CN101855873B - 无线传输速率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种方法，该方法在EDCA模式下提供适于802.11WMM的特定物理速率，该方法可以集成在接入点以及站点中。该方法的目的是选择最适于业务量需求的每一WMM AC(接入类别)的802.11物理速率：对于每一AC，保证IPLR(IP分组丢失率)特定物理速率并适于传送内容的属性。对于BK(后台)和BE(尽力服务)，优化所使用的CUE(信道使用估计)以便提供最大带宽，对于VI(视频)和VO(语音)AC，首先保证延迟限制(即，最大IP延迟传输(IPDT))，并且当满足该条件时，优化所使用的CUE。

Description

无线传输速率控制方法

技术领域

本发明涉及通信。更具体地，本发明涉及一种在无线通信系统中选择物理层传输速率或物理速率的方法。

背景技术

无线网络被认为是家庭环境的优选网络。无线网络上的多媒体应用对满足视频和音频的服务质量(QoS)需求的网络带宽和计算资源的连网(networking)有效利用提出了新的挑战。

无线网络例如由接入点(AP)以及许多站点(STA)组成，这些站点例如电话、无线电装置、Visio电话、电视、计算机、电影播放器。在该通信系统中，通过信道从站点或接入点到站点或接入点链接信号。

无线多媒体扩展(WME)，也被称作WiFi多媒体(WMM)，是基于IEEE 802.11e草案标准的WiFi联盟互操作性认证(interoperabilitycertification)。其提供IEEE 802.11网络的基本服务质量(QoS)特征。在802.11e标准中定义了业务量规范。该业务量规范包含定义业务量流的特性和QoS预期的参数。

第一代WiFi网络(即，802.11b)面向尽力服务业务量(best efforttraffic)的传送，即，主要为TCP传送。

在站点(STA)或接入点(AP)内实现的速率控制算法(RCA)的目的是提供带宽的最大化：这意味着最小化由每个AP(接入点)或STA(站点)使用的CUE(信道使用估计)。

由于最高物理速率(物理速率)利用减少了传输时间但也增加了重传次数，这代算法通过对于每一算法特定的方法来尝试找到物理速率值与“重试率”值之间的折衷。“重试率”是度量重传的方式，对于N个分组的集合由如下比值来定义：(总传输次数/N)。

困难在于存在两个重传困难源：

-增加BER(误码率)的无线状况劣化

-与来自其他AP和STA的分组的冲突。实验证明冲突比率远超过仿真比率，这主要是由于无线信道检测的执行和响应时间。

不幸地，在HW(硬件级别)级别，没有实际可行的方式来识别重传困难源。

因此，也没有办法来独立度量由于冲突导致的重试率(称作冲突重试率)和由于BER导致的重试率(称作BER重试率)。

此外，对于WiFi NW而言冲突检测是不可能的。

为了优化通过例如语音、交互式或非交互式视频以及关联信令等实时媒体在RTP(传输协议)上的传送，IEEE/WiFi联盟已经在WMM(WiFi制造商模式)内定义了优先化(prioritization)机制，该机制定义了基于AC(接入类别)的争用(contention)信道接入。引入了4个AC(接入类别)以提高无线链路上的QoS：BK(后台)类别、BE(尽力服务)类别、VI(视频)类别、VO(语音)类别。

WMM优先化机制不能保证QoS性能参数的任何值；然而，实验证明，考虑WMM优先化事实上提高了全局行为。

现实中，由该标准提供的冲突避免优先化受以下限制：

AC之间的优先级不是绝对的而是相对的：每个业务量流的冲突比是与所有其他业务量流的冲突概率除以(即，乘以)由WMM冲突避免机制提供的冲突的冲突概率的结果。

-冲突避免机制仅在若干STA或AP等待空闲信道时才起作用。当信道已经空闲时，并发接入之间不存在冲突避免机制。

-TXOP(传输时机)机制通过在相同介质接入期间发送若干分组增加了带宽性能，从而其降低了并发接入概率，但是也增加了针对空闲介质的等待延迟。

因此，冲突避免机制对于连续传输(典型地，大量传送)起到的作用比对于类似语音或视频媒体的间歇或周期传输起到的作用更好。

在J.C.Bicket的文献“Bit-rate selection in wireless networks”中，描述了比特率选择技术进行评估以最大化无线链路上的吞吐量。但是该选择不考虑WMM优先化机制。

向所有AC提供公共物理速率的现有面向带宽RCA算法在WMM环境中可以起到作用，但是并不适于该环境。

本发明的目的是提供一些冲突避免机制。

发明内容

本发明涉及一种在无线多媒体(WMM)环境中选择物理速率来提供带宽最大化的方法，所述环境为从至少站点(STA)或接入点(AP)到至少站点(STA)或接入点(AP)的传输业务量划分优先级，不同分组大小与站点(STA)或接入点(AP)的传送内容的属性相对应，并且每个接入点(AP)由其自身接入类别(AC)而区分。本发明的特征在于，确定对于每一接入类别(AC)且在接入类别(AC)内对于每一分组大小范围而言特定的参数，以及使用这些参数并对应于接入类别(AC)来选择物理速率。

优选地，对于每一接入类别(AC)且在接入类别(AC)内而言特定的参数是每一AC的多速率重试次数(MRN)和过多重试次数(ERN)的特定值。

优选地，对于每一接入类别(AC)而言特定的参数是服务质量(QoS)准则，例如分组丢失率准则(IPLR)和延迟传输准则(IPDT)。

所述方法还包括：

针对每一物理速率以及针对每一接入类别，首先估计分组丢失率准则(IPLR)，其次估计延迟传输准则(IPDT)以及针对每一物理速率，估计由每个AP或STA使用的信道使用估计(CUE)以及

针对满足不同分组大小的AC需求的最大分组丢失率准则(IPLR)，选择与估计的CUE和估计的IPDT的最优化相对应的物理速率。

优选地，选择是动态的，以便在服务质量准则(QoS)改变时从一种物理速率变化至另一种物理速率。

优选地，分组丢失率(IPLR)的估计基于相同AC内分组传输所需的尝试次数的Erlang或指数分布模型的数学属性。

优选地，根据开始和结束条件定义每个分组的传输延迟(IPDT)的度量，开始条件与利用要传输的新分组充满相应接入类别(AC)或站点(STA)的传输缓冲器的结束相对应，结束条件与传输肯定应答的接收相对应。

优选地，针对每一接入类别(AC)的服务质量准则(QoS)是以百分点(percentile)度量的。

优选地，IP分组延迟传输(IPDT)百分点的估计使用IP分组延迟传输(IPDT)的伽玛分布模式的数学属性，其中，主要输入是每个分组的分组延迟传输(IPDT)均值以及分组延迟传输(IPDT)方差(variance)。

优选地，分组延迟传输(IPDT)百分点估计用作向用户应用警告超出范围、超出服务质量准则(QoS)或处于困难传输情况。

优选地，IPLR估计用作向用户或应用警告超出范围、超出服务质量准则QoS或困难传输情况。

优选地，该方法可以在接入点或站点中实现。

具体实施方式

通过阅读以下说明，特别是涉及下述内容的段落，本发明的上述特性和优点以及其他方面将变得更为清楚：

-PER、重试率、过多重试次数和IPLR之间的关系，以及相关问题；

-重试率应当由AC管理；

-多速率参数对于每一AC应当是特定的(specific)；

-RCA WMM设计中面临的问题；

-关于CUE和IPDT之间交互的断言；

-关于尝试次数分布模型的断言和关于IPLR估计的影响；

-平均即时度量和平均即时估计工具箱；

-IPDT百分点(percentile)与IPLR性能之间的关系；

-分组大小变化对IPLR、IPDT百分点估计和均值CUE度量的影响；

-IPLR度量、估计以及比较；

-IPDT百分点度量、估计以及比较；

-物理速率采样对传输性能的影响；

-GIPLR和GIPDT的估计和度量；

-全局IPLR和全局IPDT状态以及对物理速率选择的相对影响；

-全局性能评估和按物理速率性能评估之间的关系以及对统计时间窗和采样比的影响；

-慢速和快速自适应采样管理；

-采样物理速率的选择；

-关于多速率机制对度量、评估以及性能结果的影响的断言；

-连续分组丢失(SPL)管理；

-RCA实例的开始阶段，RCA实例的学习阶段；

-RCA实例的快速和慢速自适应阶段；

-RCA WMM使用的WiFi数据和各种信息的概述；

-针对各种设备的RCA WMM实现简档示例。

此外，将术语表合并到本说明书中。

在WMM中，每一AC具有其自己的参数集(AIFS、CWMIN、CWMAX和TXOP)。从而为了具有更实际的CUE评估，应当在CUE计算和不同物理速率之间的比较中引入该参数集。如果不引入，CUE计算结果可能导致RCA是对当前物理速率的非优化选择。

即使利用这些附加改进，面向带宽RCA算法仍不适于基于AC的传输模型，这是由于WMM AC模型的首要目标不是提供最佳带宽而是根据传送内容提高QoS性能，这意味着提供关于分组丢失率和延迟传输的某种保证。

面向带宽RCA的原则是最小化每个业务量流消耗的CUE(信道使用估计)。

为了帮助理解由这些方法提供的各种问题，这里是每秒N帧(具有共同长度)的业务量流的CUE计算简化公式：

CUE％＝N(1+Collision Retry％+BER Retry％)(AIFS(AC)+Average CW(AC，Retry％)+POH+8(MacHeader+L)/Phyrate)+SIFS+ACK)，

其中：

-CUE％是每秒N个分组的分组流使用的CUE的百分数；

-Collision Retry％是由于冲突导致的分组重试比率；

-BER Retry％是由于BER导致的分组重试比率；

-DIFS是DIFS延迟；

-AIFS是该AC的AIFS延迟；

-Average CW(AC Retry％)是平均争用窗。该值取决于AC并且还取决于当前重试率；

-Retry％是总分组重试率：Retry％＝Collision Retry％+BERRetry％；

-POH是PHY开销延迟；

-MacHeader：MAC报头类型字节数；

-L是分组长度；

-Phyrate是以bps计的当前物理速率；

-SIFS是SIFS延迟；

-ACK是ACK延迟；

面向带宽算法必须高效管理每一AC的特异性(specificity)。

分组大小不同程度地与AC有关系：

使用VO或VI AC的分组大小通常相当均匀，典型值例如：

○对于以50fps的G711编解码的语音媒体为172字节，

○对于可视电话为768字节；

○对于标准电视为1328字节

对于BE和BKAC的分组大小，分组大小不均匀，这是由于可以找到所有业务量类型，包括文件传输、HTML页面、VoIP、V2IP、IPTV、各种信令协议等。

外部扰动增加BER(相应地，具有当前物理速率)，增加BER影响重试率。在高斯模型中，PER(分组误码率)由以下给出：

只要Pb较小，PER＝1-(1-Pb)^L≈L.Pb。

其中，

-Pb是信道BER

-L是分组长度

因此，与较大分组相比，相同BER为较小分组提供较低重试率。面向带宽RCA正使用不同RCA实例用于不同分组范围(例如，250B、1600B、3000B)。但是即使具有相同的分组大小，由于WMM冲突避免机制，冲突重试率对于每一AC是特定的。因此，根据先前CUE公式，不同重试率应当使RAC针对不同AC为相同分组大小选择不同物理速率。

AIFS和退避(backoff)时间针对每一AC也是特定的。对于例如VoIP的较小帧而言，该时间与物理速率无关，而是代表传输延迟的重要部分。例如，在54Mbps，29％CUE在VO AC上，并且43％CUE在BEAC上。因此，对于相同分组大小而言，根据重试率，AIFS和退避时间也应当使RCA针对不同AC为相同分组大小选择不同物理速率。

这意味着：

-属于两个不同接入类别(AC)的分组之间的冲突概率远低于属于相同接入类别(AC)的两个分组的冲突概率。

-在接入类别AC中，冲突概率主要与至介质的并发接入数目有关。

并且，与每一AC相关联的WMM参数值(即，AIFS、CWMIN、CWMAX、TXOP)与使用的CUE等有关系。

在VoIP应用中，G711编解码所需的带宽大约为80Kbps(G729为44Kbps)，传输协议在VO AC上，对于VO业务量，帧大小在IP级别为172字节，并且帧周期为20ms。

以下是针对语音媒体的ITU推荐标准G 1010需求，语音的端到端延迟不能超过400ms，并且目标值应当为150ms。由于已经很难达到并保证400ms(乃至150ms)的目标，WiFi链路不应为该端到端延迟的显著劣化因素。

编解码器自适应抖动缓冲允许一些延迟变化(典型地，对于VoIP大约为60ms)。如果延迟变化超过抖动缓冲时间，则对于语音解码器而言，丢失分组与太晚分组之间不存在实际差别。因此，对于VO AC而言20ms的最大延迟限制看起来是合理的目标，以免语音端到端延迟的显著劣化。

另一G.1010端到端语音媒体需求是与编解码器相关联的可接受分组丢失率应当从1％至5％(取决于编解码器类型以及与分组丢失消除关联的机制)。结论是：对于VO AC而言IPLR性能目标必须在0.5％以下。

对于可视电话，根据可用带宽，视频所需的典型带宽在64Kbps和512Kbps之间，典型的分组大小是700B，以及相对分组周期在87ms和10ms之间。以下是ITU推荐标准，端到端延迟必须在150ms之内，并且具有80ms的附加对唇型(lip sink)需求，以及分组丢失在1％以下。从而NW段的合理性能目标是80ms的最大延迟限制，分组丢失率在0.5％以下。

在IP TV应用中，典型带宽为6Mbps，典型分组大小为1356B，分组周期为1,77ms。以下是IYU推荐标准，端到端延迟在10s以下(当改变TV频道使，该延迟看起来对于用户反馈太长)，分组丢失率在0.1％以下。

由于可视电话和IP-TV应用共享VI AC，VI AC的QoS性能需求为：

-VI AC最大延迟限制为：80ms

-VI AC最大IPLR为：0.05％

对于例如HTML、电子邮件、数据块等BE和BK业务量，不存在典型带宽，分组大小是可变的，所使用的协议可以基于TCP或UDP。此外，每个主机(例如，PC)可以开放若干IP连接(典型地，在Web浏览应用中)。以下是针对HTML浏览的ITU G.1010需求，端到端延迟在每页2s至4s之间，分组丢失率为0。因此

-对于BE和BK AC，没有针对WiFi段的实际延迟限制性能

-不仅对于UDP分组而且对于TCP分组而言，存在关于PLR的高要求：由于WiFi重传延迟对于TCP或UDP重传更高效。PLR应当尽可能低，并且需求提议使其在0.01％以下。

-此外，BE和BK CA应当最小化CUE利用，以便具有为BE和BKCA提供最佳带宽的WiFi NW。

在本文的其余部分中，AC的最大延迟限制需求称作最大IPDT，并且AC的最大允许分组丢失称作最大IPLR。

对于例如语音或视频的连续媒体而言，最大延迟限制仅在将其报告给分组集合(packet population)的情况下有意义。从而针对非常高百分点(例如，对于语音高于99％，对于视频高于99.9％等)的分组集合，在IPDT百分点需求中最大延迟限制需求已经改变。

由于在WiFi NW上的分组传输的最小传输延迟等于针对第一次尝试的物理传输时间(在典型配置中，在1ms以下)，IPDV百分点值(一定百分点(例如，99％、99.5％、99.9％)的集合的IP延迟变化)始终在(相同百分点的集合的)IPDT百分点值以下且接近该IPDT百分点值。因此在第一近似中，可以认为WiFi节点的IPDV百分点和IPDT百分点是等同的。因此，对于WiFi NW，对IPDV百分点设定特定需求是不需要的，并且没有实际意义。

除了IPLR、和IPDT百分点、IPDV，实时媒体具有需要在层2允许和控制(使用DDTS和TSPEC过程)的情况下考虑的带宽需求。为了避免不同传输队列中的拥塞情况，平均传输延迟(或均值IPDT)应当始终在实时的分组周期以下。例如：

-对于语音媒体，编解码器分组周期典型地在20和40ms之间，并且IPDT百分点为20ms。这意味着IPDT百分点优先于均值IPDT需求。

-对于标准IPTV媒体，视频分组周期典型地大约为1.75ms，IPDT百分点需求为80ms。这意味着，均值IPDT需求优先于IPDT百分点需求。

PER、重试率、过多重试次数以及IPLR之间的关系以及相关问题：

分组错误概率等于PER(分组误码率)。PER的一部分是由于BER造成的并且对于每次尝试(try)是恒定的，PER的一部分是由于冲突造成的并且对于每次尝试是不同的。然而，实验证明，在针对特定环境的第一近似中，可以认为PER对于所有尝试是恒定的。当CW(争用窗)受AC的最大CW(即，针对VI和VO AC的第二次尝试以及针对BEAC的第八次尝试)限制时，该近似非常适合。考虑PER和重试率(RetryRate)之间的关系如下：

由于PER应当在1以下，重试率是为PER的典型值提供最大重试率值的快速收敛序列。

在实际实现中，尝试的数目受限于过多重试次数(ERN)的限制，该过多重试次数(ERN)定义了在丢弃分组之前的重试次数(例如，8)。在当前RCA实现中，该数目对于所有AC和所有分组大小是相同的。

这意味着，对于特定ERN值，为了满足最大IPLR AC需求，重试率应当满足以下条件：MaxIPLR＜PER^ERN。该重试率值称作过多重试率(ERR)，例如，对于ERN为8，并且VO最大IPLR为0.5％，重试率应当不超过100％。这一水平的重试率似乎非常高，但是例如在长范围(range)或快速劣化环境情况下是容易实现的。

因此，在这样的情况下，不控制最大重试率的面向带宽RCA可以选择提供更好CUE的物理速率，但是IPLR与传输内容不兼容。

由于PER值与分组大小直接相关：PER＝1-(1-Pb)^L≈LPb(见之前的段落)，为了针对所有分组大小针对一个方向具有同质行为，可以针对所有分组大小范围以不同方式配置ERN：较小分组可以具有较小ERN值。

因此，ERN应当对于每一AC是可配置的，并且在AC内对于每一分组大小范围是可配置的。

并且，对于与AC相关联的每一ERN值，RCA应当选择这样的物理速率，其提供与AC IPLR需求相兼容的重试率。

并且就其原理而言，由于面向带宽RCA不控制重试率；其不能保证IPLR需求，而这是本发明的主要目的之一。

面向带宽RCA不适于VoIP或V2IP移动性(mobility)：

用于VoIP或V2IP应用的一些设备是移动设备。除了先前性能需求之外，这些移动WiFi的设备的一个关键性能是范围(range)。该范围不仅与HW性能有关，而且与物理速率有关：较低物理速率提供更好的范围。

只有当由于较低重试率造成的CUE利用减小补偿了由于较低物理速率造成的CUE增加时，面向带宽RCA选择较低物理速率。CUE计算表明对于9MBpsVoIP流，RCA需要35％的重试率改进来选择6Mbps物理速率。

如果考虑冲突重试率例如大约为15％，则总重试率大约为50％。根据50％的重试率，计算表明传输多于99.9％的分组所需的尝试次数为6次尝试。实验证明，由于冲突重试率和针对空闲信道的等待时间，相应IPDT 99.9(即，针对99.9％的分组的最大传输延迟)可能远在20ms的目标之上。这样的IPDT 99.9和关联的、具有相同值的IPDV 99.9(针对99.9％的业务量的IP延迟变化)对基于WiFi的语音传输不起作用。

结论：

-原理上，面向带宽RCA不能保证任何IPDT和IPDV需求。

-对于使用基于WiFi的语音的服务例如固定移动收敛(fix mobileconvergence)，应当将该问题视为困扰问题，而这是本发明的主要目的。

重试率应当由AC管理：

如果现有的面向带宽RCA算法可以与WMM AC一同使用，甚至物理速率选择采用WMM参数和分组大小，则这些算法不提供最佳带宽优化。

作为实际实验的仿真表明了，在典型情况下，由于冲突造成的重试率对于每个方向是特定的，在某一方向内对于每个分组大小是特定的，且在某一分组大小内对于每一AC是特定的，这是由于冲突概率值与每一AC的WMM参数值有关。

由于具有相同大小的分组的冲突重试率对于每一AC是特定的，并且由于重试率是在物理速率比较和选择中使用的CUE度量的关键因素之一，因此面向带宽RCA有益于不仅通过分组大小范围而且还通过AC来管理物理速率。

多速率参数对于每一AC应当是特定的：

为了有机会优化带宽，RCA使用采样或探针(probing)机制来针对不同分组大小和不同物理速率产生CUE统计。由于这些统计需要大量分组才变得可靠，统计结果产生事实上与无线条件的潜在变化相比延迟很大。

为了解决可能导致分组丢弃的无线条件突然劣化或非典型分组大小，RCA可以实现通常被称作多速率的机制。该机制基于多速率重试次数(MRN)的超出向分组施加临时物理速率改变，并在过多重试次数(ERN)的超出时允许分组丢弃：

-多速率重试次数定义了在降低物理速率之前在相同速度处连续重试的最大次数(例如，4)。

-过多重试次数定义了在丢弃分组之前的重试次数(例如，12)。

在RCA的当前现有实现中，对于所有AC这两个数目是相同的。

当重试的主要发起方是BER时，多速率机制具有降低IPLR的实际效率。当重试的主要发起方是冲突，多速率机制仅会添加一些无用等待时间以及会放大情况劣化的显著额外CUE消耗。由于多速率机制是盲机制，可以特别针对视频流来讨论这种机制的实际效益，在视频流中，较低物理速率的使用对全局使用CUE百分比具有很大影响。

实验表明，为了更有效率，物理速率降低必须剧烈，即当前物理速率降2个物理速率，甚至更多，实验表明，在这种情况下利用例如11Mbps、5.5Mbps的非OFDM物理速率带来实际改进，以及可以跳过12Mbps、9Mbps、6Mbps的OFDM物理速率。

然而，如果RCA实现该机制，则使每一AC的多速率重试次数(MRN)和过多重试次数(ERN)具有特定值是有益的。例如，

-对于语音媒体，考虑IPDT 99.5应当在20ms以下，并且分组丢失在0.5％以下，RCA应当具有小MRN，以便能够对无线条件变化的反应更为灵敏，并应当降低ERN以免不再发送有用语音分组。

-对于视频媒体，考虑IPDT 99.9应当在80ms以下，并且分组丢失在0.1％以下，并且考虑如果存在若干视频并发流(例如，上游和下游)，则冲突概率为高，与VO类别相比，针对VI AC的MRN和ERN可以更高。

-对于BK或BE类别，考虑IPDT 99.9必须在200ms以下，并且分组丢失率在0.01％以下，与VI AC相比，针对BE和BK的MRN和ERN可以更高。

这些示例表明：

-面向带宽算法不适于通过不同AC的实时媒体传输，这些AC需要与IPLR、IPDV百分点和IPDT百分点有关的一些保证。

-针对每一AC专门管理物理速率存在若干性能效益，其中考虑：

-该AC的特异性，主要为WMM参数，而且还有冲突重试率。

-在该AC内传送的内容类型以及关联的QoS需求。

这是本发明的主要目的。

RCA4WMM设计中面临的问题：

RCA4WMM的第一困难来自于以下事实：

-WiFi传输不稳定，并且BERR可能变化非常突然并相当频繁

-由于冲突率可能变化非常快，IP业务量是突发的。

例外是，周期的实时媒体业务量，以及请求永久或准永久吞吐量。

-WiFi IPLR百分点或IPDT百分点度量准则是长等待时间(latency)准则，并在提供可靠结果之前需要许多分组(在2000和20000之间)。

但是还存在：

-一些中间等待时间准则：均值重试率、均值CUE、均值IPDT、IPDT方差(variance)，它们需要更为有限数目的分组并可以用作IPLR和IPDT百分点仿真的输入。

-一些短等待时间准则或警报：

○连续失败尝试(在多速率机制中使用)。

○连续丢失分组。

从而，在RCA中，短等待时间准则定义了系统的当前性能。当前性能定义了执行的目标，例如改善IPDT或改善CUE。中间等待时间准则给出了选择要执行的动作以便达到目标所需要的度量。并且警报用作救急手段(fireman)。

任何自适应RCA的第二困难在于：在无线环境可用之前需要首先对其进行评估和度量。为此，每个RCA实例使用若干阶段：

-开始阶段：该阶段与缺省条件的定义和统计机制的初始化相对应。

-学习阶段：该阶段与获得环境的某些度量(例如，各种物理速率的均值重试率、均值IPDT、IPDT方差或均值CUE)所需的时间段相对应。学习阶段持续时间取决于产生第一组(bunch)有效统计所需的采样数目。

-自适应阶段：该阶段与由短、长以及中间等待时间准则指导物理速率选择的稳定时间段相对应。

关于CUE和IPDT之间交互的断言：

为了理解接下来的段落，需要提供有关IPTD(IP传输延迟)和CUE优化机制之间关系的一些断言(assertion)。

CUE是传输一帧所需的介质时间比(medium time ratio)。

CUE优化机制在于：选择和使用提供较低均值CUE的物理速率。RCA在已经找到传输速率与重试率之间的更好折衷时改变物理速率，在这种情况下：

-当RCA增加物理速率时：

○由于BER造成的平均重试率增加。

○每个分组的均值传输延迟降低(CUE改进值)

○由于其他STA或AP受益于空闲CUE，由于冲突造成的平均重试率和平均等待延迟通常降低。但是由于在所有NW站点和接入点之间共享几个百分点的该CUE增益，对冲突重试率或平均等待时间不存在显著影响。

-当RCA降低物理速率时：

○由于BER造成的平均重试率降低

○每个分组的传输延迟降低(CUE改进值)

○由于其他STA或AP受益于空闲CUE，由于冲突造成的平均重试率和平均等待延迟通常降低。但是由于在所有参与方之间共享几个百分点的该CUE增益，对冲突重试率或平均等待时间不存在显著影响。

IP分组的传输延迟(IPDT)是：

$\mathrm{IPDT}=\underset{\mathrm{try}=1}{\overset{\mathrm{try}=n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{WaitingTimefromFreeMedium}+\mathrm{CUE}(\mathrm{Phyrate},\mathrm{CW})$

在该公式中，针对空闲介质的等待时间(WaitingTimeForFreeMedium)完全取决于该WiFi NW的其他站点或接入点的总业务量，并且取决于相邻WiFi NW。在实际环境中各种实验表明：

-在扰动环境中，针对空闲介质的等待时间的值可以超过(overcome)传输值(CUE(phyrate，Try))，即便并无明显业务量。

-针对空闲介质的等待时间的值与AC以及关联的WMM参数值有关。

-针对空闲介质的等待时间延迟的变化可以贡献例如高达80％的最大IPDT值。

-即使单独等待时间可能是针对空闲介质的等待时间均值的若干倍，针对空闲介质的等待时间均值对IPDT值的影响不同程度地与尝试的次数成比例。

-在第一近似中，如前所述，可以将传输失败(或成功)的概率视为准恒定。

考虑仅当新的物理速率为该AC提供较低(或相等)CUE时RCA才进行物理速率改变：如前所述，在物理速率改变时，针对每一单独尝试的针对空闲介质的等待时间不会显著进展(evolve)。

因此，在为了实现更好CUE而进行物理速率改变时，对IPDT公式值的影响如下：

-CUE(phyrate，CW)项遵循CUE的进展(evolution)并较低。

-如果物理速率较低，

项较低，原因在于由于BER造成的重试次数较低且从而还改进了IPDT百分点(例如，99％)。

-如果物理速率较高，

项较高，原因在于由于BER造成的重试次数较高且从而IPDT百分点进展事实上是不可预测的，因为CUE改进可能或可能不以补偿

的增加的进展。

还说明，根据

项的进展，使CUE劣化的较低物理速率的选择可能或可能不劣化IPDT(原因在于，由于BER造成的重试次数并不明显较低)。

因此，即使当改进CUE时，物理速率改变对IPDT的影响并非始终可预测，从而获知物理速率对IPDT影响的唯一可靠解决方案是对其进行度量。

关于尝试次数分布模型的断言和关于IPLR估计的影响：

实验表明，尝试次数分布模型可以类似于Erlang分布或指数分布模型。对于指数分布模型：

-由均值尝试率(MeanTryRate)给出λ：μ＝1/λ

-由F(x)＝1-e^-λx或F(x)＝1-e^-x/μ给出累积分布

已知尝试的最大次数由RCA的ERN(例如，8)和最大IPLR(例如，0.5％)给出，ERN应当满足以下要求：

-(1-maxIPLR)≤F(ERN)＝1-e^-ERN/μ

-或者或者或者

-或者 $\mathrm{\μ}=\mathrm{MeanTryRate}=1+\mathrm{MeanRetryRate}\≤-\frac{\mathrm{ERN}}{\ln \left(\max \mathrm{IPLR}\right)}$

通过对均值尝试率(或均值重试率(MeanRetryRate))进行度量和控制，RCA还能够控制传输的IPLR。

用于基于指数分布的IPLR估计的主要输入是均值重试率度量。为了提供可靠结果，该均值重试率度量与IPLR的直接度量(例如，1％的IPLR的度量可能需要至少5000个样本)相比需要少得多的样本(例如，对于1％的IPLR大约200个样本)。

使用基于指数分布模型属性的IPLR估计允许RCA对IPLR变化反应更为灵敏。

关于IPDT分布模型的断言以及对RCA的影响：

实验表明IPDT分布模型可以类似于伽马分布。

对于伽马分布模型：

-伽马分布：

其中，Γ(k)是伽马函数

-k和λ由延迟分组的均值(Mean)和方差(Variance)给出：

和

-累积分布由

给出，其中，Γ(k，x)是高阶不完整(upper incomplete)伽马函数：

给出IPDT优于x值的分组百分比的函数F(x)可以由表示。

经过多次化简之后，该等式等同于：

●对于0＜k＜1：ln(F(x))≈-λx-ln(Γ(k))

●对于k＞1： $\ln \left(F\left(x\right)\right)\≈-\mathrm{\λx}+\ln (1+\frac{{\left(\mathrm{\λx}\right)}^{k-1}}{\mathrm{\Γ}\left(k\right)}(1+\frac{k-1}{\mathrm{\λx}}))$

根据这些等式，值IPDT_Percent代表IPDT百分点，Percent代表百分点(例如，99％或99.9％)。

使用以下序列来估计IPDT_Percent：

●对于0＜k＜1：

${\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{percent}}\≈(-\ln (1-\mathrm{Percent})-\ln \left(\mathrm{\Γ}\left(k\right)\right)\frac{1}{\mathrm{\λ}}$

●对于k＞1：

${\mathrm{IPDTP}}_{\mathrm{Percent}}\≈(-\ln (1-\mathrm{Percent})+\ln (1+\frac{{(\mathrm{\λ}.{\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{Percent}})}^{k-1}}{\mathrm{\Γ}\left(k\right)}(1+\frac{k-1}{\mathrm{\λ}.{\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{Percent}}})))\frac{1}{\mathrm{\λ}}$

用于基于伽马分布的IPDT百分点估计的主要输入是均值IPDT和IPDT方差度量。为了提供可靠结果，该均值重试率估计与IPDT的直接度量(例如，IPDT 99的度量可能需要至少5000个样本)相比需要少得多的样本(例如，对于99％的IPDT大约200个样本)。

使用基于伽马分布模型属性的IPDT百分点估计允许RCA对于IPDT百分点变化的反应更为灵敏。

平均即时度量和平均即时估计工具箱：

首先需要阐述本文中传输参数度量、估计、评估、值之间的差异：

-当实际度量物理传输参数值(例如可以度量均值IPDT、均值CUE、尝试次数、IPDT百分点、IPLR)时，使用术语“度量”。为了获得传输参数的有效度量，这些参数中的一些(例如均值IPDT或均值CUE)需要有限数目的样本，其他参数(例如IPLR或IPDT百分点)需要大量样本。

-当通过使用有限数目样本，使用数学分布属性来估计传输参数值时，使用术语“估计”：典型地，估计IPDT百分点和IPLR百分点。对于等同数目的样本，当样本集合遵循分布模型时，估计的结果实际上比实际度量更精确，但在相反情况下可靠性较低。

-当在这种级别的RCA描述中不需要区分度量或评估的使用时，使用术语“评估”。

-术语“值”用于标识传输参数度量或估计的结果

RCA4WMM使用的工具箱包括若干子系统：

-IPLR估计(或度量)

-IPDT百分点估计(或度量)

-用于IPLR估计和CUE估计的尝试次数和均值尝试次数度量

-用于IPDT百分点估计的IPDT、均值IPDT以及IPDT方差度量

所有这些平均度量或估计均可以采用若干方法，包括：

-SMA(滑动平均)。这种方法的主要缺点是必须存储滑动窗的每个采样，

-连续累积平均方法。与前一种方法相比窗口大小是相同的。这种方法的主要缺点是需要等同于窗口大小的采样数目才能够提供新的平均值。

-EMA(指数移动平均)和MEMA(多EMA)方法。

EMA公式EMA(n)＝(S(n)*a)+(EMA(n-1)*(1-a)，其中：

-S(n)是最后采样值。

-平滑因子是a＝2/(1+N)，其中N是采样周期的数目。

与SMA相比，EMA的主要优点在于不需要存储所有采样，主要缺点在于具有指数负载(load)，对最新数据给出太多负载。为了校正这种效果以扩散该负载，可以使用多EMA(MEMA)。原理是使用第一EMA的输出作为第二EMA的输入，然后使用该第二EMA的输出作为第三EMA的输入，以此类推。所有这些EMA具有相同的平滑因子。在本文的其余部分中，用于产生度量或估计值的连续MEMA次数称为MEMA因子。

为了在等同时间窗上一致地比较IPLR、IPDT百分点或均值CUE，平滑因子和MEMA因子(即，连续EMA的数目)例如对于均值重试率、均值IPDT或IPDT方差而言应当是共同的。

为了避免中间和最后EMA结果中的太多失真，存在一定的兴趣来利用反映当前值(如果已知)或实际值的值初始化EMA或MEMA。

IPDT百分点与LPLR性能之间的关系：

IPDT百分点与IPLR通过过多重试次数而相关：该数目的值太低将提供优越的IPDT百分点值(由于极为有限的尝试次数)，但是出于相同原因而将提供太高的IPLR。

因此，构思在于始终将IPLR和IPDT百分点度量或估计一起考虑。对于与AC和分组范围相对应的RCA实例，只有关联的IPLR性能满足AC IPLR需求，则IPDT百分点性能值是有效的。这说明在AC分级需求中，为何IPLR需求在IPDT百分点需求之前。

分组大小变化对IPLR、IPDT百分点估计和均值CUE度量的影响：

RCA复杂性之一源于如上所述所有分组不具有相同大小的事实

-分组大小具有对PER并因此对均值重试率的直接影响。

-均值重试率与ERN是用于IPLR估计的主要输入。

-分组大小和均值重试率是用于均值CUE度量的主要输入。

-由于每个分组的IPDT值与分组大小以尝试次数有关，还影响IPDT百分点。

不同物理速率的均值IPLR、IPDT百分点与CUE之间的比较基于如下断言：分组大小分布(在AC内以及在分组大小类别内)对于采样和标称(nominal)物理速率是类似的。

因此，应当正确标出SMA的分组数目或EMA和/或MEMA的平滑因子的大小。由于每一AC的业务量的特异属性，该值在不同AC之间可以变化。

IPLR度量、估计以及比较：

为了选择最佳物理速率，RCA需要评估候选物理速率对IPLR的影响。为了比较IPLR，可以使用若干可能的实现，它们具有不同级别的复杂性，需要不同数目的采样以提供各种可靠性和反应性(reactivity)：

-IPLR度量。如上所述，该方法是可靠的，但是需要许多分组来提供有效度量，并因此在例如VoIP的低带宽业务量的情况下不提供足够的反应性。

-基于指数分布属性的IPLR估计。如上所述，该估计相比于前一方法不那么可靠，但是为例如VoIP的低带宽媒体提供所需的反应性。此外，该方法允许RCA丢弃其中IPLR百分点超出AC需求的任何物理速率。

如先前段落中所述，指数分布模型的属性给出最大IPLR需求与均值重试率(MeanRetryRate)之间的直接关系：

$\mathrm{MeanRetryRate}\≤-(1+\frac{\mathrm{ERN}}{\ln \left(\max \mathrm{IPLR}\right)}).$

这意味着：

-对于特定物理速率或全局上，均值重试率不会超过已知值以便满足该AC的最大IPLR需求。

-各种物理速率的IPLR可以使用它们的均值重试率来进行比较。

IPDT百分点度量、估计以及比较：

为了选择最佳物理速率，RCA需要知道候选物理速率对IPDT百分点的影响。为了比较IPDT百分点，可以使用若干可能的实现，它们具有不同级别的复杂性，需要不同数目的采样以提供各种可靠性和反应性：

-IPDT度量。如上所述，该方法是可靠的，但是需要许多分组来提供有效度量，并因此不提供足够的反应性。

-均值IPDT。与分布模型有关，均值IPDT变化遵循(但是放大)均值CUE变化，由于这种事实不应将其视为IPDT百分点的良好指示符。

-均值IPDT+IPDT标准差(standard deviation)：该指示符比前一指示符更恰当，但是不能反映高百分点(例如，99.9％)的分组的变化。

-基于伽马分布属性的IPDT百分点估计。如上所述，该估计相比于实际度量不那么可靠，但是为例如VoIP的低带宽媒体提供所需的反应性。此外，该方法允许RCA丢弃其中IPDT百分点超出AC需求的任何物理速率。

物理速率采样对传输性能的影响：

为了有机会能够改进IPLR、IPDT或CUE以及IPDT，应当针对IPLR、IPDT和CUE性能估计或度量对当前物理速率以外的其他物理速率进行采样。

物理速率采样方法的备选方案是物理速率探针方法。为了度量各种物理速率的IPLR、IPDT和CUE性能，探针方法使用带外假分组，并非如采样方法那样使用带内实际分组。如果物理速率探针避免在实际业务量中带来任何额外扰动。则物理速率探针分组可以显著增加每个流的所使用的CUE(例如，某种程度上10％)。当在WiFi内存在例如VoIP的许多低带宽流，探针对CUE的影响实际上是灾难性的，在这种情况下需要达到实际流的66％的探针。如果探针方法完全符合本发明以比较各种物理速率，剩余的RCA4WMM描述仅使用采样方法，看起来更适合该RCA的CUE性能目标。

在现有RCA实现中，物理速率采样比的典型值是分组集合的10％(或者，如果同时对两个物理速率进行采样，则是两次5％)。该10％的分组使用相比于标称物理速率具有更差(或更好)IPLR和IPDT百分点性能的物理速率。由于通过小于1％的分组集合的损失或过多IPDT来定义IPLR和IPDT百分点性能，物理速率采样对全局传输性能可以具有显著影响。

因此：

-RCA实例应当验证使用采样或标称物理速率的所有传输分组满足AC性能需求。这些全局性能估计称为全局IPLR(GIPLR)和全局IPDT(GIPDT)估计(或度量)。

-RCA实例应当提供针对每一标称或采样物理速率的IPLR、IPDT百分点和均值CUE评估，以便能够比较物理速率性能，并潜在地选择新的标称物理速率以便提高全局性能。

GIPLR和GIPDT的估计和度量：

关于全局IPLR评估，估计方法应当是优选的。然而，由于所有传输的分组用于评估，可以至少针对例如IPTV的高带宽应用考虑度量方法。

GIPLR的估计由

给出，其中：

-1至n表示供当前RCA实例使用的采样和标称物理速率中的每一物理速率

-TrafficRatio_n表示由该物理速率传输的业务量百分数

-

如先前段落中所述

关于全局IPDT百分点评估，估计方法应当是优选的。然而，由于所有分组用于评估，可以至少针对例如IPTV的高带宽应用考虑度量方法。

GIPDT的估计由

给出，其中：

-1至n表示供当前RCA实例使用的采样和标称物理速率中的每一物理速率

-TrafficRatio_n表示由该物理速率传输的业务量百分数

-IPDT_n是物理速率n的GIPDT_percent。如先前段落中所述，GIPDT_percent由以下序列给出：

-对于0＜k＜1： ${\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{percent}}\≈(-\ln (1-\mathrm{Percent})-\ln \left(\mathrm{\Γ}\left(k\right)\right)\frac{1}{\mathrm{\λ}}$

-对于k＞1：

${\mathrm{IPDTP}}_{\mathrm{Percent}}\≈(-\ln (1-\mathrm{Percent})+\ln (1+\frac{{(\mathrm{\λ}.{\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{Percent}})}^{k-1}}{\mathrm{\Γ}\left(k\right)}(1+\frac{k-1}{\mathrm{\λ}.{\mathrm{IPDT}}_{\mathrm{Percent}}})))\frac{1}{\mathrm{\λ}}$

保证GIPLR和GIPDT需求的另一种方式是验证每一采样或标称物理速率满足最大IPLR和最大IPDT需求。在这种情况下：

-如果采样物理速率的IPLR或IPDT小于性能需求，可以中止该物理速率的采样，以便不使全局性能劣化更多。

-如果标称物理速率的IPLR和/或IPDT小于性能需求，可以在全局IPLR和/或IPDT性能评估超过最大IPLR和/或最大IPDT性能之前预先进行物理速率改变。

在这种模式下，为了避免太保守的IPLR性能，只要GIPLR满足全局需求：

最大IPLR目标对于采样和标称物理速率可以不同，例如，最高采样物理速率的最大IPLR可以高于最大GIPLR，并且标称物理速率IPLR的最大IPLR可以低于最大IPLR。

在这种模式下，为了避免太保守的IPLR性能，只要GIPLR满足全局需求：

最大IPDT对于采样和标称物理速率可以不同，例如，最高采样物理速率的最大IPDT可以高于最大GIPDT，并且标称物理速率IPDT的最大IPDT可以低于最大IPDT。

全局IPLR和全局IPDT状态以及对物理速率选择的相对影响：

如上所述，所有传输的分组数据用于提供GIPLR和GIPDT。因此，每个RCA实例应当考虑：全局IPLR和IPDT评估提供传输的可靠状态。

RCA应当识别以下GIPLR和GIPDT状态：

-不良IPLR状态：GIPLR值高于最大IPLR。

-不良IPDT状态：GIPLR低于最大IPLR，但是GIPDT高于最大IPDT。

-良好IPDT状态：GIPLR和GIPDT均低于最大IPLR和最大IPDT。

RCA应当根据GIPLR和GIPDT当前状态，以及相应地根据性能准则优先级：IPLR、IPDT百分点以及CUE，来管理物理速率选择：

-在不良IPLR状态中，RCA选择改进IPLR的标称和采样物理速率，即，较低物理速率。

-在不良IPDT状态中，RCA选择改进IPDT但IPLR估计符合最大IPLR需求的标称和采样物理速率。

-在良好IPDT状态中，RCA选择改进CUE但IPLR和IPDT估计符合最大IPLR和最大IPDT需求的标称和采样物理速率。

全局性能评估和按物理速率性能评估之间的关系以及对统计时间窗和采样比的影响：

为了在采样和标称物理速率的IPLR、IPDT百分点以及CUE性能之间进行一致和有效的比较，理想地，应当通过全部属于具有相同权重的相同时间窗的相同数目分组来馈送用于评估IPLR、IPDT以及CUE的各种SMA、EMA(或MEMA)。对于EMA和MEMA，这意味着使用相同的平滑因子和相同的EMA因子。

此外，为了避免不一致评估并采用一致判定，理想地，用于全局性能评估和用于物理速率性能评估的时间窗应当相同。对于EMA和MEMA，这意味着相对于采样比，对于全局和物理速率评估使用不同的平滑因子，例如如果采样比为1/20，并且全局平滑因子为1％，则采样平滑因子为17.2。通过使用以下公式可以提供理想采样平滑因子的粗略近似：

-采样平滑因子＝全局平滑因子/采样比

但是，即使根据所有这些预先考虑，由于采样评估使用小部分的传输分组(例如，5％)，采样评估实际上相比于使用所有传输分组度量的全局IPLR或IPDT百分点评估不可靠得多。由此，在全局级别与物理速率采样级别进行的评估结果之间可能出现某些不一致和矛盾。在所有这些情况下，RCA应当首先考虑全局评估。降低这些误差的方式是使用以标称物理速率传输的所有分组的度量来评估标称物理速率性能，但是利用特定采样平滑因子(粗略地，比全局平滑因子高10％)以便覆盖采样物理速率的相同时间窗：

-标称平滑因子＝全局平滑因子/(1-采样物理速率数目×采样比)

此外，为了在改变无线环境或移动的情况下提高反应性，更方便地，针对全局IPLR和IPDT百分点评估具有较小时间窗。

慢速和快速自适应采样管理：

物理速率采样速率(PSR)是用于度量标称和采样物理速率的性能(例如，CUE、均值IPDT、重试率...)的速率。

采样速率选择是一方面快速自适应延迟与另一方面IPLR IPDT和CUE评估的可靠性之间的折衷。

-高采样速率用于快速获得度量结果，并从而根据各种环境进展快速自适应物理速率。在移动情况下或当开始传输时快速自适应是强制的；

-对标称物理速率的使用率高的低采样速率用于优化传输性能(IPLR、IPDT以及CUE)，在这种模式下，RCA自适应相比于先前模式反应不那么灵敏。

为了避免困难折衷，构思是定义两种自适应模式：

-当在不良状态情况下开始或重新开始业务量时，使用快速自适应模式。在快速自适应模式中，RCA目标是尽可能快地识别出提供最佳性能的物理速率。

-当RCA知道要使用的最佳物理速率时使用慢速自适应模式。在慢速自适应模式中，RCA目标是提供最优IPLR、IPDT或/和CUE全局性能。

为了使快速或慢速自适应模式期间行为一致，构思是对每一物理速率指定自适应需求：

-针对每一AC，指定正常模式下物理速率慢速自适应周期(PSAP)需求(例如，对于VO为1.5s，对于VI类别为1.5s，对于BE或BK类别为3s)。PSAP定义了针对物理速率潜在改变的目标延迟并因此定义了物理速率自适应速度。

-具有满足先前需求的物理速率自适应采样周期(PASP)。由于采样周期用于度量标称和采样物理速率。PASP不能低于定义实际上最大可用采样周期的当前均值分组离开间(inter-departure)周期(MIPP)。

-指定物理速率快速自适应迭代(PFAI)，该值定义了要执行的物理速率改变的剩余迭代次数，以便使RCA接近最优自适应。在针对该AC的每一业务量开始时初始化或重新初始化PFAI计数器，并且在每次物理速率改变时递减。只要PFAI不等于0，系统保持在快速自适应模式下，并使用当前MIPP作为PASP。

-PSAP和PFAI初始值对于每一AC是特定的。

物理速率自适应采样周期(PASP)由以下给出：

-在物理速率快速自适应模式期间(即，PFAI≠0)：PASP＝MIPP

○PASP＝MIPP

-在物理速率慢速自适应模式期间(即，PFAI＝0)：

其中：

○PSAP，用于度量标称物理速率和采样物理速率的物理速率改变周期

○n，度量的物理速率的数目(例如，对于2个采样和1个标称为3)

○N，定义各个EMA或MEMA所需的分组数目，以提供有效度量或估计。对于EMA或MEMA，这是需要给出累积权重＞80％的采样数目，例如，对于三个EMA为17个采样，其中平滑因子为0.217。

○PAPSP不应高于当前均值分组离开间周期(MIPP)，如果如在快速自适应周期中PASP＝MIPP。

○针对VO的示例，PSAP＝1，5s、N＝25、n＝3、PASP＝20ms

如果在典型的慢速自适应模式中，根据相同PSAP(物理速率慢速自适应周期)和相同的N集合，PASP(物理速率自适应采样周期)值与媒体无关，相反，相应自适应采样比(ASR)与媒体有关。ASR由ASR＝(MIPP/PASP)*(n-1)/n)给出。这里，具有1.5s的PSAP的一些例子：

○对于具有20ms MIPP的64kbpsG711编解码器，ASR＝66％

○对于具有1.77ms MIPP的6mps IPTV，ASR＝6％

○对于具有12ms MIPP的512kbps可视电话，ASR＝40％

因此，在物理速率慢速自适应模式中，针对更好IPDT和CUE性能来优化采样。

RCA针对以下操作使用分组间周期(Inter Packet Period)度量：

-均值分组离开间周期(MIPP)的计算和度量

-业务量开始或业务量重新开始的检测：

○业务量重新开始意味着业务量在几秒(例如，多于5s并小于20s)期间中止。在这种情况下，系统通过针对对于每一AC特定的迭代次数重新初始化PFAI计数器，回到物理速率快速自适应模式中。

○业务量开始意味着在多于20s和PFAI期间没有业务量。

○最小和最大业务量重新开始延迟值和业务量开始延迟值对于每一AC是特定的。尽力服务业务量。

MIPP度量基于EMA或MEMA方法：

-为了识别MIPP是否低于PASP，必须利用针对该AC的当前PASP值发起MIPP EMA值。

-为了对于所有度量具有相同时间窗，与用于采样物理速率评估的那些平滑因子和MEMA因子相比，平滑因子和MEMA因子是相同的。

采样物理速率的选择：

物理速率采样的目的是给RCA机会来选择提供更好IPLR、更好IPDT或更好CUE使用的物理速率。本段落尝试回答关于如何选择要采样的物理速率的问题。

首先，RCA应当丢弃不能够改善当前目标性能的物理速率，所述目标性能为：

-IPLR：

较低物理速率给出较低重试率并因此给出更好IPLR性能。然而，应当跳过OFDM和非OFDM之间边界处的一些物理速率：

-与6MB相比5.5MB始终提供较低重试率(如果5.5是可用的，则需要跳过6Mbps)

-与9MB和12Mbps相比11MB始终提供较低重试率(如果11Mbs是可用的，则应当跳过9MB和12Mb)

-IPDT百分点：

如上所述，无法知道IPDT百分点倾向：只有度量或评估给出实际回答。

然而，RCA应当在采样物理速率选择中应用相同IPLR例外(exception)，以避免不良GIPLR性能或GIPDT性能。

-CUE：

如上所述，无法知道CUE倾向：只有度量或评估给出实际回答。

然而，RCA不应当选择与当前物理速率相比消耗更多CUE(即使没有重试)的较低物理速率(这对于较高物理速率是不可能的)。

RCA应当在采样物理速率选择中应用相同IPLR例外，以避免不良GIPLR性能或GIPDT性能。

选择采样物理速率的最简单方法是选择与标称物理速率相邻的物理速率：

-每次1个较高相邻物理速率和1个较低相邻物理速率是可能的。

-如果没有高于标称物理速率的速率，则1个相邻的较低物理速率。

-如果没有低于标称物理速率的速率，则1个相邻的较高物理速率。

为了受益于物理速率评估倾向，可以使用更复杂的方法来选择采样物理速率，例如：

-在相反倾向情况下提供较快速自适应但较低反应性的方法：

○如果最后的物理速率选择已经导致降低标称物理速率，则2个相邻的较低物理速率。

○如果最后的物理速率选择已经导致增加标称物理速率，则2个相邻的较高物理速率。

○如果最后的物理速率选择已经导致保持标称物理速率，则1个较高和1个较低相邻物理速率。

○如果没有比标称物理速率高的可用速率，则1个相邻较低物理速率。

○如果没有比标称物理速率低的可用速率，则1个相邻较高物理速率。

-在相反倾向但允许更容易检测更好物理速度的情况下提供较快速自适应但是较低反应性的方法：

○2个相邻较低物理速率：

■如果最后的物理速率选择已经导致降低标称物理速率。

■或者如果最后的物理速率选择已经导致保持标称物理速率，当2个采样物理速率是2个较高相邻物理速率时

■或者如果仅存在比标称物理速率高的一个可用物理速率(例如，54Mbps)

○2个相邻较高物理速率：

■如果最后的物理速率选择已经导致增加标称物理速率。

■或者如果最后的物理速率选择已经导致保持标称物理速率，当2个采样物理速率是2个较低相邻物理速率时

■或者如果仅存在比标称物理速率低的1个可用物理速率(例如，1Mbps)

-在相反倾向但由于额外物理速率采样而CUE和IPDT性能较低的情况下提供较快速自适应、较高反应性的方法：

○两个相邻较低和1个较高物理速率：

■如果最后的物理速率选择已经导致降低标称物理速率

■或者如果最后的物理速率选择已经导致保持标称物理速率，当2个采样物理速率是2个较高相邻物理速率时

■或者如果仅存在比标称物理速率高的一个可用物理速率(例如，54Mbps)；

○两个相邻较高和1个较低物理速率：

■如果最后的物理速率选择已经导致增加标称物理速率

■或者如果最后的物理速率选择已经导致保持标称物理速率，当2个采样物理速率是2个较低相邻物理速率时。

■如果仅存在比标称物理速率低的一个可用物理速率(例如，1Mbps)

○如果不存在比标称物理速率高的速率(例如，54Mbps)，则2个相邻较低物理速率。

○如果不存在比标称物理速率低的速率(例如，1Mbps)，则2个相邻较高物理速率。

-等等...

所有这些方法具有优点和缺点；RCA可以针对每一AC使用不同的方法或不同方法的混合：

-带来较快速自适应的一些方法更适于VoIP所需的移动性；

-一些方法通过限制对下一相邻物理速率的采样来降低分组丢失的风险。

-优化CUE使用的其他一些方法更适于BE和BK。

然而，在本文的其余描述中，为了便于理解，仅使用最简单的方法。

关于多速率机制对度量、评估和性能结果的影响的断言：

如前所述，多速率机制的原理在于：基于RCA可以通过使用较低物理速率更高效地恢复不良情况的假设，在相同速率进行若干次尝试之后降低物理速率。

关于均值CUE和均值IPDT度量，原理是考虑多速率对CUE和IPDT度量的影响应当包括在关联分组的统计中。因此，多速率的使用：

-对重试率度量没有影响。然而，用于评估IPLR的指数分布模型可能不那么相关(relevant)。

-对IPDT度量没有影响。然而，用于评估IPDT百分点的伽马分布模型可能不那么相关(relevant)。

-对计算均值CUE有影响：用于传输一个分组的CUE时间是每次尝试的CUE时间之和，考虑尝试的单独物理速率。

关于性能，多速率机制的使用对性能方面有一些影响。该机制带来关于IPLR和IPDT百分点的一些性能过剩(over quality)，但是由于特别在加载环境中更频繁使用较低物理速率，要付出的代价是显著的额外CUE消耗。

连续分组丢失(SLP)管理：

连续丢失分组(SLP)是指示当前使用该物理速率不可能进行传输的非常短等待时间事件。存在多种可能的临时或永久原因：

-用户移动性(即，超出范围站点)

-较大分组大小

-运动障碍

-临时扰动环境(例如，微波炉、其他WiFi NW、蓝牙传输)

-接入点失效(例如，由于缺少电源)

-等等。

然而，由于无法识别原因，并不能知道这种情况将持续多久，以及如何恰当并高效地恢复无线传输。

借助于一个特定物理速率或例如较高采样物理速率，SLP状况会在标称物理速率或所有物理速率上发生：因此，物理速率必须检测到SLP状况。

若干策略是可能的，包括一些等待和查看策略。然而，由于全局目标RCA4WMM是QoS，由于QoS的主要需求是避免分组丢失，该RCA实例的短期目标是寻找运行物理速率。基于检测到的扰动影响所有物理速率，但是对于提供SLP状况的物理速率之下的物理速率影响较小的假设，对SLP设定的动作是：

-如果SLP状况的物理速率发起方是较高采样物理速率。

■则停止当前较高物理速率上的采样过程

-如果SLP状况的物理速率发起方是标称物理速率或较低采样物理速率。

■则选择提供SLP状况的物理速率以下的采样和标称物理速率。

RCA实例的开始阶段：

RCA实例的开始阶段应当在针对该方向以及针对该AC和该分组范围先前尚未建立业务量时发起。

存在用于为RCA实例选择初始标称物理速率的若干方法，优先顺序如下：

-使用具有相同分组大小范围的其他AC的当前标称物理速率。

-使用任一AC的其他分组大小范围的当前标称物理速率(较大分组大小范围比较小分组大小范围更为优选)

-使用RSSI值度量，并在由STA和AP支持的基本和操作物理速率之间选择一个物理速率。

基于初始物理速率值，选择两个物理速率进行采样(例如，1个相邻较低物理速率和1个相邻较高物理速率)。

除了物理速率选择，

-发起采样模式：

物理速率快速自适应迭代(PFAI)计数器

物理速率自适应采样周期(PASP)

-开始度量和估计：

○全局

■基于均值尝试率度量的GIPLR估计

■基于均值IPDT、IPDT方差的GIPDT百分点估计

■MIPP

■SPC(采样分组计数器)

○对于每个物理分组(包括采样物理速率)特定的

■基于均值尝试率度量的IPLR估计

■基于均值IPDT、IPDT方差PLR的IPDT百分点估计

■均值CUE

■SLP(连续分组丢失)

RCA实例的学习阶段：

该阶段与使用标称和采样物理速率发送足够分组(例如N＝25)所需的时间相对应，其中发送足够分组以便具有针对以下内容的第一有效估计：

-标称和采样物理速率的IPLR、IPDT和CUE。

-GIPLR和GIPDT。

在该阶段期间：

-如果发生SLP状况，如本文以上所述，RCA对该状况进行管理。

-如果发生分组传输重新开始或重新启动状况，则没有影响。

当各种EMA或MEMA度量有效时(即，由来自N个分组的数据发起)，则RCA实例进入自适应阶段。

RCA实例的快速和慢速自适应阶段：

该自适应阶段是针对RCA的正常工作阶段。在该阶段中，使用的采样方法(针对快速或慢速自适应)由FPAI计数器和MIPP指示

在该阶段期间，在以下这些事件时可以发生标称物理速率改变：

-SLP(连续分组丢失)状况(如本文中先前所述)。

-在所有GIPDT状态中，GIPLR状态从良好状态改变到不良状态。

-当GIPLR处于良好状态中时，GIPDT状态从良好状态改变到不良状态。

-重新开始状况(如本文中先前所述)

-当RCA具有要传输的新分组，并且采样和标称物理速率的所有IPLR、IPDT以及CUE估计处于有效状态(由SPC指示)时，即，各种使用的MEMA已经由足够数目的分组馈送。

如果IPLR、IPDT百分点以及CUE估计有效，并且如果RCA具有要传输的新分组，标称物理速率改变可以进行与当前GIPL和GIPDT状态有关的管理：

-如果GIPLR是不良状态(即，GIPLR＞最大IPLR)，无论每个物理速率的单独IPLR性能如何，RCA将为标称和采样物理速率选择较低物理速率。如果没有较低物理速率可用，则RCA只有等待更好的状况。

-最低物理速率将变成新标称物理速率。

-取消选定最高采样物理速率。

-RCA选择新的物理速率进行采样(例如，比新的当前物理速率低的物理速率)。如果没有较低物理速率可用于采样，则RCA只有在物理速率上进行采样。

-利用新的当前物理速率的EMAS值发起新的采样物理速率的EMA。

-如果GIPLR处于良好状态(即，GIPLR＜最大IPLR)但是GIPDT处于不良状态(即，GIPDT百分点＞最大IPDT)，则RCA将选择提供最佳IPDT的物理速率。

○如果该物理速率已经是标称物理速率，则RCA只有等待更好IPDT性能。

○如果该物理速率是采样物理速率之一，则RCA验证该IPLR评估满足最大IPLR需求，

○如果为否，则RCA只有等待更好性能

○如果为是，则最佳采样物理速率(例如，最低物理速率)将成为新的标称物理速率。

○取消选定先前的采样速率之一(例如，最高物理速率)。

○RCA选择新的物理速率进行采样(例如，低于新的当前物理速率的物理速率)。由新的当前物理速率的EMAS值发起新的采样物理速率的EMA。

-如果GILPR处于良好状态(即，GIPLR＜最大IPLR)且如果GIPDT也处于良好状态(即，GIPDT百分点＜最大IPDT)，则RCA选择提供最接CUE的物理速率。

○如果该物理速率已经是标称物理速率，则RCA只有等待更好的状况。

○如果该物理速率是采样物理速率之一(例如，最高物理速率)；

■RCA将验证IPLR和IPDT百分点评估低于该AC的最大IPLR和IPDT百分点需求：

●如果为否，则RCA只有等待更好的状态

●如果为是，则该物理速率将成为新的标称物理速率

○取消选定先前的采样物理速率之一(例如，最低物理速率)

○RCA选择新的物理速率进行采样(例如，比新的当前物理速率高的物理速率)。以新的当前物理速率的EMAS值发起新的采样物理速率的EMA。

-为了改进各种MEMA的收敛时间，应当在开始阶段以一致的值(即，可能值)发起所有EMA，在学习阶段之后，应当利用由使用中的采样或标称物理速率提供的固有值发起各个EMA。

-根据AC需求，最困难的需求可能是最大IPLR或最大IPDT需求，这意味着如果需求对于WiFi NW是不实际的，则RCA不能够满足所有需求。

-太小的过多重试次数可以导致不能达到的最大IPLR。

-针对IPLR的指数分布模型以及伽马分布模型对于比较物理速率性能是可靠的，但是对于所提供的IPLR和IPDT估计不那么可靠。太小的最大IPLR需求(例如，0.05％以下)或对于最大IPDT需求的太高百分点(例如，99.9％以上)可以导致不现实的估计，并意味着针对MEMA的非常小平滑因子，从而对变化状况的反应性极差。

RCA4WMM使用的WiFi数据以及各种信息的概述：

RCA使用反映配置的若干数据以及从无线实现提供的输入：

-针对该方向的RSSI信号电平，RCA使用该值来判定初始物理速率。

-长或短前同步码(preamble)模式(用于CUE计算)。

-长或短时隙时间(用于CUE计算)。

-基本和操作物理速率(用于CUE计算以及判定哪个物理速率需要采样)。

-当前AC信息。

○当前AC(VI、VO、BI、BK)。

○WMM参数(AIFS、CW MIN、CWMAX、TXOP)值。

○目标最大IPLR值。

○目标最大IPDT值。

○物理速率慢速自适应周期(PSAP)值。

○业务量开始时物理速率快速自适应迭代(PFAI)次数。

○业务量重新开始时物理速率快速自适应迭代(PFAI)次数。

○最大连续分组丢失数目。

○针对慢速和快速采样度量和全局度量的一致平滑因子和MEMA因子。

○多速率重试次数(MRN)和过多重试次数(ERN)

○业务量开始周期值。

○最小和最大业务量重新开始周期值。

-与物理速率采样模式和参数相关联(与每一分组范围实例相关联)的特定数据。

○均值分组离开间周期(MIPP)。

○物理速率快速自适应迭代(PFAI)计数器。

○物理速率自适应采样周期(PASP)及相关联的采样定时器。

○标称和采样物理速率。

-最后发送帧信息，包括(与每一分组范围实例相关联)

○发送/不发送：(用于GIPLR统计)。

○当前物理速率(用于均值CUE计算)。

○尝试次数(用于IPLR和均值CUE计算)。

○分组大小(用于均值CUE计算)。

○包括所有尝试、退避时间、以及等待空闲信道时间的传输延迟(用于采样物理速率IPDT和GIPDT估计)。

-针对全局度量和估计的特定数据(与每一分组范围实例相关联)。

○均值GIPDT、GIPDT方差、以及GIPDT百分点估计。

○全局均值尝试率和GIPLR估计。

○指示度量和估计的有效状态的采样计数器。

-针对每个采样或标称物理速率的特定数据(与每一分组范围实例相关联)：

○物理速率值

○均值IPDT、和IPDT方差、IPDT百分点估计。

○均值尝试率和IPLR估计。

○均值CUE度量。

○采样分组计数器(SPC)，指示IPLR、IPDT百分点以及CUE的度量和估计何时由足够的分组数据馈送，并因此被视为有效。

○当前连续分组丢失(SLP)计数器。

针对各种设备的RCA4WMM实现简档示例：

根据设备，应当考虑本发明的若干实现简档：

-通用WiFi接入点。

-WiFi电话(包括用于固定移动收敛上下文)。

-WiFi视频电话(包括用于固定移动收敛上下文)

-WiFi IPSTB

-PC/PDA

通用接入点应当覆盖任何类型的应用，从而AP应当实现RC4WMM算法的全部实现，以便覆盖各种类型的应用。此外，需要提供特定配置来覆盖去激活WMM模式的情况。为此，AP可以在其配置中提供用户接口备用简档，例如，一个面向带宽而另一个面向实时媒体：

-对于面向带宽的简档，BE/BK类别AC的RCA4WMM参数集应当视为最优的。

-对于面向实时的简档，VI类别AC的RCA4WMM参数集(其中最大IPDT值可以延长至大约100ms)应当视为实时媒体和面向带宽目标之间的一种折衷。

WiFi电话是对于存储器覆盖(footprint)和CPU使用存在约束的一种设备，从而需要提供以如下为目标的简单RCA：针对语音媒体的自适应IPLR和IPDT百分点、针对信令的良好IPLR、长范围、移动性和快速自适应。WiFi电话使用两个AC：

-BE AC：用于基于TCP或UDP的协议，例如，本质上用于信令或偶尔用于数据传输的DHCP、SIP、DNS、HTPP等。

-VO AC：用于VoIP和各种Fix(或各种比特率)编解码器。

因此，用于WiFi电话的RCA应当支持：

-针对BE的一个RCA实例和针对VO AC的一个RCA实例。

-可选地，用于移动目的的多速率支持。

-物理速率快速自适应模式，由于带宽使用十分低，慢速自适应模式支持可以视为可选项。

-全局和按物理速率IPLR和IPDT百分点估计

-连续分组丢失管理。

WiFi视频电话是向RCA添加对先前VoIP约束的交互式视频约束的一种设备：

-VI AC：用于RTP和RTCP。视频流在64kbps和512kps之间。RTCP分组明显小于视频分组。

因此，针对WiFi视频电话的RCA应当支持：

-针对BE AC的一个RCA实例和针对VO AC的一个RCA实例。

-针对VI AC(RTP和RTCP)的两个RCA实例。

-可选地，用于移动目的的多速率支持。

-物理速率快速和慢速自适应模式，由于带宽使用十分低，交互式视频需要慢速自适应模式。

-针对VI、VO和BE AC的均值IPDT优化。

-连续分组丢失管理。

具有存储能力的WiFi STB是应当视为AV播放器或安装网络的房屋中的内容服务器的一种设备。内容可以包括A/V内容而且还包括图像、HTML页面。还可以提供V2IP和视频电话。对于这种类型的环境，直接链路模式的支持应当视为强制性的或至少视为希望具备的特征。

由于例如IPTV或VOD的A/V服务器应用需要大百分比的可用CUE，实际有益于为其他应用保留CUE。对于这种类型的应用，自适应采样的使用允许降低采样所需的CUE使用。

由于IP、STB和AP不是移动设备，不需要甚至不推荐激活多速率机制。因此，对于这种类型的设备，需要算法的完全实现。

PC或PDA是通用和多目的的设备，从而对于这种类型的设备，很难避免RC4的完全实现。

在用户级别本发明的主要优点在于：为例如VoIP、V2IP、IP TV和VOD之类使用WiF NW的应用，提供以特定QoS需求为目标的物理速率选择，其中QoS需求不仅针对交互式和非交互式实时媒体而且针对尽力服务业务量。

由于QoS需求可能对于每一AC是特定的，物理速率选择准则对于每一AC也是特定的。只要可以满足QoS需求，RCA4WMM具有与面向带宽RCA相同的行为。因此，WiFi NW的全局性能是最优的，并适于每种类型的实时和非实时内容。

此外，通过向每一AC提供适于VO或VI媒体的特定管理，RCA4WMM避免所有困难折衷并提高性能。与面向带宽RCA相比，由于HTML浏览或DATA块传输所需的自适应采样机制，RCA4WMM的用于BE和BK AC的物理速率选择提供更高带宽性能，并不会被请求QoS性能的其他内容(例如，VoIP或IPTV)劣化，反之亦然。

关于针对各种环境和使用的适应，可以找到其他优点。

-本发明可以在非WMM配置中使用。在该配置中，所选的RCA参数配置是BE AC配置。

-本发明除了可以在WiFi站点上实现以外也可以在WiFi接入点上实现。当同时在AP和STA上实现本发明时提供最大益处。本发明与现有的IEEE 802.11标准完全兼容，并可以应用于基于802.11a，b，g及后续标准的WMM的所有实现。

-本发明独立于HW。本发明可以在任何HW实现上构建，能够向SW提供所需信息。

-本发明与HW的性能无关：但清楚地，在例如范围或带宽方面的全局最终性能与HW以及属于相同NW的所有其他WiFi实现有关。

-本发明也与各种WiFi参数以及配置(例如，短和长前同步码、短和长时隙时间、基本和操作数据速率等)无关，即使所有这些参数对CUE和IPDT性能和所选速率有影响。

-本发明也与WMM参数集(AIFS、CWMIN、CWMAX、TXOP)无关，即使所有这些参数对CUE和IPDT性能和所选速率有影响。

-本发明还与PSD和APSD机制兼容。

术语表

Claims (9)

1.一种在无线多媒体WMM环境中选择物理层传输速率以优化带宽的方法，所述环境使用不同接入类别AC，为从至少一个站点STA或接入点AP到至少一个另外站点STA或接入点AP的传输业务量划分优先级，其特征在于，不同分组大小与来自站点STA或接入点AP的传输业务量类型相对应；

所述方法包括步骤：

-确定对于每一接入类别AC且在接入类别AC内对于每一分组大小而言特定的参数，以及

-针对所述接入类别AC以及针对分组大小，使用所述参数选择物理层传输速率。

2.根据权利要求1所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，对于每一接入类别AC且在接入类别AC内对于每一分组大小而言特定的参数是每一AC的多速率重试次数MRN和过多重试次数ERN的特定值。

3.根据权利要求1所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，对于每一接入类别AC且在接入类别AC内对于每一分组大小而言特定的参数是由每个AP或STA使用的服务质量QoS准则以及信道使用估计CUE。

4.根据权利要求3所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，服务质量QoS准则是分组丢失率IPLR准则或延迟传输IPDT准则。

5.根据权利要求4所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，选择是动态的，以便当服务质量QoS准则改变时从一个物理层传输速率改变到另一物理层传输速率。

6.根据权利要求4所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，基于相同AC内分组的传输所需的重试次数的Erlang或指数分布模型的数学属性，提供分组丢失率IPLR的估计。

7.根据权利要求4所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，每个分组的传输延迟的度量IPDT根据开始和结束条件来定义，开始条件与利用要传输的新分组将相应接入类别AC的传输缓冲器充满完毕相对应，结束条件与接收到肯定应答分组相对应。

8.根据权利要求4所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，针对每一接入类别AC的服务质量QoS是以百分点度量的。

9.根据权利要求4所述的选择物理层传输速率的方法，其特征在于，使用IP分组延迟传输IPDT的伽玛分布模型的数学属性，来提供IP分组延迟传输IPDT百分点的估计，其中，主要输入是每个分组的分组延迟传输IPDT均值和分组延迟传输IPDT方差。