張青波

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學院 電子與信息工程學院，浙江 寧波 315012）

WiMAX系統(tǒng)一種改進的QoS架構(gòu)

張青波

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學院 電子與信息工程學院，浙江 寧波 315012）

針對WiMAX系統(tǒng)原有QoS機制的不足，提出一種改進的QoS架構(gòu)。改進的QoS架構(gòu)對業(yè)務(wù)分類模塊、接納控制模塊和SS上行調(diào)度模塊等系統(tǒng)尚未定義的部分進行了完善，詳細闡述了各功能模塊的作用和相互關(guān)系。改進的QoS架構(gòu)使系統(tǒng)更加智能化，可優(yōu)先滿足對時延有嚴格要求的業(yè)務(wù)連接，以滿足QoS要求，提高系統(tǒng)資源利用率。

WiMAX系統(tǒng)；QoS；業(yè)務(wù)分類；接納控制；上行調(diào)度

1 問題的提出

無線寬帶WiMAX （Worldwide Interoperability for Microwave Access）系統(tǒng)基于IEEE 802.16系列協(xié)議標準，經(jīng)過多年的發(fā)展，已成為無線寬帶接入技術(shù)的熱點。WiMAX系統(tǒng)支持主動授權(quán)UGS、實時輪詢rtps、非實時輪詢nrtps和盡力而為BE等多種業(yè)務(wù)，由于各種業(yè)務(wù)采用連接機制，因此其服務(wù)質(zhì)量QoS（Quality of Service）顯得尤為重要。在WiMAX系統(tǒng)現(xiàn)有QoS架構(gòu)中，QoS機制由 MAC（Media Access Control）層定義，包括業(yè)務(wù)連接時的速率、延時等指標參數(shù)。但是，對業(yè)務(wù)分類、接納控制和SS（Service Station）上行調(diào)度等，在系統(tǒng)中并沒有進行定義和闡述。為了滿足不同業(yè)務(wù)的QoS，保證業(yè)務(wù)間的公平性，同時提高系統(tǒng)的資源效率，本文提出了一種改進的QoS架構(gòu)。

2 WiMAX系統(tǒng)現(xiàn)有QoS架構(gòu)

WiMAX系統(tǒng)現(xiàn)有QoS架構(gòu)如下圖1所示：

圖1WiMAX系統(tǒng)現(xiàn)有QoS架構(gòu)

當從站SS（Service Station）端有新業(yè)務(wù)時，首先給基站BS（Base Station）端發(fā)送接入請求消息，BS端接納控制單元根據(jù)目前的系統(tǒng)資源決定是否接納新的業(yè)務(wù)，如接納該業(yè)務(wù)，則連接建立之后回傳消息給SS。接著SS端的業(yè)務(wù)分類單元把該業(yè)務(wù)分配到相應(yīng)等級隊列中，同時分配帶寬等相關(guān)的QoS參數(shù)。

WiMAX系統(tǒng)現(xiàn)有QoS架構(gòu)只簡單描述了SS與BS之間的業(yè)務(wù)處理過程，但對業(yè)務(wù)分類、接納控制和SS上行調(diào)度等未作詳細定義。

3 改進的QoS架構(gòu)

改進的QoS架構(gòu)對業(yè)務(wù)分類模塊、接納控制模塊和SS上行調(diào)度模塊等尚未定義的部分進行了完善，如下圖2所示：

圖2 改進的QoS架構(gòu)

3.1 業(yè)務(wù)分類模塊

業(yè)務(wù)分類即業(yè)務(wù)從SS到BS的連接映射過程，同時建立與該業(yè)務(wù)對應(yīng)的關(guān)聯(lián)。業(yè)務(wù)分類模塊由連接標識 CID（Connection Identifier）、分類優(yōu)先級別、和匹配標準（如IP地址）等組成。如果業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與匹配標準相匹配，則該業(yè)務(wù)被送到業(yè)務(wù)接入點SAP（Service Access Point），在 CID 上進行傳遞，否則業(yè)務(wù)在匯聚子層中被丟棄。業(yè)務(wù)從SS到BS的映射過程如圖3所示：

圖3 SS到BS的分類映射

3.2 接納控制模塊

接納控制模塊決定業(yè)務(wù)是否能被系統(tǒng)接納，假設(shè)業(yè)務(wù)所需帶寬大于系統(tǒng)剩余帶寬，則拒絕接入，否則允許進入。接納控制方程如下式所示：

式中，BT為系統(tǒng)總帶寬為系統(tǒng)目前已使用帶寬，Bi為第i個業(yè)務(wù)所占帶寬，Bn+1為新請求業(yè)務(wù)所需帶寬。如式1成立，則新請求業(yè)務(wù)允許接入，否則拒絕進入。

若接納控制模塊允許新業(yè)務(wù)接入，同時該業(yè)務(wù)為UGS或rtPS，利用帶寬保留記錄表記錄業(yè)務(wù)所需帶寬，使系統(tǒng)保留該業(yè)務(wù)的特性：業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)參數(shù)、帶寬保留方法與時間間隔等，記錄結(jié)果送給BS端調(diào)度器，以實時維護業(yè)務(wù)。帶寬保留記錄流程如圖4所示。

圖4 帶寬保留記錄流程

3.3 SS上行調(diào)度模塊

業(yè)務(wù)連接建立后，SS上行調(diào)度模塊判斷BS給予的帶寬是否滿足數(shù)據(jù)傳輸條件。假設(shè)SS目前所有業(yè)務(wù)請求的總帶寬小余BS給予的帶寬，則給SS中各業(yè)務(wù)按需分配帶寬，同時按照約定時間向BS上行傳送數(shù)據(jù)；若SS目前所有業(yè)務(wù)請求的總帶寬大余BS給予的帶寬，那么SS告知BS的請求產(chǎn)生器，直到條件滿足時給業(yè)務(wù)分配帶寬和傳輸數(shù)據(jù)。調(diào)度流程如圖5所示。

圖5 SS上行調(diào)度流程

4 結(jié)束語

本文基于WiMAX系統(tǒng)原有QoS架構(gòu)，提出一種改進的QoS架構(gòu)。改進的QoS架構(gòu)完善了業(yè)務(wù)分類、接納控制和等模塊，詳細定義了架構(gòu)中各功能模塊的作用，闡述了各模塊之間的相互關(guān)系，彌補了原有QoS架構(gòu)的不足，使系統(tǒng)更加智能化，可優(yōu)先滿足對時延有嚴格要求的業(yè)務(wù)連接，以滿足QoS要求，提高了系統(tǒng)資源利用率。

[1]TRABOULSI S， ZHANG W L， SZCZESNY D， et al. An energy-efficient hardware accelerator for robustheader compression in LTE-advanced terminals[C].22th International Conference on Field Programmable Logic and Applications， 2012： 691-694.

[2]GRINGOLIF， ESTEA， SALGARELLIL.MTCLASS：Traffic classification on high-speed links with commodity hardware [C].IEEE InternationalConference on Communications，2012：1177-1182.

[3]GUPTA P，MCKEOWN N.Classification using hierarchical intelligent cuttings [J]. IEEE，Microwave， 2010，20（1）：34–41.

[4]TSAI， HAN T H， PAN Y N.high efficiency architecture design of real-time QFHD for H.264/AVC fast block motion estimation[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology， 2011，21（11）： 1646-1658.

[5]ICART I， ISABELLE V.Optimizationsfor efficient and transparent use of IP applications overHF links [C].12th IET International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques， 2012： 1-5.

【責任編輯：熊榮生】

An improved QoS architecture for WiMAX system

ZHANG Qing-bo

（Zhejiang Business Technology Institute，Ningbo 315012，China）

Aiming at the shortcomings of the original QoS mechanism in WiMAX system， this paper puts forward an improved QoS architecture.The improved QoS architecture perfects the business classification module，admission control module and the SS uplink scheduling module，which are not defined in original QoS mechanism.The role and relationship between the various functional modules are elaborated in detail.The improved QoS architecture makes the system more intelligent，can preferentially meet business connection that has strict requirements of delay，meet the requirements of QoS，and improves the utilization of system resource.

WiMAX system；QoS； business classification；admission control；uplink scheduling

TN915

A

1671-9565（2015）01-089-03

2015-01-25

張青波（1973-），男，浙江寧波人，浙江工商職業(yè)技術(shù)學院電子與信息工程學院副教授，博士，主要從事無線通信與嵌入式系統(tǒng)方面研究。