一種適應(yīng)信道的WiMax分級調(diào)度架構(gòu)

摘要： 針對無線信道中與時(shí)間和位置相關(guān)性錯(cuò)誤，本文簡要介紹了IEEE 802.16d協(xié)議的QoS服務(wù)模型，在對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，解決了無線信道特殊性帶來的調(diào)度問題。

引言

隨著VoIP電話、視頻會議和在線視頻等多媒體業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)性能提出了與傳統(tǒng)的網(wǎng)頁瀏覽、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)、速度更高的無線城域網(wǎng)規(guī)范—WiMax標(biāo)準(zhǔn)中，無線信道的位置依賴性、突發(fā)和高的信道誤碼也成為其QoS要面對的首要問題。針對不同的應(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)無線特性、滿足實(shí)時(shí)要求，但缺乏對多類型業(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，卻無法保證時(shí)延限制。將文獻(xiàn)[4]提出的分級體系結(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，針對不同類型業(yè)務(wù)的QoS需求，在良好適應(yīng)無線特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的支持。

IEEE 802.16d的服務(wù)類型

主動授予服務(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)一旦申請成功，在傳輸過程中就不需要再去申請。BS周期性地強(qiáng)制調(diào)度，不接收來自SS的競爭請求機(jī)會，同時(shí)禁止使用捎帶請求，這樣避免了帶寬請求引入的開銷和時(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求機(jī)會，從而使得該連接能夠周期地改變帶寬請求。BS也不接收來自SS的其他競爭請求機(jī)會和捎帶請求。這種服務(wù)比UGS的請求開銷大，但能按需動態(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輪詢間隔更長的周期或不定期的單播請求機(jī)會，SS也可以使用競爭和捎帶請求的方式來請求帶寬。

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，允許使用任何類型的競爭請求機(jī)會和捎帶請求，但是不允許它們使用任何單播輪詢請求機(jī)會。

QoS調(diào)度架構(gòu)的設(shè)計(jì)

本架構(gòu)的設(shè)計(jì)見圖 1。服務(wù)請求通過分類器后，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)列中取出的請求加以流量監(jiān)控，保證在對用戶流量進(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。通過流量監(jiān)控后的服務(wù)請求先進(jìn)入下層調(diào)度，針對同種排隊(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)的帶寬請求方式不同，對時(shí)延、抖動和速率等參數(shù)的要求也不同。考慮到無線信道特性，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)的帶寬來發(fā)送UGS業(yè)務(wù)流。對于rtPS業(yè)務(wù)，通過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)會的多寡和帶寬分配量。對于nrtPS業(yè)務(wù)，通過確定其單播輪詢間隔來調(diào)整獲取傳輸機(jī)會的周期，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nrtPS業(yè)務(wù)的競爭和捎帶請求進(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)流的帶寬請求放至非實(shí)時(shí)隊(duì)列，而將沒有QoS要求的BE業(yè)務(wù)流放至BE隊(duì)列。