СТЕКОВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ ПРИЛОЖЕНИЮ В ОТСУТСТВИЕ ЗАПРАШИВАЕМОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 2012 года по МПК H04B7/05 

Область техники

Изобретение относится, в целом, к беспроводной связи и, в частности, к системе извещения приложения связи о том, что запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания недоступны.

Уровень техники

Мультиплексирование с частотным разделением (FDM) - это общеизвестный процесс, в котором множественные сигналы модулируются на несущие волны разных частот. FDM использовалось в течение десятилетий в области радио- и телевещания. Радио и телевизионные сигналы передаются и принимаются на разных частотах, каждая из которых соответствует определенному “каналу”.

Ортогональное мультиплексирование с частотным разделением (OFDM) также известно в технике, по меньшей мере, с конца 1960-х. В OFDM, один передатчик одновременно передает на многих разных ортогональных частотах. Ортогональные частоты - это частоты, которые не зависят друг от друга в отношении относительного фазового соотношения между частотами. В OFDM, доступная полоса делится на несколько “подканалов” равной ширины полосы. OFDM имеет преимущество для беспроводной связи, поскольку обеспечивает устойчивую производительность при многолучевом затухании. В общем случае, системы на основе OFDM не требуют компенсатора для надежной связи. OFDM воплощено во многих стандартах, используемых в настоящее время для беспроводной связи. Например, стандарт беспроводной LAN IEEE 802.11a и стандарт беспроводной LAN802.11g опираются на реализацию OFDM для передачи сигнала. Стандарт беспроводной LAN 802.11n, стандарт UWB беспроводной PAN и мобильный WiMAX, относящиеся к следующему поколению, используют модуляцию OFDM для высокоскоростной связи. Одна ранняя ссылка, описывающая OFDM, это R.W.Chang, Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission, Bell System Technical Journal (46), 1775-1796 (1966).

Таким образом, OFDM действует, разбивая один высокоскоростной поток данных на несколько более низкоскоростных потоков данных, которые затем передаются параллельно (т.е. одновременно). Каждый низкоскоростной поток используется для модуляции поднесущей. Это создает передачу "на нескольких несущих" за счет разделения широкой полосы частот (или канала) на несколько более узких полос частот (или подканалов), каждый из которых модулируется потоком сигнала. Благодаря одновременной передаче множественных потоков сигнала, каждый на пониженной скорости, можно снизить или устранить многолучевое или релеевское затухание без снижения общей скорости передачи.

OFDM также реализовано в различных проводных системах связи. Например, OFDM используется в соединениях типа асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL), отвечающих стандарту ITU G.992.1. Применительно к ADSL, OFDM иногда называют дискретной многотональной модуляцией или DMT. OFDM также часто используется для модулирования сигналов, подлежащих передаче по силовым кабелям. Например, HomePlug powerline alliance установил стандарт передачи данных по силовым кабелям в домах. Стандарт HomePlug использует модуляцию OFDM.

В течение последних нескольких лет получили широкое распространение многочисленные сетевые приложения, которые требуют определенных характеристик передачи для эффективной работы. Например, формат связи Voice-over-IP (VoIP), также именуемый IP-телефонией, интернет-телефонией или широкополосной телефонией, представляет собой телефоноподобную систему, которая действует полностью или частично через Интернет путем преобразования речевого сигнала в цифровой сигнал, который можно передавать в интернет-пакетах. Трафик VoIP требует минимальной скорости передачи данных для осуществления связи. Аналогично, для передачи видеоконтента (например, видео-телеконференции или потокового мультимедиа) по сети обычно требуются определенные минимальные характеристики передачи для обеспечения изображения.

Когда появился Интернет, не существовало систем, обеспечивающих минимальные характеристики передачи. Со временем были разработаны стандарты качества обслуживания (QoS) для обеспечения гарантированных характеристик передачи, например минимальной производительности или пропускной способности, или максимального времени ожидания. QoS можно реализовать в локальной сети или в более широкой сети. Одна ссылка, рассматривающая QoS, это стандарт IEEE 802.1p, который реализуется на уровне формирования кадров управления доступа к среде (MAC) в стеке протоколов.

Сущность изобретения

Это краткое изложение сущности изобретения обеспечивает иллюстративный контекст аспектов изобретения, в упрощенной форме. Оно не предполагает определение объема заявленного изобретения. Аспекты изобретения более подробно описаны ниже в подробном описании.

Здесь описаны системы и способы выбора параметров передачи OFDM на основании скорости передачи данных и качества обслуживания, запрашиваемых приложением, и сигнализации приложению, если запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания невозможны. Запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания отображаются в набор параметров связи, регистрируется уровень шума на подканалах OFDM, и приложение принимает сигнал, если параметры связи невозможно обеспечить при данных условиях шума на подканалах OFDM. Затем приложение может принимать решение, стоит ли повторно согласовывать его запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания, или ожидать, пока канал сможет удовлетворить такому запросу.

Согласно одному аспекту, предложен способ инициирования связи на уровне производительности, запрашиваемом приложением. Способ содержит этапы, на которых отображают запрашиваемый уровень производительности на набор параметров связи и передают сигнал приложению, если упомянутые параметры связи не могут быть обеспечены.

Согласно другому аспекту, предложена система беспроводной связи для передачи данных в ответ на запрос от приложения для передачи на скорости передачи данных и с качеством обслуживания. Система содержит модуль отображения на подканалы/энергию для определения количества подканалов и порога энергии, необходимых для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качества обслуживания, модуль регистрации шума для регистрации уровня шума на каждом доступном подканале, и модуль сигнализации для сигнализации приложению, когда запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания не могут быть обеспечены.

Согласно еще одному аспекту, предложен машиночитаемый носитель, на котором хранятся машиночитаемые сигналы, которые определяют инструкции, которые, в результате их исполнения компьютером, предписывают компьютеру осуществлять способ беспроводной связи, содержащий этапы, на которых принимают от приложения запрос на скорость передачи данных и качество обслуживания, пытаются выбрать совокупность подканалов ниже порога энергии согласно запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания, сигнализируют приложению при недостаточном количестве подканалов ниже порога энергии для достижения запрашиваемых скорости передачи данных и качества обслуживания.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи не предполагают выполнения в масштабе. На чертежах, каждый идентичный или почти идентичный компонент, проиллюстрированный на разных чертежах, представлен аналогичным обозначением. Для ясности, не каждый компонент может иметь обозначение на каждом чертеже. В чертежах:

фиг.1 - спектральная диаграмма, демонстрирующая разделение используемой полосы канала на несколько подканалов равной ширины;

фиг.2 - блок-схема цифровой системы связи OFDM с несколькими несущими;

фиг.3 - логическая блок-схема, иллюстрирующая выбор приложением скорости передачи данных и качества обслуживания;

фиг.4 - логическая блок-схема одного варианта осуществления изобретения;

фиг.5 - логическая блок-схема некоторых аспектов изобретения;

фиг.6 - логическая блок-схема системы, реализующей некоторые аспекты изобретения.

Подробное описание

Это изобретение предусматривает новый способ беспроводной связи. Согласно заявленному изобретению, приложение запрашивает скорость передачи данных и качество обслуживания. Система определяет количество подканалов, качество подканалов и мощность передачи на подканалах, необходимые для достижения запрашиваемых скорости передачи данных и QoS. Если условия передачи не позволяют обеспечить выбранные параметры, система может либо изменить выбранные параметры, либо сигнализировать приложению посредством стека, что запрашиваемое обслуживание невозможно. Изобретение можно реализовать аппаратно или программно, или комбинированно. Например, программные реализации могут заключаться в операционной системе или в драйвере устройства. Варианты осуществления включают в себя систему, способ и инструкции, хранящиеся на компьютерно-считываемом носителе.

Компьютерно-считываемые носители могут быть любыми доступными носителями, к которым может обращаться компьютер. В порядке примера, но не ограничения, компьютерно-считываемые носители могут содержать компьютерные носители информации и среды передачи информации. Компьютерные носители информации включают в себя энергозависимые и энергонезависимые, съемные и несъемные носители, реализованные посредством любого способа или технологии для хранения информации, например компьютерно-считываемых инструкций, структур данных, программных модулей или других данных. Компьютерные носители информации включают в себя, но без ограничения, RAM, ROM, EEPROM, флэш-память или другую технологию памяти, CD-ROM, цифровые универсальные диски (DVD) или другие оптические носители, магнитные кассеты, магнитные диски, магнитный дисковый накопитель или другие магнитные запоминающие устройства, другие типы энергозависимой и энергонезависимой памяти, или любой другой носитель, который можно использовать для хранения нужной информации и к которому может обращаться компьютер, и любую подходящую комбинацию вышеперечисленных носителей.

Компьютерно-считываемые носители могут транспортироваться таким образом, чтобы хранящиеся на них инструкции можно было загружать в любой пригодный ресурс компьютерной системы для реализации аспектов настоящего изобретения, рассмотренных здесь. Кроме того, следует понимать, что инструкции, хранящиеся на вышеописанном компьютерно-считываемом носителе, не ограничиваются инструкциями, воплощенными как часть прикладной программы, выполняющейся на главном компьютере. Напротив, инструкции могут быть воплощены в виде компьютерного кода любого типа (например, программного обеспечения или микрокода), который способен управлять работой процессора для реализации аспектов настоящего изобретения, рассмотренных ниже.

Это изобретение не ограничивается в своем применении деталями конструкции и конфигурацией компонентов, изложенными в нижеследующем описании или проиллюстрированными на чертежах. Изобретение допускает и другие варианты осуществления и может быть осуществлено на практике или выполняться по-разному. Кроме того, используемые здесь фразеология и терминология приведены в целях описания и не подлежат рассмотрению в порядке ограничения. Термины "включающий в себя", "содержащий" или "имеющий", и различные их вариации, подразумевают охват перечисленных предметов и их эквивалентов, а также дополнительных предметов.

Изобретение можно реализовать в системе проводной связи OFDM или в системе беспроводной связи OFDM.

Согласно фиг.1, в OFDM, доступная полоса канала W делится на несколько подканалов с равной шириной полосы. Каждый подканал достаточно узок, поэтому частотные характеристики подканала близки к идеальным. Количество подканалов равно полной доступной полосе, поделенной на ширину полосы каждого подканала. Таким образом, количество подканалов К можно выразить в виде:

Каждый подканал k имеет соответствующую несущую волну. Эту несущую волну можно выразить в виде:

где x_k(t) - это несущая волна для подканала k как функция времени t. f_k - это средняя частота подканала k, и k принимает значения от 0 до К-1. Фазу x_k(t) можно задать равной нулю без потери общности.

Символьная скорость 1/T задана для каждого подканала равной разнесению Δf между соседними поднесущими. Таким образом, поднесущие будут ортогональны на протяжении символьного интервала Т, т.е. независимыми от относительного фазового соотношения между поднесущими. Это соотношение можно выразить в виде:

где f_k-f_j=n/T, n=1,2,…, независимо от значений (произвольных) фаз Φ_k и Φ_j.

В системе OFDM, символьную скорость на каждом подканале можно уменьшить относительно символьной скорости в системе одной несущей, которая использует всю полосу W и передает данные с той же скоростью, что и система OFDM. Следовательно, символьный интервал Т (величина, обратная символьной скорости) в системе OFDM можно выразить в виде:

T=KT_s

где Т_s - это символьный интервал системы одной несущей, реализующей всю полосу W и передающей данные с той же скоростью, что и система OFDM. Например, если символьная скорость по всей полосе для одного канала равна 72 миллиона символов в секунду, и канал делится на 48 подканалов, каждому подканалу придется переносить только 1.5 миллиона символов в секунду для достижения той же суммарной скорости передачи данных. Это снижение символьной скорости снижает межсимвольную интерференцию и, таким образом, ослабляет последствия многолучевого затухания. Соответственно, OFDM обеспечивает более высокое качество и устойчивость связи.

В системе OFDM, передатчик принимает входные данные в частотных характеристиках и преобразует их в сигнал во временных характеристиках. Несущая волна модулируется сигналом во временных характеристиках для беспроводной передачи или проводной передачи. Приемник принимает сигнал, демодулирует волну и преобразует сигнал обратно в частотные характеристики для дальнейшей обработки.

На фиг.2 показана упрощенная система OFDM. В проиллюстрированном варианте осуществления, входной поток 201 данных поступает от приложения на OFDM передатчик 200. В стандартном стеке связи TCP/IP, эти данные можно принимать на физическом уровне или на канальном уровне; однако изобретение не ограничивается никаким конкретным источником данных или механизмом переноса данных на передатчик, и можно реализовать аппаратно или программно, и на различных уровнях сетевого стека. Входной поток 201 данных поступает на последовательно-параллельный буфер 202. Последовательно-параллельный буфер 202 разбивает последовательный поток данных на несколько параллельных потоков данных. Количество параллельных потоков данных равно количеству подканалов, доступных для OFDM-вещания, или К, которое использовалось выше.

В одном варианте осуществления, последовательно-параллельный буфер 202 делит информационную последовательность, полученную из входных данных 201, на кадры по В_f битов. В_f битов в каждом кадре делится на К групп, где i-й группе назначается b_i битов. Это соотношение можно выразить в виде

Каждый из параллельных потоков данных, генерируемых последовательно-параллельным буфером 202, затем поступает на модулятор 203 нескольких несущих. Модулятор 203 нескольких несущих модулирует каждую поднесущую OFDM каждым из параллельных потоков данных. Модулятор 203 нескольких несущих можно эффективно реализовать с помощью алгоритма обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) для вычисления сигнала во временном измерении, хотя можно использовать любой алгоритм, который преобразует сигнал в частотном измерении в сигнал во временном измерении. Алгоритмы FFT были предметом исследований в течение десятилетий, и существует много реализации низкой сложности, которые облегчают реализацию систем OFDM.

Модулятор 203 нескольких несущих может использовать любую схему модуляции для модуляции каждого входящего потока данных. В предпочтительных вариантах осуществления, сигналы модулируются посредством фазовой манипуляции (PSK) или квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Можно использовать любую векторную диаграмму PSK или QAM, например, те, которые применяются в семействе стандартов беспроводной LAN, включая 802.На, 802.11g, и 802.11n. Например, модулятор может использовать 8PSK, 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM или 256-QAM. Схему модуляции можно выбирать на основании необходимой скорости передачи данных, доступных подканалов, шума на каждом подканале или других факторов.

В этом примере, модулятор 203 нескольких несущих, таким образом, генерирует К независимых подканалов QAM, где символьная скорость для каждого подканала равна 1/T, и сигнал на каждом подканале имеет отличную векторную диаграмму QAM. Согласно этому примеру, количество точек сигнала для i-гo подканала можно выразить в виде:

Комплекснозначные точки сигнала, соответствующие информационным сигналам на каждом из К подканалов, можно представить как Х_k, где k=0, 1,…, К-1. Эти символы X_k представляют значения дискретного преобразования Фурье (DFT) сигнала OFDM с несколькими несущими x(t), где модуляция на каждой поднесущей является QAM. Поскольку x(t) должен быть вещественнозначным сигналом, его N-точечное DFT X_k должно удовлетворять свойству симметрии. Поэтому система создает N=2K символов из К информационных символов, задавая:

Здесь Х₀ делится на две части, каждая из которых имеет вещественное значение. Новую последовательность символов можно выразить в виде X_k', где k=0, 1,…, N-1. N-точечное обратное дискретное преобразование Фурье для каждого подканала х_n можно, таким образом, выразить в виде:

В этом уравнении,

- это масштабный коэффициент.

Последовательность х_n, где 0<=n<=N-1, таким образом, соответствует выборкам сигнала OFDM с несколькими несущими x(t), состоящего из К поднесущих.

Циклический префикс, который играет роль охранного интервала, добавляется к каждой из параллельных модулированных волн в блоке 204. Этот охранный интервал гарантирует, что подканалы будут оставаться ортогональными, даже если вследствие многолучевого затухания поднесущие поступают на приемник с некоторой распределенной задержкой. Затем параллельные потоки с циклическим префиксом снова объединяются в единый последовательный поток в блоке 204. Наконец, поток цифровых данных преобразуется в аналоговый сигнал 205 и выводится для беспроводной передачи.

Переданный сигнал может приниматься приемником 210 и обрабатываться для восстановления исходного потока данных. Сначала аналоговый сигнал преобразуется обратно в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 211. Циклический префикс удаляется, и отдельные поднесущие преобразуются обратно в отдельные потоки в блоке 212. Каждый параллельный поток данных демодулируется демодулятором 213 нескольких несущих, предпочтительно согласно алгоритму быстрого преобразования Фурье (FFT). Наконец, на блоке 214, параллельные потоки повторно собираются в единый последовательный поток и выводятся на приемное устройство 215.

Согласно фиг.3, в одном варианте осуществления, приложение 301 запрашивает скорость передачи данных 302 и качество обслуживания 303. Приложение 301 может быть любым сетевым приложением, том числе, например, клиентом Voice-over-IP или потоковым видеоприложением. Скорость 302 передачи данных и качество обслуживания 303, запрашиваемые приложением 301, могут зависеть от характера контента, подлежащего передаче. Например, видео высокой четкости требует более высокой скорости передачи данных, чем простая передача голоса или текста. Voice-over-IP требует, чтобы время ожидания или задержка были меньше определенной максимальной величины. Связь, относящаяся к экстренным службам, может требовать очень низкой частоты ошибок и высокого приоритета передачи.

Запрашиваемая скорость 302 передачи данных - это скорость передачи данных, пригодная для приложения 301. Например, приложение видео высокой четкости может запрашивать скорость передачи данных 22 Мбит/с, тогда как клиент службы мгновенного обмена сообщениями, передающей только текст, может запрашивать гораздо более низкую скорость передачи данных.

Аналогично, качество обслуживания 303 - это качество обслуживания, пригодное для приложения 301. Качество обслуживания может представлять собой любой набор параметров связи, включающий в себя, например, параметры, связанные с производительностью, пропускной способностью или временем ожидания. Стандарт IEEE 802.1p обеспечивает один пример набора параметров качества обслуживания. Согласно стандарту IEEE 802.1p, следующие параметры важны для обеспечения качества обслуживания:

- доступность услуги

- потеря кадров

- нарушение порядка кадров

- дублирование кадров

- задержка передачи, испытываемая кадрами

- срок действия кадра

- недетектированная частота ошибки кадра

- максимальный поддерживаемый размер служебной единицы данных

- приоритет пользователя

- пропускная способность

Согласно стандарту IEEE 802.1Q, запрашиваемое QoS задается равным значению от 0 до 7. Каждое такое значение соответствует задержке и вероятности ошибки. В других вариантах осуществления, заголовок внутриполосного протокола содержит QoS. Например, кодовая точка дифференцированных услуг (DSCP) хранится в поле Type of Service (TOS) [тип услуги] в заголовке протокола IPv4 и в поле Traffic Class [класс графика] в заголовке IPv6. Сеть можно сконфигурировать так, чтобы график, помеченный DSCP мог иметь дифференцируемые уровни обслуживания. В другом варианте осуществления, QoS можно кодировать в переменной внеполосного состояния. Согласно заявленному изобретению, можно использовать любой способ запрашивания QoS.

На фиг.4 показаны этапы, выполняемые в одном варианте осуществления в ответ на запрос приложения на предмет конкретных скорости передачи данных и качества обслуживания. Согласно фиг.4, описанные этапы реализованы на передатчике. Передатчик может быть частью сетевой карты, драйвера устройства или компонентом операционной системы. Изобретение не ограничивается какой-либо конкретной реализацией передатчика, аппаратной или программной.

Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.4, приложение 401 запрашивает скорость передачи данных R и качество обслуживания q. Карта сетевого интерфейса (NIC) или стандарт беспроводной связи может иметь минимальную скорость передачи R_min, максимальную скорость передачи R_mах или оба параметра. Например, следующие максимальные скорости применяются к различным стандартам беспроводной связи IEEE 802.11:

Стандарт беспроводной связи R_max 802.11b 6 Мбит/с 802.11а 26 Мбит/с 802.11n (20 МГц) 100 Мбит/с 802.11n (40 МГц) 200 Мбит/с

На этапе 402, если R_min или R_mах задана для NIC или стандарта беспроводной связи, передатчик проверяет, находится ли запрашиваемая скорость передачи данных R между R_min и R_mах. Эту проверку можно математически выразить следующим образом:

Если R не имеет приемлемого значения, то передатчик может либо сигнализировать приложению, что запрашиваемое обслуживание невозможно, на этапе 403, либо выбрать другую скорость передачи данных на этапе 404. Скорость передачи данных, выбранная на этапе 404, может быть скоростью передачи данных, ближайшей к запрашиваемой скорости передачи данных, которая находится в приемлемом диапазоне от R_min до R_mах.

Если запрашиваемая скорость передачи данных R имеет приемлемое значение, на этапе 405 передатчик отображает запрашиваемую скорость передачи данных R и запрашиваемое QoS q в количество подканалов OFDM К и максимальный уровень энергии Е для каждого из этих подканалов. Количество подканалов К и максимальный уровень энергии Е должны быть достаточными для удовлетворения запрашиваемых скорости передачи данных R и QoS q. В необязательном порядке, передатчик может включать в отображение уровень мощности Р для передачи по K подканалам. Включение уровня мощности Р имеет преимущество, когда изобретение реализовано в устройстве, имеющем ограниченную емкость батареи, например сотовом телефоне, карманном персональном компьютере (PDA) или портативном компьютере.

На этапе 406 передатчик регистрирует энергию или уровень шума на всех доступных подканалах. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.4, система OFDM обеспечивает N подканалов. Зарегистрированный уровень энергии на каждом подканале можно представить множеством D следующим образом:

где D₁ - это уровень энергии, зарегистрированный на первом подканале, и D₂ - это уровень энергии, зарегистрированный на втором подканале, и так для всех N подканалов.

На этапах 407-414 передатчик проверяет каждое значение в множестве D для выявления подканалов, чей уровень шума ниже необходимого максимального уровня шума Е. Передатчик начинает процесс на этапе 407, задавая индексную переменную для первого значения в множестве D. На этапе 408, для выбранного элемента множества D, передатчик сравнивает уровень энергии выбранного элемента с пороговым значением Е. Если подканал имеет достаточно низкий шум, он добавляется в множество С на этапе 409. Если шум слишком велик, подканал игнорируется на этапе 412. На этапе 410, если множество С имеет достаточное количество подканалов, чтобы удовлетворять требованию К, установленному на этапе 405, передатчик может начать передачу на выбранных подканалах в множестве С на мощности Р на этапе 411. Если передатчик не выявил достаточное количество подканалов, удовлетворяющих критериям, то на этапе 413 передатчик переходит к следующему подканалу и продолжает тестировать каждый подканал, пока не будет выявлено достаточное количество подканалов, повторяя этапы 408-414.

В альтернативном варианте осуществления, передатчик регистрирует энергию на подканалах по отдельности, пока не выявит достаточное количество подканалов, чтобы удовлетворить требованиям, установленным на этапе 405.

На этапе 414, если зарегистрированный уровень энергии для всех подканалов был проверен, и передатчик не выявил достаточное количество подканалов, чтобы удовлетворять критериям К и Е (и, в необязательном порядке, Р), установленным на этапе 405, передатчик может предпринять любое из следующих действий:

- на этапе 415, передатчик может выбрать новое значение q_new для качества обслуживания. q_new может быть любым значением, меньшим q;

- на этапе 404, передатчик может выбрать новое значение r_new для скорости передачи данных. r_new может быть любым значением, меньшим r;

- передатчик может выбрать как более низкое QoS q_new на этапе 415, так и более низкую скорость передачи данных r_new на этапе 404;

- на этапе 403, передатчик может сигнализировать приложению 401, что запрашиваемые R и q невозможны в данном сетевом окружении.

Один пример средства сигнализации приложению о том, что запрашиваемые характеристики передачи недоступны, представляет собой Generic QoS API (GQoS), реализованный в стеке протоколов Microsoft Windows, который обеспечивает обратную связь с приложением в отношении состояния сети.

Получив извещение о том, что запрашиваемые характеристики передачи недоступны, приложение 401 может реагировать по-разному. Например, если контент, подлежащий передаче, является потоковым видео, приложение 401 может выбрать для передачи видео более низкое качество или более высокое сжатие и, таким образом, запрашивать более низкую скорость передачи данных для передачи. Если контент, подлежащий передаче, является VoIP, и невозможно обеспечить минимальное QoS, приложение 401 может прекратить попытки установления соединения и известить пользователя о невозможности связи, или, альтернативно, может выбрать более высокий уровень сжатия для кодированного аудиосигнала и запросить у передатчика более низкую скорость передачи данных R при том же QoS. В другом варианте осуществления, приложение 401 может сообщить пользователю, что высокое качество соединение невозможно, спросить и у пользователя, должно ли приложение 401 пытаться установить связь с более низким качеством. В случае, когда приложение пытается создать соединение с другими свойствами передачи, передатчик будет повторять этапы 402-415 с новыми запрашиваемыми свойствами.

Еще один аспект изобретения предусматривает возможность минимизации задержки на сборку пакета для потоков с низкой скоростью передачи данных, чувствительных к времени, например трафика VoIP, за счет попыток минимизировать количество подканалов OFDM, выделяемых для передачи. В типичных системах OFDM с высокой скоростью передачи данных размер символа OFDM превышает размер пакета VoIP. Обычно используемые методы решения этого вопроса предусматривают, что (1) передатчик может передавать почти пустой символ OFDM или (2) передатчик накапливает достаточно голосовых пакетов для передачи полного символа OFDM до передачи. В случае (1), общая эффективность использования спектра снижается, тогда как в случае (2) качество аудиосигнала ухудшается вследствие повышения времени ожидания из-за того, что передатчик ожидает накопления достаточного количества пакетов для передачи полного символа.

Для улучшения передачи трафика VoIP, при отображении на этапе 405 можно пытаться минимизировать количество используемых подканалов К. В этом варианте осуществления, конкретные требования к передаче VoIP удовлетворяются не в ущерб высокой спектральной эффективности. Этот вариант осуществления можно реализовать на уровне операционной системы, где операционная система будет запрашивать определенную скорость передачи данных, которая выводится из приложения совместно с требованиями к задержке. При отображении на подканалы на этапах 405-414 выбирается количество подканалов, отвечающее требованиям и канальным условиям.

Согласно фиг.5, в этом варианте осуществления, операционная система предпринимает следующие действия в ответ на запрос от приложения для оптимизации характеристик передачи для работы с сетевым трафиком, который требует низкого времени ожидания, но не требует передачи полного символа OFDM на запрашиваемой скорости:

- приложение 501 запрашивает QoS q на этапе 502, где это QoS включает в себя передачу с низким временем ожидания (как для трафика VoIP) и скорость передачи данных R на этапе 503;

- на этапе 505, операционная система 504 вычисляет размер символа (количество байтов) на основании скорости передачи данных и максимальной задержки на пакетизацию для потока данных;

- на этапе 506, операционная система вычисляет количество подканалов и схему модуляции, необходимые для передачи символов в данных канальных условиях;

- операционная система непрерывно регулирует схему модуляции и количество подканалов на основании обратной связи от передатчика 507.

Хотя VoIP используется в качестве иллюстративного примера в этом аспекте изобретения, этот аспект заявленного изобретения может применяться в ответ на запрос для передачи от любого приложения, которое передает сетевые пакеты, размер которых меньше полного символа OFDM на запрашиваемой скорости.

Согласно еще одному аспекту изобретения, передатчик принимает обратную связь от приемника на основании успешных передач. Эта обратная связь может осуществляться, например, в виде пакетов квитирования. Если ни одного пакета квитирования не принято передатчиком несмотря на неоднократные попытки повторной передачи, передатчик может сделать вывод, что уровень энергии при данной схеме модуляции недостаточен. Для поддержания запрашиваемого QoS, передатчик может динамически добавлять подканалы в множество С подканалов, используемых для передачи. Другой альтернативный подход в случае, когда обратная связь указывает успешную передачу, предусматривает переход к схеме модуляции более низкого порядка. Выбирая схему модуляции более низкого порядка, передатчик может добиться более устойчивой передачи. Аналогично, недостаточное количество ошибок передачи в течение увеличенного периода времени можно использовать для сокращения количества подканалов или повышения модуляции до схемы модуляции более высокого порядка.

В еще одном варианте осуществления, количество подканалов К поддерживается постоянным, но передатчик выбирает уровень энергии на основании запрашиваемого QoS. В этом варианте осуществления, потоки данных высокого приоритета передаются более надежным способом. Например, приложения, запрашивающие приоритет 7 QoS согласно стандарту IEEE 802.1Q, обычно передают трафик сетевого управления, тогда как приоритет 6 используется для трафика VoIP. Согласно IEEE 802.1Q, оба приоритета, 6 и 7, требуют высоконадежной передачи и низкой задержки, соответственно. Передатчик выбирает характеристики надежной передачи в ответ на запрашиваемые приоритеты, тем самым снижая вероятность пакетных ошибок и, таким образом, повторных передач. Эти характеристики могут включать в себя более низкую скорость передачи данных или более высокую мощность передачи.

В еще одном варианте осуществления, внеполосный канал доступен для связи между передатчиком и приемником. Например, двухдиапазонная беспроводная точка доступа может осуществлять связь с двухдиапазонным клиентом. Эта связь может осуществляться в диапазоне 802.11а (5 ГГц). Когда передатчик не может идентифицировать достаточное количество подканалов ниже необходимого порога энергии для достижения запрашиваемого QoS и скорости передачи данных, передатчик может выбрать одно из двух решений. Первое решение - это предпочтительный вариант осуществления, рассмотренный выше, в котором передатчик сигнализирует приложению о том, что запрашиваемые характеристики передачи невозможны, после чего приложение может изменять запрашиваемые параметры, как показано на фиг.4. Второе решение опирается на наличие надежной внеполосной сигнализации, как в двухдиапазонной беспроводной точке доступа. В этом варианте осуществления, приложение на передающем конце соединения может сигнализировать приложению на приемном конце соединения с использованием полосы 2.4 ГГц со схемой модуляции более низкого порядка. Сигнал, отправленный с передатчика на приемник, указывает, что запрашиваемое QoS невозможно в сетевом окружении. В этом случае, приложение приемника может быть способно работать с более низким QoS, или приемник может иметь более высокое отношение сигнал-шум, чем зарегистрированное передатчиком. Затем приемник может сигнализировать передатчику начать передачу, несмотря на уровни энергии, зарегистрированные передатчиком.

На фиг.6 показан другой вариант осуществления изобретения. На фиг.6 показана система 600, содержащая приложение 601, модуль 602 отображения на подканалы/энергию, модуль 603 сигнализации и модуль 604 регистрации шума. Приложение 601 запрашивает скорость передачи данных и QoS. Модуль 602 отображения на подканалы/энергию отображает запрашиваемую скорость передачи данных и QoS в количество подканалов К и порог энергии Е. Независимо, модуль 604 регистрации шума регистрирует уровень энергии на доступных подканалах OFDM. Модуль 603 сигнализации обрабатывает выход модуля 604 регистрации шума и модуля 602 отображения на подканалы/энергию для определения, достаточно ли количество подканалов, чей уровень шума ниже порога энергии Е, чтобы удовлетворять требованию К подканалов. Если модуль 603 сигнализации определяет, что количество подканалов недостаточно, он может либо сигнализировать модулю 602 отображения на подканалы/энергию, чтобы он выбрал другие требования, либо сигнализировать приложению 601 о том, что запрашиваемые характеристики передачи недоступны.

В еще одном варианте осуществления, связь осуществляется по проводам. Связь может осуществляться в системе асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL), по силовой сети, или в любой другой проводной системе связи, реализующей модуляцию OFDM.

В еще одном варианте осуществления, изобретение относится к компьютерно-считываемому носителю, на котором хранятся компьютерно-выполняемые инструкции для осуществления этапов. Этапы включают в себя прием запрашиваемых скорости передачи данных и качества обслуживания от приложения, отображение запрашиваемых характеристик передачи на минимальное количество подканалов, порог энергии и, в необязательном порядке, мощность передачи, выявление подканалов, энергия которых ниже необходимого порога энергии, и сигнализацию приложению том, что невозможно выявить достаточное количество подканалов.

Специалисты в данной области техники могут предложить различные альтернативы, модификации и усовершенствования в отношении вышеописанных нескольких аспектов, по меньшей мере, одного варианта осуществления этого изобретения. Такие альтернативы, модификации и усовершенствования необходимо считать частью данного раскрытия и подлежат включению в сущность и объем изобретения. Соответственно, вышеприведенное описание и чертежи носят исключительно иллюстративный характер.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат состоит в обеспечении гарантированных характеристик передачи. Для этого система для сигнализации приложению, когда запрашиваемых скорости передачи данных и качества обслуживания невозможно достигнуть, с использованием беспроводной передачи данных ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM), и приложение в ответ либо повторно согласовывает качество обслуживания (QoS) и скорость передачи данных или ожидает, пока не будут обеспечены запрашиваемые скорость передачи данных и QoS. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ функционирования компьютера для инициирования связи на уровне производительности, запрашиваемом приложением, исполняющимся в сочетании с операционной системой, причем это приложение формирует данные для передачи, при этом согласно способу эксплуатируют компьютер для выполнения этапов, на которых:
(a) принимают запрос от приложения на инициирование связи на уровне производительности;
(b) отображают запрошенный уровень производительности на набор параметров связи, причем при отображении определяют, какое количество подканалов из множества подканалов требуется для того, чтобы удовлетворить запрошенному уровню производительности;
(c) когда количество доступных подканалов меньше упомянутого определенного количества подканалов:
i) передают сигнал приложению и,
ii) в ответ на этот сигнал, увеличивают уровень сжатия, используемый в приложении для представления упомянутых данных; и
(d) когда количество доступных подканалов не меньше упомянутого определенного количества подканалов, передают данные из приложения, используя совокупность подканалов из упомянутого множества подканалов, причем эта совокупность содержит количество подканалов, выбранное на основе упомянутого определения того, сколько подканалов требуется, причем в данной совокупности содержится меньше, чем все из упомянутых доступных подканалов.

2. Способ по п.1, в котором связь является беспроводной.

3. Способ по п.1, в котором связь осуществляется по проводам.

4. Способ по п.1, в котором уровень производительности состоит из скорости передачи данных и качества обслуживания.

5. Способ по п.1, в котором при отображении выбирают из упомянутого множества подканалов количество подканалов, имеющих уровень энергии в подканалах ниже порога.

6. Способ по п.1, в котором параметры связи включают в себя уровень мощности передачи.

7. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают более низкое качество обслуживания и повторяют этап (а) до передачи сигнала на этапе (с), если упомянутые параметры связи не могут быть обеспечены.

8. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают более низкую скорость передачи данных и повторяют этапы (а) и (b) до передачи сигнала на этапе (с), если упомянутые параметры связи не могут быть обеспечены.

9. Способ по п.1, в котором при отображении на этапе (b) минимизируют количество подканалов, требующееся для удовлетворения запрошенному уровню производительности.

10. Система беспроводной связи для передачи данных в ответ на запрос от приложения на осуществление передачи на скорости передачи данных и с качеством обслуживания, содержащая:
компьютер, имеющий сетевой интерфейс и операционную систему, содержащую стек протоколов, связывающий приложение с сетевым интерфейсом, причем этот стек имеет общий интерфейс качества обслуживания, через который приложение запрашивает скорость передачи данных и качество обслуживания;
модуль отображения на подканалы/энергию, который определяет количество подканалов из множества доступных подканалов и порог энергии, необходимые для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания;
модуль регистрации шума, который регистрирует уровень энергии в каждом доступном подканале;
модуль сигнализации, который сигнализирует приложению о том, что запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания не могут быть обеспечены, когда количество подканалов из упомянутого множества доступных подканалов, имеющих уровень энергии ниже порога энергии, меньше количества подканалов, определенных как требующиеся для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания, при этом приложение связано с модулем сигнализации через стек протоколов для приема сигнала от модуля сигнализации через общий интерфейс качества обслуживания, когда запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания не могут быть обеспечены,
при этом модуль отображения на подканалы/энергию и модуль сигнализации находятся в операционной системе.

11. Система по п.10, в которой приложение является клиентом передачи речи поверх межсетевого протокола (VoIP), приложением потокового мультимедиа, Web-браузером Интернета или клиентом службы мгновенного обмена сообщениями.

12. Система по п.10, в которой
модуль сигнализации также сигнализирует модулю отображения на подканалы/энергию, когда запрашиваемые скорость передачи данных и качество обслуживания не могут быть обеспечены, и
модуль отображения на подканалы/энергию отвечает на сигнал от модуля сигнализации о том, что обеспечение запрашиваемых скорости передачи данных и качества обслуживания невозможно, посредством выбора более высокого порога энергии.

13. Система по п.10, в которой модуль отображения на подканалы/энергию также определяет уровень мощности для передачи.

14. Система по п.10, в которой приложение представляет собой приложение потокового мультимедиа, исполняющееся в компьютере, при этом система выполнена с возможностью увеличивать уровень сжатия потока.

15. Машиночитаемый носитель, на котором хранятся машиночитаемые сигналы, которые определяют инструкции, которые в результате их исполнения компьютером, имеющим операционную систему, содержащую стек протоколов, предписывают компьютеру осуществлять способ беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:
принимают от передающего приложения запрос на скорость передачи данных и качество обслуживания, требующиеся для отправки данных принимающему приложению;
в операционной системе осуществляют выбор из упомянутого множества подканалов совокупности подканалов ниже порога энергии для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания;
когда имеет место недостаточное количество подканалов из упомянутого множества подканалов ниже порога энергии для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания;
сигнализируют передающему приложению через стек протоколов о недостаточности количества подканалов из упомянутого множества подканалов ниже порога энергии для достижения запрашиваемых скорости передачи данных и качества обслуживания,
сигнализируют посредством передающего приложения принимающему приложению для указания того, что невозможно обеспечить запрашиваемое качество обслуживания,
принимают от принимающего приложения в передающем приложении указание того, что принимающее приложение способно работать при более низком качестве обслуживания для приема данных, и
осуществляют связь от передающего приложения с принимающим приложением, используя более низкое качество обслуживания; и
когда есть достаточное количество подканалов из упомянутого множества подканалов ниже порога энергии для удовлетворения запрашиваемым скорости передачи данных и качеству обслуживания, осуществляют связь от передающего приложения с принимающим приложением, используя упомянутое качество обслуживания, с использованием совокупности подканалов, меньшей, чем все из упомянутого множества подканалов.

16. Машиночитаемый носитель по п.15, в котором способ дополнительно содержит этап, на котором выбирают уровень мощности для передачи.

17. Машиночитаемый носитель по п.16, в котором выбранный уровень мощности является минимально возможным уровнем мощности для успешной передачи при запрашиваемых скорости передачи данных и качестве обслуживания.

18. Машиночитаемый носитель по п.15, в котором выбор совокупности подканалов ниже порога энергии производится с использованием обратной связи от принимающей стороны.