CN100583901C - 宽带无线接入网媒体接入控制层服务质量保证方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于有服务质量分级的宽带无线接入网技术领域，其特征在于，把服务分成五类，增加了变长分组、可变比特率、波动平缓的实时服务流；把基站与子站功能作了详尽划分，用接纳控制模块接受或拒绝IP层发来业务的服务连接建立请求；用带宽分配模块读取各类服务连接请求的带宽，结合服务质量参数和系统可用带宽进行分配，求出不同子站授权的总带宽；用上、下行调度器根据授权的总带宽和所需带宽，按服务优先级对各个服务连接进行调度，通过下层接口向物理层发送媒体接入控制层数据和控制信息。不仅满足各类服务连接的服务质量要求，而且兼顾了数据突发增加的问题，提高了子站间及不同优先级服务连接间的公平性。

Description

宽带无线接入网媒体接入控制层服务质量保证方法

技术领域

本发明属于有服务质量分级的宽带无线接入网领域。

背景技术

如今宽带无线接入成为高速因特网连接、综合数据、语音与视频传输的重要方式。基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入技术具有传输速率高和确保服务质量(QoS)的优点，是城域网范围内最后一英里接入的优良选择。与此同时，宽带无线多媒体小组为实现我国自主知识产权，采用CoMAC技术将广播与通信系统在媒体接入控制层(MAC)进行融和。尽管两个标准中定义了媒体接入控制层的信令机制，但对于整个系统服务质量保证起重要作用的无线资源管理和调度是开放性的研究问题。

本发明所提出的宽带无线接入网媒体接入控制层服务质量保证方法针对各类服务分级采用简单高效的接纳控制、带宽分配和上(下)行调度方法，易于软硬件实现，可应用于有服务质量分级的宽带无线接入网如IEEE 802.16系统等。

发明内容

本发明提出了一种宽带无线接入网媒体接入控制层服务质量保证方法，目的是填补有服务质量分级的宽带无线接入网标准中无线资源管理和调度的空白，解决该类系统媒体接入控制层服务质量保证的问题。

本发明考虑基于点到多点(PMP)拓扑结构和有中心控制节点的Mesh拓扑结构，包括基站系统和子站系统两大部分，其中：

基站系统包括：上层接口，服务类型判决器，下行服务连接建立模块，接纳控制模块，下行服务连接队列缓存器，服务连接信息数据库，下行服务连接带宽请求模块，带宽分配模块，上下行映射产生器，下行调度器，以及下层接口，其中：

上层接口，接收IP层发来的数据、业务名称和服务质量参数，或向IP层发送MAC层数据；

服务类型判决器，根据业务名称和服务质量参数判断出是哪类服务；

下行服务连接建立模块，为下行各类服务向接纳控制模块发送连接建立请求，协商服务质量参数；

接纳控制模块，接收上下行各类服务发送的连接建立请求，结合服务质量参数和系统可用带宽的情况接受或者拒绝该服务连接建立请求，被接受的连接被分配一个连接标识符，并将该连接的信息记录在服务连接信息数据库中；

下行服务连接队列缓存器，下行服务连接以连接标识符对应一个队列，将数据进行缓存；

服务连接信息数据库，存储更新上下行各个服务连接的信息，包括子站号，连接标识符，服务类型，服务质量参数，前一帧和本帧请求的带宽；

下行服务连接带宽请求模块，在每个MAC帧开始时，测量各个下行服务连接队列大小(字节数)，并记录在服务连接信息数据库中；

带宽分配模块，从服务连接信息数据库中读取上下行各类服务连接请求的带宽，结合服务质量参数和系统可用带宽的情况进行带宽分配，并得出不同子站授权的总带宽；

上下行映射产生器，根据带宽分配模块中不同子站所需的总带宽，结合物理层参数分配MAC帧中的时隙，生成上下行映射；

下行调度器，将下行映射中授权的带宽合理分配给各个子站的各个服务连接，协调数据发送顺序；

下层接口，向物理层发送MAC层数据和控制信息，或接收物理层层发来的数据；

子站系统包括：上层接口，服务类型判决器，上行服务连接建立模块，上行服务连接队列缓存器，上行服务连接信息数据库，上行服务连接带宽请求模块，上行调度器，以及下层接口，其中：

上层接口，接收IP层发来的数据、业务名称和服务质量参数，或向IP层发送MAC层数据；

服务类型判决器，根据业务名称和服务质量参数判断出是哪类服务；

上行服务连接建立模块，为上行各类服务发送连接建立请求，协商服务质量参数；

上行服务连接队列缓存器，上行服务连接以连接标识符对应一个队列，将数据进行缓存；

上行服务连接信息数据库，存储更新上行各个服务连接的信息，包括连接标识符，服务类型，服务质量参数，前一帧和本帧请求的带宽；

上行服务连接带宽请求模块，在每个MAC帧开始时，测量各个上行服务连接队列大小(字节数)，记录在上行服务连接信息数据库中，并以不同的方式发送带宽请求；

上行调度器，将上行映射中授权的带宽合理分配给各个服务连接，协调数据发送顺序；

下层接口，向物理层发送MAC层数据和控制信息，或接收物理层层发来的数据。

本发明将各类数据业务分为五种服务类型，分类方法如下：

第1类服务：定长分组、固定比特率(CBR)的实时服务流，如T1/E1、没有静音压缩的VoIP等业务。服务质量参数是最大持续速率，最小保留速率，最大等待时间，容忍抖动。最小保留速率和最大持续速率相等。

第2类服务：变长分组、可变比特率(VBR)实时服务流，其传输速率在平均速率上下波动平缓，如平滑处理后的视频流等业务。服务质量参数是最大持续速率，最小保留速率，最大等待时间。

第3类服务：变长分组、可变比特率实时服务流，其传输速率在平均速率上下波动剧烈，如在线游戏、有静音压缩的VoIP等业务。服务质量参数是最大持续速率，最小保留速率，最大等待时间。

第4类服务：变长分组、可变比特率的非实时服务流，如FTP等业务。服务质量参数是最大持续速率，最小保留速率，传输优先级。

第5类服务：具有自相似特性的非实时服务流，如Web上网等业务。服务质量参数是最大持续速率，传输优先级。

本发明包括接纳控制、带宽分配和上(下)行调度三个方法。为了清楚的进行描述，我们引入下列符号：

N：子站个数；

B：系统总带宽(字节数)；

B_a：系统可用带宽(字节数)；

Ni_n：系统中已有第n个子站第i类服务的总连接数，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}；

Bi_nj ^max：第n个子站第i类服务第j个连接的最大所需带宽(字节数)，与最大持续速率相对应，n ∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Ni_n；

Bi_nj ^min：第n个子站第i类服务第j个连接的最小所需带宽(字节数)，与最小保留速率相对应，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Ni_n；

α_nj：第n个子站服务类型2第j个连接的平均所需带宽因子，α_nj∈(0，1)，n∈N，j∈N2_n；

注：基站控制α_nj，使得携带请求的带宽不小于零。

βi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接的传输优先级，βi_nj∈{0，1，2，3，4，5，6，7}，n∈N，i∈{4，5}，j∈Ni_n，βi_nj值越大，传输优先级越高；

ACF：接纳控制标识符，ACF∈{0，1}；

BRi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接请求的带宽(字节数)，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈N_in；

BGi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接被授权的带宽(字节数)，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Ni_n；

EXi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接超出服务质量参数的带宽(字节数)，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈Ni_n；

BG：系统已授权的总带宽(字节数)；

EX：超出服务质量参数的总带宽(字节数)；

BG_n：第n个子站已授权的总带宽(字节数)；

BR_n：第n个子站所需要的总带宽(字节数)；

BL_n：第n个子站所剩带宽(字节数)；

BAi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接被分配的带宽(字节数)，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Ni_n；

本发明提供了一种基于五类服务分级保证各类服务连接服务质量的接纳控制方法，该方法包括如下步骤：

(a1)接收上下行各类服务发送的连接建立请求；

(a2)根据系统中已有各类服务连接的情况，计算出系统可用带宽 $B_a=B-\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}(\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{Bi}}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\underset{i\∈\left\{4\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{Bi}}_{\mathrm{nj}}^{\min });$

(a3)根据服务类型、服务质量参数和系统可用带宽的情况接受或者拒绝该服务连接建立请求，若接受，执行步骤(a4)，否则执行步骤(a5)；

(a4)为接受的服务连接分配一个连接标识符，将其信息记录在服务连接信息数据库，并反馈该服务连接建立成功；

(a5)反馈该服务连接建立失败。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(a3)可进一步分为如下步骤：

(a31)对该服务的类型进行判定，若是第1、2、3类服务，执行步骤(a32)；若是第4类服务，执行步骤(a33)，若是第5类服务，执行步骤(a34)；

(a32)通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，并与系统可用带宽进行比较，若不大于，则接受，执行步骤(a4)，否则执行步骤(a5)；

(a33)通过该服务连接的最小保留速率计算出最小所需带宽，并与系统可用带宽进行比较，若不大于，则接受，执行步骤(a4)，否则执行步骤(a5)；

(a34)若系统可用带宽大于零，则接受，执行步骤(a4)，否则执行步骤(a5)。

本发明提供了一种基于五类服务分级保证各类服务连接服务质量的带宽分配方法，该方法包括如下步骤：

(b1)从服务连接信息数据库中读取上下行各类服务连接的信息，包括子站号，服务类型，服务质量参数和本帧请求的带宽，并根据服务类型进行不同的操作；

(b2)计算出系统已授权的总带宽 $\mathrm{BG}=\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}},$ 超出服务质量参数的总带宽 $\mathrm{EX}=\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}\underset{i\∈\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}},$ 将两者之和与系统总带宽进行比较，若不大于，执行步骤(b3)，否则执行步骤(b4)；

(b3)综合第n个子站所有服务连接的带宽分配情况，计算出该子站已授权的总带宽 ${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\underset{i\∈\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}};$

(b4)按下式根据系统总可用带宽与系统超出服务质量参数总带宽的比值来修正步骤(b3)得到的第n个子站中超出服务质量参数的总带宽，得到修正后的第n个子站已授权的总带宽BG_n为：

${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\frac{B-\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}\underset{i\∈\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\·\underset{i\∈\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}.$

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(b1)可进一步分为如下步骤：

(b11)读取一个服务连接的服务类型，若是第1类服务，执行步骤(b12)；若是第2类服务，执行步骤(b13)；若是第3类服务，执行步骤(b14)；若是第4类服务，执行步骤(b15)，若是第5类服务，执行步骤(b16)；

(b12)通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，基站授权给该服务连接的带宽 ${\mathrm{BG}1}_{\mathrm{nj}}={B1}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 若仍有服务连接需要进行带宽分配，则执行步骤(b1)，否则执行步骤(b2)；

(b13)通过该服务连接的最大持续速率和最小保留速率计算出最大所需带宽和最小所需带宽，请求的带宽BR2_nj是本帧第n个子站第2类服务第j个连接队列的字节数与部分平均所需带宽

的差值，若为： $0<{\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}\&le;{B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }-\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min }),$ 基站授权给该服务连接的带宽 ${\mathrm{BG}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min }),$ 否则 ${\mathrm{BG}2}_{\mathrm{nj}}={B2}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 超出服务质量参数的带宽 ${\mathrm{EX}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min })-{B2}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 若仍有服务连接需要进行带宽分配，则执行步骤(b1)，否则执行步骤(b2)；

(b14)通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，请求的带宽BR3_nj是本帧第n个子站第3类服务第j个连接队列的字节数，若为： $0<{\mathrm{BR}3}_{\mathrm{nj}}\&le;{B3}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 基站授权给该服务连接的带宽BG3_nj＝BR3_nj，否则 ${\mathrm{BG}3}_{\mathrm{nj}}={B3}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 超出服务质量参数的带宽 ${\mathrm{EX}3}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}3}_{\mathrm{nj}}-{B3}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 若仍有服务连接需要进行带宽分配，则执行步骤(b1)，否则执行步骤(b2)；

(b15)通过该服务连接的最小保留速率计算出最小所需带宽，请求的带宽BR4_nj是本帧第n个子站第4类服务第j个连接队列的字节数，若为： $0<{\mathrm{BR}4}_{\mathrm{nj}}\&le;{B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 基站授权给该服务连接的带宽BG4_nj＝BR4_nj，否则 ${\mathrm{BG}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 超出服务质量参数的带宽 ${\mathrm{EX}4}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}4}_{\mathrm{nj}}-{B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 若仍有服务连接需要进行带宽分配，则执行步骤(b1)，否则执行步骤(b2)；

(b16)请求的带宽BR5_nj是本帧第n个子站第5类服务第j个连接队列的字节数，若为：BR5_nj＞0，则认为超出服务质量参数的带宽EX5_nj＝BR5_nj，若仍有服务连接需要进行带宽分配，则执行步骤(b1)，否则执行步骤(b2)。

本发明提供了一种基于五类服务分级保证各类服务连接服务质量的上(下)行调度方法，该方法包括如下步骤：

(c1)从上(下)行映射中得到第n个子站已授权的总带宽；

(c2)在上行方向上，从上行服务连接信息数据库中读取上行各类服务连接的信息，包括服务类型，服务质量参数和前一帧请求的带宽；在下行方向上，从服务连接信息数据库中读取下行各类服务连接的信息，包括子站号，服务类型，服务质量参数和前一帧请求的带宽；特别说明的是，服务连接信息数据库中上行各类服务连接前一帧请求带宽的个数不超过上行服务连接信息数据库中上行各类服务连接前一帧请求带宽的个数；

(c3)计算出第n个子站所需要的总带宽 ${\mathrm{BR}}_n=\underset{j\&Element;{N1}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{B1}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\underset{j\&Element;{N2}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min })+\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BRi}}_{\mathrm{nj}},$ 与该子站已授权的总带宽进行比较，若不大于，执行步骤(c4)，否则执行步骤(c5)；

(c4)当已授权的总带宽充足时，根据各个服务连接的服务类型进行调度；

(c5)当已授权的总带宽不足时，根据各个服务连接的服务类型进行调度；

(c6)将上(下)行各类服务连接按照调度好的顺序和分配好的带宽进行上(下)行数据传输。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(c4)可进一步分为如下步骤：

(c41)将各类服务连接按照服务优先级排序，服务优先级随着服务类型编号的增大而降低；

(c42)将第1类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}1}_{\mathrm{nj}}={B1}_{\mathrm{nj}}^{\max };$

注：编号大小与服务连接到达缓存器的顺序有关，先到标号小，后到编号大。

(c43)将第2类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min });$

(c44)将第3类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽BA3_nj＝BR3_nj；

(c45)将第4、5类服务各个服务连接按照传输优先级排序，各个服务连接被分配的带宽BAi_nj＝BRi_nj，i∈{4，5}。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(c5)可进一步分为如下步骤：

(c51)将各类服务连接按照服务优先级排序，服务优先级随着服务类型编号的增大而降低，依照步骤(b12)到(b16)中所述的方法计算出各类服务连接已授权的带宽和超出服务质量参数的带宽；

(c52)将第1类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽BA1_nj＝BG1_nj；

(c53)将第2类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA2_nj＝BG2_nj，否则各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}2}_{\mathrm{nj}}={B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\frac{{\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}2}_{\mathrm{nj}};$

(c54)将第3类服务各个服务连接按照编号由小到大排序，若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA3_nj＝BG3_nj否则各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}3}_{\mathrm{nj}}={B3}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\frac{{\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}3}_{\mathrm{nj}};$

(c55)将第4类服务各个服务连接按照传输优先级排序，计算出第n个子站所剩带宽 ${\mathrm{BL}}_n={\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BAi}}_{\mathrm{nj}},$ 与各个服务连接已授权带宽之和

进行比较，若不小于，执行步骤(c56)，否则执行步骤(c57)；

(c56)若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BG4_nj，否则各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min }+\frac{{\mathrm{BL}}_n}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}4}_{\mathrm{nj}},$ 接下来执行步骤(c58)；

(c57)将同一个传输优先级的各个服务连接按照编号由小到大排序，从高传输优先级小编号的服务连接开始分配带宽，若没有超出服务质量参数的带宽，则该服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BG4_nj，否则该服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 计算新的所剩带宽BL_n′＝BL_n-BA4_nj，若小于零，则该服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BL_n′+BA4_nj，结束分配，否则，BL_n＝BL_n′，继续执行步骤(c57)；

(c58)将第5类服务各个服务连接按照传输优先级排序，计算出第n个子站所剩带宽 ${\mathrm{BL}}_n={\mathrm{BL}}_n-\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}};$

(c59)将同一个传输优先级的各个服务连接按照编号由小到大排序，从高传输优先级小编号的服务连接开始分配带宽，若有超出服务质量参数的带宽，则该服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}5}_{\mathrm{nj}}=\frac{({\mathrm{\&beta;}5}_{\mathrm{nj}}+1)}{8}\&CenterDot;{\mathrm{EX}5}_{\mathrm{nj}},$ 计算新的所剩带宽BL_n′＝BL_n-BA5_nj，若小于零，则该服务连接被分配的带宽BA5_nj＝BL_n′+BA5_nj，结束分配，否则，BL_n＝BL_n′，继续执行步骤(c59)。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明将多种业务按照其特性分成了五种服务类型，其中第2类服务是一种新的服务分级；

本发明将基站系统和子站系统的功能模块进行了细致的划分，并提供了接纳控制、带宽分配和上(下)行调度方法步骤的详尽说明，易于软硬件实现。通过仿真可以看出，以上方法不仅满足各类服务连接的服务质量要求，而且考虑了子站的总吞吐量，兼顾了数据突发增加的问题，提高了子站间及不同优先级服务连接间的公平性。

以下是对方法的仿真说明，以IEEE 802.16系统为例，其中rtPS对应第3类服务，nrtPS对应第4类服务。

图7a比较了基站采用已有亏空公平优先队列(DFPQ)算法和本发明提出的成比例带宽分配(PBA)算法进行带宽分配时两个子站所有服务连接数据到达和吞吐量的情况。从图中可以看出，DFPQ算法中，子站1的带宽请求获得了全部响应，而子站2的带宽分配远达不到数据变化的要求。这是因为对于rtPS和nrtPS连接子站采用单播轮询的带宽请求方式，基站先轮询到的子站的带宽请求会排在请求消息队列的前端，被基站先分配带宽。但是由于子站间没有优先级，因而导致了不公平的情况。提出的PBA算法在考虑子站总吞吐量的基础上，公平对待各个子站的带宽请求，即按需分配。

算法的公平性体现在不同实体间的差异是受限的，即控制在一定范围之内，如果差异越小，则公平性越好。假设

分别是第n个子站全部rtPS、nrtPS连接的总吞吐量，

分别是第n个子站全部rtPS、nrtPS连接的总数据源流量，

分别是第n′个子站全部rtPS、nrtPS连接的总吞吐量，

分别是第n′个子站全部rtPS、nrtPS连接的总数据源流量，则定义子站公平性为： $\mathrm{\&alpha;}=|\frac{\underset{i\&Element;I_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{rtP}{S}_{\mathrm{ni}}}+\underset{j\&Element;J_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{nrt}{\mathrm{PS}}_{\mathrm{nj}}}}{\underset{i\&Element;I_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{rtP}{S}_{\mathrm{ni}}}+\underset{j\&Element;J_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{nrt}{\mathrm{PS}}_{\mathrm{nj}}}}-\frac{\underset{i\&Element;I_{n^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{rtP}{S}_{n^{\&prime;}i}}+\underset{j\&Element;J_{n^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{nrtP}{S}_{n^{\&prime;}j}}}{\underset{i\&Element;I_{n^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{rtP}{S}_{n^{\&prime;}i}}+\underset{j\&Element;J_{n^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{nrtP}{S}_{n^{\&prime;}j}}}|$

α越接近于0，则两者间的公平性越好；反之越差。

图7b比较了DFPQ和PBA算法下两个子站的公平性。可以看到，PBA算法中，子站公平性控制在0.05以下，和DPFQ算法相比，它既保持了各个子站较高的数据吞吐量又兼顾了子站间的公平性。

图7c比较了当rtPS连接数据量突然增加时在DFPQ和PBA算法下各类服务连接数据到达和吞吐量的情况。假设子站2rtPS连接建立时的最大所需带宽为12Kbit，50帧后增加到24Kbit，超出了协商时的QoS要求。从图中可以看出，DFPQ算法虽然满足了nrtPS连接的最小保留速率要求，但出现的rtPS连接占用nrtPS连接带宽的情况仍然严重影响了低优先级服务连接的吞吐量。本文提出的PBA算法在保证各类服务连接QoS参数的前提下，兼顾突发增加的数据量。

假设

分别是所有子站全部rtPS、nrtPS连接的总吞吐量，

分别是所有子站全部rtPS、nrtPS连接的总数据源流量，则定义服务公平性为： $\mathrm{\&beta;}=|\frac{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;I_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{rtP}{S}_{\mathrm{ni}}}}{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;I_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{rtP}{S}_{\mathrm{ni}}}}-\frac{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;J_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Th}}_{\mathrm{nrtP}{S}_{\mathrm{nj}}}}{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;J_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{nrtP}{S}_{\mathrm{nj}}}}|$

β越接近于0，则两者间的公平性越好；反之越差。

图7d比较了DFPQ和PBA算法下两类服务的公平性。可以看到，PBA算法中，服务公平性控制在0.1以下，和DFPQ算法相比，它既满足了各类服务连接的带宽需求又明显改善了不同优先级服务连接间的公平性。

附图说明

图1应用环境；

图2数据格式：包括服务质量参数，连接建立，带宽请求；

图3媒体接入控制层服务质量整体框图：包括基站、子站上下行各个模块

图4接纳控制流程图：图4a是主流程图，图4b是针对第1、2、3类服务的子流程1，图4c是针对第4类服务的子流程2，图4d是针对第5类服务的子流程3；

图5带宽分配流程图：图5a是主流程图，图5b是针对第1类服务的子流程1，图5c是针对第2类服务的子流程2，图5d是针对第3类服务的子流程3，图5e是针对第4类服务的子流程4，图5f是针对第5类服务的子流程5；

图6上(下)行调度流程图：图6a是主流程图，图6b是针对第1类服务的子流程1，图6c是针对第2类服务的子流程2，图6d是针对第3类服务的子流程3，图6e是针对第4类服务的子流程4，图6f是针对第5类服务的子流程5，图6g是针对第1类服务的子流程6，图6h是针对第2类服务的子流程7，图6i是针对第3类服务的子流程8，图6j是针对第4类服务的子流程9，图6k是针对第5类服务的子流程10；

图7仿真曲线图：图7a是两个子站总吞吐量，图7b是子站公平性，图7c是rtPS连接数据增加时两类服务连接总吞吐量，图7d是rtPS连接数据增加时服务公平性，其中表示数据源，

表示PDA算法，

表示DFPQ算法。

具体实施方式

图1是有服务分级的宽带无线接入网的应用环境。起中心控制作用的基站负责管理其辖区内各个独立的子站，子站可以是蜂窝小区基站、基于IEEE 802.11的Hot spot、住宅SOHO宽带接入、大企业的T1级接入、小企业的DSL级接入等以及移动终端如手机、掌上电脑、笔记本电脑等。基站与子站间通过无线连接，基站与骨干网如全IP的Internet网等是有线连接。

图2是五类服务的数据格式，其中图2a是第1、2、3、4、5类服务的服务质量参数数据格式；图2b是连接建立数据格式，包括连接请求、连接建立成功响应和连接建立失败响应；图2c是带宽请求数据格式。

图3是媒体接入控制层服务质量整体框图，下面以IEEE 802.16系统为例说明具体实施方式：

在基站和子站可使用FPGA、DSP、ASIC(ARM核)实现媒体接入控制层服务质量保证系统。系统初始化时，所有模块的寄存器清零。IEEE 802.16系统中已规定的四类服务分级主动授权服务(UGS)、实时轮询服务(rtPS)、非实时轮询服务(nrtPS)和尽力而为服务(BE)分别对应第1、3、4、5类服务，此外还增添主动授权携带请求服务(UGPRS)对应第2类服务。

在上行方向上，子站1的上层应用通过上层接口将业务名称和服务质量参数发送到媒体接入控制层，例如业务名称为“VoIP”，服务质量参数如下所示，

64Kb/s

64Kb/s

10ms

5ms

服务类型判决器判断出该应用为第1类服务，即主动授权服务。上行服务连接建立模块发送连接请求消息，格式如下所示，

1

1

64Kb/s

64Kb/s

10ms

5ms

基站接纳控制模块结合服务质量参数和系统可用带宽的情况接受或者拒绝该服务连接建立请求，被接受的连接被分配一个连接标识符，并将该连接的信息记录在服务连接信息数据库中，连接建立成功响应如下所示，

1

1

1

1

64Kb/s

64Kb/s

10ms

5ms

子站上行服务连接队列缓存器将应用数据以连接标识符为标识进行缓存，该服务连接的信息记录在上行服务连接信息数据库中。第1类服务的服务连接不需要进行带宽请求，假设MAC帧长为10ms，根据最大等待时间10ms，基站每帧需要授权固定带宽，即最大所需带宽，它与最大持续速率64Kb/s相对应，假设物理层调制编码系数为

则最大所需带宽为 $64\mathrm{Kb}/s*10\mathrm{ms}*\frac{3}{4}=480\mathrm{bits}.$ 基站的带宽分配模块将以上结果与子站1其他服务连接授权的带宽相加得出子站1授权的总带宽，并在上下行映射产生器中生成上行映射。子站1的上行调度器将上行映射中授权的带宽合理分配给各个服务连接，协调数据发送顺序，并通过下层接口将数据和控制信息传递给物理层。

在下行方向上，基站的上层应用通过上层接口将业务名称和服务质量参数发送到媒体接入控制层，例如业务名称为“MPEG4”，服务质量参数如下所示，

400Kb/s

200Kb/s

30ms

15ms

服务类型判决器判断出该应用为第2类服务，即主动授权携带请求服务。下行服务连接建立模块发送连接请求消息，格式如下所示，

1

2

400Kb/s

200Kb/s

30ms

15ms

基站接纳控制模块结合服务质量参数和系统可用带宽的情况接受或者拒绝该服务连接建立请求，被接受的连接被分配一个连接标识符，并将该连接的信息记录在服务连接信息数据库中，连接建立成功响应如下所示，

1

1

2

2

400Kb/s

200Kb/s

30ms

15ms

子站上行服务连接队列缓存器将应用数据以连接标识符为标识进行缓存，该服务连接的信息记录在上行服务连接信息数据库中。第2类服务的服务连接需要基站周期的分配低于平均速率的固定带宽，在MAC头中携带超出部分的带宽请求，假设MAC帧长为10ms，物理层调制编码系数为

平均所需带宽因子为0.5根据最大等待时间30ms，基站每3帧需要授权固定带宽，即 $\frac{0.5}{2}(400\mathrm{Kb}/s*30\mathrm{ms}*\frac{2}{3}+200\mathrm{Kb}/s*30\mathrm{ms}*\frac{2}{3})=3\mathrm{Kb}.$ 基站的带宽分配模块将以上结果与子站1其他服务连接授权的带宽相加得出子站1授权的总带宽，并在上下行映射产生器中生成下行映射。基站的下行调度器将下行映射中授权的带宽合理分配给子站1的各个服务连接，协调数据发送顺序，并通过下层接口将数据和控制信息传递给物理层。

图4是接纳控制流程图，基站的接纳控制模块接收到连接建立请求消息如下所示：

2

4

200Kb/s

100Kb/s

0

计算系统可用带宽为5Kbits，判断服务类型为4，进入子流程2，通过计算最小所需带宽与系统可用带宽比，将接纳控制标识符置为1，即接受该服务连接，分配连接标识符3，记录该服务连接信息，发送服务连接建立成功响应如下所示：

2

1

3

4

200Kb/s

100Kb/s

0

图5是带宽分配流程图，子站2发送带宽请求消息如下所示：

2

3

140bits

基站根据连接标识符3从服务连接信息数据库中读取该服务连接的信息，包括子站号2，服务类型4，服务质量参数和本帧请求的带宽140bits。判定服务类型为4，进入子流程4，计算最小所需带宽和请求的带宽比较，若不大于，基站授权带宽为请求带宽，否则基站授权带宽为最小所需带宽，超出带宽为两者之差。

当所有服务连接被授权带宽后，计算系统已授权的总带宽和超出服务质量参数的总带宽，将两者之和与系统总带宽进行比较，若大于，子站已授权的总带宽为 ${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\frac{B-\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}},$ 否则子站已授权的总带宽为 ${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}.$

图6是上(下)行调度流程图，在上行方向上，子站n从上行映射中得到已授权的总带宽，并从上行服务连接信息数据库中读取上行各类服务连接信息，计算出所需总带宽，与已授权的总带宽进行比较，若不大于，将服务连接按照服务优先级排序，依次执行子流程1-5，否则排序之后，依次执行子流程6-10。子站上行调度器将服务连接按顺序和分配大小进行数据传输。

在下行方向上，基站从下行映射中得到子站n已授权的总带宽，并从服务连接信息数据库中读取下行各类服务连接信息，计算出子站n所需总带宽，与已授权的总带宽进行比较，若不大于，将服务连接按照服务优先级排序，依次执行子流程1-5，否则排序之后，依次执行子流程6-10。基站下行调度器将服务连接按顺序和分配大小进行数据传输。

Claims (1)

1.宽带无线接入网媒体接入控制层服务质量保证方法，其特征在于所述方法是在点到多点拓扑结构或有中心控制节点的Mesh拓扑结构中的基站系统和子站系统两大部分中依次按以下步骤实现的：

在所述基站系统中，是依次按以下步骤执行的：

步骤(1)，基站上层接口接收IP层发来的数据、业务名称和服务质量参数，向基站服务类型判决器输出，或向IP层发送媒体接入控制层数据；

步骤(2)，所述基站服务类型判决器根据收到的业务名称和服务质量参数判断出是哪类服务，并向基站下行服务连接建立模块输出；

步骤(3)，所述基站下行服务连接建立模块按照收到的下行各类服务向接纳控制模块发送连接建立请求；

步骤(4)，所述接纳控制模块依次按步骤(4.1)至步骤(4.5)决定接受或者拒绝该服务连接建立请求，发出相应的连接响应，为被接受的连接分配一个连接标识符，并把该连接的信息记录在基站服务连接信息数据库中：

步骤(4.1)接收上下行各类服务发送的连接建立请求；

步骤(4.2)根据系统中已有各类服务连接的情况，按下式计算出系统可用带宽：

$B_a=B-\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}(\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Bi}}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\underset{i\&Element;\left\{4\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{Bi}}_{\mathrm{nj}}^{\min });$

其中：

B_a：系统可用带宽，用字节数表示；

B：系统总带宽，用字节数表示；

Ni_n：系统中已有的第n个子站第i类服务的总连接数，n∈N，N为子站数，i∈{1，2，3，4，5}，i为服务类型的序号；

Bi_nj ^max：第n个子站第i类服务第j个连接的最大所需带宽，用字节数表示，该Bi_nj ^max与最大持续速率相对应，j∈Ni_n，表示第n个子站第i类服务连接的序号；

Bi_nj ^min：第n个子站第i类服务第j个连接的最小所需带宽，用字节数表示，该Bi_nj ^min与最小保留速率相对应；

所述五种服务类型为：

第1类服务：定长分组、固定比特率的实时服务流，服务质量参数是最大持续速率、最小保留速率、最大等待时间以及容忍的抖动，所述最小保留速率与最大持续速率相等；

第2类服务：变长分组、可变比特率实时服务流，其传输速率在平均速率上下波动平缓，服务质量参数是最大持续速率、最小保留速率以及最大等待时间；

第3类服务：变长分组、可变比特率实时服务流，其传输速率在平均速率上下波动剧烈，服务质量参数是最大持续速率、最小保留速率以及最大等待时间；

第4类服务：变长分组、可变比特率的非实时服务流，服务质量参数是最大持续速率、最小保留速率以及传输优先级；

第5类服务：具有自相似特性的非实时服务流，服务质量参数是最大持续速率以及传输优先级；

对步骤(4.1)中所述服务的类型进行判定，若是第1、2、3类服务，则通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，并与系统可用带宽进行比较，若不大于，则接受，否则拒绝；若是第4类服务，则通过该服务连接的最小保留速率计算出最小所需带宽，并与系统可用带宽进行比较，若不大于，则接受，否则拒绝；若是第5类服务，则判断系统可用带宽是否大于零，若大于零，则接受，否则拒绝；

步骤(4.3)，根据步骤(4.2)所述方法，决定接受或者拒绝该服务连接建立请求，若接受，执行步骤(4.4)，否则拒绝，执行步骤(4.5)；

步骤(4.4)，为接受的服务连接分配一个连接标识符，将其信息记录在服务连接信息数据库，并反馈一个服务连接建立成功的连接响应，表示该服务连接建立成功；

步骤(4.5)，反馈一个服务连接建立失败连接响应，表示该服务连接建立失败；

步骤(5)，所述下行服务连接建立模块从接纳控制模块收到服务连接建立成功的连接响应后，把已分配到一个连接标识符的服务连接送往下行服务连接队列缓存器；

步骤(6)，所述下行服务连接队列缓存器以收到的下行服务连接的连接标识符对应一个队列，把数据缓存，并向下行服务连接带宽请求模块输出；

步骤(7)，所述下行服务连接带宽请求模块在每个媒体接入控制帧开始时，测量各个下行服务连接队列的字节数，并记录在服务连接信息数据库中；

步骤(8)，带宽分配模块从所述服务连接信息数据库中读取上下行各类服务连接请求的带宽，按步骤(8.1)至步骤(8.5)结合服务质量参数和系统可用带宽进行带宽分配，并得出不同子站授权的总带宽：

步骤(8.1)，从服务连接信息数据库中读取上下行各类服务连接的信息，其中包括子站号、服务类型、服务质量参数和本帧请求的带宽，并根据服务类型进行下述不同的操作；

步骤(8.1.1)，读取一个服务连接的服务类型；

步骤(8.1.2)，针对不同服务类型执行不同操作：

对于第1类服务，通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，基站授权给该服务连接的带宽BG1_nj是第n个子站第1类服务第j个连接的最大所需带宽B1_nj ^max，即

${\mathrm{BG}1}_{\mathrm{nj}}={B1}_{\mathrm{nj}}^{\max };$

对于第2类服务，通过该服务连接的最大持续速率和最小保留速率计算出最大所需带宽和最小所需带宽，请求的带宽BR2_nj定义为本帧第n个子站第2类服务第j个连接队列的字节数与部分平均所需带宽的差值，若 $0\&le;{\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}\&le;{B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }-\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min }),$ 则基站授权给该服务连接的带宽BG2_nj为： ${\mathrm{BG}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min }),$ 否则， ${\mathrm{BG}2}_{\mathrm{nj}}={B2}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 超出服务质量参数的带宽EX2_nj为： ${\mathrm{EX}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min })-{B2}_{\mathrm{nj}}^{\max };$

对于第3类服务，通过该服务连接的最大持续速率计算出最大所需带宽，请求的带宽BR3_nj定义为本帧第n个子站第3类服务第j个连接队列的字节数，若 $0<{\mathrm{BR}3}_{\mathrm{nj}}\&le;{B3}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 则基站授权给该服务连接的带宽为请求带宽，即BG3_nj＝BR3_nj，否则， ${\mathrm{BG}3}_{\mathrm{nj}}={B3}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 超出服务质量参数的带宽EX3_nj为： ${\mathrm{EX}3}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}3}_{\mathrm{nj}}-{B3}_{\mathrm{nj}}^{\max };$

对于第4类服务，通过该服务连接的最小保留速率计算出最小所需带宽，请求的带宽定义为本帧第n个子站第4类服务第j个连接队列的字节数，若 $0<{\mathrm{BR}4}_{\mathrm{nj}}\&le;{B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 则基站授权给该服务连接的带宽为请求带宽，即BG4_nj＝BR4_nj，否则， ${\mathrm{BG}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 超出服务质量参数的带宽EX4_nj为： ${\mathrm{EX}4}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}4}_{\mathrm{nj}}-{B4}_{\mathrm{nj}}^{\min };$

对于第5类服务，请求的带宽BR5_nj定义为本帧第n个子站第5类服务第j个连接队列的字节数，若BR5_nj＞0，则认为超出服务质量参数的带宽EX5_nj为：EX5_nj＝BR5_nj；

步骤(8.2)，按下式计算出系统已授权的总带宽BG和超出服务质量参数的总带宽EX：

$\mathrm{BG}=\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}};$

$\mathrm{EX}=\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\{2,3,\mathrm{4,5}\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}};$

其中：

BGi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接被授权的带宽，i＝1，2，3，4；

EXi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接超出服务质量参数的带宽，i＝2，3，4，5；

再把所述BG和EX相加求和，并与系统总带宽进行比较，若不大于系统总带宽，则执行步骤(8.3)，否则，执行步骤(8.4)；

步骤(8.3)，按下式计算第n个子站已授权的总带宽BG_n为：

${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}};$

步骤(8.4)，按下式根据系统总可用带宽与系统超出服务质量参数总带宽的比值来修正步骤(8.3)得到的第n个子站中超出服务质量参数的总带宽，得到修正后的第n个子站已授权的总带宽BG_n为：

${\mathrm{BG}}_n=\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}+\frac{B-\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}};$

步骤(8.5)，所述带宽分配模块把第n个子站已授权的总带宽送往上下行映射产生器，n＝1，2，...，N；

步骤(9)，所述上下行映射产生器根据带宽分配模块中不同子站授权的总带宽，结合物理层参数分配媒体接入控制帧中的时隙，生成上下行映射，并把下行映射送到下行调度器，再通过下层接口向物理层发送媒体接入控制层的数据和控制信息，或接收物理层发来的数据；

在所述子站系统中，依次按以下步骤进行：

步骤(1′)，子站上层接口接收IP层发来的数据、业务名称和服务质量参数，或向IP层发送媒体接入控制层数据；

步骤(2′)，服务类型判决器根据从所述子站上层接口收到的业务名称和服务质量参数判断出是哪类服务，并向上行服务连接建立模块输出；

步骤(3′)，所述上行服务连接建立模块为收到的各类上行服务向基站中的接纳控制模块发送连接建立请求，并接收相应的连接响应，若为连接建立成功响应，则执行下一步骤；

步骤(4′)，上行服务连接队列缓存器从所述上行服务连接建立模块接收上行服务连接，并以一个连接标识符对应一个队列，把数据缓存，并向上行服务连接带宽请求模块输出；

步骤(5′)，上行服务连接带宽请求模块在每个媒体接入控制帧开始时，测量各个上行服务连接队列的大小，记录在上行服务连接信息数据库中，并以不同的方式向基站系统的服务连接信息数据库发送相应的带宽请求；

步骤(6′)，上行调度器从基站系统的上下行映射产生器接收上行映射，把该上行映射中授权的带宽分配给各个服务连接，协调数据发送顺序，并通过下层接口向物理层发送媒体接入控制层数据和控制信息，或接收物理层发来的数据；

其中，上、下行调度器的调度方法依次含有以下步骤：

第一步：上行调度器接收基站广播的上行映射，下行调度器从上下行映射产生器中读入下行映射；

第二步：在上行方向，上行调度器从上行服务连接信息数据库中读取上行各类服务连接的信息，包括：服务类型、服务质量参数和前一帧请求的带宽；在下行方向，下行调度器从服务连接信息数据库中读取下行各类服务连接的信息，包括：子站号、服务类型、服务质量参数和前一帧请求的带宽，服务连接信息数据库中上行各类服务连接前一帧请求带宽的个数不超过上行服务连接信息数据库中上行各类服务连接前一帧请求带宽的个数；

第三步：上、下行调度器按下式计算出第n个子站所需要的总带宽BR_n：

${\mathrm{BR}}_n=\underset{j\&Element;{N1}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{B1}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\underset{j\&Element;{N2}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min })+\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BRi}}_{\mathrm{nj}};$

其中：

BR_n：第n个子站所需要的总带宽，用字节数表示；

Ni_n：系统中已有第n个子站第i类服务的总连接数，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}；

Bi_nj ^max：第n个子站第i类服务第j个连接的最大所需带宽，用字节数表示，与最大持续速率相对应，n∈N，i∈{1，2，3，4，5}，j∈Ni_n；

Bi_nj ^min：第n个子站第i类服务第j个连接的最小所需带宽，用字节数表示，与最小保留速率相对应，n∈N，i∈{1，2，3，4}，j∈Ni_n；

α_nj：第n个子站中第2类服务第j个连接的平均所需带宽因子，α_nj∈(0，1)，n∈N，j∈N2_n；

BRi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接请求的带宽，用字节数表示，n∈N，i∈{2，3，4，5}，j∈Ni_n；

第四步：当系统授权的总带宽充足时，根据各个服务连接的服务类型进行调度，具体如下所述：

首先，把各类服务连接按照服务优先级排序，服务优先级随着服务类型编号的增大而降低；

其次，再对各个服务类型按照如下方法区别对待：

把第1类服务中各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}1}_{\mathrm{nj}}={B1}_{\mathrm{nj}}^{\max },$ 即等于其最大所需带宽，所述编号对于先到达缓存器为小，后到的为大；

把第2类服务中各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽 ${\mathrm{BA}2}_{\mathrm{nj}}={\mathrm{BR}2}_{\mathrm{nj}}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{nj}}}{2}({B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+{B2}_{\mathrm{nj}}^{\min }),$ 即在第j个服务连接请求带宽上向上浮动，浮动幅度为部分平均所需带宽；

把第3类服务中各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽BA3_nj＝BR3_nj，即按服务连接请求的带宽分配；

把第4、5类服务各个服务连接按照传输优先级排序，各个服务连接被分配的带宽BAi_nj＝BRi_nj，i，i∈{4，5}，即按服务连接请求的带宽分配；

第五步：当已授权的总带宽不足时，对各个服务连接按照优先级如下分配：

首先，把各类服务连接按照服务优先级排序，服务优先级随着服务类型编号的增大而降低，同时，按步骤(8.1)中所述的方法计算出各类服务连接已授权的带宽BGi_nj和超出服务质量参数的带宽EXi_nj；

其次，再针对不同的服务类型进行相应调度：

对第1类服务，把各个服务连接按照编号由小到大排序，各个服务连接被分配的带宽BA1_nj＝BG1_nj；

对第2类服务，把各个服务连接按照编号由小到大排序，若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA2_nj＝BG2_nj，否则，按下式处理：

${\mathrm{BA}2}_{\mathrm{nj}}={B2}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\frac{{\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}2}_{\mathrm{nj}};$

其中：

BG_n：第n个子站已授权的总带宽，用字节数表示；

BGi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接被授权的带宽；

EXi_nj：第n个子站第i类服务第j个连接超出服务质量参数的带宽；

即在B2_nj ^max基础上按照超出服务质量参数的带宽是在全系统超出部分所占比例再增加一个幅度；

对第3类服务，把各个服务连接按照编号由小到大排序，若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA3_nj＝BG3_nj，否则各个服务连接被分配的带宽BA3_nj为：

${\mathrm{BA}3}_{\mathrm{nj}}={B3}_{\mathrm{nj}}^{\max }+\frac{{\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3,4}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BGi}}_{\mathrm{nj}}}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{2,3,4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}3}_{\mathrm{nj}};$

对第4类服务，把各个服务连接按照传输优先级排序，计算出第n个子站所剩带宽BL_n：

${\mathrm{BL}}_n={\mathrm{BG}}_n-\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BAi}}_{\mathrm{nj}};$

把BL_n与各个服务连接已授权带宽之和

比较：

若 ${\mathrm{BL}}_n\&GreaterEqual;\underset{j\&Element;{N4}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BG}4}_{\mathrm{nj}},$ 则进行以下操作：

若没有超出服务质量参数的带宽，则各个服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BG4_nj，否则各个服务连接被分配的带宽BA4_nj为： ${\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min }+\frac{{\mathrm{BL}}_n}{\underset{i\&Element;\left\{\mathrm{4,5}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;{\mathrm{Ni}}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{EXi}}_{\mathrm{nj}}}\&CenterDot;{\mathrm{EX}4}_{\mathrm{nj}};$ 计算新的所剩带宽

${\mathrm{BL}}_n^{\&prime;}={\mathrm{BL}}_n-\underset{j\&Element;{N4}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}};$

若 ${\mathrm{BL}}_n<\underset{j\&Element;{N4}_n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{BG}4}_{\mathrm{nj}},$ 则进行以下操作：

对于同一个传输优先级的各个服务连接，按照编号由小到大排序，从高传输优先级小编号的服务连接开始分配带宽，若没有超出服务质量参数的带宽，则该服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BG4_nj，否则，先为该服务连接分配一个带宽 ${\mathrm{BA}4}_{\mathrm{nj}}={B4}_{\mathrm{nj}}^{\min },$ 再计算新的所剩带宽BL′_n＝BL_n-BA4_nj，若小于零，则该服务连接被分配的带宽BA4_nj＝BL′_n+BA4_nj，结束分配，否则，BL_n＝BL′_n，继续执行此操作；

对第5类服务，先把各个服务连接按照传输优先级排序，计算出第n个子站所剩带宽BL_n＝BL′_n，再把同一个传输优先级的各个服务连接按照编号由小到大排序，从高传输优先级小编号的服务连接开始分配带宽，若有超出服务质量参数的带宽，则该服务连接被分配的带宽BA5_nj为： ${\mathrm{BA}5}_{\mathrm{nj}}=\frac{({\mathrm{\&beta;}5}_{\mathrm{nj}}+1)}{8}\&CenterDot;{\mathrm{EX}5}_{\mathrm{nj}},$ 其中，β5_nj是第n个子站第5类服务第j个连接的传输优先级，β5_nj∈{0，1，2，3，4，5，6，7}，n∈N，j∈N5_n，β5_nj值越大，传输优先级越高，计算新的所剩带宽BL′_n＝BL_n-BA5_nj，若小于零，则该服务连接被分配的带宽BA5_nj＝BL′_n+BA5_nj，结束分配，否则，BL_n＝BL′_n，继续执行此操作。

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