CN100438507C - 带宽调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带宽调度方法及装置，其可以通过业务感知，识别和建立VoIP业务，并设置带宽调度方式；判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足建立VoIP业务所需的最大带宽，如果满足，则为VoIP业务预留最大带宽，否则，就不响应带宽请求；以及当用户站向基站发送语音通信带宽请求时，基站判断是否已经为VoIP业务预留带宽，如果判断结果为是，则为语音通信分配带宽，否则，返回判断WIMAX链路上的剩余带宽是否具有用于VoIP业务的最大带宽的步骤来有效提高VoIP业务带宽利用率，合理地利用空口带宽资源。

Description

带宽调度方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，本发明涉及一种带宽调度的方法和装置。

背景技术

VoIP(Voice over IP)是透过IP网络传输的语音信号或影像信号，所以VoIP就是一种可以在IP网络上互传模拟音频或视频的一种技术。简单地说，它是藉由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，使语音数据可以通过IP网络传输到目的端，然后再经由相反的程序，还原成原来的语音信号以供接听者接收的技术。VoIP是建立在IP技术的分组化、数字化传输技术上的，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包，同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。经过IP电话系统的转换及压缩处理，每个普通电话传输速率约占用8kbit/s-11kbit/s带宽，因此在与普通电信网相同使用传输速率为64kbit/s的带宽时，IP电话数是原来的5-8倍。

能否将语音业务集成到数据网络中，关键就是如何保证QoS。对于IP电话而言，保证其QoS就是保证语音传输的最低延迟及减少丢包率。只有端到端延迟降低到400毫秒以下，将丢包率降低到5％-8％以下，而且必须自始至终保证这两项指标，才能使IP电话与传统电话相媲美，实现″收费质量″的语音业务。

WIMAX(World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作系统)是无线宽带接入技术的一种，其技术标准为IEEE 802.16。IEEE 802.16主要是制定了工作于2GHz-66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层(PHY)和媒质接入控制层(MAC)的规范，同时还是与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。IEEE 802.16e是移动宽带无线接入空中接口标准。

随着WIMAX的推广，无线VoIP运用需求不断推广，在WIMAX链路上承载VoIP业务需求也日渐迫切。

在IEEE 802.16e协议中定义了UGS、ErtPS、rtPS、nrtPS、BE等调度方式。每个连接豆与单个调度业务相关。调度业务由一系列的QoS参数所定义，这些QoS参数量化了数据业务的行为。

(1)UGS

UGS是用于支持包含了固定长度的、按周期发送的分组包的实时上行数据流，例如T1/E1，以及没有静音压缩功能地在IP网络上传输语音的技术。这个业务提供了基于实时周期的、固定长度的带宽分配时长，这减小了SS(subscriber station，用户站)申请的开销和时延，并确保了带宽分配时长能够符合数据流的实时需求。在周期性的、基于业务流最大恒定流量速率的间隔之间，BS(basestation，基站)将把数据带宽分配时长脉冲提供给SS。这些带宽分配时长的长度必须足够长，以致能够容纳与业务流相关的、固定长度的数据(携带相关的通用MAC报头和带宽分配时长管理子报头)，但BS可以根据实际情况，增加带宽分配时长的长度。为了这个业务能够正确的工作，请求/发送策略设置将如下设置：SS将被禁止使用任何竞争请求这个连接的机会。

(2)rtPS

rtPS用于支持包含了可变长度的、按周期发送的分组包的实时上行数据流，例如移动图片专家组(MPEG)的视频。这个业务提供实时的、周期的和单向的申请机会，这满足了数据流实时的需求，也允许SS可以指定希望带宽分配时长的长度。这个业务需要比UGS更多的申请开销，但支持可变带宽分配时长的长度，优化了数据传输效率。

BS提供了周期的、单播的请求机会。为了使这个业务能够正确工作，请求/传输策略将如下进行设置：SS将被禁止为这个连接使用任何竞争请求机会。甚至比当前更高优先级的申请被拒绝，BS可以根据这个业务指示，发送单向请求机会。这将导致SS只能通过单向请求机会和数据传输机会，来获得上行传输机会。请求/传输策略的其他比特位与这个调度业务的基础操作无关，并且这些比特必须根据网络策略被设置。

(3)ErtPS

ErtPS(Extended rtPS)是基于UGS和rtPS的调度机制。BS应该提供单播主动请求服务，就像UGS一样，这样可以减少带宽请求的延迟。但是，UGS分配是固定大小的，而Extended rtPS分配是动态的。

BS应该提供周期性的上行分配，可以用来像数据传输一样请求带宽。默认情况下，分配的大小与当前连接的最大持续速率(Maximum Sustained Traffic Rate)相对应。MS可以请求更改上行分配的大小。BS不能更改上行分配的大小，直到收到MS的另外的带宽变更请求。如果带宽请求大小被设置为0，BS就可以只提供带宽请求头的分配或者根本就不分配。在这种情况下单播带宽请求机会不可用。

(4)nrtPS

nrtPS提供有规律的单播轮询，确保了在网络拥塞的情况下，上行业务流也能够接收到请求机会。BS在1秒或更少的时间间隔内，轮询nrtPS的CID。

BS将提供适时的单播请求机会。为了这个业务能正确的工作，请求/传输策略设置项将进行如下设置：SS将被允许使用竞争申请机会。这将导致SS使用竞争请求机会，这与单向请求机会和数据传输机会相同。请求/传输策略的其他比特位与这个调度业务的基础操作无关，并且这些比特必须根据网络策略被设置。

(5)BE

BE调度类型的目的是为上行最佳效率传输提供有效的业务。为了这个业务能正确的工作，请求传输策略设置项将进行如下设置：SS将被允许使用竞争申请机会。这将导致SS使用竞争请求机会，这与单向请求机会和数据传输机会相同。传输策略的其他比特位与这个调度业务的基础操作无关，并且这些比特必须根据网络策略被设置。

根据以上IEEE 802.16e协议中的各种调度方式，对于VoIP业务数据模型(如图1所示)，比较符合ErtPS调度。图2示出了使用ErtPS调度VoIP业务的模型示意图。如图2所示，配置VoIP业务而不启动语音通话时，基站侧仅仅保证信令连接最小带宽，仅保证信令报文可以上传。ErtPS模型总体上与VoIP业务模型相似。

但是现有的802.16e协议中并没有描述WIMAX链路上是如何承载VoIP业务的。在突发拥塞时刻，WIMAX如何更好的满足VoIP业务的QOS，需要更合理的调度算法。

VoIP业务一般都有一定的收敛比，容许建立的所有VoIP业务连接Maximum Sustained Traffic Rate之和一般是空口实际带宽的2-4倍，甚至更高。这样，就会存在以下情况，当在线VoIP连接数超过1/2，甚至更高时，每条连接将无法获得Maximum SustainedTraffic Rate的带宽。特别严重的是，对于那些处于静音状态的在线VoIP连接，将可能申请不到新语音传输需要的带宽，从而导致用户断话。如图3所示，在突发拥塞时，ErtPS并不能很好的保护一个激活业务的带宽请求。当VoIP业务在静音时，进行静音压缩，无数据业务，带宽会动态释放(参见箭头1)。在突发拥塞时刻，再有语音业务需要申请带宽时，可能无法获取带宽(箭头2)。

现有技术中，还存在使用UGS调度业务保证VoIP业务的带宽的模式。图4示出了使用UGS调度VoIP业务模型的示意图。如图4所示，在该模式下，配置VoIP业务，不论是否启动通话业务，永远保证用户恒定最大带宽。这种调度方式控制容易，也是使用最为广泛的一种模式。

但是根据统计，UGS的业务带宽利用率较低，仅达到50％。同时考虑到VoIP业务Maximum Sustained Traffic Rate之和一般是空口实际带宽的2-4倍，甚至更高，所以该种模式下利用率更低。如果VoIP业务为UGS方式，就会大大的占用空口带宽，导致带宽利用率下降。这样的带宽调度也是不合理的。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的缺陷，提供一种带宽调度的方法和装置，其可以支持VoIP业务在WIMAX链路中的承载，在保证VoIP业务的QoS的前提下，能够有效提高VoIP业务带宽利用率，合理地利用空口带宽资源。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种带宽调度方法，用于调度WIMAX基站中承载的VoIP业务，该方法包括以下步骤：步骤S502，通过业务感知，识别和建立VoIP业务，并设置带宽调度方式；步骤S504，判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足建立VoIP业务所需的最大带宽，如果满足，则为VoIP业务预留最大带宽，否则，就不响应带宽请求；以及步骤S506，用户站向基站发送语音通信带宽请求，基站判断是否已经为VoIP业务预留带宽，如果判断结果为是，则为语音通信分配带宽，否则，返回到步骤S504。

根据本发明的带宽调度方法，还包括以下步骤：当用户终端请求释放VoIP业务带宽时，启动定时器，并在定时器时延达到预定延迟时间之后，判断VoIP业务在预定延迟时间内是否存在业务流，如果判断结果为是，则删除定时器，如果判断结果为否，则终止VoIP业务，并释放预留的带宽。

根据本发明的带宽调度方法，当在步骤S506中的判断结果为是时，还包括以下步骤：判断语音通信带宽是否超过VoIP业务的最大带宽，如果判断结果为否，则分配语音通信带宽，如果判断结果为是，则不响应带宽请求。

在根据本发明的带宽调度方法中，预定延迟时间是通过对实际业务搜集进行采样离散处理来获得的。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种带宽调度装置，用于调度WIMAX基站中承载的VoIP业务，所述装置包括：设置单元，设置在基站上，用于通过业务感知，识别和建立VoIP业务，并设置带宽调度方式；剩余带宽判断单元，设置在基站上，用于在建立VoIP业务时，判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足用于该VoIP业务的最大带宽；以及预留判断单元，设置在基站上，用于在VoIP业务申请语音通信带宽时，判断是否已经建立预留的VoIP业务的最大带宽。

根据本发明的带宽调度装置还包括：终止释放单元，位于基站上，用于在定时器时延达到预定时间之后，判断VoIP业务在预定延迟时间内是否存在业务流，如果判断结果为是，则删除定时器，如果判断结果为否，则终止所述VoIP业务，并释放预留的带宽。

根据本发明的带宽调度装置还包括：语音通信带宽判断单元，位于基站上，用于在基站判断已经建立预留的所述VoIP业务的最大带宽时，判断语音通信带宽是否超过VoIP业务的最大带宽，如果判断结果为是，则分配语音通信带宽，如果判断结果为否，则不响应带宽请求。

在根据本发明的带宽调度装置中，预定延迟时间是通过对实际业务搜集进行采样离散处理来获得的。

通过上述的带宽调度的方法和装置，本发明实现了支持VoIP业务在WIMAX链路中的承载，在保证VoIP业务的QOS的前提下，能够有效提高VoIP业务带宽利用率，合理地利用空口带宽资源。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了VoIP业务模型示意图；

图2示出了使用ErtPS调度VoIP业务模型示意图；

图3示出了ErtPS调度模式下突发拥塞时刻带宽请求的示意图；

图4示出了使用UGS调度VoIP业务模型示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的调度带宽的方法；

图6示出了根据本发明的实施例的信息交互图；

图7示出了根据本发明的实施例的预留宽带申请的示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的判断剩余带宽的流程图；

图9示出了根据本发明的实施例的带宽预留的示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的语音业务带宽申请判断的示意图；

图11示出了根据本发明的实施例的语音业务带宽申请判断的流程图；

图12示出了根据本发明的实施例的静音计时的示意图；

图13示出了根据本发明的实施例的定时器超时情况的业务流程图；

图14示出了根据本发明的实施例的设置VoIP业务终止的示意图；以及

图15示出了根据本发明的实施例的调度带宽的装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例。

图5示出了根据本发明的实施例的带宽调度的方法，图6示出了根据本发明的实施例的信息交互图。如图5和图6所示，在步骤S502，在建立VoIP业务之前，基站BS 604获取VoIP业务的属性，并设置业务的调度模式。在此，可以有多种方式来实现步骤S502：方式1：在VoIP业务建立信令交互过程中，GW感知业务的建立，感知业务的方式也很多，例如通过解析信令报文，通过GW同BS间的信令协议，设置VoIP业务连接以及对应的QoS调度配置；方式2：在VoIP业务建立时，BS自行进行业务感知，设置VoIP业务的建立；方式3：在BS和SS上静态配置该业务，SS第一次申请该业务时，BS设置VoIP业务连接。

然后，在步骤S504，在建立VoIP业务时，如图7所示，信令连接会话进行交互，基站BS 604判断WIMAX链路上是否具有足够的承载能力，即，是否有足够的带宽可供调度。如图8所示，如果基站BS 604的剩余带宽满足VoIP业务最大带宽申请需求(S804，是)，则进行到步骤S806，响应该带宽请求，并在无线资源管理调度时预留该业务最大带宽(如图9所示)；如果基站的剩余带宽不满足VoIP业务最大带宽申请需求(S804，否)，则进行到步骤S808，不响应该带宽请求，不分配带宽。

接下来，在步骤S506，当VoIP业务申请语音通话带宽时，用户站SS 602向基站BS 604发送语音带宽请求。如图10和图11所示，在步骤S1004，基站BS 604判断是否已经为VoIP业务建立预留的最大带宽，如果判断结果为否(S1004，否)，则进行到步骤S1012，返回到步骤S504，判断链路剩余带宽是否满足增加VoIP业务。如果判断结果为是(S1004，是)，则进行到步骤S1006，继续判断所申请的语音带宽是否超过VoIP业务峰值带宽，如果判断结果为是(步骤S1006，是)，则不响应该语音带宽请求，如果判断结果为否(步骤S1006，否)，则立即分配语音带宽。

此外，由于静音压缩带宽状态会释放带宽，VoIP业务终止也会释放带宽，所以，基站BS 604无法立刻区分这两种状态。因此，如图12所示，当用户站SS 602请求释放VoIP语音宽带时，启动时间定时器。当定时器延迟达到预定时间后，在步骤S1304，基站BS604判断在此期间内的语音业务是否具有业务流，如果判断结果为是，则进行到步骤S1306，删除定时器；如果判断结果为否，则认为该VoIP业务结束，进行到步骤S1308，终止该VoIP业务，释放所有保留的带宽(如图14所示)。在此，预定时间是通过实际业务搜集采样离散处理来获取的。

图15示出了根据本发明的实施例的调度带宽装置的示意图。如图15所示，用于调度WIMAX基站中承载的VoIP业务的调度带宽装置1500包括：设置单元1502，位于基站上，用于在建立一个VoIP业务之前，获取VoIP业务的属性，并设置业务的调度方式；剩余带宽判断单元1504，设置在基站上，用于在建立VoIP业务时，判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足用于VoIP业务的最大带宽；以及预留判断单元1506，设置在基站上，用于在VoIP业务申请语音通信带宽时，判断是否已经建立预留的VoIP业务的最大带宽。

带宽调度装置1500还包括：终止释放单元1508，位于基站上，用于在定时器时延达到预定时间之后，判断VoIP业务在预定延迟时间内是否存在业务流，如果判断结果为是，则删除定时器，如果判断结果为否，则终止VoIP业务，并释放预留的带宽。

带宽调度装置1500还包括：语音通信带宽判断单元1510，位于基站上，用于在基站判断已经建立预留的VoIP业务的最大带宽时，判断语音通信带宽是否超过VoIP业务的最大带宽。在此，应当注意，在带宽预留足够的情况下，该判断仅仅是为了保护系统，防止异常情况发生。例如：在异常情况下，用户端申请带宽超过语音正常突发带宽，将不予分配。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带宽调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S502，通过业务感知，识别和建立VoIP业务，并设置带宽调度方式；

步骤S504，判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足建立所述VoIP业务所需的最大带宽，如果满足，则为所述VoIP业务预留所述最大带宽，否则，就不响应带宽请求；以及

步骤S506，用户站向基站发送语音通信带宽请求，所述基站判断是否已经为所述VoIP业务预留带宽，如果判断结果为否，返回到步骤S504；如果判断结果为是，则进一步判断所述语音通信带宽是否超过所述VoIP业务的最大带宽，如果进一步判断结果为否，则分配所述语音通信带宽，如果进一步判断结果为是，则不响应所述带宽请求。

2.根据权利要求1所述的带宽调度方法，还包括以下步骤：

当用户站请求释放所述VoIP业务带宽时，启动定时器，并在所述定时器的时延达到预定延迟时间之后，判断所述VoIP业务在所述预定延迟时间内是否存在业务流，如果判断结果为是，则删除所述定时器，如果判断结果为否，则终止所述VoIP业务，并释放预留的带宽。

3.根据权利要求2所述的带宽调度方法，其中，所述预定延迟时间是通过对实际业务搜集进行采样离散处理来获得的。

4.一种带宽调度装置，其特征在于，所述装置包括：

设置单元，设置在基站上，用于通过业务感知，识别和建立VoIP业务，并设置带宽调度方式；

剩余带宽判断单元，设置在所述基站上，用于在建立所述VoIP业务时，判断WIMAX链路上的剩余带宽是否满足用于所述VoIP业务的最大带宽，如果满足，则为所述VoIP业务预留最大带宽，否则，就不响应带宽请求；预留判断单元，设置在所述基站上，用于在所述VoIP业务申请语音通信带宽时，判断是否已经为所述VoIP业务预留了最大带宽；以及

语音通信带宽判断单元，位于所述基站上，用于在所述基站判断已经为所述VoIP业务预留最大带宽时，进一步判断所述语音通信带宽是否超过所述VoIP业务的峰值带宽，如果进一步判断结果为否，则分配所述语音通信带宽，如果进一步判断结果为是，则不响应所述带宽请求。

5.根据权利要求4所述的带宽调度装置，还包括以下单元：终止释放单元，位于所述基站上，用于在定时器时延达到预定时间之后，判断所述VoIP业务在预定延迟时间内是否存在业务流，如果判断结果为是，则删除所述定时器，如果判断结果为否，则终止所述VoIP业务，并释放所预留的带宽。

6.根据权利要求5所述的带宽调度装置，其中，所述预定时间是通过对实际业务搜集采样进行离散处理来获得的。

Images