專利名稱：一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬分配和調(diào)度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬分配和調(diào)度的方法，尤其涉及802.16網(wǎng)絡(luò)通過帶寬分配實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)調(diào)度的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在802.16網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一個基站(BS，Base Station)上接入的用戶站(SS，Subscriber Station)通過時分復(fù)用共享上行帶寬。BS通過分析各用戶站的業(yè)務(wù)流及其QoS參數(shù)按照一定的算法為不同的用戶站分配合適的帶寬。由于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(shù)據(jù)面的處理非常迅速，避免因為設(shè)備的處理能力造成擁塞。BS的帶寬分配和上行調(diào)度通道是數(shù)據(jù)面處理的一部分，要為所有的SS服務(wù)，要求1、帶寬分配要公平，遵守QoS約定，包括帶寬、延時、抖動等采納參數(shù)的要求；2、盡量獲得大的吞吐量，充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬；3、算法盡量簡單，有利于降低設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬分配和調(diào)度的系統(tǒng)和方法，SS根據(jù)算法規(guī)定的策略提出帶寬申請，和BS協(xié)同工作，完成帶寬分配和上行調(diào)度；BS為不同的SS分配優(yōu)先級，在各SS業(yè)務(wù)流優(yōu)先級相同的情況下，優(yōu)先調(diào)度高速率調(diào)制編碼方式SS的業(yè)務(wù)流，從而獲得盡可能大的吞吐量；同時通過更長時延控制選擇是否丟棄數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括用戶站和基站，用戶站包括上行調(diào)度單元和帶寬申請單元，基站包括帶寬分配單元和下行調(diào)度單元，實現(xiàn)用戶站和基站之間的調(diào)度和帶寬分配的交互處理。上行調(diào)度單元將接收到的一待發(fā)送的SDU，加入到上行調(diào)度隊列，并向帶寬申請單元發(fā)送帶寬請求，帶寬申請單元根據(jù)QoS參數(shù)要求，檢查帶寬請求的合理性，通過檢查則向基站發(fā)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(yè)務(wù)流的優(yōu)先級為依據(jù)分配帶寬，生成帶寬分配信息，并發(fā)送到用戶站，從而上行調(diào)度單元根據(jù)帶寬分配信息，將SDU在分配的上行帶寬上調(diào)度發(fā)送。該方法是以物理幀周期執(zhí)行帶寬的分配運算，先為業(yè)務(wù)流中不參與調(diào)度的仿真電路類業(yè)務(wù)自動周期性地分配固定帶寬。扣除固定帶寬后，規(guī)定業(yè)務(wù)流中其它各類業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，以便分配剩余帶寬。在保證QoS參數(shù)約定優(yōu)先級的情況下，使調(diào)制編碼方式參與運算，獲得新的優(yōu)先級，按新的優(yōu)先級分配剩余帶寬。對于實時類業(yè)務(wù)的帶寬請求，如果最小帶寬的分配不能滿足QoS參數(shù)中的時延要求，SS要保留相應(yīng)的SDU數(shù)據(jù)一個預(yù)先設(shè)定時間，超過該延時則丟棄這些SDU數(shù)據(jù)，以后通過累積型帶寬請求通知BS修改帶寬請求量。
本發(fā)明提出的帶寬分配和調(diào)度方法能夠?qū)崿F(xiàn)各種業(yè)務(wù)的QoS，并能獲得較大的吞吐量；同時算法較為簡單，有利于軟/硬件實現(xiàn)，降低設(shè)備成本。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的系統(tǒng)，其中，本圖所示的帶寬請求也可能是上行數(shù)據(jù)的一部分；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的方法，基站BS帶寬分配處理流程；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，上行調(diào)度和帶寬分配交互的過程。
具體實施例方式
首先說明數(shù)據(jù)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(diào)度由BS單獨完成；上行帶寬分配由BS/SS協(xié)同完成，SS在分配的帶寬上進行上行調(diào)度。
帶寬分配和調(diào)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(diào)度模塊或稱下行調(diào)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(diào)度模塊或稱上行調(diào)度單元。其中，各模塊能夠完成各種功能，實現(xiàn)用戶站和基站之間的調(diào)度和帶寬分配的交互處理，比如基站下行調(diào)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于自己的下行數(shù)據(jù)；管理下行SDU隊列；調(diào)度各用戶站業(yè)務(wù)流的SDU形成MAC幀后發(fā)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于用戶站完成上行調(diào)度。
用戶站帶寬申請模塊根據(jù)算法策略提出帶寬申請，而不是上層需要發(fā)送數(shù)據(jù)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(dān)。
基站上行調(diào)度模塊根據(jù)基站生成的上行帶寬分配情況信息，調(diào)度個業(yè)務(wù)流的PDU發(fā)送到物理層模塊。
本發(fā)明所述帶寬分配和調(diào)度方法具體如下。
參看圖2，業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)帶寬需求固定，為了節(jié)省BS的帶寬分配算法開銷，這類業(yè)務(wù)不產(chǎn)生帶寬請求，不參與調(diào)度，BS帶寬分配模塊定時為其分配帶寬。其他三類業(yè)務(wù)流會產(chǎn)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后，在剩余的帶寬B1上為這三類業(yè)務(wù)分配帶寬。
各類業(yè)務(wù)流優(yōu)先級不同，規(guī)定實時類高于非實時類、非實時類高于盡力而為類；同類業(yè)務(wù)流還有用戶定義的優(yōu)先級；對于用戶級優(yōu)先級相同的同類業(yè)務(wù)流，BS默認高速率調(diào)制編碼方式的SS有更高的優(yōu)先級。
BS先為所有實時類業(yè)務(wù)分配其所需的最小帶寬，剩余帶寬B2由實時類業(yè)務(wù)(需要額外帶寬，即最大帶寬與最小帶寬之差)與非實時類業(yè)務(wù)按優(yōu)先級分配。BS根據(jù)QoS配置的優(yōu)先級和調(diào)制編碼方式來規(guī)定新的優(yōu)先級新優(yōu)先級＝QoS參數(shù)優(yōu)先級*32+調(diào)制編碼方式權(quán)重QoS參數(shù)優(yōu)先級＝0~7；為了保證QoS參數(shù)優(yōu)先級影響，對其值乘上32；調(diào)制編碼方式權(quán)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(yōu)先級對所有實時類業(yè)務(wù)和非實時類業(yè)務(wù)排序。根據(jù)統(tǒng)計有遞減序列a[N]；第i個業(yè)務(wù)分配的帶寬＝min(B2*a[i]，QoS規(guī)定的最大帶寬)剩余帶寬B3分配給盡力而為類業(yè)務(wù)，根據(jù)統(tǒng)計有遞減序列b[N]1.計算新優(yōu)級＝QoS參數(shù)優(yōu)先級*32+調(diào)制編碼方式權(quán)重，排序2.B＝B33.為第i個盡力而為類業(yè)務(wù)流分配帶寬＝B*b[i]，4.更新剩余帶寬B，如B＞0轉(zhuǎn)3，否則結(jié)束。
(注N、i為自然數(shù)，a[N]、b[N]是定點小數(shù))對剩余帶寬的分配使用遞減序列參數(shù)來為不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)流分配不同的帶寬，遞減參數(shù)序列根據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)計信息確定，自適應(yīng)調(diào)整。使用遞減序列參數(shù)來保證給不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)流分配不同的帶寬，避免了復(fù)雜的計算，整個算法簡單易于實現(xiàn)。
BS以物理幀周期執(zhí)行帶寬分配算法，如果某個帶寬請求的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量。對于實時類業(yè)務(wù)，如果按上行帶寬分配和調(diào)度不能滿足時延要求，SS要保留相應(yīng)的SDU數(shù)據(jù)一個預(yù)先設(shè)定時間(一般大于QoS參數(shù)中的最小時延3倍)，超過該延時則丟棄這些SDU數(shù)據(jù)，以后通過累積型帶寬請求通知BS修改帶寬請求量。也就是說，對于實時類業(yè)務(wù)，如果最小帶寬分配不能滿足時延要求，SS便設(shè)立更長定時決定是否丟棄部分數(shù)據(jù)。這是因為對于實時類業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)繁忙時，可能分得最小帶寬，如果較大的數(shù)據(jù)包請求帶寬，可能不滿足延時要求，設(shè)立更長延時定時器，避免偶然的網(wǎng)絡(luò)繁忙丟失數(shù)據(jù)，同時在網(wǎng)絡(luò)持續(xù)繁忙時，丟棄部分數(shù)據(jù)，因為超過更長延時的數(shù)據(jù)對實時類業(yè)務(wù)已無意義。
參看圖3，SS上行調(diào)度模塊管理上行SDU隊列，收到一個SDU即向帶寬申請模塊發(fā)送一個帶寬請求，帶寬申請模塊根據(jù)QoS參數(shù)要求，檢查該請求的合理性，通過檢查則向BS發(fā)出帶寬申請(即SS根據(jù)算法規(guī)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(dān)，提高了其帶寬分配的效率。
上行調(diào)度和帶寬分配如下SS收到一個待發(fā)送的MAC SDU；SS上行調(diào)度模塊將待發(fā)送的MAC SDU加入上行調(diào)度隊列，向帶寬申請模塊發(fā)送一個帶寬請求；SS帶寬申請模塊根據(jù)QoS參數(shù)要求，檢查該請求的合理性，通過檢查則向BS發(fā)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(xiàn)并分配帶寬)，發(fā)送到SSSS上行調(diào)度模塊將各業(yè)務(wù)流的SDU在分配的上行帶寬上形成MAC幀后調(diào)度發(fā)送。
因而，用戶站不是有數(shù)據(jù)就請求帶寬，而是經(jīng)過分析處理后提出帶寬申請。
下行調(diào)度和帶寬分配如下BS收到一個待發(fā)送的MAC SDU；BS下行調(diào)度模塊將待發(fā)送的MAC SDU加入下行調(diào)度隊列，向帶寬申請模塊發(fā)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(xiàn)并分配帶寬)；BS下行調(diào)度模塊將各業(yè)務(wù)流的SDU在分配的下行帶寬上調(diào)度形成MAC幀后發(fā)送。
本發(fā)明中，由于仿真電路類業(yè)務(wù)不參與調(diào)度，減輕了調(diào)度和帶寬分配算法處理的效率；調(diào)制編碼方式參與優(yōu)先級計算，使得具有較高調(diào)制編碼的用戶站可能獲得較大帶寬，能提高帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量；用戶站按算法規(guī)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(dān)，提高了其帶寬分配的效率。本發(fā)明中這類特殊操作維護通道建立的方法，給按優(yōu)先級排列的業(yè)務(wù)流分配帶寬時，優(yōu)先級越高，可能分得的帶寬越大，其使用遞減序列參數(shù)來給不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)流分配不同的帶寬，避免了復(fù)雜的計算，同時保證了公平性。
權(quán)利要求
1.一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配和調(diào)度的方法，其特征在于，包括a、以物理幀周期執(zhí)行帶寬的分配運算，先為業(yè)務(wù)流中不參與調(diào)度的仿真電路類業(yè)務(wù)自動周期性地分配固定帶寬；b、扣除上述固定帶寬后，規(guī)定業(yè)務(wù)流中其它各類業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，以便分配剩余帶寬；c、在保證QoS參數(shù)約定優(yōu)先級的情況下，使調(diào)制編碼方式參與運算，獲得新的優(yōu)先級；d、按所述新的優(yōu)先級分配剩余帶寬。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括請求帶寬分配的業(yè)務(wù)流中其它各類業(yè)務(wù)包括實時類業(yè)務(wù)、非實時類業(yè)務(wù)和盡力而為類業(yè)務(wù)；扣除固定帶寬后，首先為所有實時類業(yè)務(wù)分配其所需的最小帶寬。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括對于實時類業(yè)務(wù)，如果最小帶寬的分配不能滿足QoS參數(shù)中的時延要求，用戶站要保留相應(yīng)的SDU數(shù)據(jù)一個預(yù)設(shè)時間，超過該預(yù)設(shè)時間則丟棄這些SDU數(shù)據(jù)，以后通過累積型帶寬請求通知基站修改帶寬請求量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括該預(yù)設(shè)時間大于QoS參數(shù)中最小時延的3倍。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，進一步包括對剩余帶寬的分配使用遞減序列參數(shù)來為不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)流分配不同的帶寬；遞減參數(shù)序列根據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)計信息確定，自適應(yīng)調(diào)整。
6.如權(quán)利要求1、2、3、或4所述的方法，進一步包括在上行調(diào)度時的帶寬分配，首先要由用戶站根據(jù)QoS參數(shù)要求，檢查帶寬請求合理性，檢查通過后才向基站發(fā)出帶寬請求，實施步驟a；在下行調(diào)度時的帶寬分配，則直接實施步驟a。
7.一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配和調(diào)度的系統(tǒng)，其特征在于，包括用戶站包括上行調(diào)度單元和帶寬申請單元，基站包括帶寬分配單元和下行調(diào)度單元，實現(xiàn)用戶站和基站之間的調(diào)度和帶寬分配的交互處理；其中，針對上行調(diào)度的帶寬分配上行調(diào)度單元將接收到的業(yè)務(wù)流的一待發(fā)送的SDU，加入到上行調(diào)度隊列，并向帶寬申請單元發(fā)送帶寬請求；帶寬申請單元根據(jù)QoS參數(shù)要求，檢查該帶寬請求的合理性，如果通過檢查，則向基站發(fā)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(yōu)先級分配帶寬，生成帶寬分配信息，發(fā)送到用戶站；上行調(diào)度單元根據(jù)帶寬分配信息，將各業(yè)務(wù)流的SDU在分配的上行帶寬上調(diào)度形成MAC幀后發(fā)送。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括其中，針對下行調(diào)度的帶寬分配下行調(diào)度單元將基站接收的業(yè)務(wù)流的一待發(fā)送的SDU，加入到下行調(diào)度隊列，并向帶寬分配單元發(fā)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，并以幀為周期處理帶寬請求隊列；帶寬分配單元按優(yōu)先級分配帶寬，生成帶寬分配信息；下行調(diào)度單元根據(jù)帶寬分配信息，將各業(yè)務(wù)流的PDU在分配的下行帶寬上調(diào)度形成MAC幀后發(fā)送。
9.如權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，進一步包括帶寬分配單元生成的帶寬分配信息，是根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的方法之一來實現(xiàn)并分配帶寬的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬分配和調(diào)度的系統(tǒng)和方法，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基站和用戶站交互，基站的帶寬分配單元為業(yè)務(wù)流中不參與調(diào)度的仿真電路類業(yè)務(wù)自動周期性地分配固定帶寬；扣除上述固定帶寬后，規(guī)定業(yè)務(wù)流中其它各類業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，調(diào)制編碼方式參與優(yōu)先級計算，按優(yōu)先級和遞減參數(shù)序列分配剩余帶寬；用戶站按策略提出帶寬申請；這樣做到了為業(yè)務(wù)分配帶寬時公平，遵守QoS約定，包括帶寬、延時、抖動等參數(shù)的要求，以獲得盡量大的吞吐量，充分利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，算法盡量簡單，有利于降低設(shè)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(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者雷亮 申請人:北京北方烽火科技有限公司