一種無線寬帶網絡帶寬分配和調度的系統和方法
2023-06-02 02:23:16
專利名稱：一種無線寬帶網絡帶寬分配和調度的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種無線寬帶網絡帶寬分配和調度的方法，尤其涉及802.16網絡通過帶寬分配實現各種業務調度的技術。
背景技術：
在802.16網絡系統中，一個基站(BS，Base Station)上接入的用戶站(SS，Subscriber Station)通過時分復用共享上行帶寬。BS通過分析各用戶站的業務流及其QoS參數按照一定的算法為不同的用戶站分配合適的帶寬。由於802.16是一種無線寬帶接入標準，最大帶寬可達幾十M bps，要求數據面的處理非常迅速，避免因為設備的處理能力造成擁塞。BS的帶寬分配和上行調度通道是數據面處理的一部分，要為所有的SS服務，要求1、帶寬分配要公平，遵守QoS約定，包括帶寬、延時、抖動等採納參數的要求；2、儘量獲得大的吞吐量，充分利用網絡帶寬；3、算法儘量簡單，有利於降低設備成本。
發明內容
本發明的目的在於提供一種無線寬帶網絡帶寬分配和調度的系統和方法，SS根據算法規定的策略提出帶寬申請，和BS協同工作，完成帶寬分配和上行調度；BS為不同的SS分配優先級，在各SS業務流優先級相同的情況下，優先調度高速率調製編碼方式SS的業務流，從而獲得儘可能大的吞吐量；同時通過更長時延控制選擇是否丟棄數據。該系統包括用戶站和基站，用戶站包括上行調度單元和帶寬申請單元，基站包括帶寬分配單元和下行調度單元，實現用戶站和基站之間的調度和帶寬分配的交互處理。上行調度單元將接收到的一待發送的SDU，加入到上行調度隊列，並向帶寬申請單元發送帶寬請求，帶寬申請單元根據QoS參數要求，檢查帶寬請求的合理性，通過檢查則向基站發出帶寬請求。帶寬分配單元將接收到的帶寬請求加入帶寬請求隊列，帶寬分配單元是以幀為周期處理帶寬請求隊列，帶寬分配單元以業務流的優先級為依據分配帶寬，生成帶寬分配信息，並發送到用戶站，從而上行調度單元根據帶寬分配信息，將SDU在分配的上行帶寬上調度發送。該方法是以物理幀周期執行帶寬的分配運算，先為業務流中不參與調度的仿真電路類業務自動周期性地分配固定帶寬。扣除固定帶寬後，規定業務流中其它各類業務的優先級，以便分配剩餘帶寬。在保證QoS參數約定優先級的情況下，使調製編碼方式參與運算，獲得新的優先級，按新的優先級分配剩餘帶寬。對於實時類業務的帶寬請求，如果最小帶寬的分配不能滿足QoS參數中的時延要求，SS要保留相應的SDU數據一個預先設定時間，超過該延時則丟棄這些SDU數據，以後通過累積型帶寬請求通知BS修改帶寬請求量。
本發明提出的帶寬分配和調度方法能夠實現各種業務的QoS，並能獲得較大的吞吐量；同時算法較為簡單，有利於軟/硬體實現，降低設備成本。
圖1是說明根據本發明所構造的系統，其中，本圖所示的帶寬請求也可能是上行數據的一部分；圖2是說明根據本發明的方法，基站BS帶寬分配處理流程；圖3是說明根據本發明的系統和方法，上行調度和帶寬分配交互的過程。
具體實施例方式
首先說明數據由基站到用戶站稱為下行；由用戶站到基站稱為上行。下行帶寬由BS自行分配，下行調度由BS單獨完成；上行帶寬分配由BS/SS協同完成，SS在分配的帶寬上進行上行調度。
帶寬分配和調度涉及到以下幾個部分如圖1所示基站帶寬分配模塊或稱帶寬分配單元，基站下行調度模塊或稱下行調度單元，用戶站帶寬申請模塊或稱帶寬申請單元，用戶站上行調度模塊或稱上行調度單元。其中，各模塊能夠完成各種功能，實現用戶站和基站之間的調度和帶寬分配的交互處理，比如基站下行調度模塊完成下行帶寬分配，生成下行帶寬分配情況信息以便用戶站獲取屬於自己的下行數據；管理下行SDU隊列；調度各用戶站業務流的SDU形成MAC幀後發送到物理層模塊。
基站帶寬分配模塊管理帶寬請求隊列；完成上行帶寬分配；生成上行帶寬分配情況信息以便於用戶站完成上行調度。
用戶站帶寬申請模塊根據算法策略提出帶寬申請，而不是上層需要發送數據就提出申請。這樣就減輕了基站的帶寬分配模塊的處理負擔。
基站上行調度模塊根據基站生成的上行帶寬分配情況信息，調度個業務流的PDU發送到物理層模塊。
本發明所述帶寬分配和調度方法具體如下。
參看圖2，業務流分為四類仿真電路類、實時類、非實時類、盡力而為類。仿真電路類業務帶寬需求固定，為了節省BS的帶寬分配算法開銷，這類業務不產生帶寬請求，不參與調度，BS帶寬分配模塊定時為其分配帶寬。其他三類業務流會產生帶寬請求，BS帶寬分配模塊在扣除定時為仿真電路類分配的帶寬後，在剩餘的帶寬B1上為這三類業務分配帶寬。
各類業務流優先級不同，規定實時類高於非實時類、非實時類高於盡力而為類；同類業務流還有用戶定義的優先級；對於用戶級優先級相同的同類業務流，BS默認高速率調製編碼方式的SS有更高的優先級。
BS先為所有實時類業務分配其所需的最小帶寬，剩餘帶寬B2由實時類業務(需要額外帶寬，即最大帶寬與最小帶寬之差)與非實時類業務按優先級分配。BS根據QoS配置的優先級和調製編碼方式來規定新的優先級新優先級＝QoS參數優先級*32+調製編碼方式權重QoS參數優先級＝0~7；為了保證QoS參數優先級影響，對其值乘上32；調製編碼方式權重＝0＝BPSK(CC 1/2)1＝QPSK(RS+CC/CC 1/2)2＝QPSK(RS+CC/CC 3/4)3＝16-QAM(RS+CC/CC 1/2)4＝16-QAM(RS+CC/CC 3/4)5＝64-QAM(RS+CC/CC 2/3)
6＝64-QAM(RS+CC/CC 3/4)7＝QPSK(BTC 1/2)8＝QPSK(BTC 3/4)9＝16-QAM(BTC 3/5)10＝16-QAM(BTC 4/5)11＝64-QAM(BTC 2/3)12＝64-QAM(BTC 5/6)13＝QPSK(CTC 1/2)14＝QPSK(CTC 2/3)15＝QPSK(CTC 3/4)16＝16-QAM(CTC 1/2)17＝16-QAM(CTC 3/4)18＝64-QAM(CTC 2/3)19＝64-QAM(CTC 3/4)按新優先級對所有實時類業務和非實時類業務排序。根據統計有遞減序列a[N]；第i個業務分配的帶寬＝min(B2*a[i]，QoS規定的最大帶寬)剩餘帶寬B3分配給盡力而為類業務，根據統計有遞減序列b[N]1.計算新優級＝QoS參數優先級*32+調製編碼方式權重，排序2.B＝B33.為第i個盡力而為類業務流分配帶寬＝B*b[i]，4.更新剩餘帶寬B，如B＞0轉3，否則結束。
(注N、i為自然數，a[N]、b[N]是定點小數)對剩餘帶寬的分配使用遞減序列參數來為不同優先級的業務流分配不同的帶寬，遞減參數序列根據業務統計信息確定，自適應調整。使用遞減序列參數來保證給不同優先級的業務流分配不同的帶寬，避免了複雜的計算，整個算法簡單易於實現。
BS以物理幀周期執行帶寬分配算法，如果某個帶寬請求的數據在下一幀能容納則從帶寬請求隊列中刪除這個帶寬請求，否則，修改該帶寬請求的數據量。對於實時類業務，如果按上行帶寬分配和調度不能滿足時延要求，SS要保留相應的SDU數據一個預先設定時間(一般大於QoS參數中的最小時延3倍)，超過該延時則丟棄這些SDU數據，以後通過累積型帶寬請求通知BS修改帶寬請求量。也就是說，對於實時類業務，如果最小帶寬分配不能滿足時延要求，SS便設立更長定時決定是否丟棄部分數據。這是因為對於實時類業務，網絡繁忙時，可能分得最小帶寬，如果較大的數據包請求帶寬，可能不滿足延時要求，設立更長延時定時器，避免偶然的網絡繁忙丟失數據，同時在網絡持續繁忙時，丟棄部分數據，因為超過更長延時的數據對實時類業務已無意義。
參看圖3，SS上行調度模塊管理上行SDU隊列，收到一個SDU即向帶寬申請模塊發送一個帶寬請求，帶寬申請模塊根據QoS參數要求，檢查該請求的合理性，通過檢查則向BS發出帶寬申請(即SS根據算法規定的策略提出帶寬請求)。這樣就減輕了BS帶寬分配模塊的負擔，提高了其帶寬分配的效率。
上行調度和帶寬分配如下SS收到一個待發送的MAC SDU；SS上行調度模塊將待發送的MAC SDU加入上行調度隊列，向帶寬申請模塊發送一個帶寬請求；SS帶寬申請模塊根據QoS參數要求，檢查該請求的合理性，通過檢查則向BS發出帶寬申請；BS帶寬分配模塊將收到的帶寬請求加入帶寬請求隊列；BS帶寬分配模塊以幀為周期處理帶寬請求隊列；BS帶寬分配模塊生成上行帶寬分配信息(比如通過之前描述的帶寬分配方法來實現並分配帶寬)，發送到SSSS上行調度模塊將各業務流的SDU在分配的上行帶寬上形成MAC幀後調度發送。
因而，用戶站不是有數據就請求帶寬，而是經過分析處理後提出帶寬申請。
下行調度和帶寬分配如下BS收到一個待發送的MAC SDU；BS下行調度模塊將待發送的MAC SDU加入下行調度隊列，向帶寬申請模塊發送一個帶寬請求；
BS帶寬分配模塊將收到的帶寬請求加入帶寬請求隊列；BS帶寬分配模塊以物理幀為周期處理帶寬請求隊列；BS帶寬分配模塊生成下行帶寬分配信息(比如通過之前的帶寬分配方法來實現並分配帶寬)；BS下行調度模塊將各業務流的SDU在分配的下行帶寬上調度形成MAC幀後發送。
本發明中，由於仿真電路類業務不參與調度，減輕了調度和帶寬分配算法處理的效率；調製編碼方式參與優先級計算，使得具有較高調製編碼的用戶站可能獲得較大帶寬，能提高帶寬利用率和網絡吞吐量；用戶站按算法規定的策略提出帶寬申請，減輕了BS帶寬分配模塊的計算負擔，提高了其帶寬分配的效率。本發明中這類特殊操作維護通道建立的方法，給按優先級排列的業務流分配帶寬時，優先級越高，可能分得的帶寬越大，其使用遞減序列參數來給不同優先級的業務流分配不同的帶寬，避免了複雜的計算，同時保證了公平性。
權利要求
1.一種無線寬帶網絡的帶寬分配和調度的方法，其特徵在於，包括a、以物理幀周期執行帶寬的分配運算，先為業務流中不參與調度的仿真電路類業務自動周期性地分配固定帶寬；b、扣除上述固定帶寬後，規定業務流中其它各類業務的優先級，以便分配剩餘帶寬；c、在保證QoS參數約定優先級的情況下，使調製編碼方式參與運算，獲得新的優先級；d、按所述新的優先級分配剩餘帶寬。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括請求帶寬分配的業務流中其它各類業務包括實時類業務、非實時類業務和盡力而為類業務；扣除固定帶寬後，首先為所有實時類業務分配其所需的最小帶寬。
3.如權利要求2所述的方法，進一步包括對於實時類業務，如果最小帶寬的分配不能滿足QoS參數中的時延要求，用戶站要保留相應的SDU數據一個預設時間，超過該預設時間則丟棄這些SDU數據，以後通過累積型帶寬請求通知基站修改帶寬請求量。
4.如權利要求3所述的方法，進一步包括該預設時間大於QoS參數中最小時延的3倍。
5.如權利要求1、2、3或4所述的方法，進一步包括對剩餘帶寬的分配使用遞減序列參數來為不同優先級的業務流分配不同的帶寬；遞減參數序列根據業務統計信息確定，自適應調整。
6.如權利要求1、2、3、或4所述的方法，進一步包括在上行調度時的帶寬分配，首先要由用戶站根據QoS參數要求，檢查帶寬請求合理性，檢查通過後才向基站發出帶寬請求，實施步驟a；在下行調度時的帶寬分配，則直接實施步驟a。
7.一種無線寬帶網絡的帶寬分配和調度的系統，其特徵在於，包括用戶站包括上行調度單元和帶寬申請單元，基站包括帶寬分配單元和下行調度單元，實現用戶站和基站之間的調度和帶寬分配的交互處理；其中，針對上行調度的帶寬分配上行調度單元將接收到的業務流的一待發送的SDU，加入到上行調度隊列，並向帶寬申請單元發送帶寬請求；帶寬申請單元根據QoS參數要求，檢查該帶寬請求的合理性，如果通過檢查，則向基站發出帶寬請求；帶寬分配單元將接收到的帶寬請求加入帶寬請求隊列；帶寬分配單元是以幀為周期處理帶寬請求隊列；帶寬分配單元按優先級分配帶寬，生成帶寬分配信息，發送到用戶站；上行調度單元根據帶寬分配信息，將各業務流的SDU在分配的上行帶寬上調度形成MAC幀後發送。
8.如權利要求7所述的系統，進一步包括其中，針對下行調度的帶寬分配下行調度單元將基站接收的業務流的一待發送的SDU，加入到下行調度隊列，並向帶寬分配單元發送帶寬請求；帶寬分配單元將接收到的帶寬請求加入帶寬請求隊列，並以幀為周期處理帶寬請求隊列；帶寬分配單元按優先級分配帶寬，生成帶寬分配信息；下行調度單元根據帶寬分配信息，將各業務流的PDU在分配的下行帶寬上調度形成MAC幀後發送。
9.如權利要求7或8所述的系統，進一步包括帶寬分配單元生成的帶寬分配信息，是根據權利要求1-6所述的方法之一來實現並分配帶寬的。
全文摘要
本發明涉及一種無線寬帶網絡帶寬分配和調度的系統和方法，在網絡系統中基站和用戶站交互，基站的帶寬分配單元為業務流中不參與調度的仿真電路類業務自動周期性地分配固定帶寬；扣除上述固定帶寬後，規定業務流中其它各類業務的優先級，調製編碼方式參與優先級計算，按優先級和遞減參數序列分配剩餘帶寬；用戶站按策略提出帶寬申請；這樣做到了為業務分配帶寬時公平，遵守QoS約定，包括帶寬、延時、抖動等參數的要求，以獲得儘量大的吞吐量，充分利用了網絡帶寬，算法儘量簡單，有利於降低設備成本。
文檔編號H04Q7/38GK1925365SQ20061011335
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年9月25日
發明者雷亮 申請人:北京北方烽火科技有限公司