CN100525245C - 一种用于多业务分组数据调度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多业务分组数据调度的装置，该装置包括分类器和调度器，调度器还包括分组数据调度器，其中分组数据调度器包括信令队列缓冲区和业务队列缓冲区，分类器将来自上层网络的业务分别存入分组数据调度器的缓冲区，分组数据调度器按照各自缓冲区的不同调度策略调度输出信令队列缓冲区和业务队列缓冲区的分组数据。本发明还公开了一种用于多业务分组数据调度的方法，针对不同缓冲区的业务采用不同的调度策略。利用本发明提供的装置和方法，可以充分考虑业务的服务质量，能满足不同业务的服务质量需求，更好地适应多业务的宽带无线接入环境。

Description

一种用于多业务分组数据调度的装置和方法

技术领域

本发明涉及宽带无线接入系统中无线网络资源管理的分组调度，尤其涉及多业务分组数据调度的装置和方法。

背景技术

随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，无线网络的发展异常迅猛，无线网络的发展趋势逐渐从电路交换演进到分组交换，各种无线宽带接入技术层出不穷，在无线网络中为用户提供服务质量(QoS，Quality ofService)支持已成为一种必然的趋势。各种无线宽带接入技术需要根据应用服务的不同QoS需求划分不同的业务类型，此外，无线通信系统存在许多随机因素，如多用户源产生分组的随机性、瞬时业务量、业务类型的动态变化，这些均要求无线资源管理算法能有效进行负荷控制和资源调度，合理复用不同的业务分组，充分发掘不同的业务特征和无线链路特性，尽可能满足多业务的不同质量要求并能使系统吞吐量最大。最近几年发展迅猛的无线网络有第三代移动通信系统(3G，the third Generation Mobile Communication)、本地多点分布式业务(LMDS，Local Multipoint Distribution Service)、多点多信道分布式系统技术(MMDS，Multichannel Multipoint DistributionService)和微波存取全球互通系统(WiMAX，Worldwide Interoperability forMicrowave Access)。其中最为突出的是基于IEEE802.16协议的WiMAX系统，它采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干个服务区，每个服务区内设基站(BS，Base Station)，BS经点到多点(PMP，Point-to-Multipoint)的无线链路与服务区内的用户站(SS，Subscriber Station)通信。如图1所示的典型的无线分组蜂窝网络中，一个BS可同时覆盖多个SS，BS通过PMP的广播方式把数据传送到多个用户站SS。这样，由于多个用户和多个业务的存在，BS的下行链路一般是为多个用户和多个业务所共享。在无线网络环境中，由于无线空中接口资源的有限性以及无线信道的时变性等问题，系统只有通过更加有效的无线资源管理方法进行资源利用，才能满足多个用户对多个应用业务的QoS需求。一般无线蜂窝网络资源管理主要包括分组调度、功率控制、负荷控制、小区切换、信道分配等多个方面，其中分组数据的调度是分组网络资源管理的核心机制之一，是解决多个业务竞争共享资源问题的有效手段。

下行分组数据调度采用的基本流程如图2所示。来自上层网络的业务流数据输入至分类器200，分类器200根据不同用户的IP地址、端口地址等将不同用户的业务流分别映射并暂存到调度器201中的队列——队列1......队列N。调度器201根据一定的调度策略从这N个队列中选择下一个要传输的分组数据。目前有多种调度策略可实现下行链路中信道资源的分配，从而实现多个用户的链路共享。其中最主要的两种方案是载干比(C/I，Carrierenergy/Interference energy)调度策略和轮询(RR，Round-Robin)调度策略。

C/I调度策略是在每次调度并发送数据的时候，选择具有高C/I预测值的用户数据所在队列的队首数据进行发送，再发送C/I预测值次之的用户的业务队列的队首数据。例如，队列1存储的是A用户的业务，且A用户具有最高的C/I预测值，队列2存储的是B用户的业务，且B用户具有第二高的C/I预测值，在采用C/I调度策略时，调度器首先调度队列1的队首数据，调度完成后，重新考察各个用户的C/I预测值，如果此时仍然是A用户的C/I预测值高，则继续调度队列1的队首数据，如果队列1没有分组数据存在，才调度队列2的队首数据。如果重新考察用户的C/I预测值时，B用户的C/I预测值最高，则调度队列2的队首数据，然后重新考察各个用户的C/I预测值，调度预测值高的用户数据所在队列的队首数据。在这种调度策略下，较高C/I值的用户比较低C/I值的用户具有更高的分组传输优先权，所有的信道资源可以分配给单个信道条件最好的用户，显然，C/I调度方法可以获得系统的最大容量。

但是，C/I调度是以牺牲公平性为代价获得系统最大容量的。在这种方式下，具有较低C/I值的用户的业务流只有等所有C/I值大于它的用户的业务流队列清空后，才可以获得发送机会。这样，不同业务流之间的公平性以及不同实时业务、非实时业务的需求显然都无法得到满足，同时也很难区分多种业务，当然也就很难确保其业务的QoS需求。

RR调度是指对所有队列依次轮询发送队首数据，所有待发业务流循环进行发送，也就是说无论队列1......队列N存储的是哪个用户的哪个业务，RR调度都依次调度队列1......队列N的队首数据，依次循环，直至各个队列都没有分组数据为止。各个队列中的业务流之间能够获得同样的发送机会，在一定程度上保证了公平性。

但是，在RR调度方案中，由于各个用户所处的链路状态各不相同，所以这种公平性只是一种不充分的尽力公平，同样的，它也无法处理不同业务流对QoS的需求。

可以看到，C/I调度和RR调度均没有根据不同业务流的QoS需求进行调度，有可能造成无法对业务QoS需求优先级高的业务流按时传送数据，同时也没有考虑无线信道环境中多业务的领先、滞后等问题，因而会造成业务流长期吞吐量的不公平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对宽带无线接入系统的多种分组数据业务的QoS需求，提供一种用于多业务分组数据调度的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是这样的：

一种用于多业务分组数据调度的装置，包括分类器和调度器，所述调度器至少包括分组数据调度器，其中分组数据调度器至少包括信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；分类器将来自上层网络的业务按照信令数据包和业务数据包分别存入分组数据调度器的信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；分组数据调度器首先调度信令队列缓冲区的分组数据，直至信令队列缓冲区为空时调度业务队列缓冲区的分组数据。

所述业务队列缓冲区还包括实时流业务队列缓冲区和非实时流业务队列缓冲区；分类器将来自上层网络的业务按照实时流业务和非实时流业务分别存入所述分组数据调度器的实时流业务队列缓冲区和非实时流业务队列缓冲区；所述分组数据调度器调度流业务队列缓冲区时，首先调度实时流业务队列缓冲区的分组数据，直至实时流队列缓冲区为空时调度非实时流队列缓冲区的分组数据。

所述的调度器还包括信道状态监测器，其接收用户反馈的信道质量，输出信道质量指示信号给所述分组数据调度器，所述分组数据调度器根据所述的信道质量指示信号在信道质量能通信时调度分组数据并输出。

所述的调度器还包括信道模式器，其接收信道状态监测器输出的信道质量指示信号，且根据该信道质量指示信号确定用户的调制编码方式，并创建各用户的信道模式队列，分组数据调度器将分组数据输出至对应用户的信道模式队列，该信道模式器随后将其输出给物理层。

所述信道模式器根据用户的调制编码强壮性从大到小的顺序将各信道模式队列的数据输出给物理层。

一种用于多业务分组数据调度的方法，该方法至少包括如下步骤：

A0：将来自上层网络的业务按照信令数据包和业务数据包分别存入分组数据调度器的信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；

A.判断信令队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照信令队列缓冲区的调度策略，调度信令队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤B；

B.判断业务队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照业务队列缓冲区的调度策略，调度业务队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤A。

所述步骤B进一步包括：

B1.判断实时流队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照实时流对列缓冲区的调度策略，调度实时流队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤B2；

B2.判断非实时流队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照非实时流队列缓冲区的调度策略，调度非实时流队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，返回执行步骤A。

该方法进一步包括：为所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区的每一个支持自动重发请求ARQ的连接创建分组数据队列的重发数据队列，首先判断各缓冲区中的重发数据队列是否为空，如果是，执行步骤A；否则，在调度各缓冲区的分组数据时，优先调度该缓冲区的重发数据队列的分组数据。

该方法进一步包括：当监测到用户的信道质量不能通信时，禁止所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区中该用户的调度，直至信道恢复。

该方法进一步包括：根据监测到的信道质量，建立各用户的信道模式队列，将所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区输出的分组数据存入对应的用户的信道模式队列，并输出。

该方法进一步包括：按照调制编码强壮性从大到小的顺序，将存入对应用户信道模式队列的分组数据输出至物理层。

所述的步骤A包括：根据信令的紧迫性设置不同信令队列的优先级，优先调度优先级高的队列的队首分组数据。

步骤B1所述的实时流队列缓冲区的调度策略包括：

B11.计算每个实时流业务的分组数据包的时间戳；

B12.将分组数据包根据其时间戳从小到大的顺序插入业务流队列；

B13.输出所有队列的队首中时间戳最小的分组数据包。

所述实时流业务的分组数据包的时间戳的计算方法包括：为实时流队列缓冲区的每一个业务流设置两个虚拟时钟，分别为流虚拟时钟VC和流辅助虚拟时钟auxVC，接收到业务流i的第一个分组数据包Packet₁时，按照下式初始化虚拟时钟：

VC_i＝realtime₁，auxVC_i＝0

其中realtime₁表示接收到业务流i的第一个分组数据包的实际时间；

接收到业务流i的分组数据包Packet_k时，按照下式更新虚拟时钟：

aux VC_i＝max(realtime_k，aux VC_i)

Vtick_i＝Len(packet_k)/rate_i

VC_i＝VC_i+Vtick_i

auxVC_i＝auxVC_i+Vtick_i

式中，Len(packet_k)为分组数据包Packet_k帧长，rate_i为业务流i的传输速率，realtime_k表示接收到业务流i的分组数据包Packet_k时的实际时间；

将分组数据包Packet_k的时间戳记为auxVC_i。

所述实时流业务的分组数据包的时间戳的计算方法进一步包括在接收到一定的比特或分组数据后，若

${\mathrm{VC}}_i\≥{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

则以一定概率舍弃该队列新进入的分组数据；若

${\mathrm{VC}}_i<{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

则令 ${\mathrm{VC}}_i={\mathrm{realtime}}_{T_i}$

其中，

表示接收到一定的比特或分组数据时的实际时间。

步骤B2所述的非实时流队列缓冲区的调度策略包括：

B21.将每一个队列的计数器初始化为对应队列的权重；

B22.启动轮询过程；

B22.判断所有队列是否都被轮询过，如果是，执行步骤B25，否则，执行步骤B24；

B24.判断当前被轮询的队列的计数器是否小于该队列的队首数据的比特数，如果是，禁止该队列的调度，将下一队列作为当前的被轮询队列，返回执行步骤B23；否则，输出该队列的队首数据，同时该队列的计数器的值减去输出的队首数据的比特数，将下一队列作为当前的被轮询队列，返回执行步骤B23；

B25.判断所有的计数器是否均小于各自队列的队首数据比特数或者所有队列均为空，如果是，执行步骤B26；如果两种情况都不是，返回执行步骤B22；

B26.重新计算各队列的权重，并将各个队列的计数器重置为其对应队列的权重与剩余计数值之和，返回执行步骤B22。

所述非实时流队列的权重按下式计算：

W_i(0)＝P_i×η+R_min(i)×θ₁

$W_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;W_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})[B\left(k\right)-B(k-1)]\&CenterDot;\frac{W_i(k-1)}{\underset{j=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j(k-1)}$

$+[\mathrm{Len}(q_i,k)-\mathrm{Len}(q_i,k-1)]\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}$

W_i(k)＝min(W_i(k)，R_max(i)×θ₂)

式中，P_i为非实时流业务i的优先级，R_min(i)为非实时流业务i的最小持续发送速率，R_max(i)为非实时流业务i的最大持续发送速率，B(k)为k时刻非实时流的可用带宽，Len(q_i，k)为k时刻业务流i的长度，H为非实时流缓冲区的队列数，η，θ₁，θ₂，α，φ为正的常数。

所述非实时流的可用带宽B(k)为WiMAX系统的可用带宽，并按下式计算：

信令队列和实时流队列i(i＝1，2，...，M+N)占用的带宽为：

B_i(0)＝0

$B_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;B_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{Q_i\left(j\right)}{T_f}$

其中包括M个信令队列和N个实时流队列，所有非实时流队列缓冲区的可用带宽为：

$B\left(k\right)=B-\underset{i=1}{\overset{M+N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i\left(k\right)$

式中，0<α<1，Q_i(j)为队列i在第j帧中发送的字节数，T_f为帧长，B为空中接口的带宽总资源。

从以上技术方案可以看到，本发明提供的一种用于多业务分组数据的装置和方法具有以下有益效果：

(1)分组数据调度器根据不同的业务类型划分了三个缓冲区，每个缓冲区被赋予不同的优先级，针对不同缓冲区的业务类型采用不同的调度策略，并结合无线信道质量等因素对业务流数据进行调度，充分考虑了业务的QoS参数，因而能满足业务的QoS要求；

(2)所采用的虚拟时钟和加权轮询调度策略可以抑制领先业务流，补偿滞后业务流，从而能更好地适用于多业务的宽带无线接入环境。

附图说明

图1为宽带无线接入的蜂窝结构示意图；

图2为现有技术的下行链路分组数据的基本调度装置图；

图3为本发明的下行链路分组数据的调度装置图；

图4为本发明的分组数据调度器的原理图；

图5为本发明的分组数据调度器的结构图；

图6为本发明的信道模式器的结构图；

图7为本发明的WiMAX系统的下行分组数据调度流程；

图8为本发明的WiMAX系统中信令队列缓冲区的调度流程；

图9为本发明的WiMAX系统中实时流队列缓冲区的调度流程；

图10为本发明的WiMAX系统中非实时流队列缓冲区的调度流程；

图11为本发明的非实时流队列缓冲区基于加权轮询调度的示意图；

图12为本发明的支持ARQ连接的实现方案图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

以基于IEEE802.16协议的WiMAX系统的下行分组数据调度为例，参见图3，下行分组数据调度装置由两部分组成：分类器300和调度器301，调度器301包括三部分：分组数据调度器302、信道模式器303和信道状态监测器304。来自上层网络的业务流输入至分类器300，分类器300根据不同的业务类型将业务流存入分组数据调度器302。信道状态监测器304接收来自用户信道反馈的信噪比等信道质量，并将信道质量指示信号分别输入到分组数据调度器302和信道模式器303。分组数据调度器302调度分组数据，输出给信道模式器303。信道模式器303将各信道模式队列的数据分组输出给物理层。

参见图4，由于经过分类器300的来自上层网络的业务流包括信令和业务，业务包括流业务，流业务又包括实时流业务和非实时流业务，所以分组数据调度器302包括信令队列缓冲区、实时流队列缓冲区和非实时流队列缓冲区，分别存储来自分类器300的信令分组数据、实时流分组数据和非实时流分组数据，在信道状态监测器304反馈的用户信道质量不能通信时，放弃该用户的调度机会直至该用户的信道恢复为止，否则，依照不同缓冲区的调度策略依次调度分组数据输出给信道模式器303。上述的调度可用图5的电路图实现，具体由控制单元控制各缓冲区中各队列的调度。

参见图6，信道模式器303根据信道状态监测器304输入的用户的信道质量，例如信噪比、误码率等，查找与之对应的调制编码方式，从而可以确定每一个用户的调制编码方式并创建对应用户的信道模式队列，分组数据调度器302输出的分组数据存入对应的用户的信道模式队列，当开始组建一个下行帧时，信道模式器303根据调制编码强壮性从大到小的顺序将各信道模式队列的数据分组输出给物理层。

整个多业务下行分组数据的调度过程，参见图7，包括如下步骤：

步骤701：判断信令队列缓冲区是否有分组数据存在，如果有，执行步骤702；否则，执行步骤703；

步骤702：按照不同的优先级，优先调度优先级高队列的队首分组数据，返回步骤701；

步骤703：判断实时流队列缓冲区是否有分组数据存在，如果有，执行步骤704；否则，执行步骤705；

步骤704：按照实时流队列缓冲区的虚拟时钟调度策略，调度实时流队列的队首数据，返回步骤701；

步骤705：判断非实时流队列缓冲区是否有分组数据存在，如果有，执行步骤706；否则，返回步骤701；

步骤706：按照非实时流队列缓冲区的加权轮询调度策略，调度非实时流队列的队首数据，返回步骤701。

其中，分组数据调度器302的信令队列缓冲区，具有最高的优先级，被优先调度，本实施例中，按照系统依据信令的紧迫性所设置的优先级，信令队列缓冲区具体由以下信令组成：WiMAX系统基于Initial Ranging连接描述符(CID，Connection Identifier)、Broadcast/Multicast CID连接的下行信令数据按先来先服务(FCFS，First Come First Service)的原则组成优先级最高的队列1，基于Basic CID连接的下行信令数据按FCFS的原则组成次优先级的队列2，而基于Primary Management CID连接的下行信令数据按FCFS的原则组成优先级最低的队列3，该信令队列缓冲区的队列按以上优先级进行调度，调度流程如图8所示，具体包括如下步骤：

步骤801：判断队列1是否存在分组数据，如果存在分组数据，执行步骤802；否则，执行步骤803；

步骤802：输出队列1的队首的分组数据，返回执行步骤801；

步骤803：判断队列2是否存在分组数据，如果存在分组数据，执行步骤804；否则，执行步骤805；

步骤804：输出队列2的队首的分组数据，返回执行步骤801；

步骤805：判断队列3是否存在分组数据，如果存在分组数据，执行步骤806；否则，返回执行步骤801；

步骤806：输出队列3的队首的分组数据，返回执行步骤801。

按照上述步骤，可以实现对信令队列缓冲区的调度，直至该缓冲区没有分组数据存在时为止。本实施例中是以WIMAX系统为例，将信令组成3个队列依次进行调度的，对于其它系统可以根据信令的紧迫性分成若干个不同优先级的队列，依次进行调度。

在信令队列缓冲区没有分组数据存在时，对实时流队列缓冲区的数据进行调度。

实时流业务缓冲区用于调度系统中的实时流业务的分组数据，它具有次高优先级，将在信令队列缓冲区为空时被优先调度。WiMAX系统的下行主动分配业务(UGS，Unsolicited Grant Service)和实时轮询业务(rtPS，real-time Polling Service)的分组数据组成分组数据调度器的实时流队列存入实时流队列缓冲区。该实时流队列缓冲区为每一个UGS或rtPS业务流都创建一个队列，并为每个队列设置两个虚拟时钟，分别为流虚拟时钟(VC，Virtual Clock)和流辅助虚拟时钟(auxVC，auxiliary Virtual Clock)。该实时流队列缓冲区的调度流程如图9所示，具体包括如下步骤：

步骤901：计算每个业务流的每个分组数据包的时间戳；

步骤902：将分组数据包根据其时间戳从小到大的顺序插入分组数据包对应的业务流队列；

步骤903：依次输出所有队列的队首中时间戳最小的分组数据包直至所有队列为空。

业务流i的分组数据包的时间戳的计算方法如下：

调度器接收到实时流业务i的第一个分组数据包时，按照下式初始化其虚拟时钟：

VC_i＝realtime₁，aux VC_i＝0

其中realtime₁表示接收到业务流i的第一个分组数据包的实际时间；

当调度器接收到业务流i的分组数据包Packet_k时，按照下式更新虚拟时钟：

aux VC_i＝max(realtime_k，auxVC_i)

Vtick_i＝Len(packet_k)/rate_i

VC_i＝VC_i+Vtick_i

auxVC_i＝auxVC_i+Vtick_i

式中，Len(packet_k)为分组数据包Packet_k帧长，rate_i为业务流i的传输速率，realtime_k表示接收到业务流i的分组数据包Packet_k时的实际时间；

将分组数据包Packet_k的时间戳记为auxVC_i，即完成业务流i的分组数据包的时间戳的计算。

在接收到一定的比特(或分组)数据后，虚拟时钟可能会出现超过或滞后于实际时间的情况，这就是多业务的领先和滞后问题，此时需要抑制领先业务流和补偿滞后业务流，采用以下算法可以实现：

接收到rate_i×T_i个比特(或分组)数据以后，若

${\mathrm{VC}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

说明此时该业务领先，则在接下来的过程中，以一定概率丢弃该队列新进入的分组数据，以此抑制领先业务，由于是实时流业务，丢弃一定的分组数据包，一般不会影响整个业务流的质量；或者在需要的时候这些丢弃的分组数据包也可在以后由上层网络负责重发处理；若

${\mathrm{VC}}_i<{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

说明此时该业务并不领先，则令 ${\mathrm{VC}}_i={\mathrm{realtime}}_{T_i}$ ，使该业务维持同步的状态。由于基于虚时钟的调度算法优先对时间戳较小的业务队列进行调度，因而能自适应补偿滞后业务。

其中，T_i是根据经验设定的时间，

表示接收到rate_i×T_i个比特(或分组)数据时的实际时间。

按照上述的算法计算业务流的时间戳并按照图8所示的调度流程对实时流业务进行调度，直至实时流队列缓冲区没有分组数据存在，然后对非实时流队列缓冲区进行调度。

非实时流队列缓冲区用于调度具有非实时性的业务流分组数据，它具有最低优先级，在信令队列缓冲区和实时流业务缓冲区为空时被调度。WiMAX系统中的下行非实时轮询业务(nrtPS，non-real-time Polling Service)或者尽力而为业务(BE，Best Effort)的分组数据组成调度器的非实时流队列存入非实时流队列缓冲区。非实时流队列缓冲区为每一个nrtPS或者BE业务流都创建一个队列，为每一个队列赋予一定的权重，并引入一个计数器参数Count，针对这些队列的调度采用加权轮询(WRR，Weighted Round Robin)的方式来实现，调度流程如图10所示，具体包括如下步骤：

步骤1001：启动非实时流队列缓冲区的调度，将每一个队列的计数器参数Count初始化为相应队列的权重；

步骤1002：启动轮询过程，即将队列的指针归零，指向首个队列；

步骤1003：判断所有队列是否都被轮询过，如果是，执行步骤1005；否则，执行步骤1004；

步骤1004：处理当前被轮询的队列；

步骤1005：判断所有的计数器是否均小于各自队列的队首数据比特数或者所有队列均为空，如果是，执行步骤1006，如果两种情况都不是，返回执行步骤1002；

步骤1006：重新计算各队列的权重，并将各个队列的计数器重置为其相应队列的权重与剩余计数值之和，返回执行步骤1002。

其中，步骤1004的处理当前被轮询的队列的过程包括：判断当前被轮询的队列的计数器是否小于该队列的队首数据比特数，如果是，禁止进行该队列的调度，将下一队列作为当前被轮询队列，即将队列的指针加1，返回执行步骤1003；否则，输出该队列的队首数据，同时该队列的计数器的值减去输出的队首数据的比特数，将下一队列作为当前被轮询队列，即将队列的指针加1，返回执行步骤1003。

其中队列i(i＝1，2，...，H)的权重的计算公式为：

W_i(0)＝P_i×η+R_min(i)×θ₁

$W_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;W_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})[B\left(k\right)-B(k-1)]\&CenterDot;\frac{W_i(k-1)}{\underset{j=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j(k-1)}$

$+[\mathrm{Len}(q_i,k)-\mathrm{Len}(q_i,k-1)]\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}$

W_i(k)＝min(W_i(k)，R_max(i)×θ₂)

式中，P_i为IEEE802.16协议定义的非实时流业务i的优先级，R_min(i)为非实时流业务i的最小持续发送速率，R_max(i)为非实时流业务i的最大持续发送速率，B(k)为k时刻非实时流的可用带宽，Len(q_i，k)为k时刻业务流i的长度，H为非实时流缓冲区的队列数，η，θ₁，θ₂，α，φ为正的常数，可以经过仿真过程确定。

本实施例中，非实时流队列缓冲区的可用带宽B(k)按照下式计算：

信令队列和实时流队列i(i＝1，2，...，3+N)占用的带宽为：

B_i(0)＝0

$B_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;B_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{Q_i\left(j\right)}{T_f}$

其中包括3个信令队列和N个实时流队列，所以非实时流队列缓冲区的可用带宽为：

$B\left(k\right)=B-\underset{i=1}{\overset{3+N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i\left(k\right)$

式中，0<α<1，Q_i(j)为队列i在第j帧中发送的字节数，T_f为帧长，B为空中接口的带宽总资源。

以图11为例，简要说明加权轮询过程，假设队列1中的数据是1111，对应的权重是2，队列2中的数据是2222，对应的权重是1，队列3中的数据是3333，对应的权重是3，则第一次轮询输出数据是123，相应的权重减去输出的比特数1，队列1的权重变为1，队列2的权重变为0，队列3的权重变为2，第二次轮询，队列2由于权重为0，不输出，所以输出数据是13，此时权重依次为0，0，1，队列1和2的权重都是0，所以第三次轮询都不输出，只有队列3输出3，之后，队列3的权重也变为0，重新计算各队列的权重，计数器重置。

此外，对于支持ARQ的连接，参见图12，可以为其相应的队列创建一个附加的重发队列，专门存放需要重发的分组数据。当ARQ状态机中的重发队列超时时，系统就将超时的重发数据送入图12中重发队列。分组数据调度器首先考察每一个缓冲区的重发队列是否为空，如果为空，则按每一个缓冲区各自的调度策略调度缓冲区中存放的队列，如果不为空，在调度各缓冲区的分组数据时，则优先调度该缓冲区的重发队列的分组数据。

按照上面所述的方法流程，就可以实现对不同的业务类型采用不同的调度策略，并结合无线信道质量等因素对业务数据进行调度，充分考虑了业务的QoS参数，因而能满足业务的QoS需求，同时采用虚拟时钟和加权轮询调度策略，抑制领先业务流，补偿滞后业务流，从而更好地适应多业务的宽带无线接入应用环境。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种用于多业务分组数据调度的装置，包括分类器和调度器，其特征在于，所述调度器至少包括分组数据调度器，其中分组数据调度器至少包括信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；

分类器将来自上层网络的业务按照信令数据包和业务数据包分别存入分组数据调度器的信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；

分组数据调度器首先调度信令队列缓冲区的分组数据，直至信令队列缓冲区为空时调度业务队列缓冲区的分组数据。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述业务队列缓冲区包括实时流业务队列缓冲区和非实时流业务队列缓冲区；

分类器将来自上层网络的业务按照实时流业务和非实时流业务分别存入所述分组数据调度器的实时流业务队列缓冲区和非实时流业务队列缓冲区；

所述分组数据调度器调度流业务队列缓冲区时，首先调度实时流业务队列缓冲区的分组数据，直至实时流队列缓冲区为空时调度非实时流队列缓冲区的分组数据。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的调度器还包括信道状态监测器，其接收用户反馈的信道质量，输出信道质量指示信号给所述分组数据调度器，所述分组数据调度器根据所述的信道质量指示信号在信道质量能通信时调度分组数据并输出。

4、根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述的调度器还包括信道模式器，其接收信道状态监测器输出的信道质量指示信号，且根据该信道质量指示信号确定用户的调制编码方式，并创建各用户的信道模式队列，分组数据调度器将分组数据输出至对应用户的信道模式队列，该信道模式器随后将其输出给物理层。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信道模式器根据用户的调制编码强壮性从大到小的顺序将各信道模式队列的数据输出给物理层。

6、一种用于多业务分组数据调度的方法，其特征在于，该方法至少包括如下步骤：

A0：将来自上层网络的业务按照信令数据包和业务数据包分别存入分组数据调度器的信令队列缓冲区和业务队列缓冲区；

A.判断信令队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照信令队列缓冲区的调度策略，调度信令队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤B；

B.判断业务队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照业务队列缓冲区的调度策略，调度业务队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤A。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：

B1.判断实时流队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照实时流对列缓冲区的调度策略，调度实时流队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，执行步骤B2；

B2.判断非实时流队列缓冲区是否有分组数据，如果是，按照非实时流队列缓冲区的调度策略，调度非实时流队列的队首分组数据，返回执行步骤A；否则，返回执行步骤A。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：为所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区的每一个支持自动重发请求ARQ的连接创建分组数据队列的重发数据队列，首先判断各缓冲区中的重发数据队列是否为空，如果是，执行步骤A；否则，在调度各缓冲区的分组数据时，优先调度该缓冲区的重发数据队列的分组数据。

9、根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

当监测到用户的信道质量不能通信时，禁止所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区中该用户的调度，直至信道恢复。

10、根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

根据监测到的信道质量，建立各用户的信道模式队列，将所述的信令队列缓冲区和流业务队列缓冲区输出的分组数据存入对应的用户的信道模式队列，并输出。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

按照调制编码强壮性从大到小的顺序，将存入对应用户信道模式队列的分组数据输出至物理层。

12、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：根据信令的紧迫性设置不同信令队列的优先级，优先调度优先级高的队列的队首分组数据。

13、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B1所述的实时流队列缓冲区的调度策略包括：

B11.计算每个实时流业务的分组数据包的时间戳；

B12.将分组数据包根据其时间戳从小到大的顺序插入业务流队列；

B13.输出所有队列的队首中时间戳最小的分组数据包。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的实时流业务的分组数据包的时间戳的计算方法包括：为实时流队列缓冲区的每一个业务流设置两个虚拟时钟，分别为流虚拟时钟VC和流辅助虚拟时钟auxVC，接收到业务流i的第一个分组数据包Packet₁时，按照下式初始化虚拟时钟：

VC_i＝realtime₁，auxVC_i＝0

其中realtime₁表示接收到业务流i的第一个分组数据包的实际时间；

接收到业务流i的分组数据包Packet_k时，按照下式更新虚拟时钟：

auxVC_i＝max(realtime_k，auxVC_i)

Vtick_i＝Len(packet_k)/rate_i

VC_i＝VC_i+Vtick_i

auxVC_i＝auxVC_i+Vtick_i

式中，Len(packet_k)为分组数据包Packet_k帧长，rate_i为业务流i的传输速率，realtime_k表示接收到业务流i的分组数据包Packet_k时的实际时间；

将分组数据包Packet_k的时间戳记为auxVC_i。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述实时流业务的分组数据包的时间戳的计算方法进一步包括，在接收到一定的比特或分组数据后，若

${\mathrm{VC}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

则以一定概率舍弃该队列新进入的分组数据；若

${\mathrm{VC}}_i<{\mathrm{realtime}}_{T_i}+T_{\mathrm{threshold}}$

则令 ${\mathrm{VC}}_i={\mathrm{realtime}}_{T_i}$

其中，

表示接收到一定的比特或分组数据时的实际时间。

16、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B2所述的非实时流队列缓冲区的调度策略包括：

B21.将每一个队列的计数器初始化为对应队列的权重；

B22.启动轮询过程；

B23.判断所有队列是否都被轮询过，如果是，执行步骤B25，否则，执行步骤B24；

B24.判断当前被轮询的队列的计数器是否小于该队列的队首数据的比特数，如果是，禁止该队列的调度，将下一队列作为当前的被轮询队列，返回执行步骤B23；否则，输出该队列的队首数据，同时该队列的计数器的值减去输出的队首数据的比特数，将下一队列作为当前的被轮询队列，返回执行步骤B23；

B25.判断所有的计数器是否均小于各自队列的队首数据比特数或者所有队列均为空，如果是，执行步骤B26；如果两种情况都不是，返回执行步骤B22；

B26.重新计算各队列的权重，并将各个队列的计数器重置为其对应队列的权重与剩余计数值之和，返回执行步骤B22。

17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的非实时流队列的权重按下式计算：

W_i(0)＝P_i×η+R_min(i)×θ₁

$W_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;W_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})[B\left(k\right)-B(k-1)]\&CenterDot;\frac{W_i(k-1)}{\underset{j=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j(k-1)}$

$+[\mathrm{Len}(q_i,k)-\mathrm{Len}(q_i,k-1)]\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}$

W_i(k)＝min(W_i(k)，R_max(i)×θ₂)

式中，P_i为非实时流业务i的优先级，R_min(i)为非实时流业务i的最小持续发送速率，R_max(i)为非实时流业务i的最大持续发送速率，B(k)为k时刻非实时流的可用带宽，Len(q_i，k)为k时刻业务流i的长度，H为非实时流缓冲区的队列数，η，θ₁，θ₂，α，φ为正的常数。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述非实时流的可用带宽B(k)为WiMAX系统的可用带宽，并按下式计算：

信令队列和实时流队列i(i＝1，2，...，M+N)占用的带宽为：

B_i(0)＝0

$B_i\left(k\right)=\mathrm{\&alpha;}\&times;B_i(k-1)+(1-\mathrm{\&alpha;})\&times;\frac{Q_i\left(j\right)}{T_f}$

其中包括M个信令队列和N个实时流队列，所有非实时流队列缓冲区的可用带宽为：

$B\left(k\right)=B-\underset{i=1}{\overset{M+N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i\left(k\right)$

式中，0<α<1，Q_i(j)为队列i在第j帧中发送的字节数，T_f为帧长，B为空中接口的带宽总资源。

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