CN101217791A - 基于arq使能连接的上行带宽分配请求方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法，包括：获取ARQ使能连接的首次带宽请求总量及ARQ块的大小；每次调度时，根据空余带宽满足当前带宽请求总量需要直接分配完毕，或不满足当前带宽请求总量需要但满足ARQ块的大小需要按所述ARQ块的大小的最大整数倍分配，或既不满足当前带宽请求总量又不满足ARQ块的大小需要则不予分配带宽；其中，当前带宽请求总量等于首次带宽请求总量减去历次调度全部已分配带宽。这种方法采取最小分配限制，消除上行带宽分配的不匹配，完善了协议的实现，提高上行带宽的利用率，有效减少ARQ的重传，改善系统性能。

Description

基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法

技术领域

本发明涉及无线通信，具体涉及一种基于自动请求重发ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法。

背景技术

自动请求重发ARQ机制是电子电气工程师协会IEEE 802.16协议引入的一种媒体接入控制层MAC(medium access control)层自动重传机制，有效提升了MAC层的传输性能，提升了MAC层媒体面传输的鲁棒性。一个MAC服务数据单元SDU(service data unit)在逻辑上被分成多个ARQ块(ARQBlock)，ARQ Block的长度由ARQ_BLOCK_SIZE参数决定。当SDU的长度不是该连接规定的ARQ_BLOCK_SIZE大小的整数倍时，SDU最后的块由末尾的剩余部分组成，前面的每个Block的长度都等于ARQ_BLOCK_SIZE的大小。ARQ的状态维护以ARQ Block为单位，一个ARQ Block在生命期内如果没有收到接收端的接收确认，可以被定时重发多次。接收端的ARQ反馈消息可以在本连接或是其它连接上，通过MAC管理消息以及专有的ARQ反馈净荷(ARQ Feedback Payload)进行发送。

由于ARQ使能连接上媒体数据的发送和重发都以ARQ Block为单位，因此对于ARQ使能连接，它的MAC层协议数据单元PDU(Protocol DataUnit)格式有个要求，就是对SDU分块操作只能在ARQ Block的边缘，也就说空口的发送，不能把一个ARQ Block分拆到两个MAC PDU中发送。

802.16协议定义了五种调度类型主动保证带宽业务Unsolicited GrantService(UGS)，实时轮询业务Real-time Polling Service(rtPS)，扩展的实时轮询业务Extended rtPS，非实时轮询业务Non-real-time Polling Service(nrtPS)和尽力而为业务Best Effort(BE)。UGS主要设计支持E1/T1传输以及无静音压缩的IP网络承载语音协议VOIP(Voice Over IP)等周期性定长的实时业务；rtPS主要设计支持流媒体等周期性变长的实时业务；E-rtPS主要设计支持有静音压缩的VOIP等变长的实时业务；nrtPs主要设计支持对时延不敏感，但有一定速度要求的非实时业务，如文件传送协议ftp业务和超文本传输协议http业务；BE业务优先级最低，一般是在满足其它业务以后的一种尽力而为的调度，它对时延的要求最低，如邮件业务等等。

实时业务对时延极为敏感，而对丢包的要求往往要求不高，如语音业务丢掉一两个包。nrtPS和BE这两种业务一般都是传输以TCP来承载的非实时业务，非实时业务对丢包非常敏感，当TCP发现有丢包的话就会发起重传，TCP的重传比MAC层的重传代价要大得多，所以ARQ使能连接上面一般传的都是nrtPS业务和BE业务，以减少上层的重传。

如图1所示，nrtPS和BE业务都通过带宽请求的方式来获得上行带宽：假如nrtPS或是BE连接上有数据需要发送，无线终端(MS)1会利用轮询的带宽或是通过捎带的方式向基站(BS)2发送基于连接的带宽请求，BS在一次或多次调度时会基于MS的带宽申请分配上行带宽，MS再通过分配的上行带宽发送数据。由于nrtPS一般只有最小保证带宽的限制，而BE更加只提供一个尽力而为的服务，它们的优先级都比较低，通常都是在实时业务调度以后再满足这些非实时业务的带宽申请。而IEEE802.16协议没有对这两种非实时业务的上行带宽的分配方式作任何要求，不同带宽分配算法的BS会有不同的处理方式。例如，有一nrtPS连接有200bytes的数据要发送而申请了200bytes的上行带宽，一个负载较轻的BS可以在一个帧中满足此连接的申请，即在一个上行子帧中为此连接分配了可以承载200bytes的带宽，此连接可以在一帧内发送200bytes的上行数据；一个负载较重的BS可能是分5帧，每帧为此连接分配可承载40bytes的带宽来满足此连接的带宽请求。假如此连接是使能了ARQ，而BS每次分配带宽的数据大小都少于ARQ的Block Size，那么MS就会因为无法组PDU而浪费掉分配的带宽。即使每次分配的上行带宽都大于ARQ的Block Size，假如分配的带宽不是ARQ的Block Size的倍数也会引起带宽的浪费，继续上例，假如连接的ARQ的BlockSize为40bytes，而BS以分4次每次50bytes的带宽来满足连接的带宽请求，实际上MS在4次数据发送中都只发送了40bytes的数据，另外10bytes的带宽没有被利用，虽然表面上看来BS已经完全满足了MS的带宽请求，但是在MS侧仍然有40Bytes的待发送数据没有机会发送。

IEEE802.16协议规定了在上行带宽申请中，MS可以采用(一)总量申请和(二)增量申请两种类型，总量带宽是MS周期性发送的，增量带宽是MS有新数据需要发送时触发发送。BS如果收到一个业务连接上的增量带宽申请，那么它将当前的申请量添加到这个连接上的总带宽需求上。如果收到一个总量带宽申请，那么它将用当前的申请量替换当前这个连接上的总带宽需求。如果BS在某一帧给MS分配了带宽，那么它将在总的带宽需求中减去分配的带宽数目。MS通过周期性发送总量带宽请求使BS和MS的带宽申请需求同步。

从上面的分析中，我们已经可以看出一些矛盾了。对于上行ARQ使能连接，组MAC PDU必须考虑在ARQ Block的边缘。但是802.16的协议的上行带宽请求和分配机制并没有考虑这个需求，有可能BS分配的带宽不能满足MS的要求(如MS至少要一个ARQ_Block_Size大小的上行带宽来发送数据，而分配的带宽小于这个值)，MS并不能在上行发送数据，虽然BS在表明上为MS分配了上行带宽，但是在MS侧却无法利用这些带宽来发送数据，白白浪费了上行带宽，假如BS可以按任意大小分配上行带宽，从理论上计算，ARQ的连接平均会浪费50％的上行带宽。更重要的是MS采用增量申请带宽的方式，BS为MS分配了带宽以后，在该连接的带宽需求中减去了这个数量，而MS无法使用到这个带宽，造成了BS关于连接的带宽请求量和MS连接上要发送的数据量不匹配，虽然可以通过周期性的总量带宽申请来调整，但是从长时间来看还是会造成ARQ的频繁重传，使系统的性能下降。在这种情况下ARQ不能达到提高MAC层传输性能的目的，同时也会造成上行带宽的利用率低下。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是如何提供一种基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法，可以消除由于上行带宽分配不匹配而造成的ARQ的重传或带宽浪费。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法，包括以下步骤：

1.1)基站BS根据无线终端MS的申请获取ARQ使能连接的首次带宽请求总量及ARQ块的大小；所谓的首次带宽请求总量是指在终端MS发起总量带宽申请以后，基站保存该MS的带宽需求总量。所谓的当前带宽请求总量是指某一时间点基站保存的某个MS的带宽请求总量，在收到总量申请时，首次带宽请求总量等于当前带宽请求总量，在给MS分配带宽以后，以及获取MS的增量申请以后，基站修正该MS的当前带宽需求总量；

1.2)每次调度时，基站BS比较判断当前帧中符合该ARQ使能连接服务质量要求的空余带宽是否满足当前带宽请求总量或所述ARQ块的大小ARQ_Block_Size，再分以下三种情况进行处理：

①所述空余带宽满足所述当前带宽请求总量时，直接按所述当前带宽请求总量分配；

②所述空余带宽不满足所述当前带宽请求总量但满足所述ARQ块的大小时，按所述ARQ块的大小的整数倍进行分配；

③所述空余带宽同时不满足所述当前带宽请求总量和所述ARQ块的大小时，本次调度不予分配；

其中，所述当前带宽请求总量等于首次带宽请求总量减去历次调度全部已分配对应带宽，另外增量申请也可以更新当前带宽请求总量。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法还包括根据所述分配更新所述当前带宽请求总量。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法还包括根据无线终端MS的增量申请更新所述当前带宽请求总量。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法还包括根据无线终端MS的周期性总量申请更新所述首次带宽请求总量和当前带宽请求总量，此时，当前带宽请求总量等于首次带宽请求总量。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法还包括无线终端MS每次按(n-1)×ARQ_Block_Size+Last_Block_Size大小申请带宽，其中，n为需要申请的所有媒体接入控制MAC层服务数据单元SDU所包含的ARQ块的个数，ARQ_Block_Size是所述ARQ块的大小，Last_Block_Size是最后一个服务数据单元的最后一个块的大小。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法还包括无线终端MS根据基站BS分配的带宽不足以发送ARQ块或当前所述最后一个块Last_Block_Size触发新的总量申请。

按照本发明提供的分配请求方法，所述整数倍是所述空余带宽可满足的所述ARQ块的大小的整数个数。

按照本发明提供的分配请求方法，所述满足还包括802.16协议规定通用媒体接入控制层头(Generic MAC Header)以及其它控制子头，即：除了能够有足够的空间给当前带宽请求总量或ARQ块或最后一个块Last_Block_Size外，还能给包在其外的通用MAC头以及其它控制子头提供足够空间。

按照本发明提供的分配请求方法，该分配请求方法应用在IEEE 802.16协议规定的OFDMA无线系统中。

本发明提供的一种基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法，通过对上行带宽分配和请求时作限制，消除上行带宽分配的不匹配，完善了协议的实现，提高上行带宽的利用率，有效减少ARQ的重传，改善系统性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是上行连接带宽请求和分配的示意图；

图2是本发明具体实施例中MS对ARQ使能的上行连接的处理流程示意图。

图3是本发明具体实施例中BS对ARQ使能的上行连接的处理流程示意图。

具体实施方式

首先，说明本发明思想：

为了使ARQ充分发挥作用并减少上行带宽的浪费，需要MS和BS在上行带宽请求和分配时作一些限制，这些限制和现有的IEEE802.16协议没有冲突，并可作为其有益的补充以提高系统的性能。

第二步，说明本发明关键：

1)我们定义在BS侧一个ARQ使能连接的最小带宽分配单元为当前连接的带宽请求总量和一个ARQ_Block_Size比较得到的较小值。当调度队列处理到一个ARQ使能连接的上行带宽请求的时候，首先根据调度算法和该连接的QoS参数判断是否能在当前帧满足该连接的带宽请求总量，如果能够满足，就直接按连接的带宽请求总理来分配带宽；如果不能满足，则给该连接分配(n×ARQ_Block_Size)大小的带宽，即如果不能满足该连接的最小带宽分配单元的要求，则不给该连接分配带宽，n为正整数，可以按以下方法算出：

n＝可为此连接分配的带宽/ARQ_Block_Size；

当n为0时，即没有足够大的带宽为连接分配，就会将带宽需求留待下一次调度时再进行分配。假如为此连接分配了带宽就更新连接的带宽请求总量的值，将原来的带宽请求总量减去已分配的带宽，如果已分配的带宽的值大于带宽请求总量，带宽请求总量的值就直接至零，表示连接的带宽请求已全部满足。

2)MS每次触发申请带宽都按照下面的算法所得的大小进行申请：

(n-1)×ARQ_Block_Size+Last_Block_Size

其中n为需要申请的所有MAC SDU所包含的ARQ Block的个数，Last_Block_Size是最后一个SDU的最后一个Block的大小，因为在协议中规定在ARQ中，SDU最后一个Block的大小可以小于ARQ_Block_Size。

3)MS在ARQ使能连接的缓冲区中仍然有上行SDU需要发送，但是BS分配的带宽不足以发送任何ARQ Block时，就触发发送上行的总量带宽申请，更新带宽需求。只要缓冲区中仍然有上行SDU需要发送，则应该定时发送上行的总量带宽申请，该定时器可配。

4)以上调度均没有考虑MAC头(包含通用MAC头以及打包子头和分段子头等)的开销需求，调度的时候需要根据调度次数进行综合考虑。

第三步，进一步说明本发明处理步骤，具体如下：

步骤A.nrtPS或BE业务流建立并且ARQ使能时，BS和MS根据上层业务的特点及系统的处理能力协商参数ARQ_Block_Size；

步骤B.当上行连接有数据需要发送时，MS按连接上SDU的个数n及参数ARQ_Block_Size，按上面2)所述的方法计算出需要申请的带宽需求，并按此需求来申请带宽；

步骤C.BS收到ARQ使能的连接的带宽请求时，根据可分配的带宽和连接的ARQ_Block_Size按上面1)所述的方法来计算出需要分配的带宽；

步骤D.如果BS上行分配的带宽不足以发送任何ARQ Block而MS还要连接数据要发送时，MS就利用此带宽发送一个总量带宽申请，通知BS更新连接的带宽请求信息。

最后，结合实施例中的具体流程详细说明本发明：

(一)无线终端申请流程

如图2所示，本发明的具体实施例中MS对ARQ使能的上行连接的处理流程具体包括以下步骤：

201)ARQ使能的上行连接建立完成；

202)如果上层有需要发送的数据到达，则下一步转入步骤203)，否则转入步骤205)；

203)按新到的SDU数和ARQ参数ARQ_Block_Size按算法：

Inc_BR＝(n-1)×ARQ_Block_Size+Last_Block_Size

计算增量带宽需求Inc_BR，

其中n为需要申请的所有MAC SDU所包含的ARQ Block的个数，Last_Block_Size是最后一个SDU的最后一个Block的大小；

204)同时更新连接的总量带宽需求值Agg_BR；

205)如果Agg_BR的值大于零，则下一步转入步骤206)，否则转入步骤215)；

206)如果有上行轮询或有带宽捎带带宽请求，则下一步转入步骤207)，否则转入步骤210)；

207)如果总量带宽请求定时器超时，则下一步转入步骤208)，否则转入步骤209)；

208)发送总量带宽申请，并重启总量带宽请求定时器；

209)发送增量带宽请求，并将Inc_BR清零；

210)如果有可发送数据的上行带宽，则下一步转入步骤211)，否则进入步骤215)；

211)如果可用上行带宽可以组至少一个ARQ Block，则下一步转入步骤213)，否则进入步骤212)；

212)用此上行带宽发送总量带宽申请，并重启总量带宽请求定时器；

213)按可用带宽组符合ARQ_Block要求的PDU；

214)根据已发送的数据更新总量带宽需求值Agg_BR；

215)如果连接要被释放，则下一步转入步骤216)，否则进入步骤202)；

步骤216)MS停止对此连接业务数据的处理，流程结束。

(二)基站分配流程

如图3所示，本发明的具体实施例中BS对ARQ使能的上行连接的处理流程具体包括以下步骤：

301)ARQ使能的上行连接建立完成；

302)此连接进入定时器触发的调度流程；

303)如果有剩余带宽对此连接进行调度，则下一步转入步骤304)，否则进入步骤317)；

304)如果收到此连接的带宽请求，则下一步转入步骤305)，否则进入步骤308)；

305)如果是总量带宽请求，则下一步转入步骤306)，否则进入步骤307)；

306)将连接的带宽请求总量更新为所请求的带宽值下一步转入步骤308)；

307)将所请求的带宽值添加到连接的带宽请求总量；

308)如果连接的带宽请求总量大于零，则下一步转入步骤309)，否则进入步骤311)；

309)计算此连接的最小带宽分配单元，最小带宽分配单元为当前连接的带宽请求总量和一个ARQ_Block_Size比较得到的较小值；

310)如果剩余带宽大于连接的最小带宽分配单元，则下一步转入步骤313)，否则进入步骤311)；

311)是否需要对此连接进行轮询(对非实时业务的轮询策略有多种，如定时器触发等，在此不作讨论)，则下一步转入步骤312)，否则进入步骤317)；

312)为连接分配轮询带宽，下一步转入步骤317)；

313)如果剩余带宽大于带宽请求总量，则下一步转入步骤314)，否则进入步骤315)；

314)按连接的带宽请求总量来分配上行带宽；

315)按以下算法来分配上行带宽：

分配上行带宽量＝n×ARQ_Block_Size，

n为正整数，按以下方法算出：

n＝可为此连接分配的带宽/ARQ_Block_Size；

316)按分配的带宽更新连接的带宽请求总量；

317)连接是否需要释放，则下一步转入步骤318)，否则进入步骤302)；

318)BS停止对此连接的带宽分配，流程结束。

Claims (9)

1.一种基于ARQ使能连接的上行带宽分配请求方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1)基站(1)根据无线终端(2)的申请获取ARQ使能连接的首次带宽请求总量及ARQ块的大小；

1.2)每次调度时，基站(1)比较判断并根据以下情况进行对应处理：

所述空余带宽满足所述当前带宽请求总量需要时，直接按所述当前带宽请求总量分配；

或所述空余带宽不满足所述当前带宽请求总量需要但满足所述ARQ块的大小需要时，按所述ARQ块的大小的整数倍进行分配；

或所述空余带宽同时不满足所述当前带宽请求总量和ARQ块的大小需要时，本次调度不予分配；

其中，所述当前带宽请求总量等于首次带宽请求总量减去历次调度全部已分配对应带宽。

2.根据权利要求1所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法还包括根据所述分配更新所述当前带宽请求总量。

3.根据权利要求2所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法还包括根据无线终端(2)的增量申请更新所述当前带宽请求总量。

4.根据权利要求1或2所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法还包括根据无线终端(2)的周期性总量申请更新所述首次带宽请求总量和当前带宽请求总量。

5.根据权利要求1所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法还包括无线终端(2)每次按(n-1)×ARQ_Block_Size+Last_Block_Size大小申请带宽，其中，n为需要申请的所有媒体接入控制层服务数据单元所包含的ARQ块的个数，ARQ_Bloc_Size是所述ARQ块的大小，Last_Block_Size是最后一个服务数据单元的最后一个块的大小。

6.根据权利要求5所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法还包括无线终端(2)根据基站(1)分配的带宽不足以发送ARQ块或当前所述最后一个块触发新的总量申请。

7.根据权利要求1所述分配请求方法，其特征在于，所述整数倍是所述空余带宽可满足的所述ARQ块的大小的最大整数倍。

8.根据权利要求1或7所述分配请求方法，其特征在于，所述满足包括通用媒体接入控制层头的带宽需求。

9.根据权利要求1、2、3、5、6或7所述分配请求方法，其特征在于，该分配请求方法应用在IEEE802.16协议规定OFDMA无线系统中。

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