CN101420366B

CN101420366B - 宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置及方法

Info

Publication number: CN101420366B
Application number: CN2007101815851A
Authority: CN
Inventors: 陈嘉明
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: CN101420366A

Abstract

本发明公开了一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，业务数据接口用于接收来自上层网络的SDU数据；缓存模块根据当前的系统帧序号将SDU数据打上以帧序号为标记的时间戳并缓存；SDU处理引擎用于取出处理缓存中的所述SDU数据，根据SDU数据的业务连接类型或者优先级对SDU数据进行处理，并将处理后的所述SDU数据发送到按帧调度模块；按帧调度模块根据空口的带宽情况和业务连接的QoS参数将SDU数据组成PDU数据交给PHY处理模块；PHY处理模块接收PDU数据，将PDU数据处理成PHY层数据。本发明还公开了一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法。

Description

宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信中实时业务数据的处理技术，具体说，涉及一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置及方法。

背景技术

随着无线通信的高速发展，无线通信逐渐成为人们日常工作和生活中必不可少的工具，各种业务应运而生，而对于无线网络的服务质量(QoS，Quality of Service)保证的需求也日趋强烈。

IEEE802.16是一个支持高速无线接入的空中接口协议，IEEE802.16协议具有完备的QoS机制，可支持实时和非实时业务，并定义了5种业务类型：UGS(Unsolicited Grant Service，主动授予业务)、ErtPS(Extended real-timePolling Service，扩展的实时轮询业务)、rtPS(real-time Polling Service，实时轮询业务)、nrtPS(non-real-time Polling Service，非实时轮询业务)和BE(Best Effort，尽力而为业务)。其中，UGS和ErtPS、rtPS为实时业务，nrtPS和BE为非实时业务。IEEE802.16协议为各种业务类型定义了各自的QoS参数，以支持更好的QoS，其中对实时业务都定义了最大延迟(MaximumLatency，以ms为单位)。Maximum Latency在协议中的含义为：上层数据即SDU(Service Data Unit，服务数据单元)到达MAC(Media Access Control)层起到此SDU从空口发送出去为止所用的时间不能超过Maximum Latency参数所规定的时间。

由于实时业务的实时性要求，即使接收端在超过最大延迟后再收到实时业务的数据，这个数据也会被接收端丢弃，所以如果实时数据在最大延迟范围内没有被发送出去，可以直接丢弃，以免浪费带宽及增加设备的处理负担。

目前对于实时业务的处理主要是通过两种方式来保证：一种是过带宽解决方式即提供的带宽大于传送业务所需要的带宽，这是以浪费带宽资源为代价的；另外一种方法就是通过优先级来保证，现在业界讨论得最多就是这种方法，但是这种方法很难保证每个业务流的最大延迟的要求。由于802.16的QoS参数是基于每个业务流的，也就是说即使两个业务流的业务类型相同，优先级相同，它们的最大延迟的要求也有可能不一样的。

要保证实时业务的实时性，除了要基于每种业务流来处理外还需要基于每个业务流的每个SDU来处理。

现有的关于保证IEEE802.16协议的QoS的专利文献包括：

申请号为CN200410101505.3的中国专利申请公开了一种“遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法”，但是存在以下不足：

一、该专利没有对实时业务和非实时业务分开处理，实时业务和非实时业务有不同的特性：实时业务对时限性要求很高，可以允许丢包，而对时延和抖动很敏感；非实时业务对时限性没有很高的要求，但是对丢包很敏感。如果不对这两种业务进行区分处理，难以对QoS有全面的保证。

二、在该专利的实现中，没有考虑延时对SDU的影响，忽略此影响会浪费空口带宽和设备资源，在系统拥塞的情况下还会造成更多的SDU超时。

专利号为US2007121636的美国专利“Apparatus and method for downlinkpacket scheduling in base station of a portable intemet system”(在移动网络系统机站中的一种下行包调度的装置和方法)提出一种下行的两步调度方案，第一步对实时业务进行调度，第二步对用户进行调度。

但是，存在以下不足：仅对下行的QoS保证机制作讨论，没有考虑到延时对SDU的影响。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，能够使实时业务SDU数据的实时性得到更有效地保证。

技术方案如下：

一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，包括：业务数据接口、缓存模块、SDU处理引擎、按帧调度模块、PHY处理模块，其中，

业务数据接口，用于接收来自上层网络的SDU数据，并发送给所述缓存模块；

缓存模块，用于接收所述SDU数据，当所述SDU数据为实时业务数据时，所述缓存模块根据当前的系统帧序号将所述SDU数据打上以帧序号为标记的时间戳并缓存；当接收到所述按帧调度模块的调度命令时，取出存储的所述SDU数据发送到所述SDU处理引擎；

SDU处理引擎，用于取出所述缓存模块中的所述SDU数据，根据所述SDU数据的业务连接类型或者优先级对所述SDU数据进行处理，并将处理后的所述SDU数据发送到所述按帧调度模块；

按帧调度模块，根据空口的带宽情况和业务连接的QoS参数将所述SDU数据组成PDU数据，将所述PDU数据交给所述PHY处理模块；并且，所述按帧调度模块按照业务类型的优先级通知所述SDU处理引擎取出对应业务类型理的所述SDU数据；

PHY处理模块，接收所述PDU数据，用于将所述PDU数据处理成PHY层数据。

优选的，对于实时业务的连接，所述SDU处理引擎丢弃超时的SDU数据，并上报QoS违例处理模块；所述实时业务的SDU数据的超时情况根据系统中的当前帧序号和QoS参数中的Maximum Latency确定。

优选的，对于实时业务的连接，所述SDU处理引擎按照连接的优先级找出最接近超时的所述SDU数据发送给所述按帧调度模块；对于非实时业务类型的连接，所述SDU处理引擎按连接的优先级找出优先级最高的所述SDU数据发送给所述按帧调度模块。

优选的，进一步包括分类器，所述分类器接收所述SDU数据，根据所述SDU数据的属性判断所述SDU数据的业务类型，并将已确定业务类型的所述SDU数据发送到所述缓存模块。

优选的，进一步包括QoS违例处理模块，所述QoS违例处理模块用于接收来自所述SDU处理引擎的QoS违例信息，并根据此连接的历史违例信息确定连接是长期违例还是偶尔违例，如果是长期违例就通知系统做恢复处理。

本发明所解决的另一个技术问题是提供一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，能够使实时业务SDU数据的实时性得到更有效地保证。

技术方案如下：

一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，步骤包括：

(1)业务数据接口接收来自上层网络的SDU数据，并发送给缓存模块；

(2)缓存模块接收所述SDU数据，当所述SDU数据为实时业务数据时，所述缓存模块根据当前的系统帧序号将所述SDU数据打上以帧序号为标记的时间戳并缓存；当接收到按帧调度模块的调度命令时，取出存储的所述SDU数据发送到SDU处理引擎；

(3)SDU处理引擎提取所述缓存模块中的所述SDU数据，根据所述SDU数据的业务连接类型或者优先级对所述SDU数据进行处理，并将处理后的所述SDU数据发送到所述按帧调度模块；

(4)按帧调度模块根据空口的带宽情况和业务连接的QoS参数将所述SDU数据组成PDU数据，发送到PHY处理模块；所述PHY处理模块将所述PDU数据处理成PHY层数据。

进一步，步骤(2)中，对于实时业务的SDU数据，所述缓存模块读取当前系统的帧序号，为所述实时业务的SDU数据打上本帧的帧序号作为时间戳；对于非实时业务的SDU数据，所述缓存模块将所述SDU数据直接入队。

进一步，步骤(3)中，所述SDU处理引擎丢弃已经超时的实时业务类型的SDU数据，并通知QoS违例处理模块在此连接上有SDU数据超时，没有获得及时的发送；所述QoS违例处理模块收到所述SDU处理引擎的SDU超时通知后，更新此连接的QoS违例信息。

进一步，步骤(3)中，当实时业务有优先级区别时，SDU处理引擎按连接的优先级取出这类实时业务连接上最接近超时的SDU数据交给按帧调度模块进行调度，并组成PDU数据；对于非实时业务，所述SDU处理引擎取出非实时业务连接上优先级最高连接上的SDU数据交给按帧调度模块进行调度并组成PDU数据。

进一步，步骤(4)中，所述按帧调度模块进一步判断是否还有剩余带宽供调度；如果还有剩余带宽，所述按帧调度模块按照业务类型的优先级通知所述SDU处理引擎取出对应业务类型的SDU数据。

与现有技术相比较，本发明引入实时业务SDU定时器、SDU数据超时丢弃和QoS违例感知机制，当网络发生拥塞或是空中链路质量突然下降时，使实时业务SDU数据的实时性得到更有效地保证。SDU数据超时丢弃机制，除了能更好保证新到的SDU数据不会被饿死之外，还可以保证缓存不会被老化的SDU数据填满，更好地避免了网络拥塞。通过检查实时业务的SDU数据的超时情况获得当前系统的QoS违例情况，这种QoS违例感知机制可以使系统对当前的QoS情况有一个全面的了解并及时做出相应的措施，使系统尽快从QoS违例中恢复，提高了系统的可靠性。

此外，本发明还提供以系统的帧序号来为SDU数据打时间戳的方法，使得系统不需要为每个SDU数据设置定时器，虽然每个连接的QoS参数不同，根据当前的帧序号就可以很方便的确定每个SDU数据是否超时，从而降低了系统的复杂度。

附图说明

图1是本发明宽带无线接入系统中保证实时业务QoS装置的结构示意图；

图2是本发明宽带无线接入系统中保证实时业务QoS处理方法的数据输入流程图；

图3是本发明宽带无线接入系统中保证实时业务QoS处理方法的按帧调度流程图。

具体实施方式

本发明的无线通信对实时业务数据的处理是一种在Wimax系统上终端和基站都可以使用的保证实时业务QoS(Quality of Service，服务质量)和感知实时业务数据QoS违例的技术，以克服现有技术中对实时业务延时保证不充分的问题。

下面参照附图，对本发明的优选实施例做详细描述。

如图1所示，宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置的结构如下：

业务数据接口101连接上层网络，是上层数据包进入MAC层的数据通道，用于接收来自上层的SDU数据。上层的SDU数据进入业务数据接口101后，如果该SDU数据是实时业务就会按当前的帧序号打上时间戳。

分类器102根据进入的SDU数据的属性，如源地址、目的地址、端口号等，判断进入的SDU数据是实时业务还是非实时业务，便于确定此SDU数据属于哪个业务连接。

缓存模块103用于缓存来自上层的SDU数据，并等待按帧调度模块105的调度命令，取出存储的SDU数据。当进入的SDU数据为实时业务数据时，在放入缓存前，根据当前的系统帧序号将SDU数据打上以帧序号为标记的时间戳并缓存。由于缓存模块103不是无限大，所以当上层到达的数据速率大于从空口发送出去的数据的速率，缓存可能会溢出。

SDU处理引擎104用于处理缓存中的SDU数据，根据按帧调度模块105的要求处理相应业务连接类型的SDU数据。对于实时业务的连接，SDU处理引擎104首先确定SDU数据的超时情况，丢弃超时的SDU数据，并上报QoS违例处理模块106。实时业务的SDU数据的超时情况是根据系统中的当前帧序号和QoS参数中的Maximum Latency来确定的，如果SDU数据缓存的时间超过了此连接的Maximum Latency，SDU处理引擎104就会丢弃此SDU并上报给违例处理模块。假如此业务类型的连接有优先级的区别，就按连接的优先级找出最接近超时的SDU数据交给按帧调度模块105处理；如果连接没有优先级的区别，就直接找最接近超时的SDU数据发送给按帧调度模块104处理。对于非实时业务类型的连接，就按连接的优先级找出优先级最高的SDU数据发送给按帧调度模块105处理。

按帧调度模块105根据空口的带宽情况和业务连接的QoS参数将SDU组成协议数据单元(PDU，Protocol Data Unit)数据。对按连接的QoS参数对MAC层数据进行调度，按业务类型的优先级通知SDU处理引擎104取出对应的业务类型最需要处理的SDU数据，并将这些SDU数据按连接的QoS参数组成PDU数据，直到可用的带宽使用完毕后停止调度，将处理好的MAC层数据交给物理层(Physical Layer，PHY)处理模块105做PHY层的处理，该MAC层数据中包含PDU数据。

QoS违例处理模块107接收来自SDU处理引擎104的信息，根据收集的信息判断是否有QoS违例的情况，并做相应的处理。当接收到来自SDU处理引擎104的QoS违例信息，根据此连接的历史违例信息确定连接是长期违例还是偶尔违例，如果是长期违例就通知系统做拆链等恢复处理。

PHY处理模块106接收来自按帧调度模块105的MAC层数据，负责将MAC层的数据处理成PHY层数据。

本实施例中，PHY处理模块106用以完成802.16协议的PHY层处理。在802.16系统中，BS和SS通过帧序号来同步，BS通过每帧的DL MAP通知SS本帧的帧序号，帧序号为24bits，本帧的帧序号是前1帧的帧序号加1，所以可以用帧序号来作定时，不需要为每个SDU数据设置定时器。

作超时判定的时候，对比本帧帧序号和SDU数据所标记的帧序号之差乘以帧间隔是否大于本连接的Maximum Latency参数，如：

WaitTime＝((本帧帧序号-标记帧序号)mod(0xFFFFFF))×帧间隔

if(WaitTime＞Maximum Latency)

此SDU数据已经超时，丢弃此SDU数据，并上报；

else

此SDU数据还没超时，调度此SDU数据。

对于进入宽带无线接入系统中保证实时业务QoS装置的数据包，其数据处理方法流程包括以下两个部分：

1、接收数据，上层有SDU数据传下来就会触发此流程。如果接收的SDU数据是实时数据，则对该SDU数据打时间戳。

如图2所示，对于进入宽带无线接入系统中保证实时业务QoS装置的数据包，其数据处理方法如下：

步骤S201，接收来自上层的SDU数据。

上层来的SDU数据可以是IP数据包，也可以是以太网的数据包，业务数据信接口101提供接收数据的接口，用以从上层接收需要转发的SDU数据。

步骤S202，对接收到的SDU数据进行分类，以便于确定属于哪个业务连接。

业务数据信接口101在收到来自上层的SDU数据之后，把SDU数据交给分类器102进行分类。分类器根据SDU的属性，如源、目的地址、端口号等确定SDU数据属于哪个业务连接。

步骤S203，分类器102确定SDU属于哪个业务连接后，就将该SDU数据交给缓存模块103进行缓存，SDU数据入队前，缓存模块会查找SDU所属业务连接的属性。

步骤S204，缓存模块103根据业务连接的属性确定SDU数据是否为实时业务的SDU数据。

如果此数据包为实时业务的SDU数据，则转入步骤S205；否则，对于非实时业务的SDU数据，转入步骤S206。

步骤S205，当数据包为实时业务的SDU数据时，缓存模块103读取当前系统的帧序号，为实时业务的SDU数据打上本帧的帧序号作为时间戳，然后执行步骤S206。

步骤S206，缓存模块103将SDU数据(实时业务的SDU数据或者非实时业务的SDU数据)入队。

2、对SDU数据进行调度和处理，MAC层处理和PHY层处理完成后，从空口发送出去，此流程是每帧都会进行的，由系统定时器触发。

如图3所示，对于宽带无线接入系统中保证实时业务QoS装置的按照调度流程，其数据处理方法流程如下：

步骤S301，按帧调度模块105根据系统中已接入连接的业务类型或者业务类型的优先级来确定对哪种业务类型的连接进行调度。

步骤S302，SDU处理引擎104判断SDU数据的业务类型是否为实时业务类型。

如果SDU数据的业务类型为实时业务类型，则转入步骤S303；否则，如果SDU数据的业务类型为非实时业务类型，转入步骤S310。

步骤S303，SDU处理引擎104读取该实时业务类型的SDU数据上的以帧序号为单位的时间戳。

步骤S304，根据本帧的帧序号和SDU数据所属连接的QoS参数，确定SDU数据的超时情况，并计算出离超时的时间。

步骤S305，如果此SDU数据已经超时，则转入步骤S306；否则，转入步骤S308。

步骤S306，SDU处理引擎104丢弃该已经超时的SDU数据，并通知QoS违例处理模块107在此连接上有SDU数据超时，没有获得及时的发送。

步骤S307，QoS违例处理模块107收到SDU处理引擎104的SDU超时通知后，更新此连接的QoS违例信息，并根据以往的QoS违例信息确定是否要做拆链等进一步的处理。

步骤S308，判断是否检查完实时业务连接的超时情况。

如果此SDU处理引擎104已经检查完实时业务的SDU数据的超时情况，则转入步骤S309；否则，转入步骤S304。

步骤S309，SDU处理引擎104按连接的优先级(假如有的话)取出这类实时业务连接上最接近超时的SDU数据交给按帧调度模块105进行调度，并组成PDU数据，转入步骤S311。

步骤S310，SDU处理引擎104取出这类非实时业务连接上优先级最高连接上的SDU数据交给按帧调度模块105进行调度并组成PDU数据。

步骤S311，判断是否还有剩余带宽供调度。

如果此时还有剩余带宽供调度，则转入步骤S312；否则转入步骤S313。

步骤S312，判断是否还有此种类型的业务连接。

如果此时还没调度完这种业务类型的连接，对于实时业务，转入步骤S309；对于非实时业务，转入步骤S310；否则转入步骤S301。

步骤S313，按帧调度模块105将处理好的MAC层设计交给PHY处理模块106处理成PHY层数据，流程结束。

Claims

1.一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，其特征在于，包括：业务数据接口、缓存模块、SDU处理引擎、按帧调度模块、PHY处理模块，其中，

按帧调度模块，根据空口的带宽情况和业务连接的QoS参数将所述SDU数据组成PDU数据，将所述PDU数据交给所述PHY处理模块；并且，所述按帧调度模块按照业务类型的优先级通知所述SDU处理引擎取出对应业务类型的所述SDU数据；

2.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，其特征在于，对于实时业务的连接，所述SDU处理引擎丢弃超时的SDU数据，并上报QoS违例处理模块；所述实时业务的SDU数据的超时情况根据系统中的当前帧序号和QoS参数中的Maximum Latency确定。

3.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，其特征在于，对于实时业务的连接，所述SDU处理引擎按照连接的优先级找出最接近超时的所述SDU数据发送给所述按帧调度模块；对于非实时业务类型的连接，所述SDU处理引擎按连接的优先级找出优先级最高的所述SDU数据发送给所述按帧调度模块。

4.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，其特征在于，进一步包括分类器，所述分类器接收所述SDU数据，根据所述SDU数据的属性判断所述SDU数据的业务类型，并将已确定业务类型的所述SDU数据发送到所述缓存模块。

5.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的装置，其特征在于，进一步包括QoS违例处理模块，所述QoS违例处理模块用于接收来自所述SDU处理引擎的QoS违例信息，并根据此连接的历史违例信息确定连接是长期违例还是偶尔违例，如果是长期违例就通知系统做恢复处理。

6.一种宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，步骤包括：

7.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，其特征在于，步骤(2)中，对于实时业务的SDU数据，所述缓存模块读取当前系统的帧序号，为所述实时业务的SDU数据打上本帧的帧序号作为时间戳；对于非实时业务的SDU数据，所述缓存模块将所述SDU数据直接入队。

8.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述SDU处理引擎丢弃已经超时的实时业务类型的SDU数据，并通知QoS违例处理模块在此连接上有SDU数据超时，没有获得及时的发送；所述QoS违例处理模块收到所述SDU处理引擎的SDU超时通知后，更新此连接的QoS违例信息。

9.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，其特征在于，步骤(3)中，当实时业务有优先级区别时，SDU处理引擎按连接的优先级取出这类实时业务连接上最接近超时的SDU数据交给按帧调度模块进行调度，并组成PDU数据；对于非实时业务，所述SDU处理引擎取出非实时业务连接上优先级最高连接上的SDU数据交给按帧调度模块进行调度并组成PDU数据。

10.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统中保证实时业务服务质量的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述按帧调度模块进一步判断是否还有剩余带宽供调度；如果还有剩余带宽，所述按帧调度模块按照业务类型的优先级通知所述SDU处理引擎取出对应业务类型的SDU数据。