一種適應信道的WiMax分級調度架構

摘要： 針對無線信道中與時間和位置相關性錯誤，本文簡要介紹了IEEE 802.16d協(xié)議的QoS服務模型，在對WiMax的QoS機制和調度策略進行了深入的研究后，提出了一種新的MAC層分級分組調度架構。以滿足不同類型業(yè)務的QoS需求，解決了無線信道特殊性帶來的調度問題。

引言

隨著VoIP電話、視頻會議和在線視頻等多媒體業(yè)務迅猛發(fā)展，對網(wǎng)絡性能提出了與傳統(tǒng)的網(wǎng)頁瀏覽、FTP服務、E-mail等業(yè)務不同的需求，不同類型的業(yè)務具有各自明確的服務質量(QoS，Quality of Service)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的一大特征。旨在提供傳輸距離更遠、速度更高的無線城域網(wǎng)規(guī)范—WiMax標準中，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。針對不同的應用需求，802.16d標準中為QoS定義了四種業(yè)務類型，明確規(guī)范了交互機制，但將調度等內(nèi)容留待開發(fā)者自行解決。

文獻[2]提出一種新型的CIF-Q調度算法，能夠較好地適應無線特性、滿足實時要求，但缺乏對多類型業(yè)務的區(qū)別服務。文獻[3]提出的CSDPS算法能夠不依賴于信道特性，卻無法保證時延限制。將文獻[4]提出的分級體系結構應用到WiMax的QoS調度架構中，提出了兩層的分組調度算法，針對不同類型業(yè)務的QoS需求，在良好適應無線特性的同時，實現(xiàn)對不同業(yè)務應用的支持。

IEEE 802.16d的服務類型

主動授予服務(UGS，Unsolicited Grant Service)

UGS業(yè)務用于傳輸周期性的、包大小固定的實時數(shù)據(jù)業(yè)務，其典型業(yè)務是VoIP電話。UGS業(yè)務一旦申請成功，在傳輸過程中就不需要再去申請。BS周期性地強制調度，不接收來自SS的競爭請求機會，同時禁止使用捎帶請求，這樣避免了帶寬請求引入的開銷和時延。

實時輪詢服務(rtPS，Real-time Polling Service)

rtPS主要用于支持周期性的、包大小可變的實時業(yè)務，如MPEG視頻業(yè)務。rtPS提供周期性的單播輪詢帶寬請求機會，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的其他競爭請求機會和捎帶請求。這種服務比UGS的請求開銷大，但能按需動態(tài)分配帶寬。

非實時輪詢服務(nrtPS，Non-Real-time Polling Service)

nrtPS主要用于支持非周期、變長分組的非實時VBR服務流，如高帶寬的FTP業(yè)務流，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(BE，Best Effort Service)

BE主要用于支持非實時、無任何速率和時延要求的分組數(shù)據(jù)業(yè)務，其穩(wěn)定性由高層協(xié)議來保證。典型業(yè)務是Telnet和Http服務。SS可以隨時提出帶寬申請，允許使用任何類型的競爭請求機會和捎帶請求，但是不允許它們使用任何單播輪詢請求機會。

QoS調度架構的設計

本架構的設計見圖 1。服務請求通過分類器后，按照QoS需求特性，將業(yè)務流分組放入不同隊列。從隊列中取出的請求加以流量監(jiān)控，保證在對用戶流量進行規(guī)約的同時，允許保持業(yè)務流限定范圍內(nèi)的突發(fā)性。通過流量監(jiān)控后的服務請求先進入下層調度，針對同種排隊類型的業(yè)務進行調度，包括實時調度、非實時調度和BE調度。上層總調度針對不同種排隊類型業(yè)務進行總體統(tǒng)籌安排。下面將對這些模塊進行深入分析。主要由下面幾個部分組成：

圖1 調度構架圖

調度控制器

四種類型業(yè)務的帶寬請求方式不同，對時延、抖動和速率等參數(shù)的要求也不同�？紤]到無線信道特性，采用如下調度控制策略：為UGS業(yè)務預留一定帶寬BUGS，維持特征表，用于定期給SS分配相應的帶寬來發(fā)送UGS業(yè)務流。對于rtPS業(yè)務，通過確定其單播輪詢間隔的參數(shù)值，可以調整實時業(yè)務傳輸機會的多寡和帶寬分配量。對于nrtPS業(yè)務，通過確定其單播輪詢間隔來調整獲取傳輸機會的周期，保證非實時業(yè)務的最小速率。并檢查帶寬的空余量，決定是否對nrtPS業(yè)務的競爭和捎帶請求進行授權。按照上述思想，將周期性的、具有恒定速率的UGS業(yè)務流、rtPS和nrtPS的輪詢流放至實時隊列，將nrtPS業(yè)務流的帶寬請求放至非實時隊列，而將沒有QoS要求的BE業(yè)務流放至BE隊列。