CN1925365B

CN1925365B - 一种无线宽带网络带宽分配和调度的系统和方法

Info

Publication number: CN1925365B
Application number: CN2006101133561A
Authority: CN
Inventors: 雷亮
Original assignee: Beijing Northern Fiberhome Technologies Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: CN1925365A

Abstract

本发明涉及一种无线宽带网络带宽分配和调度的系统和方法，在网络系统中基站和用户站交互，基站的带宽分配单元为业务流中不参与调度的仿真电路类业务自动周期性地分配固定带宽；扣除上述固定带宽后，规定业务流中其它各类业务的优先级，调制编码方式参与优先级计算，按优先级和递减参数序列分配剩余带宽；用户站按策略提出带宽申请；这样做到了为业务分配带宽时公平，遵守QoS约定，包括带宽、延时、抖动等参数的要求，以获得尽量大的吞吐量，充分利用了网络带宽，算法尽量简单，有利于降低设备成本。

Description

一种无线宽带网络带宽分配和调度的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种无线宽带网络带宽分配和调度的方法，尤其涉及802.16网络通过带宽分配实现各种业务调度的技术。

背景技术

在802.16网络系统中，一个基站(BS，Base Station)上接入的用户站(SS，SubscriberStation)通过时分复用共享上行带宽。BS通过分析各用户站的业务流及其QoS参数按照一定的算法为不同的用户站分配合适的带宽。由于802.16是一种无线宽带接入标准，最大带宽可达几十M bps，要求数据面的处理非常迅速，避免因为设备的处理能力造成拥塞。BS的带宽分配和上行调度通道是数据面处理的一部分，要为所有的SS服务，要求：1、带宽分配要公平，遵守QoS约定，包括带宽、延时、抖动等采纳参数的要求；2、尽量获得大的吞吐量，充分利用网络带宽；3、算法尽量简单，有利于降低设备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线宽带网络带宽分配和调度的系统和方法，SS根据算法规定的策略提出带宽申请，和BS协同工作，完成带宽分配和上行调度；BS为不同的SS分配优先级，在各SS业务流优先级相同的情况下，优先调度高速率调制编码方式SS的业务流，从而获得尽可能大的吞吐量；同时通过更长时延控制选择是否丢弃数据。

该系统包括用户站和基站，用户站包括上行调度单元和带宽申请单元，基站包括带宽分配单元和下行调度单元，实现用户站和基站之间的调度和带宽分配的交互处理。针对上行调度的带宽分配，上行调度单元将接收到的一待发送的SDU，加入到上行调度队列，并向带宽申请单元发送带宽请求，带宽申请单元根据QoS参数要求，检查带宽请求的合理性，通过检查则向基站发出带宽请求。带宽分配单元将接收到的带宽请求加入带宽请求队列，带宽分配单元是以帧为周期处理带宽请求队列，带宽分配单元以业务流的优先级为依据分配带宽，生成带宽分配信息，并发送到用户站，从而上行调度单元根据带宽分配信息，将SDU在分配的上行带宽上调度形成MAC帧后发送。针对下行调度的带宽分配，下行调度单元将基站接收的业务流的一待发送的SDU，加入到下行调度队列，并向带宽分配单元发送带宽请求；带宽分配单元将接收到的带宽请求加入带宽请求队列，并以帧为周期处理带宽请求队列；带宽分配单元按优先级分配带宽，生成带宽分配信息；下行调度单元根据带宽分配信息，将各业务流的PDU在分配的下行带宽上调度形成MAC帧后发送。

该方法是以物理帧周期执行带宽的分配运算，先为业务流中不参与调度的仿真电路类业务自动周期性地分配固定带宽。扣除固定带宽后，规定业务流中其它各类业务的优先级，以便分配剩余带宽。在保证QoS参数约定优先级的情况下，使调制编码方式参与运算，获得新的优先级，按新的优先级分配剩余带宽。请求带宽分配的业务流中其它各类业务包括实时类业务、非实时类业务和尽力而为类业务。扣除固定带宽后，首先为所有实时类业务分配其所需的最小带宽。对于实时类业务的带宽请求，如果最小带宽的分配不能满足QoS参数中的时延要求，SS要保留相应的SDU数据一个预先设定时间，超过该延时则丢弃这些SDU数据，以后通过累积型带宽请求通知BS修改带宽请求量。该预设时间大于QoS参数中最小时延的3倍。对剩余带宽的分配使用递减序列参数来为不同优先级的业务流分配不同的带宽；递减参数序列根据业务统计信息确定，自适应调整。上行调度时的带宽分配，首先要由用户站根据QoS参数要求检查带宽请求合理性，检查通过后才向基站发出带宽请求，再实施上述分配固定带宽的步骤。下行调度时的带宽分配，则直接实施上述的分配固定带宽的步骤。

本发明提出的带宽分配和调度方法能够实现各种业务的QoS，并能获得较大的吞吐量；同时算法较为简单，有利于软/硬件实现，降低设备成本。

附图说明

图1是说明根据本发明所构造的系统，其中，本图所示的带宽请求也可能是上行数据的一部分；

图2是说明根据本发明的方法，基站BS带宽分配处理流程；

图3是说明根据本发明的系统和方法，上行调度和带宽分配交互的过程。

具体实施方式

首先说明：数据由基站到用户站称为下行；由用户站到基站称为上行。下行带宽由BS自行分配，下行调度由BS单独完成；上行带宽分配由BS/SS协同完成，SS在分配的带宽上进行上行调度。

带宽分配和调度涉及到以下几个部分如图1所示：基站带宽分配模块或称带宽分配单元，基站下行调度模块或称下行调度单元，用户站带宽申请模块或称带宽申请单元，用户站上行调度模块或称上行调度单元。其中，各模块能够完成各种功能，实现用户站和基站之间的调度和带宽分配的交互处理，比如：

基站下行调度模块：

完成下行带宽分配，生成下行带宽分配情况信息以便用户站获取属于自己的下行数据；管理下行SDU队列；调度各用户站业务流的SDU形成MAC帧后发送到物理层模块。

基站带宽分配模块：

管理带宽请求队列；完成上行带宽分配；生成上行带宽分配情况信息以便于用户站完成上行调度。

用户站带宽申请模块：

根据算法策略提出带宽申请，而不是上层需要发送数据就提出申请。这样就减轻了基站的带宽分配模块的处理负担。

基站上行调度模块：

根据基站生成的上行带宽分配情况信息，调度个业务流的PDU发送到物理层模块。

本发明所述带宽分配和调度方法具体如下。

参看图2，业务流分为四类：仿真电路类、实时类、非实时类、尽力而为类。仿真电路类业务带宽需求固定，为了节省BS的带宽分配算法开销，这类业务不产生带宽请求，不参与调度，BS带宽分配模块定时为其分配带宽。其他三类业务流会产生带宽请求，BS带宽分配模块在扣除定时为仿真电路类分配的带宽后，在剩余的带宽B1上为这三类业务分配带宽。

各类业务流优先级不同，规定实时类高于非实时类、非实时类高于尽力而为类；同类业务流还有用户定义的优先级；对于用户级优先级相同的同类业务流，BS默认高速率调制编码方式的SS有更高的优先级。

BS先为所有实时类业务分配其所需的最小带宽，剩余带宽B2由实时类业务(需要额外带宽，即最大带宽与最小带宽之差)与非实时类业务按优先级分配。BS根据QoS配置的优先级和调制编码方式来规定新的优先级：

新优先级＝QoS参数优先级＊32+调制编码方式权重

QoS参数优先级＝0～7；

为了保证QoS参数优先级影响，对其值乘上32；

调制编码方式权重＝

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)

按新优先级对所有实时类业务和非实时类业务排序。根据统计有递减序列a[N]；

第i个业务分配的带宽＝min(B2*a[i]，QoS规定的最大带宽)

剩余带宽B3分配给尽力而为类业务，根据统计有递减序列b[N]：

1.计算新优级＝QoS参数优先级＊32+调制编码方式权重，排序

2.B＝B3

3.为第i个尽力而为类业务流分配带宽＝B*b[i]，

4.更新剩余带宽B，如B＞0转3，否则结束。

(注：N、i为自然数，a[N]、b[N]是定点小数)

对剩余带宽的分配使用递减序列参数来为不同优先级的业务流分配不同的带宽，递减参数序列根据业务统计信息确定，自适应调整。使用递减序列参数来保证给不同优先级的业务流分配不同的带宽，避免了复杂的计算，整个算法简单易于实现。

BS以物理帧周期执行带宽分配算法，如果某个带宽请求的数据在下一帧能容纳则从带宽请求队列中删除这个带宽请求，否则，修改该带宽请求的数据量。对于实时类业务，如果按上行带宽分配和调度不能满足时延要求，SS要保留相应的SDU数据一个预先设定时间(一般大于QoS参数中的最小时延3倍)，超过该延时则丢弃这些SDU数据，以后通过累积型带宽请求通知BS修改带宽请求量。也就是说，对于实时类业务，如果最小带宽分配不能满足时延要求，SS便设立更长定时决定是否丢弃部分数据。这是因为对于实时类业务，网络繁忙时，可能分得最小带宽，如果较大的数据包请求带宽，可能不满足延时要求，设立更长延时定时器，避免偶然的网络繁忙丢失数据，同时在网络持续繁忙时，丢弃部分数据，因为超过更长延时的数据对实时类业务已无意义。

参看图3，SS上行调度模块管理上行SDU队列，收到一个SDU即向带宽申请模块发送一个带宽请求，带宽申请模块根据QoS参数要求，检查该请求的合理性，通过检查则向BS发出带宽申请(即SS根据算法规定的策略提出带宽请求)。这样就减轻了BS带宽分配模块的负担，提高了其带宽分配的效率。

上行调度和带宽分配如下：

SS收到一个待发送的MAC SDU；

SS上行调度模块将待发送的MAC SDU加入上行调度队列，向带宽申请模块发送一个带宽请求；

SS带宽申请模块根据QoS参数要求，检查该请求的合理性，通过检查则向BS发出带宽申请；

BS带宽分配模块将收到的带宽请求加入带宽请求队列；

BS带宽分配模块以帧为周期处理带宽请求队列；

BS带宽分配模块生成上行带宽分配信息(比如通过之前描述的带宽分配方法来实现并分配带宽)，发送到SS：

SS上行调度模块将各业务流的SDU在分配的上行带宽上形成MAC帧后调度发送。

因而，用户站不是有数据就请求带宽，而是经过分析处理后提出带宽申请。

下行调度和带宽分配如下：

BS收到一个待发送的MAC SDU；

BS下行调度模块将待发送的MAC SDU加入下行调度队列，向带宽申请模块发送一个带宽请求；

BS带宽分配模块将收到的带宽请求加入带宽请求队列；

BS带宽分配模块以物理帧为周期处理带宽请求队列；

BS带宽分配模块生成下行带宽分配信息(比如通过之前的带宽分配方法来实现并分配带宽)；

BS下行调度模块将各业务流的SDU在分配的下行带宽上调度形成MAC帧后发送。

本发明中，由于仿真电路类业务不参与调度，减轻了调度和带宽分配算法处理的效率；调制编码方式参与优先级计算，使得具有较高调制编码的用户站可能获得较大带宽，能提高带宽利用率和网络吞吐量；用户站按算法规定的策略提出带宽申请，减轻了BS带宽分配模块的计算负担，提高了其带宽分配的效率。本发明中这类特殊操作维护通道建立的方法，给按优先级排列的业务流分配带宽时，优先级越高，可能分得的带宽越大，其使用递减序列参数来给不同优先级的业务流分配不同的带宽，避免了复杂的计算，同时保证了公平性。

Claims

1.一种无线宽带网络的带宽分配和调度的方法，其特征在于，包括：

a、以物理帧周期执行带宽的分配运算，先为业务流中不参与调度的仿真电路类业务自动周期性地分配固定带宽；

b、扣除上述固定带宽后，规定业务流中其它各类业务的优先级，以便分配剩余带宽；

c、在保证QoS参数约定优先级的情况下，使调制编码方式参与运算，获得新的优先级；

d、按所述新的优先级分配剩余带宽；

其中，请求带宽分配的业务流中其它各类业务包括实时类业务、非实时类业务和尽力而为类业务；

对于实时类业务，如果最小带宽的分配不能满足QoS参数中的时延要求，用户站要保留相应的业务数据单元(SDU)数据一个预设时间，超过该预设时间则丢弃这些SDU数据，以后通过累积型带宽请求通知基站修改带宽请求量。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

扣除固定带宽后，首先为所有实时类业务分配其所需的最小带宽。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

该预设时间大于QoS参数中最小时延的3倍。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，进一步包括：

对剩余带宽的分配使用递减序列参数来为不同优先级的业务流分配不同的带宽；

递减参数序列根据业务统计信息确定，自适应调整。

5.如权利要求1、2或3所述的方法，进一步包括：

在上行调度时的带宽分配，首先要由用户站根据QoS参数要求，检查带宽请求合理性，检查通过后才向基站发出带宽请求，实施步骤a；

在下行调度时的带宽分配，则直接实施步骤a。

6.一种无线宽带网络的带宽分配和调度的系统，其特征在于，包括：

用户站包括上行调度单元和带宽申请单元，基站包括带宽分配单元和下行调度单元，实现用户站和基站之间的调度和带宽分配的交互处理；

其中，针对上行调度的带宽分配：

上行调度单元将接收到的业务流的一待发送的SDU，加入到上行调度队列，并向带宽申请单元发送带宽请求；

带宽申请单元根据QoS参数要求，检查该带宽请求的合理性，如果通过检查，则向基站发出带宽请求；

带宽分配单元将接收到的带宽请求加入带宽请求队列；

带宽分配单元是以帧为周期处理带宽请求队列；

带宽分配单元按优先级分配带宽，生成带宽分配信息，发送到用户站；

上行调度单元根据带宽分配信息，将各业务流的SDU在分配的上行带宽上调度形成MAC帧后发送。

7.如权利要求6所述的系统，进一步包括：

其中，针对下行调度的带宽分配：

下行调度单元将基站接收的业务流的一待发送的SDU，加入到下行调度队列，并向带宽分配单元发送带宽请求；

带宽分配单元将接收到的带宽请求加入带宽请求队列，并以帧为周期处理带宽请求队列；

带宽分配单元按优先级分配带宽，生成带宽分配信息；

下行调度单元根据带宽分配信息，将各业务流的PDU在分配的下行带宽上调度形成MAC帧后发送。

8.如权利要求7所述的系统，进一步包括：

带宽分配单元生成的带宽分配信息，是根据权利要求1-5所述的方法之一来实现并分配带宽的。