CN102769914B - 一种基于无线网络中混合业务的公平调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无线网络中混合业务的公平调度方法，通过对无线网络系统的上行链路和下行链路进行统一调度、建立无线网络系统的资源管理机制、建立无线网络系统的业务带宽请求机制、计算无线网络系统的有效带宽等步骤，实现了无线网络中混合业务的高效传输。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及移动通信和最优化理论。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，当前的无线通信系统同时面临着用户数量迅速增加和用户对各种多媒体服务要求不断提高这两项重要挑战。为了应对这些挑战，无线网络系统必须在不断提高系统容量的基础上，保证不同用户获得满意的服务质量(Quality of Service，QoS)。
无线网络中混合业务的类型包括硬服务质量业务(Hard Quality of Serivce)、尽力而为(Best Effort)业务和软服务质量(Soft Quality of Serivce)业务。效用值是一种表征用户对其所请求业务的满意程度的量化数值。效用值与接收端用户的传输速率，或分配得到的带宽相关，现有混合业务的调度参考模型如图1所示。不同类型的业务的效用值与传输速率或带宽具有不同的关联形式，相同种类的业务也可能具有不同的效用参数。相比于传输速率和系统吞吐量，效用值更能够反映业务的特征和接收端的对该业务的满意程度。此外，一些实时业务或半实时业务，如互联网协议语音(VOP)业务、视频流业务和互联网协议电视(IPTV)业务等对时延和传输速率等QoS指标要求较高，因此在信道条件较差时，可能分配到的资源无法满足其QoS要求而产生分配中断。
到目前为止，人们对有线网络的分组调度问题的研究已渐进成熟。由于有线链路具有传输带宽恒定的特性，基于有线网络的分组调度算法能够在任意短的时间内为所有业务流提供明确的吞吐量和时延保证，从而使有线网络用户能够获得很好的QoS。然而，我们很难将针对有线网络设计的业务调度机制直接移植到无线网络环境当中，这是因为无线网络本身较之有线网络具有很多特殊性，因此，为提高无线网络的资源利用率，需设计高效的混合业务调度方法，典型的业务调度模型如图1所示。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决无线网络中的混合业务无法实现公平传输问题。
本发明为解决上述技术问题提供一种基于无线网络中混合业务的公平调度方法，其特征在于：
A、对无线网络系统的上行链路和下行链路进行统一调度；
B、建立无线网络系统的资源管理机制；
C、建立无线网络系统的业务带宽请求机制；
D、计算无线网络系统的有效带宽。
所述步骤A中，通过在无线网络中的接入点设置虚拟数据包，使用单个统一的调度器对虚拟数据包进行调度，当对虚拟数据包进行调度时，AP点通过产生相应的序列发出轮询指令，为上行链路的数据包争取传输机会，总的流程如图2所示。其中上行链路中产生的虚拟数据包通过特定的上行业务流模式获得，下行链路中产生的虚拟数据包通过使用图3中的内部调度器对下行链路中的实际数据包进行分类和排列获得，实际数据包和虚拟数据包通过内部调度器区分获得。实际的数据包在下行链路中被直接发送，而在上行链路中的虚拟数据包通过轮询信息和分配相应的TXOP信息被发送。
所述步骤B中，无线网络系统的资源管理机制的子步骤为：a. 选择高优先级用户的队列分组进入调度缓冲区，参与当前资源分配周期内的信道分配；b.进行业务测量信息获取用于估计带宽需求，用于重配置网络资源和设置满足业务要求的路由机制，并且为保证业务的QoS，需对混合业务中每一业务的QOS进行监测，并对相应的带宽需求进行分配，相应的业务调度模型如图4所示。
所述步骤C中，令业务流为ON-OFF模型，则相应的子步骤为：a.计算队列长度，在存在业务到达情况下的队列长度为 ，在不存在业务到达情况下的队列长度为；b.采用获得个到达业务流之间的估计时间间隔，其中为权重系数，为第个业务流到达估计时间的平均累积误差，为之前的历史记录可估计时间问隔，为第个业务发送带宽请求所需的时间间隔，为时刻t累计到达业务队列的数据量，：为时刻累计离开业务队列的数据量，为业务队列输出链路的最大传输速率；c. 采用估计数据平均到达速率，其中为权重系数，为第个业务到达的实际平均速率，为的估计误差，为第次的累计误差，为第个业务发送带宽请求的时刻。
所述步骤D中，使用规则进行等价带宽的计算，其中为与缓存大小相关的空间参数，为时间，为权重系数，，其中为发送端至目的端的集合，为虚拟带宽集合，为网络链路集合，为链路中使用子链路的集合，为链路的容量，为与发送端至目的端的连接p相连的子链路的有效估计带宽，如果p包含的路由，则，反之则为零，在链路上为子链路分配的链路容量，若子链路上的业务流属于发送端至目的端的集合，则，反之则为零，为有效估计带宽，为业务的平均到达速率，为缓存大小，为Hurst参数，为丢包率，为标准差。
本发明的有益效果为：提供一种基于无线网络中混合业务的公平调度方法，通过对无线网络系统的上行链路和下行链路进行统一调度、建立无线网络系统的资源管理机制、建立无线网络系统的业务带宽请求机制、计算无线网络系统的有效带宽等步骤，实现了无线网络中混合业务的高效传输。
附图说明
图1为现有混合业务的调度参考模型；
图2为总的流程示意图；
图3为内部调度器模型示意图；
图4为业务调度模型。
Claims (1)
1.一种基于无线网络中混合业务的公平调度方法，解决无线网络中的混合业务无法实现公平传输问题，包括如下步骤：
A、对无线网络系统的上行链路和下行链路进行统一调度，具体为：通过在无线网络中的接入点设置虚拟数据包，使用单个统一的内部调度器对虚拟数据包进行调度，当对虚拟数据包进行调度时，接入点通过产生相应的序列发出轮询指令，为上行链路的数据包争取传输机会，其中上行链路中产生的虚拟数据包通过特定的上行业务流模式获得，下行链路中产生的虚拟数据包通过使用内部调度器对下行链路中的实际数据包进行分类和排列获得，实际数据包和虚拟数据包通过内部调度器区分获得，实际的数据包在下行链路中被直接发送，而在上行链路中的虚拟数据包通过轮询信息和分配相应的TXOP信息被发送；
B、建立无线网络系统的资源管理机制，具体为：无线网络系统的资源管理机制的子步骤为：a.选择高优先级用户的队列分组进入调度缓冲区，参与当前资源分配周期内的信道分配；b.进行业务测量信息获取用于估计带宽需求，用于重配置网络资源和设置满足业务要求的路由机制，并且为保证业务的QoS，需对混合业务中每一业务的QoS进行监测，并对相应的带宽需求进行分配；
C、建立无线网络系统的业务带宽请求机制，具体为：令业务流为ON-OFF模型，则子步骤为：a.计算队列长度，在存在业务到达情况下的队列长度为LON(t)＝A(t)-D(t2i-2)-R·(t-t2i-1)，t∈(t2i-1，t2i)，在不存在业务到达情况下的队列长度为LON(t)＝A(t)-D(t2i-2)，t∈(t2i-2，t2i-1)；b.采用获得到达业务流之间的估计时间间隔，其中α∈[0，1]为权重系数，为第i-1个业务流到达估计时间的平均累积误差，T′i-1为Ti-1之前的历史记录可估计时间间隔，Ti-1为第i-1个业务发送带宽请求所需的时间间隔，A(t)为时刻t累计到达业务队列的数据量，D(t2i-2)为时刻t2i-2累计离开业务队列的数据量，R为业务队列输出链路的最大传输速率；C.采用估计数据平均到达速率，其中β∈[0，1]为权重系数，为第i-1个业务到达的实际平均速率，εi-1为的估计误差，为第i-1次的累计误差，λi-1为第i-1个业务发送带宽请求的时刻；
D、计算无线网络系统的有效带宽，具体为：使用规则 进行等价带宽的计算，其中s为与缓存大小相关的空间参数，t为时间，为权重系数， 其中P为发送端至目的端的集合，B为虚拟带宽集合，L为网络链路集合，wbl为链路l∈L中使用子链路b∈B的决策系数，CAPl为链路l∈L的容量，ebpb为与发送端至目的端的连接p相连的子链路b∈B的有效估计带宽，如果p包含b∈B的路由r∈Ppb，则apbrl＝1，反之则为零，cbl为在链路l∈L上为子链路b∈B分配的链路容量，若子链路b∈B上的业务流属于发送端至目的端的业务流集合，则xpbr＝1，反之则为零， 为有效估计带宽，m为业务的平均到达速率，K为缓存大小，H为Hurst参数，Ploss为丢包率，σ为标准差，R为业务队列输出链路的最大传输速率。
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