專利名稱：寬帶無(wú)線接入網(wǎng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有服務(wù)質(zhì)量分級(jí)的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
如今寬帶無(wú)線接入成為高速因特網(wǎng)連接、綜合數(shù)據(jù)、語(yǔ)音與視頻傳輸?shù)闹匾绞?。基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)具有傳輸速率高和確保服務(wù)質(zhì)量(QoS)的優(yōu)點(diǎn)，是城域網(wǎng)范圍內(nèi)最后一英里接入的優(yōu)良選擇。與此同時(shí)，寬帶無(wú)線多媒體小組為實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用CoMAC技術(shù)將廣播與通信系統(tǒng)在媒體接入控制層(MAC)進(jìn)行融和。盡管兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中定義了媒體接入控制層的信令機(jī)制，但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量保證起重要作用的無(wú)線資源管理和調(diào)度是開(kāi)放性的研究問(wèn)題。
本發(fā)明所提出的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證方法針對(duì)各類服務(wù)分級(jí)采用簡(jiǎn)單高效的接納控制、帶寬分配和上(下)行調(diào)度方法，易于軟硬件實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于有服務(wù)質(zhì)量分級(jí)的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)如IEEE 802.16系統(tǒng)等。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種寬帶無(wú)線接入網(wǎng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證方法，目的是填補(bǔ)有服務(wù)質(zhì)量分級(jí)的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)線資源管理和調(diào)度的空白，解決該類系統(tǒng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證的問(wèn)題。
本發(fā)明考慮基于點(diǎn)到多點(diǎn)(PMP)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和有中心控制節(jié)點(diǎn)的Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括基站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)兩大部分，其中 基站系統(tǒng)包括上層接口，服務(wù)類型判決器，下行服務(wù)連接建立模塊，接納控制模塊，下行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器，服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，下行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊，帶寬分配模塊，上下行映射產(chǎn)生器，下行調(diào)度器，以及下層接口，其中 上層接口，接收IP層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，或向IP層發(fā)送MAC層數(shù)據(jù)； 服務(wù)類型判決器，根據(jù)業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)判斷出是哪類服務(wù)； 下行服務(wù)連接建立模塊，為下行各類服務(wù)向接納控制模塊發(fā)送連接建立請(qǐng)求，協(xié)商服務(wù)質(zhì)量參數(shù)； 接納控制模塊，接收上下行各類服務(wù)發(fā)送的連接建立請(qǐng)求，結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬的情況接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，被接受的連接被分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，并將該連接的信息記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中； 下行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器，下行服務(wù)連接以連接標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，將數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存； 服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)更新上下行各個(gè)服務(wù)連接的信息，包括子站號(hào)，連接標(biāo)識(shí)符，服務(wù)類型，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，前一幀和本幀請(qǐng)求的帶寬； 下行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊，在每個(gè)MAC幀開(kāi)始時(shí)，測(cè)量各個(gè)下行服務(wù)連接隊(duì)列大小(字節(jié)數(shù))，并記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中； 帶寬分配模塊，從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上下行各類服務(wù)連接請(qǐng)求的帶寬，結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬的情況進(jìn)行帶寬分配，并得出不同子站授權(quán)的總帶寬； 上下行映射產(chǎn)生器，根據(jù)帶寬分配模塊中不同子站所需的總帶寬，結(jié)合物理層參數(shù)分配MAC幀中的時(shí)隙，生成上下行映射； 下行調(diào)度器，將下行映射中授權(quán)的帶寬合理分配給各個(gè)子站的各個(gè)服務(wù)連接，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送順序； 下層接口，向物理層發(fā)送MAC層數(shù)據(jù)和控制信息，或接收物理層層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)； 子站系統(tǒng)包括上層接口，服務(wù)類型判決器，上行服務(wù)連接建立模塊，上行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器，上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，上行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊，上行調(diào)度器，以及下層接口，其中 上層接口，接收IP層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，或向IP層發(fā)送MAC層數(shù)據(jù)； 服務(wù)類型判決器，根據(jù)業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)判斷出是哪類服務(wù)； 上行服務(wù)連接建立模塊，為上行各類服務(wù)發(fā)送連接建立請(qǐng)求，協(xié)商服務(wù)質(zhì)量參數(shù)； 上行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器，上行服務(wù)連接以連接標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，將數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存； 上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)更新上行各個(gè)服務(wù)連接的信息，包括連接標(biāo)識(shí)符，服務(wù)類型，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，前一幀和本幀請(qǐng)求的帶寬； 上行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊，在每個(gè)MAC幀開(kāi)始時(shí)，測(cè)量各個(gè)上行服務(wù)連接隊(duì)列大小(字節(jié)數(shù))，記錄在上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以不同的方式發(fā)送帶寬請(qǐng)求； 上行調(diào)度器，將上行映射中授權(quán)的帶寬合理分配給各個(gè)服務(wù)連接，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送順序； 下層接口，向物理層發(fā)送MAC層數(shù)據(jù)和控制信息，或接收物理層層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明將各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分為五種服務(wù)類型，分類方法如下 第1類服務(wù)定長(zhǎng)分組、固定比特率(CBR)的實(shí)時(shí)服務(wù)流，如T1/E1、沒(méi)有靜音壓縮的VoIP等業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率，最小保留速率，最大等待時(shí)間，容忍抖動(dòng)。最小保留速率和最大持續(xù)速率相等。
第2類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率(VBR)實(shí)時(shí)服務(wù)流，其傳輸速率在平均速率上下波動(dòng)平緩，如平滑處理后的視頻流等業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率，最小保留速率，最大等待時(shí)間。
第3類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率實(shí)時(shí)服務(wù)流，其傳輸速率在平均速率上下波動(dòng)劇烈，如在線游戲、有靜音壓縮的VoIP等業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率，最小保留速率，最大等待時(shí)間。
第4類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率的非實(shí)時(shí)服務(wù)流，如FTP等業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率，最小保留速率，傳輸優(yōu)先級(jí)。
第5類服務(wù)具有自相似特性的非實(shí)時(shí)服務(wù)流，如Web上網(wǎng)等業(yè)務(wù)。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率，傳輸優(yōu)先級(jí)。
本發(fā)明包括接納控制、帶寬分配和上(下)行調(diào)度三個(gè)方法。為了清楚的進(jìn)行描述，我們引入下列符號(hào) N子站個(gè)數(shù)； B系統(tǒng)總帶寬(字節(jié)數(shù))； Ba系統(tǒng)可用帶寬(字節(jié)數(shù))； Nin系統(tǒng)中已有第n個(gè)子站第i類服務(wù)的總連接數(shù)，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}； Binjmax第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最大所需帶寬(字節(jié)數(shù))，與最大持續(xù)速率相對(duì)應(yīng)，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Nin； Binjmin第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最小所需帶寬(字節(jié)數(shù))，與最小保留速率相對(duì)應(yīng)，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Nin； αnj第n個(gè)子站服務(wù)類型2第j個(gè)連接的平均所需帶寬因子，αnj∈(0，1)，n∈N，j∈N2n； 注基站控制αnj，使得攜帶請(qǐng)求的帶寬不小于零。
βinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的傳輸優(yōu)先級(jí)，βinj∈{0，1，2，3，4，5，6，7}，n∈N，i∈{4，5}，j∈Nin，βinj值越大，傳輸優(yōu)先級(jí)越高； ACF接納控制標(biāo)識(shí)符，ACF∈{0，1}； BRinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接請(qǐng)求的帶寬(字節(jié)數(shù))，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈Nin； BGinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接被授權(quán)的帶寬(字節(jié)數(shù))，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Nin； EXinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬(字節(jié)數(shù))，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈Nin； BG系統(tǒng)已授權(quán)的總帶寬(字節(jié)數(shù))； EX超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬(字節(jié)數(shù))； BGn第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬(字節(jié)數(shù))； BRn第n個(gè)子站所需要的總帶寬(字節(jié)數(shù))； BLn第n個(gè)子站所剩帶寬(字節(jié)數(shù))； BAinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接被分配的帶寬(字節(jié)數(shù))，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Nin； 本發(fā)明提供了一種基于五類服務(wù)分級(jí)保證各類服務(wù)連接服務(wù)質(zhì)量的接納控制方法，該方法包括如下步驟 (a1)接收上下行各類服務(wù)發(fā)送的連接建立請(qǐng)求； (a2)根據(jù)系統(tǒng)中已有各類服務(wù)連接的情況，計(jì)算出系統(tǒng)可用帶寬 (a3)根據(jù)服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬的情況接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，若接受，執(zhí)行步驟(a4)，否則執(zhí)行步驟(a5)； (a4)為接受的服務(wù)連接分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，將其信息記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并反饋該服務(wù)連接建立成功； (a5)反饋該服務(wù)連接建立失敗。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn)，所述步驟(a3)可進(jìn)一步分為如下步驟 (a31)對(duì)該服務(wù)的類型進(jìn)行判定，若是第1、2、3類服務(wù)，執(zhí)行步驟(a32)；若是第4類服務(wù)，執(zhí)行步驟(a33)，若是第5類服務(wù)，執(zhí)行步驟(a34)； (a32)通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，并與系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行比較，若不大于，則接受，執(zhí)行步驟(a4)，否則執(zhí)行步驟(a5)； (a33)通過(guò)該服務(wù)連接的最小保留速率計(jì)算出最小所需帶寬，并與系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行比較，若不大于，則接受，執(zhí)行步驟(a4)，否則執(zhí)行步驟(a5)； (a34)若系統(tǒng)可用帶寬大于零，則接受，執(zhí)行步驟(a4)，否則執(zhí)行步驟(a5)。
本發(fā)明提供了一種基于五類服務(wù)分級(jí)保證各類服務(wù)連接服務(wù)質(zhì)量的帶寬分配方法，該方法包括如下步驟 (b1)從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上下行各類服務(wù)連接的信息，包括子站號(hào)，服務(wù)類型，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和本幀請(qǐng)求的帶寬，并根據(jù)服務(wù)類型進(jìn)行不同的操作； (b2)計(jì)算出系統(tǒng)已授權(quán)的總帶寬超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬將兩者之和與系統(tǒng)總帶寬進(jìn)行比較，若不大于，執(zhí)行步驟(b3)，否則執(zhí)行步驟(b4)； (b3)綜合第n個(gè)子站所有服務(wù)連接的帶寬分配情況，計(jì)算出該子站已授權(quán)的總帶寬 (b4)按下式根據(jù)系統(tǒng)總可用帶寬與系統(tǒng)超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)總帶寬的比值來(lái)修正步驟(b3)得到的第n個(gè)子站中超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬，得到修正后的第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬BGn為 進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn)，所述步驟(b1)可進(jìn)一步分為如下步驟 (b11)讀取一個(gè)服務(wù)連接的服務(wù)類型，若是第1類服務(wù)，執(zhí)行步驟(b12)；若是第2類服務(wù)，執(zhí)行步驟(b13)；若是第3類服務(wù)，執(zhí)行步驟(b14)；若是第4類服務(wù)，執(zhí)行步驟(b15)，若是第5類服務(wù)，執(zhí)行步驟(b16)； (b12)通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬若仍有服務(wù)連接需要進(jìn)行帶寬分配，則執(zhí)行步驟(b1)，否則執(zhí)行步驟(b2)； (b13)通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率和最小保留速率計(jì)算出最大所需帶寬和最小所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬BR2nj是本幀第n個(gè)子站第2類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)與部分平均所需帶寬

的差值，若為基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬否則超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬若仍有服務(wù)連接需要進(jìn)行帶寬分配，則執(zhí)行步驟(b1)，否則執(zhí)行步驟(b2)； (b14)通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬BR3nj是本幀第n個(gè)子站第3類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若為基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬BG3nj＝BR3nj，否則超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬若仍有服務(wù)連接需要進(jìn)行帶寬分配，則執(zhí)行步驟(b1)，否則執(zhí)行步驟(b2)； (b15)通過(guò)該服務(wù)連接的最小保留速率計(jì)算出最小所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬BR4nj是本幀第n個(gè)子站第4類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若為基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬BG4nj＝BR4nj，否則超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬若仍有服務(wù)連接需要進(jìn)行帶寬分配，則執(zhí)行步驟(b1)，否則執(zhí)行步驟(b2)； (b16)請(qǐng)求的帶寬BR5nj是本幀第n個(gè)子站第5類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若為BR5nj＞0，則認(rèn)為超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EX5nj＝BR5nj，若仍有服務(wù)連接需要進(jìn)行帶寬分配，則執(zhí)行步驟(b1)，否則執(zhí)行步驟(b2)。
本發(fā)明提供了一種基于五類服務(wù)分級(jí)保證各類服務(wù)連接服務(wù)質(zhì)量的上(下)行調(diào)度方法，該方法包括如下步驟 (c1)從上(下)行映射中得到第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬； (c2)在上行方向上，從上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上行各類服務(wù)連接的信息，包括服務(wù)類型，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和前一幀請(qǐng)求的帶寬；在下行方向上，從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取下行各類服務(wù)連接的信息，包括子站號(hào)，服務(wù)類型，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和前一幀請(qǐng)求的帶寬；特別說(shuō)明的是，服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中上行各類服務(wù)連接前一幀請(qǐng)求帶寬的個(gè)數(shù)不超過(guò)上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中上行各類服務(wù)連接前一幀請(qǐng)求帶寬的個(gè)數(shù)； (c3)計(jì)算出第n個(gè)子站所需要的總帶寬 與該子站已授權(quán)的總帶寬進(jìn)行比較，若不大于，執(zhí)行步驟(c4)，否則執(zhí)行步驟(c5)； (c4)當(dāng)已授權(quán)的總帶寬充足時(shí)，根據(jù)各個(gè)服務(wù)連接的服務(wù)類型進(jìn)行調(diào)度； (c5)當(dāng)已授權(quán)的總帶寬不足時(shí)，根據(jù)各個(gè)服務(wù)連接的服務(wù)類型進(jìn)行調(diào)度； (c6)將上(下)行各類服務(wù)連接按照調(diào)度好的順序和分配好的帶寬進(jìn)行上(下)行數(shù)據(jù)傳輸。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn)，所述步驟(c4)可進(jìn)一步分為如下步驟 (c41)將各類服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，服務(wù)優(yōu)先級(jí)隨著服務(wù)類型編號(hào)的增大而降低； (c42)將第1類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬 注編號(hào)大小與服務(wù)連接到達(dá)緩存器的順序有關(guān)，先到標(biāo)號(hào)小，后到編號(hào)大。
(c43)將第2類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬 (c44)將第3類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA3nj＝BR3nj； (c45)將第4、5類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BAinj＝BRinj，i∈{4，5}。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn)，所述步驟(c5)可進(jìn)一步分為如下步驟 (c51)將各類服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，服務(wù)優(yōu)先級(jí)隨著服務(wù)類型編號(hào)的增大而降低，依照步驟(b12)到(b16)中所述的方法計(jì)算出各類服務(wù)連接已授權(quán)的帶寬和超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬； (c52)將第1類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA1nj＝BG1nj； (c53)將第2類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA2nj＝BG2nj，否則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬 (c54)將第3類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA3nj＝BG3nj否則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬 (c55)將第4類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，計(jì)算出第n個(gè)子站所剩帶寬與各個(gè)服務(wù)連接已授權(quán)帶寬之和

進(jìn)行比較，若不小于，執(zhí)行步驟(c56)，否則執(zhí)行步驟(c57)； (c56)若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BG4nj，否則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬接下來(lái)執(zhí)行步驟(c58)； (c57)將同一個(gè)傳輸優(yōu)先級(jí)的各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，從高傳輸優(yōu)先級(jí)小編號(hào)的服務(wù)連接開(kāi)始分配帶寬，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BG4nj，否則該服務(wù)連接被分配的帶寬計(jì)算新的所剩帶寬BLn′＝BLn-BA4nj，若小于零，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BLn′+BA4nj，結(jié)束分配，否則，BLn＝BLn′，繼續(xù)執(zhí)行步驟(c57)； (c58)將第5類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，計(jì)算出第n個(gè)子站所剩帶寬 (c59)將同一個(gè)傳輸優(yōu)先級(jí)的各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，從高傳輸優(yōu)先級(jí)小編號(hào)的服務(wù)連接開(kāi)始分配帶寬，若有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則該服務(wù)連接被分配的帶寬計(jì)算新的所剩帶寬BLn′＝BLn-BA5nj，若小于零，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA5nj＝BLn′+BA5nj，結(jié)束分配，否則，BLn＝BLn′，繼續(xù)執(zhí)行步驟(c59)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明將多種業(yè)務(wù)按照其特性分成了五種服務(wù)類型，其中第2類服務(wù)是一種新的服務(wù)分級(jí)； 本發(fā)明將基站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了細(xì)致的劃分，并提供了接納控制、帶寬分配和上(下)行調(diào)度方法步驟的詳盡說(shuō)明，易于軟硬件實(shí)現(xiàn)。通過(guò)仿真可以看出，以上方法不僅滿足各類服務(wù)連接的服務(wù)質(zhì)量要求，而且考慮了子站的總吞吐量，兼顧了數(shù)據(jù)突發(fā)增加的問(wèn)題，提高了子站間及不同優(yōu)先級(jí)服務(wù)連接間的公平性。
以下是對(duì)方法的仿真說(shuō)明，以IEEE 802.16系統(tǒng)為例，其中rtPS對(duì)應(yīng)第3類服務(wù)，nrtPS對(duì)應(yīng)第4類服務(wù)。
圖7a比較了基站采用已有虧空公平優(yōu)先隊(duì)列(DFPQ)算法和本發(fā)明提出的成比例帶寬分配(PBA)算法進(jìn)行帶寬分配時(shí)兩個(gè)子站所有服務(wù)連接數(shù)據(jù)到達(dá)和吞吐量的情況。從圖中可以看出，DFPQ算法中，子站1的帶寬請(qǐng)求獲得了全部響應(yīng)，而子站2的帶寬分配遠(yuǎn)達(dá)不到數(shù)據(jù)變化的要求。這是因?yàn)閷?duì)于rtPS和nrtPS連接子站采用單播輪詢的帶寬請(qǐng)求方式，基站先輪詢到的子站的帶寬請(qǐng)求會(huì)排在請(qǐng)求消息隊(duì)列的前端，被基站先分配帶寬。但是由于子站間沒(méi)有優(yōu)先級(jí)，因而導(dǎo)致了不公平的情況。提出的PBA算法在考慮子站總吞吐量的基礎(chǔ)上，公平對(duì)待各個(gè)子站的帶寬請(qǐng)求，即按需分配。
算法的公平性體現(xiàn)在不同實(shí)體間的差異是受限的，即控制在一定范圍之內(nèi)，如果差異越小，則公平性越好。假設(shè)

分別是第n個(gè)子站全部rtPS、nrtPS連接的總吞吐量，

分別是第n個(gè)子站全部rtPS、nrtPS連接的總數(shù)據(jù)源流量，

分別是第n′個(gè)子站全部rtPS、nrtPS連接的總吞吐量，

分別是第n′個(gè)子站全部rtPS、nrtPS連接的總數(shù)據(jù)源流量，則定義子站公平性為 α越接近于0，則兩者間的公平性越好；反之越差。
圖7b比較了DFPQ和PBA算法下兩個(gè)子站的公平性。可以看到，PBA算法中，子站公平性控制在0.05以下，和DPFQ算法相比，它既保持了各個(gè)子站較高的數(shù)據(jù)吞吐量又兼顧了子站間的公平性。
圖7c比較了當(dāng)rtPS連接數(shù)據(jù)量突然增加時(shí)在DFPQ和PBA算法下各類服務(wù)連接數(shù)據(jù)到達(dá)和吞吐量的情況。假設(shè)子站2rtPS連接建立時(shí)的最大所需帶寬為12Kbit，50幀后增加到24Kbit，超出了協(xié)商時(shí)的QoS要求。從圖中可以看出，DFPQ算法雖然滿足了nrtPS連接的最小保留速率要求，但出現(xiàn)的rtPS連接占用nrtPS連接帶寬的情況仍然嚴(yán)重影響了低優(yōu)先級(jí)服務(wù)連接的吞吐量。本文提出的PBA算法在保證各類服務(wù)連接QoS參數(shù)的前提下，兼顧突發(fā)增加的數(shù)據(jù)量。
假設(shè)

分別是所有子站全部rtPS、nrtPS連接的總吞吐量，

分別是所有子站全部rtPS、nrtPS連接的總數(shù)據(jù)源流量，則定義服務(wù)公平性為 β越接近于0，則兩者間的公平性越好；反之越差。
圖7d比較了DFPQ和PBA算法下兩類服務(wù)的公平性?？梢钥吹?，PBA算法中，服務(wù)公平性控制在0.1以下，和DFPQ算法相比，它既滿足了各類服務(wù)連接的帶寬需求又明顯改善了不同優(yōu)先級(jí)服務(wù)連接間的公平性。



圖1應(yīng)用環(huán)境； 圖2數(shù)據(jù)格式包括服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，連接建立，帶寬請(qǐng)求； 圖3媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量整體框圖包括基站、子站上下行各個(gè)模塊 圖4接納控制流程圖圖4a是主流程圖，圖4b是針對(duì)第1、2、3類服務(wù)的子流程1，圖4c是針對(duì)第4類服務(wù)的子流程2，圖4d是針對(duì)第5類服務(wù)的子流程3； 圖5帶寬分配流程圖圖5a是主流程圖，圖5b是針對(duì)第1類服務(wù)的子流程1，圖5c是針對(duì)第2類服務(wù)的子流程2，圖5d是針對(duì)第3類服務(wù)的子流程3，圖5e是針對(duì)第4類服務(wù)的子流程4，圖5f是針對(duì)第5類服務(wù)的子流程5； 圖6上(下)行調(diào)度流程圖圖6a是主流程圖，圖6b是針對(duì)第1類服務(wù)的子流程1，圖6c是針對(duì)第2類服務(wù)的子流程2，圖6d是針對(duì)第3類服務(wù)的子流程3，圖6e是針對(duì)第4類服務(wù)的子流程4，圖6f是針對(duì)第5類服務(wù)的子流程5，圖6g是針對(duì)第1類服務(wù)的子流程6，圖6h是針對(duì)第2類服務(wù)的子流程7，圖6i是針對(duì)第3類服務(wù)的子流程8，圖6j是針對(duì)第4類服務(wù)的子流程9，圖6k是針對(duì)第5類服務(wù)的子流程10； 圖7仿真曲線圖圖7a是兩個(gè)子站總吞吐量，圖7b是子站公平性，圖7c是rtPS連接數(shù)據(jù)增加時(shí)兩類服務(wù)連接總吞吐量，圖7d是rtPS連接數(shù)據(jù)增加時(shí)服務(wù)公平性，其中

表示數(shù)據(jù)源，

表示PDA算法，

表示DFPQ算法。

具體實(shí)施例方式 圖1是有服務(wù)分級(jí)的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境。起中心控制作用的基站負(fù)責(zé)管理其轄區(qū)內(nèi)各個(gè)獨(dú)立的子站，子站可以是蜂窩小區(qū)基站、基于IEEE 802.11的Hot spot、住宅SOHO寬帶接入、大企業(yè)的T1級(jí)接入、小企業(yè)的DSL級(jí)接入等以及移動(dòng)終端如手機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦等?；九c子站間通過(guò)無(wú)線連接，基站與骨干網(wǎng)如全I(xiàn)P的Internet網(wǎng)等是有線連接。
圖2是五類服務(wù)的數(shù)據(jù)格式，其中圖2a是第1、2、3、4、5類服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)格式；圖2b是連接建立數(shù)據(jù)格式，包括連接請(qǐng)求、連接建立成功響應(yīng)和連接建立失敗響應(yīng)；圖2c是帶寬請(qǐng)求數(shù)據(jù)格式。
圖3是媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量整體框圖，下面以IEEE 802.16系統(tǒng)為例說(shuō)明
具體實(shí)施例方式 在基站和子站可使用FPGA、DSP、ASIC(ARM核)實(shí)現(xiàn)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證系統(tǒng)。系統(tǒng)初始化時(shí)，所有模塊的寄存器清零。IEEE 802.16系統(tǒng)中已規(guī)定的四類服務(wù)分級(jí)主動(dòng)授權(quán)服務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)(nrtPS)和盡力而為服務(wù)(BE)分別對(duì)應(yīng)第1、3、4、5類服務(wù)，此外還增添主動(dòng)授權(quán)攜帶請(qǐng)求服務(wù)(UGPRS)對(duì)應(yīng)第2類服務(wù)。
在上行方向上，子站1的上層應(yīng)用通過(guò)上層接口將業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)發(fā)送到媒體接入控制層，例如業(yè)務(wù)名稱為“VoIP”，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)如下所示， 服務(wù)類型判決器判斷出該應(yīng)用為第1類服務(wù)，即主動(dòng)授權(quán)服務(wù)。上行服務(wù)連接建立模塊發(fā)送連接請(qǐng)求消息，格式如下所示， 基站接納控制模塊結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬的情況接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，被接受的連接被分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，并將該連接的信息記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，連接建立成功響應(yīng)如下所示， 子站上行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器將應(yīng)用數(shù)據(jù)以連接標(biāo)識(shí)符為標(biāo)識(shí)進(jìn)行緩存，該服務(wù)連接的信息記錄在上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。第1類服務(wù)的服務(wù)連接不需要進(jìn)行帶寬請(qǐng)求，假設(shè)MAC幀長(zhǎng)為10ms，根據(jù)最大等待時(shí)間10ms，基站每幀需要授權(quán)固定帶寬，即最大所需帶寬，它與最大持續(xù)速率64Kb/s相對(duì)應(yīng)，假設(shè)物理層調(diào)制編碼系數(shù)為

則最大所需帶寬為基站的帶寬分配模塊將以上結(jié)果與子站1其他服務(wù)連接授權(quán)的帶寬相加得出子站1授權(quán)的總帶寬，并在上下行映射產(chǎn)生器中生成上行映射。子站1的上行調(diào)度器將上行映射中授權(quán)的帶寬合理分配給各個(gè)服務(wù)連接，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送順序，并通過(guò)下層接口將數(shù)據(jù)和控制信息傳遞給物理層。
在下行方向上，基站的上層應(yīng)用通過(guò)上層接口將業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)發(fā)送到媒體接入控制層，例如業(yè)務(wù)名稱為“MPEG4”，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)如下所示， 服務(wù)類型判決器判斷出該應(yīng)用為第2類服務(wù)，即主動(dòng)授權(quán)攜帶請(qǐng)求服務(wù)。下行服務(wù)連接建立模塊發(fā)送連接請(qǐng)求消息，格式如下所示， 基站接納控制模塊結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬的情況接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，被接受的連接被分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，并將該連接的信息記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，連接建立成功響應(yīng)如下所示， 子站上行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器將應(yīng)用數(shù)據(jù)以連接標(biāo)識(shí)符為標(biāo)識(shí)進(jìn)行緩存，該服務(wù)連接的信息記錄在上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。第2類服務(wù)的服務(wù)連接需要基站周期的分配低于平均速率的固定帶寬，在MAC頭中攜帶超出部分的帶寬請(qǐng)求，假設(shè)MAC幀長(zhǎng)為10ms，物理層調(diào)制編碼系數(shù)為

平均所需帶寬因子為0.5根據(jù)最大等待時(shí)間30ms，基站每3幀需要授權(quán)固定帶寬，即基站的帶寬分配模塊將以上結(jié)果與子站1其他服務(wù)連接授權(quán)的帶寬相加得出子站1授權(quán)的總帶寬，并在上下行映射產(chǎn)生器中生成下行映射?；镜南滦姓{(diào)度器將下行映射中授權(quán)的帶寬合理分配給子站1的各個(gè)服務(wù)連接，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送順序，并通過(guò)下層接口將數(shù)據(jù)和控制信息傳遞給物理層。
圖4是接納控制流程圖，基站的接納控制模塊接收到連接建立請(qǐng)求消息如下所示 計(jì)算系統(tǒng)可用帶寬為5Kbits，判斷服務(wù)類型為4，進(jìn)入子流程2，通過(guò)計(jì)算最小所需帶寬與系統(tǒng)可用帶寬比，將接納控制標(biāo)識(shí)符置為1，即接受該服務(wù)連接，分配連接標(biāo)識(shí)符3，記錄該服務(wù)連接信息，發(fā)送服務(wù)連接建立成功響應(yīng)如下所示 圖5是帶寬分配流程圖，子站2發(fā)送帶寬請(qǐng)求消息如下所示 基站根據(jù)連接標(biāo)識(shí)符3從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取該服務(wù)連接的信息，包括子站號(hào)2，服務(wù)類型4，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和本幀請(qǐng)求的帶寬140bits。判定服務(wù)類型為4，進(jìn)入子流程4，計(jì)算最小所需帶寬和請(qǐng)求的帶寬比較，若不大于，基站授權(quán)帶寬為請(qǐng)求帶寬，否則基站授權(quán)帶寬為最小所需帶寬，超出帶寬為兩者之差。
當(dāng)所有服務(wù)連接被授權(quán)帶寬后，計(jì)算系統(tǒng)已授權(quán)的總帶寬和超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬，將兩者之和與系統(tǒng)總帶寬進(jìn)行比較，若大于，子站已授權(quán)的總帶寬為 否則子站已授權(quán)的總帶寬為 圖6是上(下)行調(diào)度流程圖，在上行方向上，子站n從上行映射中得到已授權(quán)的總帶寬，并從上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上行各類服務(wù)連接信息，計(jì)算出所需總帶寬，與已授權(quán)的總帶寬進(jìn)行比較，若不大于，將服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，依次執(zhí)行子流程1-5，否則排序之后，依次執(zhí)行子流程6-10。子站上行調(diào)度器將服務(wù)連接按順序和分配大小進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
在下行方向上，基站從下行映射中得到子站n已授權(quán)的總帶寬，并從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取下行各類服務(wù)連接信息，計(jì)算出子站n所需總帶寬，與已授權(quán)的總帶寬進(jìn)行比較，若不大于，將服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，依次執(zhí)行子流程1-5，否則排序之后，依次執(zhí)行子流程6-10?；鞠滦姓{(diào)度器將服務(wù)連接按順序和分配大小進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
權(quán)利要求
1.寬帶無(wú)線接入網(wǎng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證方法，其特征在于所述方法是在點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或有中心控制節(jié)點(diǎn)的Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的基站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)兩大部分中依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)的
在所述基站系統(tǒng)中，是依次按以下步驟執(zhí)行的
步驟(1)，基站上層接口接收IP層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，向基站服務(wù)類型判決器輸出，或向IP層發(fā)送媒體接入控制層數(shù)據(jù)；
步驟(2)，所述基站服務(wù)類型判決器根據(jù)收到的業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)判斷出是哪類服務(wù)，并向基站下行服務(wù)連接建立模塊輸出；
步驟(3)，所述基站下行服務(wù)連接建立模塊按照收到的下行各類服務(wù)向接納控制模塊發(fā)送連接建立請(qǐng)求；
步驟(4)，所述接納控制模塊依次按以下步驟決定接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，發(fā)出相應(yīng)的連接響應(yīng)，為被接受的連接分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，并把該連接的信息記錄在基站服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中
步驟(4.1)接收上下行各類服務(wù)發(fā)送的連接建立請(qǐng)求；
步驟(4.2)根據(jù)系統(tǒng)中已有各類服務(wù)連接的情況，按下式計(jì)算出系統(tǒng)可用帶寬
其中
Ba系統(tǒng)可用帶寬，用字節(jié)數(shù)表示；
B系統(tǒng)總帶寬，用字節(jié)數(shù)表示；
Nin系統(tǒng)中已有的第n個(gè)子站第i類服務(wù)的總連接數(shù)，n∈N，N為子站數(shù)，i∈{1，2，3，4，5}，i為服務(wù)類型的序號(hào)；
Binjmax第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最大所需帶寬，用字節(jié)數(shù)表示，該Binjmax與最大持續(xù)速率相對(duì)應(yīng)，j∈Nin，表示第n個(gè)子站第i類服務(wù)連接的序號(hào)；
Binjmin第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最小所需帶寬，用字節(jié)數(shù)表示，該Binjmin與最小保留速率相對(duì)應(yīng)；
所述五種服務(wù)類型為
第1類服務(wù)定長(zhǎng)分組、固定比特率的實(shí)時(shí)服務(wù)流，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率、最小保留速率、最大等待時(shí)間以及容忍的抖動(dòng)，所述最小保留速率與最大持續(xù)速率相等；
第2類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率實(shí)時(shí)服務(wù)流，其傳輸速率在平均速率上下波動(dòng)平緩，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率、最小保留速率以及最大等待時(shí)間；
第3類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率實(shí)時(shí)服務(wù)流，其傳輸速率在平均速率上下波動(dòng)劇烈，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率、最小保留速率以及最大等待時(shí)間；
第4類服務(wù)變長(zhǎng)分組、可變比特率的非實(shí)時(shí)服務(wù)流，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率、最小保留速率以及傳輸優(yōu)先級(jí)；
第5類服務(wù)具有自相似特性的非實(shí)時(shí)服務(wù)流，服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是最大持續(xù)速率以及傳輸優(yōu)先級(jí)；
步驟(4.3)，根據(jù)服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬，決定接受或者拒絕該服務(wù)連接建立請(qǐng)求，若接受，執(zhí)行步驟(4.4)，否則，執(zhí)行步驟(4.5)；
步驟(4.4)，為接受的服務(wù)連接分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符，將其信息記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并反饋一個(gè)連接響應(yīng)，表示該服務(wù)連接建立成功；
步驟(4.5)，反饋一個(gè)連接響應(yīng)，表示該服務(wù)連接建立失?。?br> 步驟(5)，所述下行服務(wù)連接建立模塊從接納控制模塊收到服務(wù)連接建立成功的連接響應(yīng)后，把已分配到一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符的服務(wù)連接送往下行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器；
步驟(6)，所述下行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器以收到的下行服務(wù)連接的連接標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，把數(shù)據(jù)緩存，并向下行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊輸出；
步驟(7)，所述下行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊在每個(gè)媒體接入控制幀開(kāi)始時(shí)，測(cè)量各個(gè)下行服務(wù)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，并記錄在服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中；
步驟(8)，帶寬分配模塊從所述服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上下行各類服務(wù)連接請(qǐng)求的帶寬，按以下步驟結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行帶寬分配，并得出不同子站授權(quán)的總帶寬
步驟(8.1)，從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上下行各類服務(wù)連接的信息，其中包括子站號(hào)、服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和本幀請(qǐng)求的帶寬，并根據(jù)服務(wù)類型進(jìn)行下述不同的操作；
步驟(8.1.1)，讀取一個(gè)服務(wù)連接的服務(wù)類型；
步驟(8.1.2)，針對(duì)不同服務(wù)類型執(zhí)行不同操作
對(duì)于第1類服務(wù)，通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬BG1nj是第n個(gè)子站第1類服務(wù)第j個(gè)連接的最大所需帶寬B1njmax，即
對(duì)于第2類服務(wù)，通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率和最小保留速率計(jì)算出最大所需帶寬和最小所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬BR2nj定義為本幀第n個(gè)子站第2類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)與部分平均所需帶寬的差值，若則基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬BG2nj為否則，超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EX2nj為
對(duì)于第3類服務(wù)，通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬BR3nj定義為本幀第n個(gè)子站第3類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若則基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬為請(qǐng)求帶寬，即BG3nj＝BR3nj，否則，超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EX3nj為
對(duì)于第4類服務(wù)，通過(guò)該服務(wù)連接的最小保留速率計(jì)算出最小所需帶寬，請(qǐng)求的帶寬定義為本幀第n個(gè)子站第4類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若則基站授權(quán)給該服務(wù)連接的帶寬為請(qǐng)求帶寬，即BG4nj＝BR4nj，否則，超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EX4nj為
對(duì)于第5類服務(wù)，請(qǐng)求的帶寬BR5nj定義為本幀第n個(gè)子站第5類服務(wù)第j個(gè)連接隊(duì)列的字節(jié)數(shù)，若BR5nj＞0，則認(rèn)為超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EX5nj為EX5nj＝BR5nj；
步驟(8.2)，按下式計(jì)算出系統(tǒng)已授權(quán)的總帶寬BG和超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬EX
其中
BGinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接被授權(quán)的帶寬，i＝1，2，3，4；
EXinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，i＝2，3，4，5；
再把所述BG和EX相加求和，并與系統(tǒng)總帶寬進(jìn)行比較，若不大于系統(tǒng)總帶寬，則執(zhí)行步驟(8.3)，否則，執(zhí)行步驟(8.4)；
步驟(8.3)，按下式計(jì)算第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬BGn為
步驟(8.4)，按下式根據(jù)系統(tǒng)總可用帶寬與系統(tǒng)超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)總帶寬的比值來(lái)修正步驟(8.3)得到的第n個(gè)子站中超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的總帶寬，得到修正后的第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬BGn為
步驟(8.5)，所述帶寬分配模塊把第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬送往上下行映射產(chǎn)生器，n＝1，2，...，N；
步驟(9)，所述上下行映射產(chǎn)生器根據(jù)帶寬分配模塊中不同子站授權(quán)的總帶寬，結(jié)合物理層參數(shù)分配媒體接入控制幀中的時(shí)隙，生成上下行映射，并把下行映射送到下行調(diào)度器，再通過(guò)下層接口向物理層發(fā)送媒體接入控制層的數(shù)據(jù)和控制信息，或接收物理層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；
在所述子站系統(tǒng)中，依次按以下步驟進(jìn)行
步驟(1′)，子站上層接口接收IP層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，或向IP層發(fā)送媒體接入控制層數(shù)據(jù)；
步驟(2′)，服務(wù)類型判決器根據(jù)從所述子站上層接口收到的業(yè)務(wù)名稱和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)判斷出是哪類服務(wù)，并向上行服務(wù)連接建立模塊輸出；
步驟(3′)，所述上行服務(wù)連接建立模塊為收到的各類上行服務(wù)向基站中的接納控制模塊發(fā)送連接建立請(qǐng)求，并接收相應(yīng)的連接響應(yīng)，若為連接建立成功響應(yīng)，則執(zhí)行下一步驟；
步驟(4′)，上行服務(wù)連接隊(duì)列緩存器從所述上行服務(wù)連接建立模塊接收上行服務(wù)連接，并以一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，把數(shù)據(jù)緩存，并向上行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊輸出；
步驟(5′)，上行服務(wù)連接帶寬請(qǐng)求模塊在每個(gè)媒體接入控制幀開(kāi)始時(shí)，測(cè)量各個(gè)上行服務(wù)連接隊(duì)列的大小，記錄在上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以不同的方式向基站系統(tǒng)的服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送相應(yīng)的帶寬請(qǐng)求；
步驟(6′)，上行調(diào)度器從基站系統(tǒng)的上下行映射產(chǎn)生器接收上行映射，把該上行映射中授權(quán)的帶寬分配給各個(gè)服務(wù)連接，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送順序，并通過(guò)下層接口向物理層發(fā)送媒體接入控制層數(shù)據(jù)和控制信息，或接收物理層層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；
其中，所述的上、下行調(diào)度方法依次含有以下步驟
第一步上行調(diào)度器接收基站廣播的上行映射，下行調(diào)度器從上下行映射產(chǎn)生器中讀入下行映射；
第二步在上行方向，上行調(diào)度器從上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取上行各類服務(wù)連接的信息，包括服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和前一幀請(qǐng)求的帶寬；在下行方向，下行調(diào)度器從服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取下行各類服務(wù)連接的信息，包括子站號(hào)、服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和前一幀請(qǐng)求的帶寬，所述服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中上行各類服務(wù)連接前一幀請(qǐng)求帶寬的個(gè)數(shù)不超過(guò)上行服務(wù)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)中上行各類服務(wù)連接前一幀請(qǐng)求帶寬的個(gè)數(shù)；
第三步上、下行調(diào)度器按下式計(jì)算出第n個(gè)子站所需要的總帶寬BRn
其中
BRn第n個(gè)子站所需要的總帶寬，用字節(jié)數(shù)表示；
Nin系統(tǒng)中已有第n個(gè)子站第i類服務(wù)的總連接數(shù)，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}；
Binjmax第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最大所需帶寬，用字節(jié)數(shù)表示，與最大持續(xù)速率相對(duì)應(yīng)，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Nin；
Binjmin第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接的最小所需帶寬，用字節(jié)數(shù)表示，與最小保留速率相對(duì)應(yīng)，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Nin；
αnj第n個(gè)子站中第2類服務(wù)第j個(gè)連接的平均所需帶寬因子，αnj∈(0，1)，n∈N，j∈N2n；
BRinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接請(qǐng)求的帶寬，用字節(jié)數(shù)表示，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈Nin；
第四步當(dāng)系統(tǒng)授權(quán)的總帶寬充足時(shí)，根據(jù)各個(gè)服務(wù)連接的服務(wù)類型進(jìn)行調(diào)度，具體如下所述
首先，把各類服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，服務(wù)優(yōu)先級(jí)隨著服務(wù)類型編號(hào)的增大而降低；
其次，再對(duì)各個(gè)服務(wù)類型按照如下方法區(qū)別對(duì)待
把第1類服務(wù)中各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬即等于其最大所需帶寬，所述編號(hào)對(duì)于先到達(dá)緩存器為小，后到的為大；
把第2類服務(wù)中各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬即在第j個(gè)服務(wù)連接請(qǐng)求帶寬上向上浮動(dòng)，浮動(dòng)幅度為部分平均所需帶寬；
把第3類服務(wù)中各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA3nj＝BR3nj，即按服務(wù)連接請(qǐng)求的帶寬分配；
把第4、5類服務(wù)各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BAinj＝BRinj，i∈{4，5}，即按服務(wù)連接請(qǐng)求的帶寬分配；
第五步當(dāng)已授權(quán)的總帶寬不足時(shí)，對(duì)各個(gè)服務(wù)連接按照優(yōu)先級(jí)如下分配
首先，把各類服務(wù)連接按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，服務(wù)優(yōu)先級(jí)隨著服務(wù)類型編號(hào)的增大而降低，同時(shí)，按步驟(8.1)中所述的方法計(jì)算出各類服務(wù)連接已授權(quán)的帶寬BGinj和超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬EXinj；
其次，再針對(duì)不同的服務(wù)類型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)度
對(duì)第1類服務(wù)，把各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA1nj＝BG1nj；
對(duì)第2類服務(wù)，把各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA2nj＝BG2nj，否則，按下式處理
其中
BGn第n個(gè)子站已授權(quán)的總帶寬，用字節(jié)數(shù)表示；
BGinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接被授權(quán)的帶寬；
EXinj第n個(gè)子站第i類服務(wù)第j個(gè)連接超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬；
即在B2njmax基礎(chǔ)上按照超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬是在全系統(tǒng)超出部分所占比例再增加一個(gè)幅度；
對(duì)第3類服務(wù)，把各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA3nj＝BG3nj，否則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA3nj為
對(duì)第4類服務(wù)，把各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，計(jì)算出第n個(gè)子站所剩帶寬BLn
把BLn與各個(gè)服務(wù)連接已授權(quán)帶寬之和
比較
若則進(jìn)行以下操作
若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BG4nj，否則各個(gè)服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj為計(jì)算新的所剩帶寬
若則進(jìn)行以下操作
對(duì)于同一個(gè)傳輸優(yōu)先級(jí)的各個(gè)服務(wù)連接，按照編號(hào)由小到大排序，從高傳輸優(yōu)先級(jí)小編號(hào)的服務(wù)連接開(kāi)始分配帶寬，若沒(méi)有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BG4nj，否則，先為該服務(wù)連接分配一個(gè)帶寬再計(jì)算新的所剩帶寬BLn′＝BLn-BA4nj，若小于零，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA4nj＝BLn′BA4nj，結(jié)束分配，否則，BLn＝BLn′，繼續(xù)執(zhí)行此操作；
對(duì)第5類服務(wù)，先把各個(gè)服務(wù)連接按照傳輸優(yōu)先級(jí)排序，計(jì)算出第n個(gè)子站所剩帶寬BLn＝BLn′，再把同一個(gè)傳輸優(yōu)先級(jí)的各個(gè)服務(wù)連接按照編號(hào)由小到大排序，從高傳輸優(yōu)先級(jí)小編號(hào)的服務(wù)連接開(kāi)始分配帶寬，若有超出服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的帶寬，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA5nj為其中，β5nj是第n個(gè)子站第5類服務(wù)第j個(gè)連接的傳輸優(yōu)先級(jí)，β5nj∈{0，1，2，3，4，5，6，7}，n∈N，j∈N5n，β5nj值越大，傳輸優(yōu)先級(jí)越高，計(jì)算新的所剩帶寬BLn′＝BLn-BA5nj，若小于零，則該服務(wù)連接被分配的帶寬BA5nj＝BLn′BA5nj，結(jié)束分配，否則，BLn＝BLn′，繼續(xù)執(zhí)行此操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)媒體接入控制層服務(wù)質(zhì)量保證方法其特征在于所述步驟(4.3)，依次含有以下子步驟
步驟(4.3.1)，對(duì)當(dāng)前收到的服務(wù)類型進(jìn)行判定
若是第1、2、3類服務(wù)，則執(zhí)行步驟(4.3.2)；
若是第4類服務(wù)，則執(zhí)行步驟(4.3.3)；
若是第5類服務(wù)，則執(zhí)行步驟(4.3.4)；
步驟(4.3.2)，通過(guò)該服務(wù)連接的最大持續(xù)速率計(jì)算出最大所需帶寬，并與系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行比較，若不大于系統(tǒng)可用帶寬，則接受，執(zhí)行步驟(4.4)，否則執(zhí)行步驟(4.5)；
步驟(4.3.3)，通過(guò)該服務(wù)連接的最小保留速率計(jì)算出最小所需帶寬，并與系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行比較，若不大于系統(tǒng)可用帶寬，則接受，執(zhí)行步驟(4.4)，否則執(zhí)行步驟(4.5)；
步驟(4.3.4)，若系統(tǒng)可用帶寬大于零，則接受，執(zhí)行步驟(4.4)，否則執(zhí)行步驟(4.5)。
全文摘要
本發(fā)明屬于有服務(wù)質(zhì)量分級(jí)的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，把服務(wù)分成五類，增加了變長(zhǎng)分組、可變比特率、波動(dòng)平緩的實(shí)時(shí)服務(wù)流；把基站與子站功能作了詳盡劃分，用接納控制模塊接受或拒絕IP層發(fā)來(lái)業(yè)務(wù)的服務(wù)連接建立請(qǐng)求；用帶寬分配模塊讀取各類服務(wù)連接請(qǐng)求的帶寬，結(jié)合服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和系統(tǒng)可用帶寬進(jìn)行分配，求出不同子站授權(quán)的總帶寬；用上、下行調(diào)度器根據(jù)授權(quán)的總帶寬和所需帶寬，按服務(wù)優(yōu)先級(jí)對(duì)各個(gè)服務(wù)連接進(jìn)行調(diào)度，通過(guò)下層接口向物理層發(fā)送媒體接入控制層數(shù)據(jù)和控制信息。不僅滿足各類服務(wù)連接的服務(wù)質(zhì)量要求，而且兼顧了數(shù)據(jù)突發(fā)增加的問(wèn)題，提高了子站間及不同優(yōu)先級(jí)服務(wù)連接間的公平性。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101035139SQ200710063298
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月8日
發(fā)明者賀媛, 曾烈光, 金德鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)