩存器的估計占用程度的信 息。
21. 如權利要求20所述的方法，在確定緩存器的占用程度為零時 計算時鐘調整值以用于同步接收器中的第一時鐘和數據源中的第二時 鐘，該方法包括從由所選分組傳送的數據中獲得發(fā)送時間，該發(fā)送時間相對于數 據源中的第二時鐘指示何時數據源發(fā)送由所選分組傳送的信息；當緩存器的占用程度為零時，獲得延遲分組發(fā)送的處理設備中估計的處理延遲；通過從所選分組的接收時間減去所選分組的發(fā)送時間和估計的 處理延遲而計算時鐘調整值，該接收時間指示相對于接收器中的第一 時鐘何時所選分組由接收器接收；和產生表示時鐘調整值的信號。
22. 如權利要求21所述的方法，其包括如果所述時間長度等于一 個小于第 一 等待間隔閾值的第二等待間隔閾值，則延遲計算估計的處理。
23. 如權利要求21所述的方法，包括 計算多個所選分組的多個調整值；檢查所述多個調整值以估計在處理設備中在處理設備進行發(fā)送 之前，是否多個所選分組中的任意一個遇到排隊延遲；和從對應于估計沒有遇到排隊延遲的所選分組的那些調整值獲得時4中調整值。
24. 如權利要求20所述的方法，包括監(jiān)控通信信道以推導通信業(yè)務統(tǒng)計，其中該處理設備使用通信協(xié) 議沿通信信道發(fā)送信息分組；基于通信業(yè)務統(tǒng)計從模型獲得處理設備發(fā)送特有信息分組需要 的估計的各個時間，該估計的各個時間是等待間隔和發(fā)送間隔的和， 其中各自的等待間隔是處理設備在沿通信信道發(fā)送信息分組之 前必須等待的通信協(xié)議所引起的時間量，以及各自的發(fā)送時間是處理設備將表示信息分組的數據注入通 信信道所需的時間量；獲得處理設備發(fā)送多個特有信息分組的每一個所需的估計的各 個時間的和；以及從特有分組數目除以估計的各個時間的和，推導處理設備發(fā)送特 有信息分組的估計速率，并產生表示處理設備發(fā)送特有信息分組的估 計速率的信號。
25. —種包括執(zhí)行權利要求1到24中的任意一個的步驟的裝置的設備。
26. —種傳送可由設備執(zhí)行以實現權利要求1到24的任意一個的 方法的指令的程序的介質。
全文摘要
本發(fā)明可用于估計通信系統(tǒng)中發(fā)送和接收信息流的設備的工作特性。在一個應用中，通過監(jiān)控由處理設備發(fā)送的分組估計在處理設備，比如路由器或無線接入點中的FIFO緩存器的占用程度。工作特性的估計值能夠用于控制系統(tǒng)中的通信，使得改進整體性能。也公開了能用于緩和低信噪比條件的影響的技術。
文檔編號H04L12/56GK101421996SQ200780013131
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權日2006年4月13日
發(fā)明者蔣文宇 申請人:杜比實驗室特許公司