专利名称：无线通信系统及使用这种系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种例如蓝牙系统的遥控无线通信系统，和一种使用该系统的通信方法，其中特别涉及一种在一个无线通信装置和多个无线通信装置之间数据发送和接收的过程中，能够保证无线通信既有高的处理能力又有公平性的一种无线通信系统，和一种使用该系统的通信方法。
背景技术：
蓝牙是一种无线数据通信技术的代号，它被应用于电子、通信、网络、计算机和消费领域。蓝牙技术可以替代电缆，否则就需要各种通信装置之间相互连接的电缆来进行无线通信连接，可以实现短距离内的无线连接。例如，蓝牙技术应用于移动电话和便携式电脑而可以无需电缆来实现移动电话和便携式电脑的连接。几乎所有的数字装置，包括打印机、个人数字助理、台式电脑、传真机、键盘和游戏杆都可以蓝牙系统的一部分。
总的来说，蓝牙以最大数据发送速度是1Mbps，最大发送距离是10m来操作，由于‘1Mbps’是在2.4GHZ的工业、科学及医药装置(ISM)频率波段时的数据发送速率，而该频段不用经过特许用户就可以使用，因此可以通过低的成本很容易达到。最大发送距离设置为10M也是考虑到在办公室中用户所携带的移动装置和放置在桌面上的PC进行通信10M的距离足够用。
由于在设计时已经考虑到在充满噪音的广播频率环境下进行工作，因此通过使用每秒1600跳的跳跃速率的跳频，蓝牙甚至可以在有噪声的无线频率中进行稳定的数据发送和接收。跳频通常被称为跳频扩展频谱(FHSS)方案。在FHSS方案中，一个给出频带被分成许多跳频信道，以便当一个来自传送器的第一调制信号(中频)被转换成2.4GHZ的无线电频带时，信号以一个预定的顺序被指定到不同的跳频信道。由于信号指定信道以很快的速度变化，多信道干扰和窄带宽脉冲噪音的影响可以被过滤掉。在接收机的终端，象信号被分配到每个之间相互关联的跳频信道一样，如同在发送装置的终端，以相同的顺序，原信号被恢复。IEEE 802.11使用79跳频信道，每一个跳频信道被安排有1MHZ的间隔。至少一6MHZ的间隔是设置在二个暂时相邻的跳跃信道之间，以便当该信号被分配跳跃许多信道时可以避免信道内的干扰。改变跳跃信道的速度(i.e.，跳跃率)也被设置成超过每分钟2.5次。
除一对一连接之外、蓝牙系统也支持一对多连接。如图1所示的蓝牙系统，包含几个构造和连接的皮网络，各皮网络的特点在于该各自的跳频优先权。皮网络是蓝牙体系的一个单元、其中超过一个从装置通连单个主机。一个皮网络有一个主机，并且可以连接7个从装置。例如图1示出的皮网络A和B、皮网络A有一个主机10和三个从装置13，皮网络B有一个主机10和一从装置13。该主机决定皮网络中的信道的总体特性。主机的蓝牙装置地址(BD_ADDR)确定该频率跳动序列和信道存取码。换句话说，主机的时钟确定跳跃序列的相位，并设定时间。主机控制在信道中的业务。任何数字装置可以是一主机，并且主机和从装置的角色可以在皮网络建立以后改变。
基本上，一个主机装置和一个从装置以1跳跃间隙(625μs＝1/60秒)为单位通过时分双工(TDD)执行双向的通信。以某一结构连接多个皮网络被称为散射网。
图2是示出了通过TDD在主机和从装置之间进行通信的图。参照图2，各信道分配给时间间隙的长度是625μs.间隙数目是由皮网络主机的蓝牙时钟决定。主机和从装置可以有选择地通过时间间隙发送分组。即，主机仅在偶数的时间间隙的时候传达分组时，从装置仅在奇数的时间间隙传达分组。由主机或从装置传达的分组必须被在5次间隙内实现。′分组′指在皮网络信道中发送的数据的单位。
当在皮网络中超过2个从装置访问一个主机时，主机分配临时的3比特地址到从装置，以便随后当他们被激活时用以识别从装置。换句话说，在主机和从装置之间交换的所有分组都携带AM_ADDR。AM_ADDR表示成员地址，这些地址用于分享在皮网络中有效的成员。不仅在从主机到从装置的分组的传递过程中，AM_ADDR还用在从从装置到主机的分组的传递过程中。如果当从装置没有连接到主机上或者从装置处于停止模式时分配，AM_ADDR将停止。当从装置重新连接到主机上时，需要分配一个新的AM_ADDR。一个皮网络仅仅有一个主机和七个从装置，因为主机分配给有效的从装置的AM_ADDR被设置的长度是3位。换句话说，由于在最大的8个地址中，地址“000”被用于从主机到从装置进行广播，剩下的7个地址，例如，从“001”到“111”可以被使用。
在皮网络中，当一个主机和超过两个从装置之间传送和接收数据时，主机在均匀的间隔分割时间间隙，并分配相应的时间间隙到从装置，通过这些分配的时间间隙发送和接收数据，因此可以避免数据冲突。
通常，主机和相应的从装置之间使用循环轮询以无线的方式发送和接收数据。
图3示出了在一个主机和3个从装置之间进行通信的情况下，通过循环轮询的方式进行数据的发送/接收。参看图3，循环轮询只允许主机轮询的从装置来发送数据。换句话说，主机可以在奇数间隙发送数据，而主机轮询的从装置可以在相邻的偶数间隙发送数据。剩下的从装置，即没有轮询的从装置不可以在相应的间隙发送数据。在这种情况下，主机循环轮询从装置1，从装置2，和从装置3，通过最大发送速率的三分之一发送速率在各自的主从对之间发送和接收数据。
依据循环轮询当主从对各自具有相同的发送速率是没有问题的。然而如果各自主从对的发送速率是不同，系统效能就会降低。换句话说，由于每个分配的间隙被用于POLL-NULL分组的交换而不管是否一个主从对，没有数据传输时或者比其它主从对更少的数据传输，间隙损耗发生，而造成系统整体的性能降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种无线通信系统，当一个无线通信装置和一个外部装置之间发送和接收数据时，该系统能够根据发送和接收的数据的队列状态，通过改变一个通信装置的通信优先级来提高数据发送效率。
为了达到上述目的，依据本发明的一个无线通信系统包括一个队列信息搜索单元，用于搜索提供给分组单元中的数据的队列状态信息，一个通信优先级判定单元，依据搜索到的队列状态信息判定多个外部装置的通信优先级，把高的优先级给那些在队列中具有分组数目较大的外部装置，一个通信初始化单元，用于依据判定的通信优先级初始化与外部装置的通信，一个计数器，用于计数每个外部装置的通信被初始化的次数，和一个比较器，用于比较相对于发送数据的第一外部装置的计数值和具有最大计数值的第二外部装置的计数值。
当第一外部装置和第二外部装置的计数值之差小于一个预定的阈值，通信初始化单元通过一个具有最高通信优先级的第三外部装置初始化通信。
在第一外部装置具有除了最高优先级之外的通信优先级的情况下，计数器从第一外部装置的计数值中减去第一外部装置的计数增量步长。计数器将具有最高通信优先级的第三外部装置的计数值增加“1”。
当第一外部装置具有最高通信优先级时，通信初始化单元初始化与第一外部装置的通信。计数器将第一外部装置的计数值增加“1”。
当第一外部装置和第二外部装置的计数值之差大于一个预定的阈值，通信初始化单元初始化与第一外部装置的通信。在这种情况下，计数器把把第一外部装置的计数值和最大计数增量的步长与第一外部计数器的增量步长之差相加，最大计数器增量步长是所有外部装置的计数器增量步长中最大的。
因此，依据本发明的无线通信系统依据那些相对于外部装置进行发送和接收的数据的队列状态，通过改变多个参与的外部装置的通信优先级，可以具有高的数据发送速率。
依据本发明的无线通信系统还提供一种无线通信方法包括步骤搜索提供给分组单元的数据的队列状态信息，依据搜索到的队列信息决定多个外部装置的通信优先级，给予队列中具有最大分组数量的多个外部装置中的一个外部装置更高的优先级，依据确定的通信优先级初始化与外部装置的通信，计数每一个外部装置的通信被初始化的次数，和比较对应于发送数据的第一外部装置的计数值和具有最大计数值的第二外部装置的计数值。
本发明的目的和其他特征，将通过优选实施例的详细说明和参照附图变得更加清晰，其中
图1是一个蓝牙系统的一个皮网络和一个散射网的图。
图2是通过时分双工(TDD)主机和从装置之间的通信。
图3是示出了在一个主机和三个从装置进行通信时使用循环轮询时数据的发送和接收。
图4是示出了一个标准的分组的图。
图5是一个依据本发明的具有一个皮网络的无线通信系统的简图。
图6是依据本发明的无线通信方法的流程图。
图7是一个基于图6的调度方法的队列状态进行数据的发送和接收。
图8是示出了与服务间隙的数目相对的没有具有SCO(同步定向连接)链路的吞吐量图。
图9是示出了吞吐量与服务间隙数目相对的有SCO链路的图。
图10是示出了与图6的计数器增量步长相对的每一链路的吞吐量的图。
具体实施例方式
在下文中，参看附图将对本发明进行详细描述。
图4示出了一个标准的分组。在一个皮网络中，在分组单元中在主机和从装置之间发送数据。参见图4，每一个分组包括三个部分，即一个存取码，一个首部和一个有效载荷。除了这种标准形式，一个分组还可能只包括存取码或者包括存取码和首部。
分组以存取码开始。如果首部紧接着存取码，存取码长度是72比特，如果不是这样，则存取码的长度是68比特。存取码是用于区分在皮网络的信道中进行交换的分组。
首部包括一个其中通知链路的控制器，包括6个字段，即有效成员地址(AM_ADDR)，类型，流量，自动应答请求号(ARQN)，时序编号方案(SEQN)和首部错误检测(HEC)。
当多个从装置连接到一个主机上时，AM_ADDR区分皮网络中共享的有效成员。类型决定在同步定向链路(SCO)和异步无连接链路(ACL)之间如何发送分组。类型还可以确定它是否接收是SCO分组或者是ACL分组。流量用于控制ACL中的分组流量。ARQN用于通知数据源有关有效负荷的成功发送。如果接收成功，则返回一个确认ACK(ARQN＝1)，如果不成功，则返回NAK(NRQN＝0)。SEQN提供分组数据流的成功编码。HEC检查首部的完整性。
有效负荷被分成同步声音字段和异步数据字段。ALC分组只有数据字段，而SCO分组只有声音字段。一个有效负荷的首部被提供到有效负荷。有效负荷的首部包含关于有效负荷长度的信息。
图5是依据本发明具有皮网络的无线通信系统的简图。每一个蓝牙系统50a，50b，50c，50d包含一个队列信息搜索单元51，一个通信优先级确定单元53，一个通信初始化单元55，一个计数器57和一个比较器59。
当在有关其它用作从装置的蓝牙系统50b，5Oc，5Od的分组单元之间发送和接收数据时，用作主机的蓝牙系统50a的队列信息搜索单元51搜索数据中提供的队列状态信息。使用分组的有效负荷首部的一个预留位来交换队列信息。‘队列’指在缓冲单元中的用于处理的排队，队列状态信息指关于这个排队的状态信息，例如，有关在行中等待的数据的长度。
通信优先级决定单元53依据从各自的从装置50b，5Oc，50d中接收到的队列状态信息决定各自从装置50b，5Oc，50d的通信优先级，即给予在队列中具有更多分组数量的从装置以更高的优先级。
通信初始化单元55根据通信优先级确定单元53确定的通信优先级初始化通信。例如，假定第一从装置50b，第二从装置50c，第三从装置50d每个有一个分组用于和主机50通信，对于队列中每一个第一主从对(50a，50b)，第二主从对(50a，50c)，和第三主从对(50a，50d)中分组号是3-1，1-1，和2-1，主机50a以第一从装置50b，第三从装置50d，和第二从装置50c的顺序初始化与从动置的通信。
在有关主机50的各自的通信信道中的第一主从对(50a，50b)，第二主从对(50a，50c)，和第三主从对(50a，50d)之间连续发送和接收分组的情况下，计数器57计数每一个从装置50b，5Oc，50d的通信被初始化的次数。比较器59，例如在主机50a和从装置50b之间进行数据的发送和接收的情况下，比较第一从装置50b的计数值和其它从装置50c或50d的最大计数值。
图6是依据本发明的一种无线通迅方法的流程图，图7示出了依据基于图6的所示调度方法的队列状态的数据的发送和接收。参照图6和图7下面将对本发明进行更加细致的描述。
为了方便对本发明进行解释，假设主机50a通常处于和第一从装置50b、第二从装置50c和第三从装置50d进行数据发送和接收的有效状态，在分组单元中的第一主从对(50a，50b)，第二主从对(50a，50c)，第三主从对(50a，50d)之间的通信频率分别是30，20和50。还假设在主从对50a-50b，50a-50c和50a-50d之间的分组单元中的被发送和接收的数据的队列号分别是3-1，3-0和0-1，通过各自的信道，分组被连续的发送和接收。
如果主机50a和第二从装置50c之间通常进行数据的发送和接收，在操作S601中的主机50a的队列信息搜索单元51从分组单元的数据中搜索队列状态信息用于发送到第二从装置50c，还从第二从装置50c中接收到的数据中搜索队列状态信息。在操作S603，比较器59比较从装置的计数值和一直计数到目前为止的数据中的最大的计数值，从装置对应于接收的数据，在20的情况下，是有关第二从装置50c的，即50关于第三从装置50d，并确定计数器值的差是否超过一个预定的阈值。
如果得到的差值低于预定的阈值，通信优先级确定单元53在操作S605中基于搜索到的队列状态信息确定各个从装置50b，50c，50d的通信优先级。在这种情况下由于在第一，第二，第三主从对50a-50b，50a-50c，50a-50d之间被交换的分组单元中的数据的队列数分别是3-1，3-0和0-1，各自的对50a-50b，50a-50c，50a-50d的优先级被设为1，2和3。通信优先级会随着分组单元中的每一个数据的发送和接收而改变。图7示出了一个典型的情况，其中通信优先级通过分组单元中被连续发送和接收的数据而改变。更特别的，图7示出了的在连续的发送和接收的数据的队列中的以第一，第二，第一，第三的顺序和第一主从对(50a-50b，50a-50c，50a-50b，50a-50d和50a-50b)的顺序在分组单元中的更多数目的分组。
在操作S607中，通信初始化单元55确定是否通常想要发送数据到的从装置具有最高优先级。这里，有关通常的发送和接收的数据，第二主从对50a-50c被认为不具有最高优先级。
由于关于通常的数据发送和接收，第二主从对50a-50c被认为不具有最高优先级，计数器57在操作609中从第二计数器50c的计数值减去第二从装置50c的一个计数器增加步长，例如从20。第二从装置50c的“计数器增量步长”表示计数值的变化，该变化因为通信的初始化而被增加，该通信是有关在主机和第二从装置50c之间作出的成功发送的分组。例如如果有三个在第二主从对之间连续的通信初始化事件先于当前的数据发送和接收，有关第二从装置50c的计数器增加步长变成3。因此，第二人属装置50c的有关计数值从20变成17。在操作S611中，通信初始化单元55初始化与具有最高优先级的从装置的通信，即与第一从装置50b。如上所述，由于主机可以根据数据处理启动，数据是在使用多个从装置50b，50c，50d的数据的发送和接收中的队列中具有更多分组数的数据，有关整个系统的蜂窝网中的发送速率提高。
因为通信初始化单元55初始化与具有最高优先级的从装置的通信，即与第一从装置50b，在操作S613中，计数器57增加第一从装置50b的计数值1。处理完如上述的一个分组后，在操作S615中主机50a移动到下一个分组并用相同的方法处理下一个分组。
如果一个关于通常发送和接收的数据的相应的从装置具有最高的优先级，例如，如果主机50a通常发送和接收关于第一从装置50b的数据，在操作S619中，主机50a的通信初始化单元55初始化与第一从装置50b的通信，并且处理其中数据的发送和接收。在这种情况下，在操作S621中，计数器57增加有关第一从装置50b的计数值最多“1”。
处理完如上述的一个分组后，在操作S615中主机50a移动到下一个分组并用相同的方法处理下一个分组。
当最大计数值和相应于通常发送和接收的数据的从装置的计数值之间的差超过一个预定的阈值，例如，当在第二主从对(50a-50c)之间发生数据的发送和接收时，当最大记数值“50”和有关的第二从装置50c的记数值“20”之间的差超过一个预定的阈值，在操作S617，计数器57把第二从装置50c的记数值“20”与最大记数增量步长的差和第二从装置50c记数增量步长之差相加。“最大增量步长”指由于主机50a通过需求和调度程序初始化与从装置50b，50c，50d的通信，在已经各自增加的从装置50b，50c，50d的计数器增量步长的最大计数器增量步长。假定有关的第一从装置50b的计数器增量步长是“2”，第二从装置50c的计数器增量步长是“3”，第三从装置50c的计数器增量步长是“7”，例如，计数器把第二从装置50c的记数值“20”和最大计数器增量步长“7”与第二从装置50c的记数器增加步长“3”的差值“4”相加。通过如上所述改变计数值，当相应于发送数据的从装置的计数器增加步长与最大计数器增加步长之差大于一个预定的阈值时，用于使那些达到一个设定的数据的数据的数据发送和接收被防止改变成循环轮询方案。
在操作S619，通信初始化单元，例如第二从装置50c，初始化发送数据与从装置的通信。在操作S621中，计数器57增加第二从装置50c的计数值最多1。在相应于发送数据的从装置和主机5Oa之间的通信被初始化的情况下，计数器57的计数值最多被加“1”的步骤可以被忽略。
依据本发明的无线通信系统，特别的，基于象蓝牙系统一样的时分双工(TDD)，本系统具有一个短的通信范围，减少通信资源的浪费并提高一个主机和多个从装置中的通信的发送速率，因为通信优先级是根据队列中的分组数量而改变的。
在具有一个主机和6个从装置的皮网络中，一个计算机仿真已经被实施用于检验本发明的性能。产生数据业务如下面表1所示。用于第一，第二，第三和第四主从对的数据业务是由马尔可夫程序(MP)产生，而用于第五和第六主从对的数据业务是由双状态马尔可夫调制泊松程序(MMPP)产生。
表格1
图8示出了依据图6通信被初始化的时候在没有SCO链路的情况下与服务间隙数的相对的吞吐量的图，图9示出了依据图6通信被初始化的时侯在有SCO链路的情况下与服务间隙数的相对的吞吐量的图。公平性参数K被设置成300，仿真被执行，比较根据循环轮询方案(KFP)改变的达到一个预定阈值的通信的队列状态的方案和其它当达到一个预定阈值(Diff-KFP)时，根据通信的队列状态通过改变计数值通信继续进行。参照图8和图9，依据本发明的无线通信方法的吞吐量基本没有改变，甚至当最大计数值和依据相应的发送数据的从装置的计数值的差达到一个预定的阈值。
图10示出了变化的每个链路的吞吐量和如图6所示的计数器增量步长的比较。而特别的，主从对的吞吐量相互之间比较，改变主从对1的计数值，并调整其它的主从对的计数值。
参看图10，随着主从对1的计数器步长的增大，吞吐量也变大。因此，可以确信，对于QoS的不同需求，通过调整计数器增量步长可以满足。
当一个无线通信装置和多个无线通信装置之间进行数据发送和接收，依据本发明的无线通信系统可以保证既有大的吞吐量又有好的公平性。
虽然本发明的一些优选实施例已经公开，本领域的技术人员能够理解本发明，因此，本发明不限制到上述优选实施例，各种改进，增加和替代是可能的，而不背离本发明的范围。但本发明连同它们整个等效的范围通过下面的权利要求进行详细说明。
权利要求
1.一个无线通信系统，包括一个队列信息搜索单元，用于搜索提供到一个分组单元的数据的队列状态信息；一个通信优先级确定单元，用于根据搜索到的队列状态信息决定多个外部装置的通信优先级，给予队列中具有更多的分组数量的外部装置更高的优先级；一个通信初始化单元，用于依据确定的通信优先级初始化与多个外部装置的通信。
2.如权利要求1所述的无线通信系统，还包括一个计数器，用于计数多个外部装置中每一个的通信被初始化的次数；和一个比较器，用于比较对应于发送数据的第一外部装置的第一计数值和具有最大计数值的第二外部装置的第二计数值，其中，当第一外部装置和第二外部装置的计数值之差小于一个预定的阈值，通信初始化单元初始化与具有最高通信优先级的第三外部装置的通信。
3.如权利要求2所述的无线通信系统，其中，当第一外部装置具有除了最高优先级之外的第一通信优先级时，计数器从第一计数值中减去第一外部装置的计数增量步长。
4.如权利要求3所述的无线通信系统，其中，计数器将具有最高通信优先级的第三外部装置的第三计数值增加“1”。
5.如权利要求2所述的无线通信系统，其中，当第一外部装置具有最高的通信优先级时，通信初始化单元初始化与第一外部装置的通信。
6.如权利要求5所述的无线通信系统，其中，计数器将第一计数值增加“1”。
7.如权利要求1所述的无线通信系统，进一步包括一个计数器，用于计数多个外部装置中每一个的通信被初始化的次数；和一个比较器，用于比较对应于发送数据的第一外部装置的第一计数值和具有最大计数值的第二外部装置的第二计数值，其中，当第一计数器值和第二计数器值之差大于一个预定的阈值，通信初始化单元初始化与第一外部装置的通信。
8.如权利要求7所述的无线通信系统，其中，计数器把第一计数值和最大计数器增量步长与第一外部装置的增量步长之差相加，最大计数器增量步长是多个外部装置的最大计数器增量步长。
9.一个无线通信方法包括如下步骤搜索提供到一个分组单元的数据的队列状态信息；根据搜索到的队列状态信息决定多个外部装置的通信优先级，给予队列中具有最多分组数量的多个外部装置中的一个外部装置更高的优先级；和依据确定的通信优先级初始化与多个外部装置的通信。
10.如权利要求9所述的无线通信方法，进一步包括如下步骤计数多个外部装置中每一个的通信被初始化的次数；和比较对应于发送数据的第一外部装置的第一计数值和具有最大计数值的第二外部装置的第二计数值，其中当第一外部装置和第二外部装置的计数值之差小于一个预定的阈值，通信初始化步骤初始化与一个具有最高通信优先级的第三外部装置的通信。
11.如权利要求10所述的无线通信方法，其中，当第一外部装置具有除了最高优先级之外的第一通信优先级时，计数步骤从第一外部装置的第一计数值中减去第一外部装置的计数增量步长。
12.如权利要求11所述的无线通信方法，其中，计数步骤将具有最高通信优先级的第三外部装置的第三计数值增加“1”。
13.如权利要求10所述的无线通信方法，其中，当第三外部装置没有最高通信优先级和第一外部装置具有最高通信优先级时，通信初始化步骤初始化与第一外部装置的通信。
14.如权利要求13所述的无线通信方法，其中，计数步骤将第一计数值增加“1”。
15.如权利要求9所述的无线通信方法，进一步包括如下步骤计数多个外部装置中每一个的通信被初始化的次数；和比较对应于发送数据的第一外部装置的第一计数值和具有最大计数值的第二外部装置的第二计数值，其中当第一外部装置和第二外部装置的计数值之差大于一个预定的阈值，通信初始化步骤初始化与第一外部装置的通信。
16.如权利要求15所述的无线通信方法，其中，计数步骤把第一计数值和最大计数器增量步长与第一外部装置的计数器增量步长之差相加，最大计数器增量步长是多个外部装置的最大计数器增量步长。
全文摘要
一个无线通信系统包括一个队列信息搜索单元，用于搜索提供到一个分组单元的数据的队列状态信息，一个通信优先级确定单元，用于根据搜索到的队列状态信息决定多个外部装置的通信优先级，给予队列中具有最多的分组数量的外部装置一个高的优先级，一个通信初始化单元，用于依据判定的通信优先级初始化和多个外部装置的通信，一个计数器，用于计数多个外部装置中每一个的通信被初始化的次数，和一个比较器，用于比较相对于发送数据的第一外部装置的计数值和具有最大计数值的第二外部装置的第二计数值。因此，当一个无线通信装置和多个无线通信装置之间进行数据发送和接收时，无线通信系统可以保证既有大的吞吐量又有好的公平性。
文档编号H04L12/56GK1499742SQ0313668
公开日2004年5月26日 申请日期2003年3月24日 优先权日2002年11月5日
发明者李泰珍, 车均铉, 张起寿, 权五锡, 朱良翊, 吴宗洙, 金用锡, 严斗燮 申请人:三星电子株式会社