CN101262651B - 宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统。其根据业务的用途、实时性要求、传输速率要求和同种业务中的传输优先级参数，将在宽带无线城域网上传输的业务进行分类分级，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，优先保证高优先级业务的服务质量。本方法和系统对于信令消息采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会，在保证业务服务质量要求的基础上，提高系统吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及宽带无线城域网络技术领域，特别是涉及一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统。
背景技术
IEEE 802.16 WirelessMAN(宽带无线城域网络协议)是一种能够在宽带城域范围内提供高速无线接入的宽带网络(见Carl Eklund，Roger B.Marks，“IEEE Standard 802.16：A Technical Overview of the WirelessMANTM AirInterface for Broadband Wireless Access”，IEEE C802.16-02/05，2002)。IEEE802.16工作组已于2004年10月1日发布了IEEE Std 802.16-2004，该标准定义了工作于2-66GHz频带的固定宽带无线接入系统空中接口物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)规范。IEEE Std 802.16e已于2005年发布，该标准定义了移动宽带无线接入系统的空中接口规范。IEEE 802.16工作组只制定了宽带无线接入系统的空中接口规范，而没有制定利用IEEE 802.16无线接入技术进行带宽分配的具体方法。
在IEEE 802.16协议中，根据所发送数据功能不同，可以将下行数据分为管理消息和业务数据。其中，管理消息可以根据连接标志符分为：初始测距消息，广播消息，基本连接管理消息，主要连接管理消息，次要连接管理消息和可分段的广播消息六种。业务数据根据传输类型(delivery service type)可以分为：UGS业务，RTVR业务，NRTVR业务，BE业务和ERTVR业务。
IEEE 802.16工作组只制定了宽带无线城域网络的接入系统的空中接口规范，而没有制定利用IEEE 802.16宽带无线城域网络无线接入技术进行带宽分配及调度的具体方法，导致在基站下行调度过程中，无法在宽带无线网络中基站下行数据传输中提供服务质量保证。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统。其在无线城域网络中提供有服务质量(QoS)保证的下行数据传输服务。
为实现本发明目的而提供的一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，包括下列步骤：
步骤A，根据业务的用途和QoS要求，将业务分类和分级；
步骤B，将业务数据根据分类，分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度，其中：
对于信令消息，采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中，每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会。
所述步骤A包括下列步骤：
步骤A1，根据业务的用途、实时性和传输速率要求，将业务分为实时信令消息、非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务、有传输速率要求的非实时业务和无服务质量要求的业务五种；
步骤A2，将每种业务中传输优先级参数相同的连接划分为一组，称为一个连接组，保存在一个队列中，称为连接队列；
步骤A3，构建一个二级队列，其中第一级队列包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头；第二级队列即连接队列，每个连接队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，队列中每个节点保存一个连接的信息。
所述步骤A1中，所述五种业务的业务优先级由高到低为：
实时信令消息，有传输速率要求的实时业务，非实时信令消息，有传输速率要求的非实时业务，无服务质量要求的业务。
所述步骤A2还包括下列步骤：
如果一条连接没有传输优先级参数，则设置该连接的参数值为默认参数值。
所述步骤A3中：
第一级队列包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头；
第二级连接队列即连接队列，每个连接队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，信令消息队列中为每个信令消息连接维护一个节点，保存该连接上的待发送数据队列；
非信令业务队列为每个连接维护一个节点，保存该连接的服务质量要求参数、上次记录时间、从上次记录时间开始发送的数据量、最大发送数据量、最小发送数据量和待发送数据队列；
对于有传输速率要求的连接，传输速率参数包括最大传输速率和最小传输速率两个参数；其中，最小传输速率要求该连接发送数据的平均速率不小于最小传输速率，除非网络因过载而带宽不足；最大传输速率要求该连接发送数据的平均速率不大于最大传输速率；
实时业务的服务质量参数包括数据包的最大延迟。
所述步骤B包括下列步骤：
步骤B1，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有实时信令消息连接队列，调度实时信令消息；
步骤B2，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的实时业务连接队列，对有传输速率要求的实时业务进行第一轮调度；
步骤B3，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有非实时信令消息连接队列，调度非实时信令消息；
步骤B4，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的非实时业务连接队列，对有传输速率要求的非实时业务进行第一轮调度；
步骤B5，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有无服务质量要求的业务连接队列，设置本轮调度可用于该业务的带宽为当前带宽的百分比，对无服务质量要求的业务进行第一轮调度；
步骤B6，对有传输速率要求的实时业务进行第二轮调度；
步骤B7，对有传输速率要求的非实时业务进行第二轮调度；
步骤B8，对无服务质量要求的业务进行第二轮调度。
所述步骤B还包括下列步骤：
步骤B’，调度一个连接组中传输优先级参数相同的一种非信令业务时，调度该组所有连接的先后顺序，根据上次调度情况和本次调度情况确定。
所述步骤B’包括下列步骤：
步骤B1’，如果是第一轮调度，则转到步骤B2’；否则，转到步骤B3’；
步骤B2’，读取连接队列中的第一条连接，转到步骤B4’；
步骤B3’，读取第一轮调度中记录下的第一条该组连接；
步骤B4’，根据计算出的发送量，调度该连接上的数据；
步骤B5’，如果调度出的数据量大于等于计算出的发送量，转到B6’；否则，转到步骤B12’；
步骤B6’，将该连接从连接队列中删除，加入到队尾；
步骤B7’，如果是第一轮调度且该连接上仍有数据，则转到步骤B8’；否则，转到步骤B9’；
步骤B8’，记录该连接，用于第二轮调度；
步骤B9’，如果是第一轮调度，转到步骤B10’；否则，转到步骤B11’；
步骤B10’，读取连接队列中的下一条连接，转到步骤B12’；
步骤B11’，读取第一轮调度中记录下的下一条该组连接；
步骤B12’，如果没有调度完该连接组中的所有连接，则转到步骤B4’；否则，结束对于该组业务的本轮调度。
所述步骤B还包括下列步骤：
在调度一条有传输速率要求的实时业务时，在第一轮调度中，每条连接的数据发送量由该连接的最小传输速率、最大传输速率、最大时延、数据包到达时间、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；调度发送量等于最小发送量与可用带宽中较小者；
在有传输速率要求的实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率、第一轮发送数据量、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；最大发送量减去第一轮发送量，该连接上的待发送数据量，与可用带宽中最小者为调度发送量；
所述计算决定调度发送量，包括如下步骤：
步骤B4.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤B4.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤B4.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，则错误退出；否则，转到步骤B4.4；
步骤B4.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤B4.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤B4.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤B4.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据量；
步骤B4.8，计算将过期数据量＝该连接上所有将在(当前时间+T0)前过期的数据；
其中，T0为一个阀值，根据该业务对时延的要求和系统负载能力设置；
步骤B4.9，最小发送量＝max{最小发送量，将过期数据量}；
步骤B4.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤B4.11，最大发送量＝min {最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B4.12，在连接节点中保存最大发送量；
步骤B4.13，最小发送量＝min {最小发送量，最大发送量}；
步骤B4.14，在连接节点中保存最小发送量，结束。
所述步骤B还包括下列步骤：
在调度一条有传输速率要求的非实时业务时，在第一轮调度，每条连接的数据发送量根据该连接的最小传输速率、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；调度发送量等于最小发送量与可用带宽中较小者；
在有传输速率要求的非实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率、第一轮发送数据量、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；最大发送量减去第一轮发送量，该连接上的待发送数据量，与可用带宽中最小者为调度发送量。
所述计算决定调度发送量，包括下列步骤：
步骤B5.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤B5.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤B5.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，错误退出；否则，转到步骤B5.4；
步骤B5.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤B5.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤B5.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤B5.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据 量；
步骤B5.8，最小发送量＝min{最小发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B5.9，在连接节点中保存最小发送量；
步骤B5.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤B5.11，最大发送量＝min{最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B5.12，在连接节点中保存最大发送量，结束。
所述步骤B中，在调度无服务质量要求的业务时，计算每轮调度发送量，包括下列步骤：
所有无服务质量要求的业务第一轮调度可用带宽占剩余带宽的百分比；每条该类连接最多发送的数据量等于该连接上的所有待发送数据的总和与可用带宽中较小者；
所有无服务质量要求的业务第二轮调度占用所有剩余带宽，即发送数据量等于剩余带宽与该连接上的数据总量中较小的值。
所述可用带宽占剩余带宽的百分比默认值为50％。
为实现本发明目的还提供一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，包括分类分级模块和调度模块，其中：
所述分类分级模块，用于根据业务的要求、用途和传输优先级参数，将业务分类和分级；
所述调度模块，用于将业务数据根据分类、分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度，其中：
对于信令消息，采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中，每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会。
所述分类分级模块将业务分类为实时信令消息、非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务、有传输速率要求的非实时业务和无服务质量要求的业务五种。
所述五种业务中，实时信令消息优先级最高，其次是有传输速率要求的实时业务，再次是非实时信令消息，然后是有传输速率要求的非实时业务，无服务质量要求的业务优先级最低。
本发明的有益效果是：本发明的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统，是一种宽带无线城域网中提供有服务质量保证的带宽分配方法，其根据业务的用途、实时性要求、传输速率要求和同种业务中的传输优先级参数等，将在宽带无线城域网上传输的业务进行分类和分级，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，优先保证高优先级业务的服务质量。同时，本发明对于信令消息采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会，在保证业务最低服务质量要求的基础上，改善服务质量，提高系统吞吐量。
附图说明
图1是本发明宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法流程图；
图2是数据分类分级组织结构示意图；
图3是实施例中步骤S200业务数据调度顺序流程图；
图4是调度具有相同传输优先级参数的连接数据的流程图；
图5是计算有传输速率要求的实时业务数据发送量流程图；
图6是计算有传输速率要求的非实时业务数据发送量流程图；
图7是本发明宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法和系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过根据业务的用途、实时性要求、传输速率要求和同种业务中的传输优先级参数等将业务分类和分组，根据带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，并优先保证高优先级业务的带宽，从而在宽带无线城域网基站中提供有服务质量(Quality of Service，QoS)保证的下行数据传输服务。
下面详细说明本发明的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，如 图1所示，其包括下列步骤：
步骤S100，根据业务的用途和QoS要求，将业务分类和分级；
步骤S110，根据业务的用途、实时性和传输速率要求，将业务分为实时信令消息、非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务、有传输速率要求的非实时业务和无服务质量要求的业务五种；
步骤S120，每种业务根据同种业务中的传输优先级参数分为多个连接组；
在五种业务中，实时信令消息优先级最高，其次是有传输速率要求的实时业务，再次是非实时信令消息，然后是有传输速率要求的非实时业务，无服务质量要求的业务优先级最低。
较佳地，如果一条连接没有传输优先级参数，则设置该连接的参数值为默认参数值。
步骤S130，构建一个二级队列，其中第一级队列包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头，第二级队列即连接队列，每个连接队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，队列中每个节点保存一个连接的信息。
根据步骤S110和S120所述的分类方法，如图2所示，构建一个二级队列，其中第一级队列包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头，第二级队列即连接队列，每个连接队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，队列中每个节点保存一个连接的信息；
其中：
信令消息队列中为每个信令消息连接维护一个节点，保存该连接上的待发送数据队列；
业务队列为每个连接维护一个节点，保存该连接的服务质量要求参数、上次记录时间、从上次记录时间开始发送的数据量、最大发送数据量、最小发送数据量和待发送数据队列；
对于有传输速率要求的连接，传输速率参数包括最大传输速率和最小传输速率两个参数。其中，最小传输速率要求该连接发送数据的平均速率不小于最小传输速率，除非网络因过载而带宽不足；最大传输速率要求该连接发送数据的平均速率不大于最大传输速率；
实时业务的报务质量参数包括数据包的最大延迟。
步骤S200，将业务数据根据分类分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度。
对于信令消息，采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中，每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会。按照：实时信令消息、有传输速率要求的实时业务第一轮调度，非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务第一轮调度、无服务质量要求的业务第一轮调度；有传输速率要求的实时业务第二轮调度、有传输速率要求的非实时业务第二轮调度、无服务质量要求的业务第二轮调度。
即实时业务优先于非实时业务传输；信令消息优先于消息传输；有服务质量要求的业务优先于无服务质量要求的业务传输。
对于有传输速率要求的实时业务，第一轮调度中分配的带宽大小根据最小传输速率、最大传输速率、最大时延、数据包到达时间、可用带宽和该连接上的待发送数据量计算得出，以满足连接的最低服务质量要求；第二轮调度中分配的带宽大小根据连接上的待发送数据量、第一轮发送数据量、可用带宽和最大传输速率计算得出，在不超过连接最大传输速率的前提下提高系统吞吐量；
对于有传输速率要求的非实时业务，第一轮调度中分配的带宽大小根据最小传输速率、最大传输速率、可用带宽和该连接上的待发送数据量计算得出，以满足连接的最低服务质量要求；第二轮调度中分配的带宽大小根据连接上的数据量、第一轮发送数据量、可用带宽和最大传输速率计算得出，在不超过连接最大传输速率的前提下提高系统吞吐量；
对于没有传输速率要求的非实时业务，第一轮调度中分配的带宽大小根据剩余带宽计算得出；第二轮调度中分配所有剩余带宽，即发送数据量等于剩余带宽与该连接上的数据总量中较小的值；
具体地，如图3所示，所述步骤S200包括下列步骤：
步骤S210，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有实时信令消息连接队列，调度实时信令消息；
访问到一条连接时，如果带宽足够发送该连接上所有的实时信令消息，发 送该连接上所有实时信令消息；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中不超过带宽大小的实时信令消息进行发送；调度完该连接后，顺序访问该类连接队列中的下一条连接。
步骤S220，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的实时业务连接队列，对有传输速率要求的实时业务进行第一轮调度；
根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接访问；
访问到一条连接时，如果当前剩余的带宽足够发送计算出的发送量大小的数据，则根据计算出的发送量调度出数据进行发送；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中最多不超过带宽大小的实时数据发送。
步骤S230，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有非实时信令消息连接队列，调度非实时信令消息；
访问到一条连接时，如果带宽足够发送该连接上所有的非实时信令消息，发送该连接上所有非实时信令消息；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中不超过带宽大小的非实时信令消息进行发送；
调度完该连接后，顺序访问该类连接队列中的下一条连接。
步骤S240，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的非实时业务连接队列，对有传输速率要求的非实时业务进行第一轮调度；
根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接访问；
访问到一条连接时，如果当前剩余的带宽足够发送计算出的发送量大小的数据，则根据计算出的发送量调度出数据进行发送；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中最多不超过带宽大小的实时数据发送。
步骤S250，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有无服务质量要求的业务连接队列，设置本轮调度可用于该业务的带宽为当前带宽的百分比X％(其中X值可以调整)，对无服务质量要求的业务进行第一轮调度；
步骤S260，对有传输速率要求的实时业务进行第二轮调度。
根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接访问；
访问到一条连接时，如果当前剩余的带宽足够发送不小于计算出的发送量大小的数据，则根据计算出的发送量调度出数据进行发送；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中最多不超过带宽大小的实时数据发送。
步骤S270，对有传输速率要求的非实时业务进行第二轮调度；
根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接访问；
访问到一条连接时，如果当前剩余的带宽足够发送计算出的发送量大小和数据，则根据计算出的发送量调度出数据进行发送；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中不超过带宽大小的非实时数据发送。
步骤S280，对无服务质量要求的业务进行第二轮调度。
根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接访问；
访问到一条连接时，如果当前剩余的带宽足够发送该连接上的所有数据，则发送该连接上的所有数据；
否则，根据全部剩余带宽大小，选择该连接中最多不超过带宽大小的数据发送。
结束本次发送调度。
较佳地，在调度连接队列中传输优先级参数相同的一种非信令业务时，调度所有该类连接的先后顺序，根据上次调度情况和本次调度情况确定。
即根据上次调度结果，优先调度上次调度过程中服务质量要求没有得到满足的连接，并根据调度结果对该类连接进行重排；在第二轮调度过程中，选取第一轮调度中最低服务质量得到满足的连接进行调度，从而加速调度过程。
在调度具有相同传输优先级参数的同一种业务时，根据上次调度结果和本次调度情况，确定调度连接的顺序，选择连接进行调度，如图4所示，具体步骤如下：
步骤S3.1，如果是第一轮调度，则转到步骤S3.2；否则，转到步骤S3.3；
步骤S3.2，读取连接队列中的第一条连接，转到步骤S3.4；
步骤S3.3，读取第一轮调度中记录下的第一条该组连接；
步骤S3.4，根据计算出的发送量，调度该连接上的数据；
步骤S3.5，如果调度出的数据量大于等于计算出的发送量，转到S3.6；否则，转到步骤S3.12；
步骤S3.6，将该连接从连接队列中删除，加入到队尾；
步骤S3.7，如果是第一轮调度且该连接上仍有数据，则转到步骤S3.8；否则，转到步骤S3.9；
步骤S3.8，记录该连接，用于第二轮调度；
步骤S3.9，如果是第一轮调度，转到步骤S3.10；否则，转到步骤S3.11；
步骤S3.10，读取连接队列中的下一条连接，转到步骤S3.12；
步骤S3.11，读取第一轮调度中记录下的下一条该组连接；
步骤S3.12，如果没有调度完该连接组中的所有连接，则转到步骤S3.4；否则，结束对于该组业务的本轮调度。
较佳地，在调度一条有传输速率要求的实时业务时，在第一轮调度中，每条连接的数据发送量由该连接的最小传输速率、最大传输速率、最大时延、数据包到达时间、可用带宽、实时业务优先调度时间T0和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量，其中T0为一个阀值，根据该业务对时延的要求和系统负载能力设置；在有传输速率要求的实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；
阀值T0，T，D，x％等的计算方法不在本发明范围之内，是本领域的惯用手段，本领域普通技术人员根据本发明实施例的描述，可以计算而得到该阀值，因此在本发明实施例中不再一一详细描述；
该方法要求每次发送数据后维护一个记录时间和一个从记录时间开始已发送的该连接上数据总量，当(当前时间-记录时间)超过阈值T或已发送数据量超过阈值D时，置记录时间为当前时间，并置已发送数据量为0；
其中阈值T和阈值D根据网络计算能力设置；T和D的计算方法不在本专利范围之内；
如图5所示，计算每轮调度发送量的具体步骤如下：
步骤S4.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤S4.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤S4.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，则错误退出；否则，转到步骤S4.4；
步骤S4.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤S4.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤S4.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤S4.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据量；
步骤S4.8，计算将过期数据量＝该连接上所有将在(当前时间+T0)前过期的数据；
步骤S4.9，最小发送量＝max{最小发送量，将过期数据量}；
步骤S4.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤S4.11，最大发送量＝min{最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤S4.12，在连接节点中保存最大发送量；
步骤S4.13，最小发送量＝min{最小发送量，最大发送量}；
步骤S4.14，在连接节点中保存最小发送量，结束。
较佳地，在调度一条有传输速率要求的非实时业务时，在第一轮调度，每条连接的数据发送量根据该连接的最小传输速率、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；在有传输速率要求的非实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率、第一轮发送数据量、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；
该方法要求每次发送数据后维护一个记录时间和一个从记录时间开始已发送的该连接上数据总量，当(当前时间-记录时间)超过阈值T或已发送数据量超过阈值D时，置记录时间为当前时间，并置已发送数据量为0；
其中阈值T和阈值D根据网络计算能力设置；T和D的计算方法不在本专利范围之内；
如图6所示，计算每轮调度发送量的具体步骤如下：
步骤S5.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤S5.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤S5.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，错误退出；否则，转到步骤S5.4；
步骤S5.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤S5.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤S5.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤S5.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据量；
步骤S5.8，最小发送量＝min{最小发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤S5.9，在连接节点中保存最小发送量；
步骤S5.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤S5.11，最大发送量＝min{最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤S5.12，在连接节点中保存最大发送量，结束。
较佳地，在调度无服务质量要求的业务时，计算每轮调度发送量的方法如下：
所有无服务质量要求的业务第一轮调度可用带宽占剩余带宽的百分比x％，其中x值默认为50，根据网络负载情况进行设置；每条该类连接最多可以发送的数据量等于该连接上的所有待发送数据的总和与可用带宽中较小者；
所有无服务质量要求的业务第二轮调度占用所有剩余带宽，即发送数据量等于剩余带宽与该连接上的数据总量中较小的值。
相应地，如图7所示，本发明还提供一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，其在基站1中，包括分类分级模块11和调度模块12，其中：
所述分类分级模块11，用于根据业务的要求、用途和传输优先级参数，将业务分类和分级；
所述调度模块12，用于将业务数据根据分类、分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度。
本发明的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，以与本发明的一种宽带无线城域网络中基站下行数据调度系统相同的业务流程进行工作，因此，在本发明实施例中不再一一详细描述。
本发明通过根据业务的用途、实时性要求、传输速率要求和同种业务中的传输优先级参数等将业务分类分组，根据带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，并优先保证高优先级业务的带宽，从而在宽带无线城域网基站中提供有服务质量(Quality of Service，QoS)保证的下行数据传输服务。
通过以上结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。
以上对本发明的具体实施例进行了描述和说明，这些实施例应被认为其只是示例性的，并不用于对本发明进行限制，本发明应根据所附的权利要求进行解释。
Claims (17)
1.一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤A，根据业务的用途和QoS要求，将业务分类和分级；
步骤B，将业务数据根据分类，分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度，其中：
对于信令消息，采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中，每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会。
2.根据权利要求1所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤A包括下列步骤：
步骤A1，根据业务的用途、实时性和传输速率要求，将业务分为实时信令消息、非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务、有传输速率要求的非实时业务和无服务质量要求的业务五种；
步骤A2，将每种业务中传输优先级参数相同的连接划分为一组，称为一个连接组，保存在一个队列中；
步骤A3，构建一个二级队列，其中第一级队列包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头；第二级队列中，每个队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，队列中每个节点保存一个连接的信息。
3.根据权利要求2所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述五种业务的业务优先级由高到低为：
实时信令消息，有传输速率要求的实时业务，非实时信令消息，有传输速率要求的非实时业务，无服务质量要求的业务。
4.根据权利要求2或3所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤A2还包括下列步骤：
如果一条连接没有传输优先级参数，则设置该连接的参数值为默认参数值。
5.根据权利要求2所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤A3中：
第一级队列共五个节点，包括五个队列，每个队列按照传输优先级参数由高到低的顺序保存一种业务所有连接队列的队列头；
第二级连接队列中，每个队列保存具有相同业务类型和传输优先级参数的一组连接，信令消息队列中为每个信令消息连接维护一个节点，保存该连接上的待发送数据队列；
非信令业务队列为每个连接维护一个节点，保存该连接的服务质量要求参数、上次记录时间、从上次记录时间开始发送的数据量、最大发送数据量、最小发送数据量和待发送数据队列；
对于有传输速率要求的连接，传输速率参数包括最大传输速率和最小传输速率两个参数；其中，最小传输速率要求该连接发送数据的平均速率不小于最小传输速率，除非网络因过载而带宽不足；最大传输速率要求该连接发送数据的平均速率不大于最大传输速率；
实时业务的报务质量参数包括数据包的最大延迟。
6.根据权利要求2所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B包括下列步骤：
步骤B1，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有实时信令消息连接队列，调度实时信令消息；
步骤B2，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的实时业务连接队列，对有传输速率要求的实时业务进行第一轮调度；
步骤B3，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有非实时信令消息连接队列，调度非实时信令消息；
步骤B4，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有有传输速率要求的非实时业务连接队列，对有传输速率要求的非实时业务进行第一轮调度；
步骤B5，按照传输优先级参数从高到低的顺序，访问所有无服务质量要求的业务连接队列，设置本轮调度可用于该业务的带宽为当前带宽的百分比，对无服务质量要求的业务进行第一轮调度；
步骤B6，对有传输速率要求的实时业务进行第二轮调度；
步骤B7，对有传输速率要求的非实时业务进行第二轮调度；
步骤B8，对无服务质量要求的业务进行第二轮调度。
7.根据权利要求6所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B还包括下列步骤：
步骤B’，调度连接队列中传输优先级参数相同的一种非信令业务时，调度所有该类连接的先后顺序，根据上次调度情况和本次调度情况确定。
8.根据权利要求7所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B’包括下列步骤：
步骤B1’，如果是第一轮调度，则转到步骤B2’；否则，转到步骤B3’；
步骤B2’，读取连接队列中的第一条连接，转到步骤B4’；
步骤B3’，读取第一轮调度中记录下的第一条该组连接；
步骤B4’，根据计算出的发送量，调度该连接上的数据；
步骤B5’，如果调度出的数据量大于等于计算出的发送量，转到B6’；否则，转到步骤B 12’；
步骤B6’，将该连接从连接队列中删除，加入到队尾；
步骤B7’，如果是第一轮调度且该连接上仍有数据，则转到步骤B8’；否则，转到步骤B9’；
步骤B8’，记录该连接，用于第二轮调度；
步骤B9’，如果是第一轮调度，转到步骤B10’；否则，转到步骤B11’；
步骤B10’，读取连接队列中的下一条连接，转到步骤B12’；
步骤B11’，读取第一轮调度中记录下的下一条该组连接；
步骤B12’，如果没有调度完该连接组中的所有连接，则转到步骤B4’；否则，结束对于该组业务的调度。
9.根据权利要求6所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B还包括下列步骤：
在调度一条有传输速率要求的实时业务时，在第一轮调度中，每条连接的数据发送量由该连接的最小传输速率、最大传输速率、最大时延、数据包到达时间、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；调度发送量等于最小发送量与可用带宽中较小者；
在有传输速率要求的实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率、第一轮发送数据量、可用带宽和该连接上的待发送数据量 共同计算决定调度发送量；最大发送量减去第一轮发送量，该连接上的待发送数据量，与可用带宽中最小者为调度发送量。
10.根据权利要求9所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述计算决定调度发送量，包括如下步骤：
步骤B4.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤B4.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤B4.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，则错误退出；否则，转到步骤B4.4；
步骤B4.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤B4.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤B4.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤B4.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据量；
步骤B4.8，计算将过期数据量＝该连接上所有将在(当前时间+T0)前过期的数据；
其中，T0为一个阀值，根据该业务对时延的要求和系统负载能力设置；
步骤B4.9，最小发送量＝max{最小发送量，将过期数据量}；
步骤B4.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤B4.11，最大发送量＝min {最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B4.12，在连接节点中保存最大发送量；
步骤B4.13，最小发送量＝min{最小发送量，最大发送量}；
步骤B4.14，在连接节点中保存最小发送量，结束。
11.根据权利要求6所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B还包括下列步骤：
在调度一条有传输速率要求的非实时业务时，在第一轮调度，每条连接的数据发送量根据该连接的最小传输速率、可用带宽和该连接上的待发送数据量共同计算决定调度发送量；调度发送量等于最小发送量与可用带宽中较小者；
在有传输速率要求的非实时业务第二轮调度，每条连接的数据发送量由该连接的最大传输速率、第一轮发送数据量、可用带宽和该连接上的待发送数据 量共同计算决定调度发送量；最大发送量减去第一轮发送量，该连接上的待发送数据量，与可用带宽中最小者为调度发送量。
12.根据权利要求11所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述计算决定调度发送量，包括下列步骤：
步骤B5.1，取该连接节点中保存的最小传输速率；
步骤B5.2，取连接节点中保存的最大传输速率；
步骤B5.3，如果最大传输速率＜最小传输速率，错误退出；否则，转到步骤B5.4；
步骤B5.4，取连接节点中保存的上次记录时间；
步骤B5.5，计算时间间隔＝当前时间-上次记录时间；
步骤B5.6，取该连接节点中保存的已发送数据量；
步骤B5.7，计算最小发送量＝时间间隔*最小保存速率-已发送数据量；
步骤B5.8，最小发送量＝min{最小发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B5.9，在连接节点中保存最小发送量；
步骤B5.10，计算最大发送量＝时间间隔*最大保持速率-已发送数据量；
步骤B5.11，最大发送量＝min{最大发送量，该连接上待发送数据量}；
步骤B5.12，在连接节点中保存最大发送量，结束。
13.根据权利要求6所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述步骤B中，在调度无服务质量要求的业务时，计算每轮调度发送量，包括下列步骤：
所有无服务质量要求的业务第一轮调度可用带宽占剩余带宽的百分比；每条该类连接最多发送的数据量等于该连接上的所有待发送数据的总和与可用带宽中较小者；
所有无服务质量要求的业务第二轮调度占用所有剩余带宽，即发送数据量等于剩余带宽与该连接上的数据总量中较小的值。
14.根据权利要求13所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度方法，其特征在于，所述可用带宽占剩余带宽的百分比默认值为50％。
15.一种宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，其特征在于，包 括分类分级模块和调度模块，其中：
所述分类分级模块，用于根据业务的要求、用途和传输优先级参数，将业务分类和分级；
所述调度模块，用于将业务数据根据分类、分级，带宽大小和业务特性，通过控制调度连接的顺序和发送数据量的大小，为不同类型的业务分配不同的带宽，按照优先级从高到低的顺序，进行基站的下行数据调度，其中：
对于信令消息，采用一轮调度的方法，在带宽分配过程中，每条连接只得到一次带宽分配的机会；对于非信令业务采用两轮调度的方法，在带宽分配过程中每条连接都会得到两次带宽分配机会。
16.根据权利要求15所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，其特征在于，所述分类分级模块将业务分类为实时信令消息、非实时信令消息、有传输速率要求的实时业务、有传输速率要求的非实时业务和无服务质量要求的业务五种。
17.根据权利要求16所述的宽带无线城域网络中基站的下行数据调度系统，其特征在于，所述五种业务中，实时信令消息优先级最高，其次是有传输速率要求的实时业务，再次是非实时信令消息，然后是有传输速率要求的非实时业务，无服务质量要求的业务优先级最低。
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