專利名稱：基于存留矢量的使用率修正系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在多個用戶之間的有限資源使用的分配。具體說，本發(fā)明涉及根據(jù)一 組持續(xù)矢量的使用率修正。
背景技術：
共享資源是一種可以由多個用戶使用的資源。具有有限利用率或容量的共享資源 包括例如電站以及其他能源站、供水系統(tǒng)例如水庫和流動體，分配貨物和/或材料的供給 系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)通信網絡和路徑的各種實例。因而，與在多個用戶間分配共享資源的使用所 關聯(lián)的問題可以在許多不同的范圍中產生。無論是在何種范圍中，在許多系統(tǒng)中可以找到 至少具有下述情況的這種資源 共享資源的容量或利用率可以以每時間度量的有限單位頻度(rate)R的形式 來表示(例如千瓦/小時、加侖/分鐘、箱/星期或位/秒)； 在任意特定時間，該資源由η個不同用戶使用，其中η是非負整數(shù)；以及 在任意特定時間，第i位用戶(其中1彡i彡η)的使用率可以用每時間度量的 有限單位使用率Ui來表征。在圖1中示出了這種系統(tǒng)的基本模型，其中資源100由用戶120a_d分別以110a_d 的頻度進行使用。依據(jù)特定的實行過程，表征共享資源的頻度R可以指示資源的實際或估 計容量極限(例如在通信路徑的情況下)或者，頻度R可以是指示資源最大安全或可容許 負載的閾值(例如在發(fā)電設備或裝置情況下)。類似地，使用率 可以指示實際使用、預期 使用或使用請求或需求。當η個使用率 的總和在任意時間超過值R時，就會引起過載情況。例如，對于 電站，當總電流抽取(current draw)超出額定容量時，就會產生過載情況。對于數(shù)據(jù)通信 路徑，當總數(shù)據(jù)傳輸率超過路徑實際容量就會引起過載情況，因而破壞了傳輸中的數(shù)據(jù)。在 某些情況中例如供水系統(tǒng)或材料倉庫的情況下，過載情況也可以指示出雖然目前滿足了用 戶的需求，但保留或緩沖容量正在被耗盡。依據(jù)資源特性，過載情況的后果各不相同，可能包括需要一段資源恢復的離線周 期(例如使發(fā)電系統(tǒng)冷卻或補充水庫)或為了能讓由于過載而使先前嘗試過且失敗的使用 重新進行，需要對容量進行擴展。該資源甚至會變得臨時或永遠也不能恢復到其先前的容 量。在任何情況下，通常如果可能的話，總是希望避免過載的情況。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明實施例的一種系統(tǒng)包括資源和許多資源用戶。資源的每個用戶具有一 個使用率和一組存留矢量，并且資源的用戶使用至少部分取決于用戶的使用率。當在使用
5率總數(shù)和資源容量的某種度量之間出現(xiàn)預定的關系，那么，至少這些用戶中的一個將至少 根據(jù)其存留矢量組改變其使用率。


圖1示出一種具有共享資源的系統(tǒng)的圖例。圖2示出一種具有共享資源和控制單元的系統(tǒng)的圖例。圖3示出一種具有一個消費者、多個生產者和一個公共通道的系統(tǒng)的圖例。圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的方法。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的方法。圖6示出圖5方法的變化。圖7示出圖5方法的附加變化。
具體實施例方式當在依據(jù)圖1的系統(tǒng)中出現(xiàn)過載情況時，用戶120可能不會知道發(fā)生了過載，特別 是如果資源為了滿足用戶的需要而消耗了保留容量。即使過載情況引起可供用戶的資源可 用性下降到用戶預期或需求之下，用戶可能也不能驗證這種不足是由于資源過載還是由于 供給路徑中另一部件的故障而引起的。而且，在某些應用中，例如無線數(shù)據(jù)通信，可能也不 存在用戶可以被及時告知過載的反饋機制。因而用戶可能會在不知道過載問題的情況下繼 續(xù)使用該資源。在這種情況下，就需要一種包括通過警告信號告知用戶過載情況的能力的 系統(tǒng)。圖2示出這種系統(tǒng)的實例，其中控制單元230接收有關由用戶220a_d使用的資源 200的信息，并且在各自的通信路徑240a-d上向用戶220a_d發(fā)送反饋信息例如警告信號。 注意控制單元230可以作為資源200的一部分或作為用戶220a-d之一的一部分來實現(xiàn)如果用戶知道了過載情況，那么，就存在由用戶驅動的補救的可能性。在這種情況 下，如果至少某些用戶能彼此進行通信，那么就可以協(xié)商例如減少使用率的解決方案。然 而，在許多情況下，用戶間的這種通信可能難以獲得、不切實際或者其它情況下是不希望 的，在這種情況下，一種備擇的控制機構可提供用于控制資源的使用。這種備擇控制機構可 以是集中式和/或非集中式的。如果可以獲得對用戶將來使用需求的完整了解，那么，在理論上就可能構建一種 優(yōu)化的使用調度，這種調度將盡可能滿足用戶的需求，而又完全避免所有過載情況。然而， 在許多實際系統(tǒng)中，即使對于用戶本身也不知道他將來的需要。一種在這種系統(tǒng)中避免過 載情況的途徑是依據(jù)當前的使用需求例如，通過僅以請求為基礎給予用戶使用率分配。然 而，為了能將來自用戶的使用請求傳回控制單元，這種方案將需要向上通信路徑，而這種路 徑在別的方案中并不需要。而且，在接收、處理和響應這種請求中會引起額外的代價和延 遲。為了避免請求/給予方案的一些缺點，可能設計一種非集中式系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中 由用戶共享控制。在這種系統(tǒng)中的控制單元集中精力對過載情況進行預測和避免過載情 況，而產生足夠的反饋信息以允許用戶將他們自己的使用控制在某種程度。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法可以在符合圖1模式的任意系統(tǒng)中實現(xiàn)，其中用戶可以獲得過載情況的通知(如圖2的經修改系統(tǒng))。在圖3中示出這種系統(tǒng)的示范應用，其中用 戶320a-d是數(shù)據(jù)生產者、資源300是將生產者與數(shù)據(jù)消費者350鏈接的公共傳輸信道，并 且控制單元330從消費者接收使用信息。生產者通過以速率310a-d或低于它們的速率分 別向消費者350發(fā)送數(shù)據(jù)來使用資源300，并且它們從控制單元接收各自的信號340a-d (這 些信號可以包括反饋和/或其他控制信息)。一種可能的示范應用實現(xiàn)是CDMA電信系統(tǒng)的反向鏈路。在這種情況中，每個生產 者可以包括1)發(fā)射機，例如移動電話或WLL(無線本地環(huán)路)站，連接到2)數(shù)據(jù)產生裝置， 例如膝上電腦或銷售點終端，通過PCMCIA卡或類似接口，并輸出以IP或任何其他適合的協(xié) 議封裝在包中的數(shù)據(jù)。消費者350和控制單元330可以是基站的一部分，并且控制信號340 可以在前向鏈路上傳送。已經實現(xiàn)了幾代CDMA電信系統(tǒng)和其幾種版本。然而，大多數(shù)這些 CDMA系統(tǒng)已經設計用于傳送數(shù)字化語音通信，在此所述的該方法特別適用于為具有寬變化 傳輸率的生產者服務的網絡，例如純數(shù)據(jù)網絡或語音-數(shù)據(jù)混合網絡。參照圖2的系統(tǒng)，在圖4中描述了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的方法。在該方法中，在 任意給定時間用戶的資源使用由有關預定使用率確定。如框400所示，特定用戶配置為具 有使用率ι>使用率rj是一組m個預定可用率T1到rm之一，其中關系a < b表示ra < rb。 對于用戶并不需要具有相同的可用率組，但用于每個用戶的組應該為控制單元230所知， 以便其能可靠預測資源使用的狀態(tài)，并適當?shù)匕l(fā)出警告信號。對于每個用戶可用率組也可 能由控制單元230進行周期性或其他形式的更新。頻度選擇、指定和分配的方案，該方案可 以用于結合本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中，包括在共同待批專利申請?zhí)?9/264，297名為“METHOD OFRATE ALLOCATIONIN A DATA COMMUNICATIONS NETWORK”(19993. 4 申請，并已轉讓給本發(fā) 明的受讓人)以及 09/410，199 名為 “SYSTEM AND METHOD F0RPERSISTENCE VECTOR BASED RATE ASSIGNMENT”(在此共同申請，已轉讓給本發(fā)明的受讓人，并引入該申請所揭示的內容 作為參考)中所描述的那些內容。注意使用率 可以指示最大可用率，即允許以給定頻度使用資源，而不是請求。除 使用率外，用戶使用資源的實際頻度可以依賴其他因素，例如用戶的當前需要和/或使用 資源的能力。同樣，注意用戶使用資源的實際頻度不需要是可用率組中的一員。在一個特定實施例中，每個用戶具有系統(tǒng)固定的可用率組，其中每個頻度表示為 千位每秒(Kb/s)并且將頻度組設計為以2的冪遞增。因為頻度的加倍需要功率的加倍以保 持相同的每位的能量與噪聲功率頻譜密度的比值(EbZX)，這樣，每個頻度階躍對應于3dB 的功率躍階。在本實例中的可用率值包括4. 8,9. 6、19. 2,38. 4,76. 8、153. 6以及307. 2Kb/
So除使用率外，每個用戶還具有存留矢量組，盡管在系統(tǒng)也可以有缺少存留矢量組 的其他用戶。每個這種矢量的長度可以是大于0的任意整數(shù)，并且代表了一種概率，就是 使用率將是可用率組中對應的一個的概率。在示范應用中，每個矢量元素是代表從0到1 概率的存留值。存留矢量組可以對每個用戶唯一，或可以為特定一類中的所有用戶分配同 一組存留矢量，或為系統(tǒng)中的所有用戶分配同一組存留矢量。同樣，存留矢量組可以是用 戶操作的永久特征，或它可以由控制單元230產生，在這種情況它可以進行周期性或其他 方式更新。存留矢量分配和使用的其他相關方面在共同待批的申請?zhí)?9/410，199名為 "SYSTEMAND METHOD FOR PERSISTENCE VECTOR BASED RATE ASSIGNMENT”(引入該申請所
7揭示的內容作為參考)中有討論。在這種方法中，用戶的存留矢量組包括一個具有(m-1)個元素的矢量P，其中P = {Pk，因而1彡k彡m-1}，而m是用戶可用率組成員的數(shù)目。(矢量P可以是存留矢量組中 唯一的矢量，或可以根據(jù)如最近使用率或最近該用戶的實際頻度為標準從組中的其他矢量 中選擇矢量P。)矢量P可以(但不一定要)具有概率密度函數(shù)形式，其中其元素(或由其 元素代表的值)的總和等于或實質上等于1。在框410中，用戶從控制單元230接收警告信號。這種警告信號會在，例如， 當檢測到實際或即將發(fā)生過載情況時產生，并且它會被發(fā)送給所有的用戶或僅發(fā)送給 用戶的子集(例如僅發(fā)送給具有存留矢量的用戶)。一種系統(tǒng)的各種實施例和應用， 其中警告信號由反向鏈路信號中的忙碌位表示，在共同待批的申請?zhí)?9/346，882名為 "METHOD AND APPARATUS FOR SIGNAL COMBINING INA HIGH DATA RATE COMMUNICATION SYSTEM”(1999.7.2申請，并已轉讓給本發(fā)明的受讓人)中有描述。依據(jù)接收警告信號，如框420所示，用戶產生隨機數(shù)χ。χ的范圍和分布僅由特定 的實現(xiàn)來限定；在示范應用中，X代表從范圍在0到1上具有均勻分布的組中得出的值。在 框430中，χ的值以存留值P」為對照進行測試，其中P」是對應于使用率&的存留矢量的元 素。如果測試失敗(即χ不小于PP，那么如框440所示，用戶的使用率不受過載情況的影 響。如果測試成功(即χ小于PP，那么如框450所示，用戶的使用率從&減少為IV115如 果用戶的使用率已經是用戶可用率組中最小頻度，那么框450中的成功可能指示將預定的 較低頻度減少，或甚至是服務拒絕。該方法也可以進行修改以允許依據(jù)為χ和P」所選值的 特定特征，使用χ和P」間的許多其他關系中的一種代替如框430所示的測試情況。注意給予存留矢量P的元素的值將部分影響如何使資源使用的重新分配在以不 同使用率開始的用戶中進行偏置。例如，更加合理的重新分配可以通過為對應于高使用率 的存留矢量P元素選擇較大值，而為對應于低使用率的P元素選擇較小值來實現(xiàn)。這種方 案使得當前具有高使用率的用戶更加可能會減少其使用率，而使得已經具有低使用率的用 戶更加不可能進一步減少其使用率。注意在每個存留矢量與可用率組的特定成員關聯(lián)的情 況下，這些矢量之間的關系也將偏置資源使用的重新分配。也要注意上述頻度加倍方案的 使用(或在使用率組中類似的非恒定分配)將使得高使用率的用戶使用率減少以釋放超過 低使用率用戶使用率減少的更多資源容量。上述方法的許多變化可以用于本實施例的應用中。例如，用戶可以共享同一存留 矢量組，或可以分配不同的存留矢量組以允許在用戶中實現(xiàn)優(yōu)先權方案。在另一變化中，每 個存留矢量的第一個元素可以消除(或設定為代表概率為1)，以便已經具有最小使用率的 用戶將不會進一步遭減少。同樣，在存留矢量的第一元素中有多于1個的元素也會這樣進 行處理以保護其他低使用率用戶。對使用率的附加限制可以作為特定實施例的其他問題方面的后果存在。例如，用 戶實際使用或訪問共享資源的頻度可以由例如用戶目前容量和概率的因素來限制。因而， 用戶就可能使用或可能允許使用低于由本方法或類似方法給予的使用率的使用率?？赡芟Ｍx擇頻度R (共享資源的容量度量)作為閾值，而不是共享資源的實際容 量，以便在發(fā)生過載情況之前產生警告信號，因而允許系統(tǒng)反應以避免這種情況。這種情況 下，閾值R的選擇至少要考慮到(1)系統(tǒng)響應中的最長可能延遲，如由警告信號生成和在總資源使用中跟著發(fā)生的減少之間的最大時間所表征，以及(2)在這種延遲周期期間資源使 用中的最大可能增量。參照圖2，在圖5中描述了一種根據(jù)本發(fā)明第二實施例的方法。相對于上述方法， 該方法允許用戶使用率減少到可用率組中任意其他的頻度，而不是僅是某個特定頻度。如 在上述方法中，配置用戶具有來自可用率巧到rm用戶組中的使用率& (如框500所述)，并 且具有(m-Ι)個元素的存留矢量P，該矢量可以根據(jù)例如下標j從組中進行選擇。在框510 中，從控制單元230接收警告信號，并且在框520中，用戶如上所述產生隨機數(shù)χ。在此階 段，用戶也將下標k設定為與下標j相等。在框530中，χ的值與存留值為對照進行測試，其中Pk是對應于使用率Uk的存留 矢量P的元素。如果測試失敗(即X不小于Pk)，那么在框560中下標j設定等于k，并且 通過給用戶配置具有使用率本方法在框570結束。在這種情況下，換句話說，用戶使用 率沒有受過載情況的影響。如果在框530中的測試成功(即χ小于Pk)，那么就測試下標k的值，如果k已經 是其最小值(即在本實施例中為1)，那么該過程在上述框560和570中繼續(xù)。否則，就將k 的值遞減(即減小1)，并且重復測試。在這種方法下，當最終到達框570，用戶可以配置為 具有組中任意的使用率，該使用率等于或小于在框500中示出的使用率。對該方法再次進 行改變以允許依據(jù)為χ和Pk所選值的特定特征，使用χ和Pk值之間的許多其他關系中的一 種代替如框530所示的測試條件。在如圖6所示的本方法的變化中，可能拒絕用戶對共享資源的使用?？?40由框 542代替，在框542中允許下標k達到值零。當這種情況發(fā)生時，在框580中用戶就配置為 具有無效使用率。該無效使用率可以代表在可用率組外的某些預定頻度(例如從保留容量 中得到的最小頻度)或它可以代表零使用率，因而是完全的使用拒絕。圖7示出圖5方法 的附加變化，其中在每個循環(huán)迭代的框526中產生一個新的隨機數(shù)x(在本變化中，如在框 522中，可以減少框520以僅包括下標k的初始值)。相對于在圖4-7中所示出的方法，注意所選使用率的最小限度可以通過將對應于 該頻度的存留矢量元素設定為任意較小的頻度以指示概率為1來建立(即在圖4-7實例中 設定這些元素為0)。在這種情況下，當達到該頻度時(或當由已經具有較低使用率的用戶 調用該過程時)在框430和530中的測試將失敗，并且不會發(fā)生使用率中的進一步減少。前面所提供的對較佳實施例的描述使得本領域的熟練技術人員能夠制造或使用 本發(fā)明?？梢詫@些實施例進行各種變化，并且在此所出現(xiàn)的基本原理可以也應用于其他 實施例。例如，不是從1開始，下標例如可用率組的這些下標以及參照存留矢量可以以零或 任意其他數(shù)字或符號開始。同樣，在可用率組中，關系a < b可以表示ra > rb，或可以以某 種其他順序對各種頻度進行分配來代替。另外，本發(fā)明可以作為硬件電路、構成專用集成電路的電路配置或加載在非易失 存儲器中的固件程序或從數(shù)據(jù)存儲媒體中加載或載入其的軟件程序，例如機器可讀代碼 (這種作為指令的代碼可以由邏輯陣列元件例如微處理器或其他數(shù)字信號處理單元執(zhí)行) 部分或完全實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明并不是要限制在所示的實施例中，而是根據(jù)與在此以任意形 式揭示的原理和新穎特征相符合的最大范疇。
權利要求
一種共享資源的方法，包括以來自一使用率組中的第一使用率使用共享資源；接收警告信號，所述警告信號涉及所述共享資源的使用；生成一隨機數(shù)；將所述隨機數(shù)與來自存留矢量中的至少一個存留值進行測試，其中所述存留矢量包括針對所述使用率組中每個使用率的存留值；如果所述測試失敗，配置所述使用率為等于所述第一使用率；以及如果所述測試成功，配置所述使用率為等于從所述使用率組中選出的第二使用率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括 響應于所述警告信號以所配置的使用率使用所述共享資源。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述第二使用率小于所述第一使用率。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述存留矢量代表從0到1的概率。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，當檢測到過載情況時，發(fā)布所述警告消息。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，進一步包括將所述警告信號發(fā)送給用戶的子集，其中所述共享資源由多個所述用戶使用。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述警告信號被發(fā)送給所有的所述用戶。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，其中，每個用戶具有一使用率組。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，進一步包括由有關預定使用率確定每個用 戶的使用率。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，其中，所述使用率是最大可用率。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，其中，所述使用率是η個預定值組中的一個值。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，進一步包括 基于所述使用率組預測資源使用的狀態(tài)。
13.如權利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述用戶的子集包括具有存留矢量 的用戶。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述警告信號由反向鏈路信號中的 忙碌位表示。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述隨機數(shù)代表從范圍在0到1上具 有均勻分布的組中得出的值。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述存留值是對應于一使用率的存 留矢量的元素。
17.如權利要求1-16中任一權利要求所述的方法，其特征在于，其中，所述資源是用于 數(shù)據(jù)通信的無線CDMA信道的反向鏈路。
18.如權利要求1-16中任一權利要求所述的方法，其特征在于，其中，所述用戶是無線 發(fā)送設備。
19.一種用于共享資源的設備，包括用于以來自一使用率組中的第一使用率使用共享資源的裝置； 用于接收警告信號的裝置，所述警告信號涉及所述共享資源的使用； 用于生成一隨機數(shù)的裝置；用于將所述隨機數(shù)與來自存留矢量中的至少一個存留值進行測試的裝置，其中所述存 留矢量包括針對所述使用率組中每個使用率的存留值；如果所述測試失敗，用于配置所述使用率為等于所述第一使用率的裝置；以及 如果所述測試成功，用于配置所述使用率為等于從所述使用率組中選出的第二使用率 的裝置。
20.如權利要求19所述的設備，其特征在于，其中，所述至少一個存留矢量中的每個存 留矢量對應于用戶的可用率組中的一個成員。
21.如權利要求19所述的設備，其特征在于，其中，所述用戶是多個用戶中的一個，其 中，所述多個用戶的每個用戶具有相同的可用率組。
22.如權利要求19所述的設備，其特征在于，進一步包括控制裝置，所述控制裝置將 所述警告信號發(fā)送給所述共享資源的至少一個用戶。
23.一種方法，包括以來自一使用率組中的第一使用率使用共享資源； 接收警告信號，所述警告信號涉及所述共享資源的使用； 生成一隨機數(shù)；將所述隨機數(shù)與來自存留矢量中的至少一個存留值進行比較，其中，所述存留矢量包 括用于所述使用率組中每個使用率的存留值；依據(jù)所述比較，從使用率組中選擇第二使用率；并且 響應于接收所述警告信號，以第二使用率使用共享資源。
24.一種設備，包括用于以來自一使用率組中的第一使用率使用共享資源的裝置； 用于接收警告信號的裝置，所述警告信號涉及所述共享資源的使用； 用于生成一隨機數(shù)的裝置；用于將所述隨機數(shù)與來自存留矢量中的至少一個存留值進行比較的裝置，其中，所述 存留矢量包括用于所述使用率組中每個使用率的存留值；用于依據(jù)所述比較，從使用率組中選擇第二使用率的裝置；并且 響應于接收所述警告信號，用于以第二使用率使用共享資源的裝置。
25.一種方法，包括使用具有容量度量的共享資源，所述共享資源由多個用戶共享，每個用戶具有一使用 率和一組存留矢量；至少部分依據(jù)所述多個用戶中的每個用戶的使用率來確定所述共享資源的使用； 依據(jù)所述多個用戶的存留矢量組中的至少一個來改變所述多個用戶中的至少一個用 戶的至少一個使用率；接收警告信號，所述警告信號涉及所述共享資源的使用；獲得一隨機數(shù)，其中至少部分通過比較所述隨機數(shù)和存留矢量的至少一個元素來確定所述共享資源的使用。
26. 一種設備，包括用于使用具有容量度量的共享資源的裝置，所述共享資源由多個用戶共享，每個用戶 具有一使用率和一組存留矢量；用于至少部分依據(jù)所述多個用戶中的每個用戶的使用率來確定所述共享資源的使用 的裝置；用于依據(jù)所述多個用戶的存留矢量組中的至少一個來改變所述多個用戶中的至少一 個用戶的至少一個使用率的裝置；用于接收警告信號的裝置，所述警告信號涉及所述共享資源的使用； 用于獲得一隨機數(shù)的裝置，其中至少部分通過比較所述隨機數(shù)和存留矢量的至少一個 元素來確定所述共享資源的使用。
全文摘要
當具有有限容量的資源由多個用戶共享時，用戶的使用率就可能超過資源的容量，因而引起過載情況。在根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)或方法中，至少一些用戶具有存留矢量組。當檢測到過載情況時，至少根據(jù)用戶的存留矢量改變這些用戶中至少一個用戶的使用率。
文檔編號G06F17/10GK101894043SQ20101024434
公開日2010年11月24日 申請日期2000年9月29日 優(yōu)先權日1999年9月30日
發(fā)明者M·S·格羅布, P·E·本德, R·潘卡 申請人:高通股份有限公司