CN102348237B - 一种宽带无线通信系统中的数据排队方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带无线通信系统中的数据排队方法，它通过使用循环调度存储的方式，对数据进行存储，处理和释放，改善了数据的排队机制，降低了数据包的丢失概率。本发明在存储区数量的设置上，通过分析总结无线宽带通信系统的实际特性，对Pollaczek-Khinchin排队模型进行优化，科学地计算出所需存储区的准确大小，在提高存储器利用率的同时，有效解决了在出现信号质量下降导致的传输暂时中断或重传时，存储区频繁停止数据接收的问题，提升了数据传输的平稳性，兼顾了降低存储器开销和提升性能之间的平衡。因而，该种方法在宽带无线通信系统中有其明显的优越性。

Description

一种宽带无线通信系统中的数据排队方法

技术领域

本发明涉及一种无线难领域，特别是一种数据排队方法。 

背景技术

对于宽带无线通信系统，如最新的LTE系统，其数据的传输速率相比前面几代通信系统极大提高，可达到100Mbit/s，而无线信道环境则极其复杂，由于信号衰落及干扰噪声的影响，可能造成数据传输的暂时中断和重传，而使系统产生数据的暂时拥堵。由于在高清视频业务中，存在大量的数据量及较高的网络延时要求，这一问题就显得尤为突出，如果不能很好的解决这一问题，将发生数据包的大量丢失，使业务质量出现明显下降。 

要解决数据包丢失的问题，需要把来不及处理的数据在存储器中暂时存放起来，等待有可用的资源进行传输的时候再将数据发送出去。然而，实际的通信设备的存储器容量是有限的，尤其是通信终端设备的存储器容量更为有限，因此，存储器怎么设计和规划就成为了问题的关键。传统的方法是开辟两块存储区，采用乒乓存储机制，其机制如图3所示。当存储区A和B都没有数据包时，可以接收数据包并将其存放于存储区A，并立即对A进行处理，在此同时，可以继续接收数据包，并将其存放于存储区B，待存储区A中的数据处理完毕并发送完成，则存储区A又可以继续接收数据包，同时再对存储区B中的数据包进行处理，如此循环往复。该方法在低速通信系统中得到了较好的应用，然而，在宽带通信系统中，如果出现信号质量下降导致的传输暂时中断或重传，则两块存储区的数据即使处理完毕，却不能发出，此时就不能再接收新的数据包，由于是宽带通信系统，其速率非常的高，如果频繁得停止对数据的接收，就会造成大量的数据丢失，因而，该种方法在宽带无线通信系统中有其明显的局限性。 

发明内容

本发明的目的就是提供一种宽带无线通信系统中的数据排队方法，它有效的解决了传统调度存储装置中由于传输误块而导致的数据包大量丢失导致业务质量严重下降的问题。 

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有N个存储区，N为大于2的自然数，其步骤为： 

1)根据接收到的数据包的先后顺序依次存储在空闲存储区内； 

2)在完成步骤1)的同时对存储的数据包按存储先后顺序依次进行处理，并对处理完的数据包按存储先后顺序依次进行发送，存储区发送完数据包后将存储区内的空间释放，成为空闲存储区； 

3)接收新数据包，重复步骤1)和步骤2)，对存储区进行循环使用。 

进一步，存储区的预设数量计算方法为： 

1)对数据接收、处理、发送的过程进行数学建模，假定接收数据速率为一恒定值λ，队列中平均处理速率为μ，由于传输块错误而发生重传所需时间的方差为D[x]； 

2)根据P-K均值公式计算存储区数量N 

$N=\mathrm{\ρ}+\frac{{\mathrm{\λ}}^2\stackrel{\‾}{x^2}}{2(1-\mathrm{\ρ})},$

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}},$

$\stackrel{\‾}{x^2}=D\left[x\right]+{\stackrel{\‾}{x}}^2=D\left[x\right]+\frac{1}{{\mathrm{\μ}}^2}$

式中ρ、x为过渡参数； 

3)公式中因传输块错误而发生重传所需时间的方差D[x]为未知数，根据现场情况进行统计具体数据。 

进一步，步骤1)中所述的数据包，按存储区排序从小到大，依次存储在存储区内。 

进一步，N取值为500。 

进一步，N取值为3。 

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点： 

本发明改变传统装置乒乓调度存储的方式，使用循环调度存储的方式，改善了数据的排队机制，降低了数据包的丢失概率。在存储区数量的设置上，不同于传统凭借经验设置，而采用科学的计算，使设置的存储区数量准确，并且利用率显著提高。 

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。 

附图说明

本发明的附图说明如下: 

图1为本发明的流程框图； 

图2为本发明存储空间状态图； 

图3为背景技术存储空间状态图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

如图1所示，一种无线宽带通信系统中的数据排队方法，它包括有N个存储区，N为大于2的自然数，其步骤为： 

1)根据接收到的数据包的先后顺序依次存储在空闲存储区内； 

2)在完成步骤1)的同时对存储的数据包按存储先后顺序依次进行处理，并对处理完的数据包按存储先后顺序依次进行发送，存储区发送完数据包后将存储区内的空间释放，成为空闲存储区； 

3)接收新数据包，重复步骤1)和步骤2)，对存储区进行循环使用。 

如图2所示，存储时，空闲存储区可用于存储数据包，存储了数据包后的存储区等待处理，处理完成后进行发送，并释放存储空间的数据包，重新成为新的空闲存储区，完成一个数据包的处理。 

存储区的预设数量计算方法为： 

1)对数据接收、处理、发送的过程进行数学建模，假定接收数据速率为一恒定值λ，队列中平均处理速率为μ，由于传输块错误而发生重传所需时间的方差为D[x]； 

2)根据P-K均值公式计算存储区数量N 

$N=\mathrm{\ρ}+\frac{{\mathrm{\λ}}^2\stackrel{\‾}{x^2}}{2(1-\mathrm{\ρ})},$

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}},$

$\stackrel{\‾}{x^2}=D\left[x\right]+{\stackrel{\‾}{x}}^2=D\left[x\right]+\frac{1}{{\mathrm{\μ}}^2}$

式中ρ、x为过渡参数； 

3)公式中传输块错误而发生重传所需时间方差为D[x]为未知数，根据现场情况进行统计具体数据。 

实施例： 

根据宽带无线通信系统的数据传输特点，本发明将该系统的数据处理机制进行数学建模，在极限情况下，假定输入数据速率λ为最大100Mbit/s并保持恒定，即输入数据速率是一个常数，处理速度及发送速度为任意概率分布。其它业务情况下，虽然输入数据速率不是恒定不变的，甚至是任意可变的，但根据标准要求，其瞬时输入速率最大只能为100Mbit/s，故这些情况下所堵塞的数据量不会大于一直以最大恒定速率发送的情况，对系统的存储容量需求也就不会大于上面所假设的极限情况。 

通过引入P-K(Pollaczek-Khinchin)均值公式，存储器中的平均队列长度为 

$N=\mathrm{\ρ}+\frac{{\mathrm{\λ}}^2\stackrel{\‾}{x^2}}{2(1-\mathrm{\ρ})},---\left(1\right)$

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}},---\left(2\right)$

$\stackrel{\‾}{x^2}=D\left[x\right]+{\stackrel{\‾}{x}}^2=D\left[x\right]+\frac{1}{{\mathrm{\μ}}^2}---\left(3\right)$

式中，N表示平均队列长度，λ表示平均输入速率，μ表示平均处理时间，D[x]表示传输块错误而发生重传所需时间的方差。 

以LTE通信系统为例，其最大输入速率为100Mbit/s，在该恒定输入速率的极限情况下，可表示为λ′＝10⁸bit/s，而每秒可用于传输的资源理论上可达μ′＝149776×1000≈1.5×10⁸bit/s。然而需要特别注意的是，在通信系统中，数据的传输是以数据包的格式进行的，一次需要接收和处理一个数据包，而不是一个比特，因此，设最大数据包大小为K，有 

λ＝10⁸/K,      (4) 

μ＝1.5×10⁸/K      (5) 

K的大小可以通过实际通信系统的协议规范查到，单位为bit。μ>λ,因而该系统是一个稳定的系统。把以上数据带入公式(1)，可得： 

N≈1.33+1.5×10¹⁶D[x]/K²      (6) 

式中，N表示队列中平均存储的数据包数量，自此，公式(6)中只剩下D[x]为未知量。在实际的通信系统中，数据包的解析时间比较固定，处理时间的偏差主要是由于数据传输过程中传输块出现错误且需要进行重传导致的处理时间发生的改变，因此，D[x]的取值可以通过实际数据传输的误块率统计分布来获得。 

将公式(6)换算成bit，变化为： 

n＝N×K＝1.33K+1.5×10¹⁶D[x]/K(bit)      (7) 

从公式(7)中可以知道，当信号质量越差，误块率就越高，存储区容量的需求也就越大，假设完全在理想的环境下传输时，没有传输块错误和重传发生，即D[x]＝0时，n＝1.33K，因此，至少应该取两个数据包大小的空间才能保证可靠的传输。新的方法和排队装置通用性更强，能更好的适应复杂无线通信条件下的高速数据业务的要求。 

在实际的排队装置设计中，可根据通信系统业务质量的要求以及硬件平台自身的状况对式(7)中的n乘以适当的比例因子，在丢包率和存储资源节省之间 做出权衡，实现在满足业务质量要求的前提下对存储器资源的合理利用。 

新的数据排队装置改变乒乓调度存储的方式，改为循环调度存储的方式。整个排队装置的设计原理图如图1所示，该装置有效的解决了传统调度存储装置中数据包大量丢失导致业务质量严重下降的问题。 

步骤1)中所述的数据包，按存储区排序从小到大，依次存储在存储区内。也可以任意存储在空闲存储区内。 

N取值可以是500，也可以是3，也可以是300，还可以是任务大于2的自然数，根据现实情况进行设计。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (2)

1.一种宽带无线通信系统中的数据排队方法，其特征在于：它包括有N个存储区，N为大于2的自然数，其步骤为：

1)根据接收到的数据包的先后顺序依次将数据包存储在空闲存储区内；

2)在完成步骤1)的同时对存储的数据包按存储先后顺序依次进行处理，并对处理完的数据包按存储先后顺序依次进行发送，存储区发送完数据包后将存储区内的空间释放，成为空闲存储区；

3)接收新数据包，重复步骤1)和步骤2)，对存储区进行循环使用；

存储区的预设数量计算方法为：

S1对数据接收、处理、发送的过程进行数学建模，假定接收数据速率为一恒定值λ，队列中平均处理速率为μ，由于传输块错误而发生重传所需时间的方差为D[x]；

S2根据P-K均值公式计算存储区数量N

$N=\mathrm{\ρ}+\frac{{\mathrm{\λ}}^2\stackrel{\‾}{x^2}}{2(1-\mathrm{\ρ})},$

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}},$

$\stackrel{\‾}{x^2}=D\left[x\right]+{\stackrel{\‾}{x}}^2=D\left[x\right]+\frac{1}{{\mathrm{\μ}}^2}$

式中ρ、x为过渡参数；

S3公式中因传输块错误而发生重传所需时间的方差D[x]为未知数，根据现场情况进行统计具体数据。

2.如权利要求1所述的宽带无线通信系统中的数据排队方法，其特征在于：步骤1)中所述的数据包，按存储区排序从小到大，依次存储在存储区内。