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一种分级WFQ的宽带无线接入系统QoS架构

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摘要：文章介绍了加权公平排队(WFQ)分组调度算法和IEEE 802.16的QoS架构 。在此基础上，文章结合分级WFQ分组调度算法和IEEE 802.16协议中所提供的控制机制提出了一种适合于BWA系统的QoS架构 。该架构充分利用IEEE 802.16提供的控制机制，结合分级WFQ公平队列调度算法，在主动授予业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)和尽力传输业务(BE)之间公平分配带宽，并保证各种业务的QoS特性，完成了在IEEE 802.16协议中留给用户自己定义的调度策略 。要害词：IEEE 802.16协议；宽带无线接入；加权公平排队；服务质量Abstract:The (WFQ) packet scheduling algorithm and the QoS architecture of IEEE 802.16 are introdUCed. Based on the control mechanism supported by the Hierarchical WFQ packet scheduling algorithm and IEEE 802.16 protocols, a QoS architecture for Broadband Wireless Access Systems (BWA) is proposed. This architecture can make better use of IEEE 802.16 control mechanism and realize fair bandwidth allocation among the Unsolicited grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), non-Real Time Polling Service (nrtPS) and Best Effort (BE) transmission service. It can also guarantee the QoS of various services, thus implementing the scheduling reserved by IEEE 802.16 for users to make specific definitions.Key Words:IEEE 802.16 protocol; broadband wireless access; weighted fair queueing (WFQ); QoS在不久的将来，宽带城域无线接入(BWA)系统将成为全球通信架构中的一个重要的组成部分 。随着无线数据服务越来越受欢迎以及用户多媒体业务需求的不断增长，人们提出了对不同层次的业务提供不同QoS服务的要求 。在所有需要被解决的技术问题中，分组调度是最重要的(调度算法提供了带宽控制、拥塞控制机制) 。在传统的有线网络中人们已经设计了许多性能优异的公平队列分组调度算法，如加权公平排队(WFQ) 。IEEE 802.16协议中定义了业务流的分类和带宽请求方法，但没有对具体的调度算法做出规定而是将其留给设备制造商来解决 。由于控制消息的统一性，因此采用不同调度算法的不同厂商的设备依然可以通用 。
1 WFQ分组调度算法
假设一个队列系统总的出口容量为C，F 是建立在这个链路上的流的集合，rf, (f∈F )为与每一个流的服务速率 。每一个业务f∈F 建立一个分组队列，到达的分组以先入先出(FIFO)的顺序加入到队列中，f 中的第i个到达分组的时间戳为t i，第i 个分组的长度为p i(计算单位为字节)，时间戳的计算公式为：
其中VF 为系统的参考虚时钟，它是由调度器所保存的变量，F 中所有的队列都公用一个VF，它是F 中传输最后一个分组的时间戳 。;;;;; 是队列f中的第i -1个分组的时间戳，该时间戳定义了分组被调度的先后顺序，WFQ调度器为每一个到达的分组计算一个时间戳，并以时间戳的顺序为服务的顺序 。虚时钟VF 是一个分段线性函数，它用数学表达式为：
其中B(t 1, t 2)是在时间(t 1, t 2)内有业务的业务流 。当调度器服务完一个分组后，选择各个队列中时间戳最小的分组来服务 。
2 IEEE 802.16的QoS架构
IEEE 802.16的具体内容参见文献[1] 。IEEE 802.16协议将业务分为4类：主动授予业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)和尽力传输业务(BE) 。
在文献[2]中，UGS业务被设计用来支持实时的、周期性的、固定包大小的业务流，例如IP语音(VoIP)业务 。在UGS业务中用户站(SS)禁止使用任何竞争请求机会，基站(BS)不提供任何单播请求机会给SS，也不答应使用捎带请求(PiggyBack) 。UGS业务主要的服务参数为：授予大小、授予间隔、授予抖动 。ti为第i个数据包被发送的时间 。要求：
t 0 i×授予间隔≤ti≤t 0 i×授予间隔 抖动 。

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