无线通信设备和使用频带确定方法 【技术领域】
本发明涉及无线通信设备和使用带宽确定方法，特别涉及用于TCP(传输控制协议)流和UDP(用户数据报协议)流共存的无线通信系统中的无线通信设备和使用带宽确定方法。
背景技术
在今天的IP网络中，不仅考虑数据通信路径的带宽、而且考虑包含数据通信路径的延迟等的服务质量(QoS)的通信方法正处于研究之中。DiffServ(Differentiated Services，差异服务)是这种考虑QoS的方法的示例，其中为每个流设置服务类型(CoS)，并且其中依赖于CoS的优先级执行路由，从而能够使通信不仅基于通信路径的拥塞状态，而且基于每个数据流的优先级。这种考虑QoS的通信方案，例如DiffServ，通常被用于有线网络。
在公开的日本专利公布No.2000-295276中，将考虑QoS地通信方案公开为一种引入IP网络中的技术，该IP网络是具有无线链路的较窄带宽，该无线链路具有与有线网络相比较高的数据错误率。在IP网络和无线通信系统之间的中间交换设备中，通过利用每个数据流的通信量、从无线基站设备所提供的无线电部件之间的通信质量信息和从用户交换机所提供的有效通信量及重发的信息来改变无线电带宽，从而保证数据流的QoS。
但是，在传统的方法中，必须改变IP网络和无线通信系统之间的中间交换设备(用户交换机)和无线基站设备的结构。在这种情况下，问题是它很难被应用于现存的无线通信系统中。而且，需要根据保证QoS所需的带宽来改变无线电带宽。然而，当不能获得所需的无线电带宽时，就存在很难保证QoS的问题。
图1是混合了TCP流和UDP流的无线通信系统中的上述问题的说明性情形。图1中，无线电带宽被固定为W′，因此，当由横线所示的TCP流的使用带宽由于发送端的流控制而波动时，该使用带宽占用了由竖线所示的UDP流的带宽。也就是说，不能保证UDP流的带宽，UDP流是实时应用数据，这会导致实时应用数据的延迟或分组丢弃。换句话说，不能保证UDP流的QoS。
【发明内容】
本发明的目的是在不改变现存基站设备和IP网络的结构的情况下，保证使用固定无线电带宽的无线通信系统中实时应用数据的QoS。
本发明的主题是通过在固定无线电带宽中同时发送UDP流和TCP流时限制TCP流的带宽，为作为实时应用的UDP流提供保证带宽。
根据本发明的一个方面，无线通信设备被构造成包含：获取器件，获取发送固定速率数据的所需带宽，该固定速率数据能够以固定数据率发送；和估计器件，基于所获取的所需带宽和用于无线通信的预定无线电带宽，估计发送可变速率数据的可用带宽，该可变速率数据能够以可变数据率发送。
根据本发明的另一个方面，使用带宽确定方法具有如下步骤：获取发送固定速率数据的所需带宽，该固定速率数据能够以固定数据率发送；和基于所获取的所需带宽和用于无线通信的预定无线电带宽，估计发送可变速率数据的可用带宽，该可变速率数据能够以可变数据率发送。
【附图说明】
图1是示出无线电带宽的传统使用示例的示意图；
图2是示出根据本发明第一实施例的IP网络和无线通信系统的结构示例的简图；
图3是示出根据第一实施例的无线通信终端设备的结构的方框图；
图4是示出根据第一实施例的TCP段的数据域示例的简图；
图5是示出根据第一实施例的无线电带宽的使用示例的示意图；和
图6是示出根据本发明第二实施例的无线通信终端设备的结构的方框图。
【具体实施方式】
以下将参照附图说明本发明的实施例。
第一实施例
图2是示出IP网络和无线通信系统的示例的简图。图2中，无线通信终端设备10和基站设备20交换共享预定无线电带宽的实时应用数据，这是UDP流，和非实时应用数据，这是TCP流。而且，基站设备20经由IP网络30与固定终端40或服务器50通信。
图3是示出无线通信终端设备10的结构的方框图。图3所示的无线通信终端设备10包含非实时应用100、TCP控制部件110、实时应用120、UDP控制部件130、IP控制部件140、重发控制部件150、无线发送接收部件160、无线资源控制部件170、带宽估计部件180和awnd(Advertised WiNDow，通告窗口)估计部件190。
非实时应用100提供能够以可变数据率发送的非实时应用服务，例如FTP(文件传送协议)和WWW(万维网)浏览。TCP控制部件110通过将TCP首部(header)例如源端口号和序列号添加到非实时应用数据中，来形成TCP段(segment)。实时应用120提供实时应用服务，例如语音和活动图像，这种服务对延迟敏感，并且需要固定的数据率。UDP控制部件130通过将端口号添加到实时应用数据中，来形成UDP段。
IP控制部件140通过将IP首部例如源地址和目的地址添加到TCP段和UDP段中，来产生IP分组。重发控制部件150通过将IP分组划分成预定大小，来执行无线链路中的重发控制。无线发送接收部件160将预定无线电处理例如编码及调制应用到被划分成预定大小的分组中，以经由天线进行发送。
当无线通信终端设备10从空闲模式转变到通信模式时，无线资源控制部件170与基站设备20协商，并且确定可使用的无线电带宽。带宽估计部件180根据可使用的无线电带宽和实时应用的所需带宽，来估计非实时应用的可用带宽。awnd估计部件190根据非实时应用的可用带宽，估计最大awnd，该最大awnd示出能够在无线通信终端设备10中被接收的分组的最大数量。
接下来，将说明具有上述结构的无线通信终端设备10的操作。
首先，在执行发送操作时，当无线通信终端设备10从空闲模式转变到通信模式时，无线资源控制部件170与基站设备20协商，并且确定可使用的无线电带宽。将预定的无线电带宽通知给带宽估计部件180。同时，由实时应用120将发送实时应用数据所需的带宽通知给带宽估计部件180。
接着，由带宽估计部件180从可使用的无线电带宽中减去实时应用数据的所需带宽，从而计算出非实时应用数据的可用带宽。所计算出的可用带宽被通知给awnd估计部件190。然后，awnd估计部件190基于所允许的非实时应用数据的可用带宽来估计TCP的最大awnd，并且将结果输出到TCP控制部件110。这里估计的最大awnd对应于能够确保UDP流的使用带宽的窗口大小，以便在无线通信终端设备10与基站设备20之间的该无线电带宽中发送实时应用数据。
接着，由TCP控制部件110从最大awnd中减去实际使用的窗口大小，从而计算出可接收的awnd。而且，由TCP控制部件110根据非实时应用100所产生的非实时应用数据(TCP数据)，产生具有图4所示的数据域的TCP段。此时，可接收的awnd被记录在TCP段的窗口域中。
TCP段被输出到IP控制部件140中，并且被添加了IP首部例如源地址和目的地址，然后产生IP分组。接着，由重发控制部件150将IP分组划分成预定大小。无线发送接收部件160将预定无线电处理例如编码及调制应用到被划分成预定大小的分组中，以经由天线进行发送。所发送的分组由基站设备20接收，并且由固定终端40和服务器50经由IP网络30从基站设备20接收该分组。当固定终端40和服务器50将数据发送到无线通信终端设备10时，对接收分组的TCP首部中包含的可接收awnd和示出设备的可发送窗口大小的cwnd(Congestion WiNDow，拥塞窗口)进行比较，并且以较小的窗口大小发送下一个TCP段。当可接收awnd较小时，固定终端40和服务器50发送等于可接收awnd的窗口大小的数量的TCP段。但是，计算可接收awnd以便确保实时应用数据的所需带宽，该实时应用数据是UDP流。因此，当TCP流被从基站设备20发送到无线通信终端设备10时，无需使用UDP流的使用带宽。
具体地说，如图5所示，例如，即使当用于无线通信终端设备10与基站设备20之间的无线电带宽被固定为W，图中由横线所示的发送TCP流的使用带宽最大为WT，而用于发送图中由竖线所示的发送UDP流的带宽总是WU。
接着，经由IP网络30和基站设备20，将所发送的TCP段发送到无线通信终端设备10。该分组由无线发送接收部件160经由天线接收，并且无线发送接收部件160将预定的无线电处理例如解码及解调应用于该分组。重发控制部件150执行重发控制，并且根据接收分组组装IP分组。将IP分组经由IP控制部件140输出，并且非实时应用数据经由TCP控制部件110被输出到非实时应用100中并且被处理，而实时应用数据经由UDP控制部件130被输出到实时应用120中并且被处理。
根据本发明，无线通信终端设备通过从用于无线通信的无线电带宽中减去实时应用数据的所需带宽，估计发送非实时应用数据的可用带宽。基于所估计的可用带宽，计算可由它自己的接收机接收的窗口大小的awnd，并且将所计算的awnd通知给固定终端和服务器，它们是被连接到IP网络的发送端。结果，固定终端和服务器在确保实时应用数据的带宽的同时，发送能够被发送的数量的非实时应用数据。以此方式，在使用固定无线电带宽的无线通信系统中，能够在不改变现存基站设备和IP网络的结构的情况下，保证实时应用数据的QoS。
第二实施例
根据本发明第二实施例的IP网络和无线通信系统的结构与图2的那些相同，所以这里省略了对它们的说明。在本实施例中，基站设备20发送其中记录了可接收awnd的TCP段。
图6是示出无线通信终端设备10的结构的方框图。在图6的无线通信终端设备中，与图3的那些相同的部件被分配给相同的标号，并且不进行更多的说明。
Cwnd估计部件200根据非实时应用的可用带宽，来估计最大cwnd，该最大cwnd示出无线通信终端设备10能够发送的分组的最大数量。
接下来，将说明具有上述结构的无线通信终端设备10的操作。
首先，在发送操作中，当无线通信终端设备10从空闲模式转变到通信模式时，无线资源控制部件170与基站设备20协商，并且确定可使用的无线电带宽，基站设备20是通信方。将预定的无线电带宽通知给带宽估计部件180。同时，由实时应用120将发送实时应用数据所需的带宽通知给带宽估计部件180。
接着，由带宽估计部件180从可使用的无线电带宽中减去实时应用数据的所需带宽，从而计算出非实时应用数据的可用带宽。所计算出的可用带宽被通知给cwnd估计部件200。然后，cwnd估计部件200基于所允许的非实时应用数据的可用带宽来估计TCP的最大cwnd，以输出到TCP控制部件110。这里估计的最大cwnd对应于能够确保UDP流的使用带宽的窗口大小，以便在无线通信终端设备10与基站设备20之间的该无线电带宽中发送实时应用数据。
接着，由TCP控制部件110从最大cwnd中减去实际使用的窗口大小，从而计算出可发送cwnd。
同时，由TCP控制部件110处理从基站设备20发送的TCP段，并且获取基站设备20的可接收awnd。接着，由TCP控制部件110比较可接收awnd与可发送的cwnd，并且以较小的窗口大小发送下一个TCP段。当可接收awnd较小时，无线通信终端设备10发送等于可接收awnd的窗口大小的数量的TCP段。但是，可接收awnd小于计算出的可发送cwnd，以便确保实时应用数据的所需带宽，该实时应用数据是UDP流。因此，无需使用UDP流的使用带宽。而且，当可发送cwnd较小时，无线通信终端设备10发送等于它自己的发送机的可发送cwnd的窗口大小的数量的TCP段。但是，计算可发送cwnd，以便确保实时应用数据的所需带宽，该实时应用数据是UDP流。因此，无需使用UDP流的使用带宽。
根据本实施例，无线通信终端设备通过从用于无线通信的无线电带宽中减去实时应用数据的所需带宽，估计发送非实时应用数据的可用带宽。基于所估计的可用带宽，计算可由它自己的发送机发送的窗口大小的cwnd。比较所计算的cwnd与基站设备所接收的窗口大小的awnd，该基站设备是通信方。以较小的窗口大小发送数据。结果，在确保实时应用数据的带宽的同时，发送能够被发送的数量的非实时应用数据。以此方式，在使用固定无线电带宽的无线通信系统中，能够保证上行链路上的实时应用数据的QoS。
如上所述，根据本发明，在使用固定无线电带宽的无线通信系统中，能够在不改变现存基站设备和IP网络的结构的情况下，保证实时应用数据的QoS。
本申请基于2002年5月30日提交的日本专利申请No.2002-156857。其全部内容以引用方式清楚地包含在本文的内容中。
产业上的可利用性
本发明可适用于无线通信设备和使用带宽确定方法。更具体地说，本发明可适用于TCP流和UDP流共存的无线通信系统中所使用的无线通信设备和使用带宽确定方法。