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摘要： 針對(duì)無(wú)線信道中與時(shí)間和位置相關(guān)性錯(cuò)誤，本文簡(jiǎn)要介紹了IEEE 802.16d協(xié)議的QoS服務(wù)模型，在對(duì)WiMax的QoS機(jī)制和調(diào)度策略進(jìn)行了深入的研究后，提出了一種新的MAC層分級(jí)分組調(diào)度架構(gòu)。以滿足不同類型業(yè)務(wù)的QoS需求，解決了無(wú)線信道特殊性帶來(lái)的調(diào)度問(wèn)題。
引言
隨著VoIP電話、視頻會(huì)議和在線視頻等多媒體業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出了與傳統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP服務(wù)、E-mail等業(yè)務(wù)不同的需求，不同類型的業(yè)務(wù)具有各自明確的服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的一大特征。旨在提供傳輸距離更遠(yuǎn)、速度更高的無(wú)線城域網(wǎng)規(guī)范—WiMax標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)線信道的位置依賴性、突發(fā)和高的信道誤碼也成為其QoS要面對(duì)的首要問(wèn)題。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，802.16d標(biāo)準(zhǔn)中為QoS定義了四種業(yè)務(wù)類型，明確規(guī)范了交互機(jī)制，但將調(diào)度等內(nèi)容留待開(kāi)發(fā)者自行解決。
文獻(xiàn)[2]提出一種新型的CIF-Q調(diào)度算法，能夠較好地適應(yīng)無(wú)線特性、滿足實(shí)時(shí)要求，但缺乏對(duì)多類型業(yè)務(wù)的區(qū)別服務(wù)。文獻(xiàn)[3]提出的CSDPS算法能夠不依賴于信道特性，卻無(wú)法保證時(shí)延限制。將文獻(xiàn)[4]提出的分級(jí)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到WiMax的QoS調(diào)度架構(gòu)中，提出了兩層的分組調(diào)度算法，針對(duì)不同類型業(yè)務(wù)的QoS需求，在良好適應(yīng)無(wú)線特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的支持。
IEEE 802.16d的服務(wù)類型
主動(dòng)授予服務(wù)(UGS，Unsolicited Grant Service)
UGS業(yè)務(wù)用于傳輸周期性的、包大小固定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其典型業(yè)務(wù)是VoIP電話。UGS業(yè)務(wù)一旦申請(qǐng)成功，在傳輸過(guò)程中就不需要再去申請(qǐng)。BS周期性地強(qiáng)制調(diào)度，不接收來(lái)自SS的競(jìng)爭(zhēng)請(qǐng)求機(jī)會(huì)，同時(shí)禁止使用捎帶請(qǐng)求，這樣避免了帶寬請(qǐng)求引入的開(kāi)銷和時(shí)延。
實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)(rtPS，Real-time Polling Service)
rtPS主要用于支持周期性的、包大小可變的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如MPEG視頻業(yè)務(wù)。rtPS提供周期性的單播輪詢帶寬請(qǐng)求機(jī)會(huì)，從而使得該連接能夠周期地改變帶寬請(qǐng)求。BS也不接收來(lái)自SS的其他競(jìng)爭(zhēng)請(qǐng)求機(jī)會(huì)和捎帶請(qǐng)求。這種服務(wù)比UGS的請(qǐng)求開(kāi)銷大，但能按需動(dòng)態(tài)分配帶寬。
非實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)(nrtPS，Non-Real-time Polling Service)
nrtPS主要用于支持非周期、變長(zhǎng)分組的非實(shí)時(shí)VBR服務(wù)流，如高帶寬的FTP業(yè)務(wù)流，它有最小速率要求。BS提供比rtPS輪詢間隔更長(zhǎng)的周期或不定期的單播請(qǐng)求機(jī)會(huì)，SS也可以使用競(jìng)爭(zhēng)和捎帶請(qǐng)求的方式來(lái)請(qǐng)求帶寬。
盡力而為服務(wù)(BE，Best Effort Service)
BE主要用于支持非實(shí)時(shí)、無(wú)任何速率和時(shí)延要求的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其穩(wěn)定性由高層協(xié)議來(lái)保證。典型業(yè)務(wù)是Telnet和Http服務(wù)。SS可以隨時(shí)提出帶寬申請(qǐng)，允許使用任何類型的競(jìng)爭(zhēng)請(qǐng)求機(jī)會(huì)和捎帶請(qǐng)求，但是不允許它們使用任何單播輪詢請(qǐng)求機(jī)會(huì)。
QoS調(diào)度架構(gòu)的設(shè)計(jì)
本架構(gòu)的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 1。服務(wù)請(qǐng)求通過(guò)分類器后，按照QoS需求特性，將業(yè)務(wù)流分組放入不同隊(duì)列。從隊(duì)列中取出的請(qǐng)求加以流量監(jiān)控，保證在對(duì)用戶流量進(jìn)行規(guī)約的同時(shí)，允許保持業(yè)務(wù)流限定范圍內(nèi)的突發(fā)性。通過(guò)流量監(jiān)控后的服務(wù)請(qǐng)求先進(jìn)入下層調(diào)度，針對(duì)同種排隊(duì)類型的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度，包括實(shí)時(shí)調(diào)度、非實(shí)時(shí)調(diào)度和BE調(diào)度。上層總調(diào)度針對(duì)不同種排隊(duì)類型業(yè)務(wù)進(jìn)行總體統(tǒng)籌安排。下面將對(duì)這些模塊進(jìn)行深入分析。主要由下面幾個(gè)部分組成：
圖1 調(diào)度構(gòu)架圖
調(diào)度控制器
四種類型業(yè)務(wù)的帶寬請(qǐng)求方式不同，對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)和速率等參數(shù)的要求也不同。考慮到無(wú)線信道特性，采用如下調(diào)度控制策略：為UGS業(yè)務(wù)預(yù)留一定帶寬BUGS，維持特征表，用于定期給SS分配相應(yīng)的帶寬來(lái)發(fā)送UGS業(yè)務(wù)流。對(duì)于rtPS業(yè)務(wù)，通過(guò)確定其單播輪詢間隔的參數(shù)值，可以調(diào)整實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)傳輸機(jī)會(huì)的多寡和帶寬分配量。對(duì)于nrtPS業(yè)務(wù)，通過(guò)確定其單播輪詢間隔來(lái)調(diào)整獲取傳輸機(jī)會(huì)的周期，保證非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的最小速率。并檢查帶寬的空余量，決定是否對(duì)nrtPS業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)和捎帶請(qǐng)求進(jìn)行授權(quán)。按照上述思想，將周期性的、具有恒定速率的UGS業(yè)務(wù)流、rtPS和nrtPS的輪詢流放至實(shí)時(shí)隊(duì)列，將nrtPS業(yè)務(wù)流的帶寬請(qǐng)求放至非實(shí)時(shí)隊(duì)列，而將沒(méi)有QoS要求的BE業(yè)務(wù)流放至BE隊(duì)列。
