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一種分級(jí)WFQ的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)QoS架構(gòu)

云知道


摘要：文章介紹了加權(quán)公平排隊(duì)(WFQ)分組調(diào)度算法和IEEE 802.16的QoS架構(gòu) 。在此基礎(chǔ)上，文章結(jié)合分級(jí)WFQ分組調(diào)度算法和IEEE 802.16協(xié)議中所提供的控制機(jī)制提出了一種適合于BWA系統(tǒng)的QoS架構(gòu) 。該架構(gòu)充分利用IEEE 802.16提供的控制機(jī)制，結(jié)合分級(jí)WFQ公平隊(duì)列調(diào)度算法，在主動(dòng)授予業(yè)務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(nrtPS)和盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)之間公平分配帶寬，并保證各種業(yè)務(wù)的QoS特性，完成了在IEEE 802.16協(xié)議中留給用戶(hù)自己定義的調(diào)度策略 。要害詞：IEEE 802.16協(xié)議；寬帶無(wú)線(xiàn)接入；加權(quán)公平排隊(duì)；服務(wù)質(zhì)量Abstract:The (WFQ) packet scheduling algorithm and the QoS architecture of IEEE 802.16 are introdUCed. Based on the control mechanism supported by the Hierarchical WFQ packet scheduling algorithm and IEEE 802.16 protocols, a QoS architecture for Broadband Wireless Access Systems (BWA) is proposed. This architecture can make better use of IEEE 802.16 control mechanism and realize fair bandwidth allocation among the Unsolicited grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), non-Real Time Polling Service (nrtPS) and Best Effort (BE) transmission service. It can also guarantee the QoS of various services, thus implementing the scheduling reserved by IEEE 802.16 for users to make specific definitions.Key Words:IEEE 802.16 protocol; broadband wireless access; weighted fair queueing (WFQ); QoS在不久的將來(lái)，寬帶城域無(wú)線(xiàn)接入(BWA)系統(tǒng)將成為全球通信架構(gòu)中的一個(gè)重要的組成部分 。隨著無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)越來(lái)越受歡迎以及用戶(hù)多媒體業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，人們提出了對(duì)不同層次的業(yè)務(wù)提供不同QoS服務(wù)的要求 。在所有需要被解決的技術(shù)問(wèn)題中，分組調(diào)度是最重要的(調(diào)度算法提供了帶寬控制、擁塞控制機(jī)制) 。在傳統(tǒng)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中人們已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多性能優(yōu)異的公平隊(duì)列分組調(diào)度算法，如加權(quán)公平排隊(duì)(WFQ) 。IEEE 802.16協(xié)議中定義了業(yè)務(wù)流的分類(lèi)和帶寬請(qǐng)求方法，但沒(méi)有對(duì)具體的調(diào)度算法做出規(guī)定而是將其留給設(shè)備制造商來(lái)解決 。由于控制消息的統(tǒng)一性，因此采用不同調(diào)度算法的不同廠商的設(shè)備依然可以通用 。
1 WFQ分組調(diào)度算法
假設(shè)一個(gè)隊(duì)列系統(tǒng)總的出口容量為C，F(xiàn) 是建立在這個(gè)鏈路上的流的集合，rf, (f∈F )為與每一個(gè)流的服務(wù)速率 。每一個(gè)業(yè)務(wù)f∈F 建立一個(gè)分組隊(duì)列，到達(dá)的分組以先入先出(FIFO)的順序加入到隊(duì)列中，f 中的第i個(gè)到達(dá)分組的時(shí)間戳為t i，第i 個(gè)分組的長(zhǎng)度為p i(計(jì)算單位為字節(jié))，時(shí)間戳的計(jì)算公式為：
其中VF 為系統(tǒng)的參考虛時(shí)鐘，它是由調(diào)度器所保存的變量，F(xiàn) 中所有的隊(duì)列都公用一個(gè)VF，它是F 中傳輸最后一個(gè)分組的時(shí)間戳 。;;;;; 是隊(duì)列f中的第i -1個(gè)分組的時(shí)間戳，該時(shí)間戳定義了分組被調(diào)度的先后順序，WFQ調(diào)度器為每一個(gè)到達(dá)的分組計(jì)算一個(gè)時(shí)間戳，并以時(shí)間戳的順序?yàn)榉?wù)的順序 。虛時(shí)鐘VF 是一個(gè)分段線(xiàn)性函數(shù)，它用數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
其中B(t 1, t 2)是在時(shí)間(t 1, t 2)內(nèi)有業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)流 。當(dāng)調(diào)度器服務(wù)完一個(gè)分組后，選擇各個(gè)隊(duì)列中時(shí)間戳最小的分組來(lái)服務(wù) 。
2 IEEE 802.16的QoS架構(gòu)
IEEE 802.16的具體內(nèi)容參見(jiàn)文獻(xiàn)[1] 。IEEE 802.16協(xié)議將業(yè)務(wù)分為4類(lèi)：主動(dòng)授予業(yè)務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(nrtPS)和盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE) 。
在文獻(xiàn)[2]中，UGS業(yè)務(wù)被設(shè)計(jì)用來(lái)支持實(shí)時(shí)的、周期性的、固定包大小的業(yè)務(wù)流，例如IP語(yǔ)音(VoIP)業(yè)務(wù) 。在UGS業(yè)務(wù)中用戶(hù)站(SS)禁止使用任何競(jìng)爭(zhēng)請(qǐng)求機(jī)會(huì)，基站(BS)不提供任何單播請(qǐng)求機(jī)會(huì)給SS，也不答應(yīng)使用捎帶請(qǐng)求(PiggyBack) 。UGS業(yè)務(wù)主要的服務(wù)參數(shù)為：授予大小、授予間隔、授予抖動(dòng) 。ti為第i個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送的時(shí)間 。要求：
t 0 i×授予間隔≤ti≤t 0 i×授予間隔 抖動(dòng) 。

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