CN1798053A - 遵循ieee802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，该方法包括如下步骤：在上行、下行方向上，基站根据申请带宽的终端所有相关连接的QoS参数，例如：最小保证上行和下行带宽数，换算为对终端的带宽分配参考变量，对总的带宽进行以终端为对象的分配调度；在下行方向上，基站在终端所属连接获得的总带宽基础上，严格按照IEEE802.16标准进行以连接为对象的带宽再分配；在上行方向上，各终端获取基站为终端分配的带宽信息，并严格按照IEEE802.16标准在各自的已分配带宽内进行以连接为对象的带宽再分配。采用本发明能提高带宽调度的效率，保证带宽分配的合理性和和及时性，进而大大减轻系统的负荷，并且保障每个终端用户的应有权益。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带无线接入(BWA，Broadband Wireless Access)系统的带宽分配方法，尤其是涉及一种采用OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)调制解调方式、遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法。
背景技术
近年来，由于没有统一的BWA标准，由各厂商自行其道，使得市场上现有的BWA系统都无法互通，从而很大地限制了BWA产品的发展空间。因此，IEEE(电子电气工程师协会)组织推出的802.16协议，将结束BWA标准群雄割据的混乱局面，为BWA系统的发展提供一个良好的契机。
在IEEE802.16协议中，提出了以连接(connection)为对象来进行带宽分配的概念。每个终端(SS，Subscriber Station)与基站(BS，Base Station)之间，为了能够实现数据的传输，将建立若干具有一定QoS(Quality ofService，业务质量)属性的单向连接。在下行方向，BS将根据各连接的属性直接进行带宽分配与调度；在上行方向，SS上的各上行连接将根据自己的需要向BS发送带宽请求，BS在收到这些带宽请求后，再根据连接的QoS属性来进行带宽分配。
然而，由于IEEE802.16d协议中关于OFDM规定，即在下行部分各突发必须按照调制方式鲁棒性的降序排列，同时OFDM符号的出现使得带宽分配的结果只能是OFDM符号的整数倍。因此，在实际实现过程中，如果完全只以连接为对象来实现带宽分配的所有步骤，那么在终端及连接数量较多时，必将对BS上的带宽分配和调度模块产生比较大的负荷或带宽浪费，并且，按照802.16系统要求，每一帧都要动态进行带宽的分配，这样将导致带宽调度的效率低下，甚至难以实现，进而严重影响系统的整体性能。
同时，当同一BS下各终端上的连接优先级相差比较大时，会使得某个拥有较低优先级连接的终端不能获取相对充分资源，从而不能保证每个终端用户应有的利益。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，采用该方法能提高带宽调度的效率，保证带宽分配的合理性和及时性，进而大大减轻系统的负荷，并且保障每个终端用户的应有权益。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，该方法包括如下步骤：
(a)在上行、下行方向上，基站根据申请带宽的终端所有相关连接的业务质量参数对总的带宽进行以终端为对象的分配调度，并构建下行链路介质访问控制分配协议信息和上行链路介质访问控制分配协议信息；
(b)在下行方向上，基站在终端所属连接获得的总带宽基础上，严格按照IEEE802.16标准进行以连接为对象的带宽再分配；在上行方向上，各终端获取基站分配的带宽信息，严格按照IEEE802.16标准在各自的已分配带宽内进行以连接为对象的带宽再分配。
进一步地，本发明还具有如下特点：所述步骤(a)中，在下行方向上，所述业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证下行带宽数；在上行方向上，所述业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证上行带宽数。
进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(a)可进一步分为如下步骤：
(a1)基站计算出申请带宽的终端的总体最小保证上行和下行带宽总数以及基站当前帧的正交频分复用符号数；
(a2)在下行方向上，判断步骤(a1)中得到的申请带宽的终端的总体最小保证下行带宽总数是否大于基站当前帧的正交频分复用符号数，若大于，则执行步骤(a3)，否则执行步骤(a4)；在上行方向上，判断步骤(a1)中得到的申请带宽的终端的总体最小保证上行带宽总数是否大于基站当前帧的正交频分复用符号数，若大于，则执行步骤(a3)，否则执行步骤(a4)；
(a3)在下行方向上，基站采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证下行带宽数要求的带宽，并执行步骤(a5)；在上行方向上，基站采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证上行带宽数要求的带宽，并执行步骤(a5)；
(a4)在下行方向上，基站按照各终端的最小保证下行带宽数对各终端分配正交频分复用符号数，使各终端都分配到至少满足各自最小保证下行带宽数要求的带宽；在上行方向上，基站按照各终端的最小保证上行带宽数对各终端分配正交频分复用符号数，使各终端都分配到至少满足各自最小保证上行带宽数要求的带宽；
(a5)基站根据调制编码方式对终端在时序上进行排列，构建上行链路介质访问控制分配协议信息和下行链路介质访问控制分配协议信息。
进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(a1)可进一步分为如下步骤：
(a11)基站根据当前总的带宽计算出正交频分复用符号的有效部分，再根据当前循环前缀得到正交频分复用符号总长度，并计算出基站当前帧的正交频分复用符号数；
(a12)在上行方向上，基站通过获取各终端当前所使用的上行突发配置文件的信息，计算出各终端当前的上行数据率；在下行方向上，基站通过获取各终端当前所使用的下行突发配置文件的信息，计算出各终端当前的下行数据率；
(a13)在上行方向上，基站根据各终端当前的上行数据率，收集当前各终端上行对应的连接所需带宽信息，并按照IEEE802.16标准预留竞争初始测距区域和竞争带宽请求区域；在下行方向上，基站根据各终端当前的下行数据率，收集当前各终端下行对应的连接所需带宽信息；
(a14)在上行方向上，基站计算出各终端当前所需上行带宽的正交频分复用符号数总和；在下行方向上，基站计算出各终端当前所需下行带宽的正交频分复用符号数总和；
(a15)在上行方向上，基站将各终端当前所需上行带宽的正交频分复用符号数总和相加，得到终端的总体最小保证上行带宽总数；在下行方向上，基站将各终端当前所需下行带宽的正交频分复用符号数总和相加，得到终端的总体最小保证下行带宽总数。
进一步地，本发明还具有如下特点：所述步骤(a3)中滑动窗口机制为以除广播区域外剩余后的正交频分复用符号数作为滑动窗口大小，以前次分配窗口的终点作为本次分配窗口的起点，对在窗口内的终端，按终端的最小保证带宽数依次分配正交频分复用符号数。
进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(a4)可进一步分为如下步骤：
(a41)在下行方向上，基站分别向各终端分配满足其最小保证下行带宽数所需的正交频分复用符号数；在上行方向上，基站分别向各终端分配满足其最小保证上行带宽数所需的正交频分复用符号数；
(a42)判断分配后所剩余的正交频分复用符号数是否大于仍有带宽需求的终端数，若大于，执行步骤(a43)，否则执行步骤(a45)；
(a43)基站向仍有带宽需求的终端分别再分配一个正交频分复用符号；
(a44)判断分配后是否还存在仍有带宽需求且没有达到该终端最大限制带宽的终端，若存在，则返回步骤(a42)，否则执行步骤(a46)；
(a45)基站对各仍有带宽需求的终端按照各自的带宽需求进行由大至小的排序，按照该由大至小的排序对各个仍有带宽需求的终端依次分配一个正交频分复用符号，直至分配完所剩余的正交频分复用符号数，然后执行步骤(a5)；
(a46)若满足了所有终端的带宽需求后仍然剩余正交频分复用符号数，那么按照IEEE802.16标准将剩余正交频分复用符号数全部填充。
与现有技术相比，本发明遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法具有以下优点：
本发明遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，采用先终端后连接的二次带宽分配体系，即基站先根据申请带宽的终端所有相关连接的QoS参数，例如：最小保证上行和下行带宽数，换算为对终端的带宽分配参考变量，对总的带宽进行以终端为对象的分配调度；然后在这个基础上，分别以各终端的已分配带宽作为资源，对各终端下的连接实现最终的带宽分配。因此，采用本方法减少了进行现有技术中一次带宽分配时的调度数量，并消除了现有调度存在的耦合因素，大大减轻了系统的负荷；又由于每个终端享受平等的带宽权限，可以保障每个终端用户的最大权益。
附图说明
图1是本发明遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法中下行方向的流程示意图；
图2是本发明遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法中上行方向的流程示意图；
图3是本发明中所涉及滑动窗口机制的滑动窗口示意图。
具体实施方式
为深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例按照上行和下行两个方向进行描述，并且设定每个终端的带宽分配优先级相等，在下行方向上，业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证下行带宽数；在上行方向上，业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证上行带宽数。
如图1所示，在下行方向上，本方法包括如下步骤：
步骤101，BS根据当前带宽计算出Tb(OFDM符号的有效部分)，再根据当前CP(Cyclic Prefix，循环前缀)得到Ts(OFDM符号总长度)，从而根据帧长、OFDM符号总长度等信息计算出BS当前帧的OFDM符号数；
步骤102，BS获取各终端当前所使用的下行突发配置文件的信息，根据该信息可以检索到各终端当前的下行数据率；
步骤103，BS根据各终端当前的下行数据率，收集当前各终端下行对应的连接所需带宽信息，并根据各终端下行对应的连接所需带宽信息，计算出各终端当前所需下行带宽的OFDM符号数总和，即为各终端的最小保证下行带宽数，再将各终端当前所需下行带宽的OFDM符号数总和相加，得到终端的总体最小保证下行带宽总数；
步骤104，判断BS当前帧的OFDM符号数是否小于终端的总体最小保证下行带宽总数，若小于，则执行步骤105，否则执行步骤106；
步骤105，BS采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证下行带宽数要求的带宽，并执行步骤112；其中，滑动窗口机制如图3所示，虽然终端的总体最小保证下行带宽总数大于OFDM符号最大数的情况在完全固定接入的应用中是不会出现的，因为这样不符合基站上带宽管理的逻辑控制要求；但是，必须会在漫游或移动环境中出现，所以将以除广播区域外剩余后的OFDM符号数作为滑动窗口大小，以前次分配窗口的终点作为本次分配窗口的起点，对在窗口内的终端，按终端的最小保证下行带宽数依次分配OFDM符号数；
步骤106，BS分别向各终端分配满足其最小保证下行带宽数所需的OFDM符号数；
步骤107，判断分配后所剩余的OFDM符号数是否大于仍有带宽需求的终端数，若大于，执行步骤108，否则执行步骤110；
步骤108，BS向仍有带宽需求的终端分别再增加一个OFDM符号的带宽；
步骤109，判断分配后是否还存在仍有带宽需求且没有达到该终端最大限制带宽的终端，若存在，则返回步骤107，否则判断是否有剩余OFDM符号数，若有，则按照IEEE802.16标准将剩余OFDM符号数全部填充，并执行步骤112；
步骤110，BS对各仍有带宽需求的终端按照各自的带宽需求进行由大至小的排序；
步骤111，BS根据剩余OFDM符号数量，按照步骤110得到的排序(即由需求大到需要小的次序)对各个仍有带宽需求的终端依次分配一个OFDM符号，直至分配完所剩余的OFDM符号数；
步骤112，BS根据调制编码方式对终端在时序上进行排列，构建DL-MAP(Downlink MAC Allocation Protocol，下行链路介质访问控制分配协议)信息；
步骤113，BS在终端所属连接获得的总带宽基础上，严格按照IEEE802.16标准进行以连接为对象的带宽再分配。
如图2所示，在上行方向上，本方法包括如下步骤：
步骤201，BS通过获取各终端当前所使用的上行突发配置文件的信息，计算出各终端当前的上行数据率；
步骤202，BS根据各终端当前的上行数据率，收集当前各终端上行对应的连接所需带宽信息，并按照IEEE802.16标准预留竞争初始测距区域；
步骤203，按照IEEE802.16标准，BS对各终端上行对应的连接所需带宽信息预留竞争带宽请求区域；
步骤204，BS根据各终端上行对应的连接所需带宽信息，计算出各终端当前所需上行带宽的OFDM符号数总和，即为各终端的最小保证上行带宽数，再将各终端当前所需上行带宽的OFDM符号数总和相加，得到终端的总体最小保证上行带宽总数；
步骤205，判断BS当前帧的OFDM符号数是否小于终端的总体最小保证上行带宽总数，若小于，则执行步骤206，否则执行步骤207；
步骤206，BS采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证上行带宽数要求的带宽，并执行步骤213；其中，滑动窗口机制如下行方向上所述的相应内容相同；
步骤207，BS分别向各终端分配满足其最小保证上行带宽数所需的OFDM符号数；
步骤208，判断分配后所剩余的OFDM符号数是否大于仍有带宽需求的终端数，若大于，执行步骤209，否则执行步骤211；
步骤209，BS向仍有带宽需求的终端分别再增加一个OFDM符号的带宽；
步骤210，判断分配后是否还存在仍有带宽需求且没有达到该终端最大限制带宽的终端，若存在，则返回步骤208，否则判断是否有剩余OFDM符号数，若有，则按照IEEE802.16标准将剩余OFDM符号数全部填充，并执行步骤213；
步骤211，BS对各仍有带宽需求的终端按照各自的带宽需求进行由大至小的排序；
步骤212，BS根据剩余OFDM符号数量，按照步骤211得到的排序(即由需求大到需要小的次序)对各个仍有带宽需求的终端依次分配一个OFDM符号，直至分配完所剩余的OFDM符号数；
步骤213，BS根据调制编码方式对终端在时序上进行排列，构建UL-MAP(Uplink MAC Allocation Protocol，上行链路介质访问控制分配协议)信息；
步骤214，各终端获取基站分配的带宽信息，严格按照IEEE802.16标准在各自的已分配带宽内进行以连接为对象的带宽再分配。
本发明是针对遵循IEEE802.16标准的BWA系统中实现带宽分配的新方法，本方法是在IEEE802.16标准框架内综合考虑影响带宽分配所有因素提供的优化解决方案，具有良好的带宽管理效果。
Claims (6)
1、一种遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)在上行、下行方向上，基站根据申请带宽的终端所有相关连接的业务质量参数对总的带宽进行以终端为对象的分配调度，并构建下行链路介质访问控制分配协议信息和上行链路介质访问控制分配协议信息；
(b)在下行方向上，基站在终端所属连接获得的总带宽基础上，严格按照IEEE802.16标准进行以连接为对象的带宽再分配；在上行方向上，各终端获取基站分配的带宽信息，严格按照IEEE802.16标准在各自的已分配带宽内进行以连接为对象的带宽再分配。
2、根据权利要求1所述的遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于：所述步骤(a)中，在下行方向上，所述业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证下行带宽数；在上行方向上，所述业务质量参数为申请带宽的终端的最小保证上行带宽数。
3、根据权利要求2所述的遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于，步骤(a)可进一步分为如下步骤：
(a1)基站计算出申请带宽的终端的总体最小保证上行和下行带宽总数以及基站当前帧的正交频分复用符号数；
(a2)在下行方向上，判断步骤(a1)中得到的申请带宽的终端的总体最小保证下行带宽总数是否大于基站当前帧的正交频分复用符号数，若大于，则执行步骤(a3)，否则执行步骤(a4)；在上行方向上，判断步骤(a1)中得到的申请带宽的终端的总体最小保证上行带宽总数是否大于基站当前帧的正交频分复用符号数，若大于，则执行步骤(a3)，否则执行步骤(a4)；
(a3)在下行方向上，基站采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证下行带宽数要求的带宽，并执行步骤(a5)；在上行方向上，基站采用滑动窗口机制对各终端进行带宽分配，使各终端都分配到至少满足各自最小保证上行带宽数要求的带宽，并执行步骤(a5)；
(a4)在下行方向上，基站按照各终端的最小保证下行带宽数对各终端分配正交频分复用符号数，使各终端都分配到至少满足各自最小保证下行带宽数要求的带宽；在上行方向上，基站按照各终端的最小保证上行带宽数对各终端分配正交频分复用符号数，使各终端都分配到至少满足各自最小保证上行带宽数要求的带宽；
(a5)基站根据调制编码方式对终端在时序上进行排列，构建上行链路介质访问控制分配协议信息和下行链路介质访问控制分配协议信息。
4、根据权利要求3所述的遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于，所述步骤(a1)可进一步分为如下步骤：
(a11)基站根据当前总的带宽计算出正交频分复用符号的有效部分，再根据当前循环前缀得到正交频分复用符号总长度，并计算出基站当前帧的正交频分复用符号数；
(a12)在上行方向上，基站通过获取各终端当前所使用的上行突发配置文件的信息，计算出各终端当前的上行数据率；在下行方向上，基站通过获取各终端当前所使用的下行突发配置文件的信息，计算出各终端当前的下行数据率；
(a13)在上行方向上，基站根据各终端当前的上行数据率，收集当前各终端上行对应的连接所需带宽信息，并按照IEEE802.16标准预留竞争初始测距区域和竞争带宽请求区域；在下行方向上，基站根据各终端当前的下行数据率，收集当前各终端下行对应的连接所需带宽信息；
(a14)在上行方向上，基站计算出各终端当前所需上行带宽的正交频分复用符号数总和；在下行方向上，基站计算出各终端当前所需下行带宽的正交频分复用符号数总和；
(a15)在上行方向上，基站将各终端当前所需上行带宽的正交频分复用符号数总和相加，得到终端的总体最小保证上行带宽总数；在下行方向上，基站将各终端当前所需下行带宽的正交频分复用符号数总和相加，得到终端的总体最小保证下行带宽总数。
5、根据权利要求4所述的遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于：所述步骤(a3)中滑动窗口机制为以除广播区域外剩余后的正交频分复用符号数作为滑动窗口大小，以前次分配窗口的终点作为本次分配窗口的起点，对在窗口内的终端，按终端的最小保证带宽数依次分配正交频分复用符号数。
6、根据权利要求5所述的遵循IEEE802.16标准的宽带无线接入系统的带宽分配方法，其特征在于，所述步骤(a4)可进一步分为如下步骤：
(a41)在下行方向上，基站分别向各终端分配满足其最小保证下行带宽数所需的正交频分复用符号数；在上行方向上，基站分别向各终端分配满足其最小保证上行带宽数所需的正交频分复用符号数；
(a42)判断分配后所剩余的正交频分复用符号数是否大于仍有带宽需求的终端数，若大于，执行步骤(a43)，否则执行步骤(a45)；
(a43)基站向仍有带宽需求的终端分别再分配一个正交频分复用符号；
(a44)判断分配后是否还存在仍有带宽需求且没有达到该终端最大限制带宽的终端，若存在，则返回步骤(a42)，否则执行步骤(a46)；
(a45)基站对各仍有带宽需求的终端按照各自的带宽需求进行由大至小的排序，按照该由大至小的排序对各个仍有带宽需求的终端依次分配一个正交频分复用符号，直至分配完所剩余的正交频分复用符号数，然后执行步骤(a5)；
(a46)若满足了所有终端的带宽需求后仍然剩余正交频分复用符号数，那么按照IEEE802.16标准将剩余正交频分复用符号数全部填充。
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