WiMax技术及其Qos调度算法的研究

admin管理员组

文章数量:1532698

2024年5月27日发(作者：)

２　ＷｉＭａ）（的ＱｏＳ机制　

ｗｉＭａ）【提供ＱｏＳ的基本机制是将通过ＭＡＣ接口发送的包　

与传输ＣＩＤ标识的业务流相关联，使得该数据包获得该服务流　

的ＱｏＳ支持。一个业务流是数据包的单向流，具有特定的ＱｏＳ。　

移动站（ＭＳ）和基站（ＢＳ）根据为业务流定义的ＱｏＳ参数集合来　

提供ＱｏＳ服务。　

ＷｉＭａｘ的ＭＡＣ层ＱｏＳ主要有三方面的作用［５１。首先，它通　

过最初的服务流创建并对服务流的ＱｏＳ参数进行配置。第二，　

是对服务流的动态管理，包括动态业务流增加（ＤｓＡ）、动态业务　

流删除（ＤＳＤ）和动态业务流修改（ＤＳＣ）。第三，在通信过程中对　

ＭＡＣ的数据包进行分类，并依据服务流的类别区分优先级调　

度，实现了将ＱｏＳ机制内置于ｗｉＭａｘ　ＭＡＣ层协议内部。　

ＩＥＥＥ８０２．１６定义了五种ＱｏＳ服务类型：主动授权业务　

（ＵＧＳ）、实时轮询业务（ａＳ）、加强实时轮询业务（ｅｎＰＳ）、非实时　

轮询业务（ｎｎＰＳ）、尽力服务业务（ＢＥ　ｏ这些业务调度业务都有　

自己ＱｏＳ参数，在表２中对它们进行了比较。ＵＧＳ用于传输固　

定速率的实时业务，如Ｔ１／Ｅ１以及没有静默压缩的ＶｏＩＰ等，Ｂｓ　

周期性地为其提供固定长度的带宽授权。它的ＱｏＳ要求最高，　

包括最大允许速率、最大时延、抖动等。ｒｔＰＳ用于支持可变速率　

实时业务，是为满足动态变化的业务需求而设计。Ｂｓ为它提供　

周期性的单播轮询请求机会，让用户站（ｓｓ）提出带宽请求，然后　

Ｂｓ进行带宽的授权。它的主要ＱｏＳ参数为最小保证速率、最大　

允许速率、最大时延等。ｅｒｔＰＳ是ＵＧＳ和ｒｔＰＳ的折衷，通过主动　

授权的方式提供带宽授权，但是ｅｒｔＰＳ与ＵＧＳ相比，前者长度是　

可变的，后者是固定的。它的ＱｏＳ参数与ｒｔＰＳ相同。ｎｎＰＳ支持　

变长分组的非实时业务，如ＦｒＰ，Ｂｓ提供周期较长的单播请求　

机会，也可以使用竞争请求机会，ＱｏＳ参数主要包括最小保证速　

率、最大允许速率。ＢＥ支持尽力而为业务，如Ｅ—ｍａｉｌ，没有最小　

速率和时延要求。物种业务的优先级从高到低依次为　

ＵＧＳ＞ｅｒｔＰＳ＞ｎＰＳ＞ｎｎＩ　＞ＢＥ　

表２　ＷｉＭａｘ的ＱｏＳ调度业务使用比较　

调度　

业务　业务特性　保证机制　缺点　

类型　

ＵＧＳ　固定速率实对数据业　Ｂｓ周期性提供固定大小的数　带宽可能没有完垒利用　

据授权突发　

扩展的可变速率实时业　Ｂｓ有规律的为ｓｓ提供发送带　需要使用轮询机制（应对时延　

ｅｒｒ　务　宽请求的传输机会　疑汪）和通知Ｂｓ传输开始的　

机制　

ｒｔＰＳ　可变速率实时业务　

Ｂｓ有规律的为ｓ

宽请求的传输机会　

ｓ提供发送带　需要消耗带宽请求萃

延（应对时延保证）

乜轮询时　

非周期、变长分组的非　Ｂｓ使用单播或者竞争的方法　

ｎｒｔＰＳ　实时数据流　为ｓｓ提供发送带宽请求的传　Ｎ／Ａ　

输机会　

ｌＢＥ　非延抖实时动无要任求业何的务速分　辜组和数时据　Ｂｓ允许棒ｓ输ｓ使请用求任的何机方会法　获得　没有服务长保期证建；立有不些了连　接可能　

３　ＷｉＭａ）（的调度算法　

提高资源利用率和保证用户的ＱｏＳ两个问题往往是相互制　

约的。因为对于像语音业务、视频业务这样实时性要求较高的业　

务，常常要求网络为其预留一定的资源以使其严格的时延及时　

延抖动的要求得到保证，但是资源预留可能会降低无线资源的　

利用率。所以要在保证用户ＱｏＳ要求的同时，合理分配资源，努　

力提高无线资源的利用率。因此人们通过大量的研究和探索提　

出了多种调度算法。本文将在这一小节介绍一些典型的调度算　

法。　

首先介绍一下调度器的结构。图２展示了三个独立的调度　

过程，其中有两个在Ｂｓ上，一个负责上行链路，一个负责下行　

链路；另一个在ＭＳ上负责上行链路。在Ｂｓ上，从上层来的包被　

放入到不同的队列中，理想的应该是放入每个用ＣＩＤ标识的队　

技经济市场　

列，这样是为了避免行头（ＨＯＬ）阻塞。然而，可以优化队列和减　

少需求队列数。接下来，基于ＱｏＳ参数和一些额外的信息，如信　

道状态情况等，ＤＬ—ＢＳ调度器决定哪一个队列提供服务和决定　

有多少个服务数据单元应该被传送给ＭＳ。　

・Ｐ　——　’　’　“　

ｌ　Ｂ４ｇｅ　ａｔｉｏｎ　Ｉ　ｌ　ｓｕｂｓ，￣＇ｉｂｅｒ　ｓ妇ｌ；∞ｌ　

图２在ＢＳ和ＭＳ上的调度器组件　

目前ＷｉＭａｘ的调度技术可以分为两种类型，信道未知调度　

和信道已知调度。基本上，信道未知调度器在做调度决策时不使　

用任何信道状态信息。然而在实际的无线环境中会有很多干扰　

因素的存在，所以信道已知是很重要的。在设计调度器时要考虑　

到信道的状态才能最佳且高效地作出资源分配决策。下面对其　

中三个典型的算法进行介绍。　

３．１轮询（ＲＲ）算法　

除了ＦＩＦＯ之外，轮询分配是最简单的调度算法之一。它按　

照固定的顺序轮询其他用户站，进行带宽调度。被调度选中的进　

程进行玩了系统分配的时间片后，系统就会发生调度，如果该进　

程还未完成要求的任务，则调度程序暂时停止该进程的执行，将　

它排到就绪队列的末尾，等待下一次调度。同时，调度程序会调　

度当前就绪队列中的下一个进程。这样就可以保证就绪队列中　

的所有进程在给定的时间均能得到执行。它的有点就在于它的　

简单，它的复杂度是Ｏ（１　ｏ由于ＲＲ不能为不同的服务类型确　

保ＱｏＳ，所以又提出了一种带权值的ＲＲ，即ＷＲＲ。之后又提出　

了ＤＲＲ（Ｄｅｆｉｃｉｔ　Ｒｏｕｎｄ　Ｒｂｉｎ）和ＤｗＲＲ（Ｄｅｆｉｃｉｔ　Ｗｅｉｇｈｔｅｄ　Ｒｏｕｎｄ　

Ｒｂｉｎ）用于可变长度的分组ｊ　

３．２　ＷＦＱ算法　

ＷＦＱ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ　Ｆａｉｒ　Ｑｕｅｕｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）算法的基本思想是　

给高等级业务分配的带宽和缓冲区相对与其在长时间段内的平　

均报文到达率比低等级业务的多，以保证在长时间性能上，高等　

级业务获得的服务质量优于低等级业务。ＷＦＱ与轮询算法的不　

同之处在于可以为每个类确定一个权值，不同的权值标志着该　

类将得到不同的服务。但是ＷＦＱ的缺点是有些复杂，它的复杂　

度是０（ｎ）ｎ是队列数）。为了保持时延约束和应对最坏情况下　

的公平性，在ＷＦＱ上又做了改进，提出了ＷＦ　Ｑ（Ｗｏｒｓｔ—ｃａｓｅ　ｆａｉｒ　

Ｗｅｉｇｈｔｅｄ　Ｆａｉｒ　Ｑｕｅｕｉｎｇ）。　

３．３比例公平算法　

比例公平算法将当前信道质量和以往系统提供给业务流的　

平均吞吐量的比值做为优先级参数，它权衡了各服务流吞吐量　

和系统吞吐量的关系，对业务流之间的公平性提供了一些保　

证［５１，在比例公平分组调度算法中，每个用户被分配一个相应的　

优先级；任意时刻，小区中优先级最大的用户接收服务。该算法　

的调度准则【５Ｊ女口下式：　

ｋ：ａｒｇｍａｘ　『（，）　

。　（，）　（１）　，　

２０１０年第１期　

经济市场　

其中　（ｔ）为当前可提供的给用户　的最大传输速率，而　

参考文献：　

Ａ　）为用户ｉ在时刻ｔ之前的平均传输速率。它的更新按下式　

Ｉ　１　ＪＩＥＥＥ８０２　１６　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ．ＩＥＥＥ　８０２．１６－２００４　ＩＥＥＥ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　

ｌｏｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ—Ｐａｒｔ　１６：Ａｉｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　ｆｉｘｅｄ　

更　（『）＝（１一　）　（，一１）＋ａ２￣（ｔ一１）　（２）　

ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｃｃｅｓｓ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｓ１．Ｎｅｗ　ＹＯｒｋ：ＩＥＥＥ，２００４．　

其中Ａ　一１）表示实际的传输速率，　是滤波器过滤因子，　

　１２　ＩＥＥＥ８０２．１６　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ．１ＥＥＥ　８０２　１６ｅ－２００５　ＩＥＥＥ　ｓｔａｎｄａｒｄ　

用来表示当前时刻的传输速率和以前的平均请求传输速率的比　

ｏｆｒ　１ＯＣａｌ　ａｎｄ　ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ－Ｐａｒｔ　１６：Ａｉｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　ｆｉｘｅｄ　

重大小。用户的请求传输速率是根据用户的当前需要的传输数　

ａｎｄ　ｍｏｂｉｌｅ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｃｃｅｓｓ　ｓｙｓｔｅｍｓ『Ｓ１．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＩＥＥＥ，　

据大小来决定的。式（２）没有考虑到信道的长期特性，考虑到这　

２００６．　

　１３　ｌＩＥＥＥ　Ｐ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ２．“ＤＲＡＦＴ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　Ｌｏｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｔｒｏｐｏ－　

一

点，可以把当前支持的传输速率和以前的传输速率结合起来，　

ｉｔｔａｎ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，’’Ｐａｒｔ　１６：Ａｉｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　

就有了下面的式子【５］：　

Ａｃｅｅｓｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｄｅｃ．２００７，２０９４　ＰＰ．　

七：ａｒｇｍａｘ丝　丝　

１４　ＪｗｉＭＡｘ　Ｆｏｒｕｍ．“ｗｉＭ＾ｘ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　Ｖ２　

（　）　（３）　

１”ｊｕｌ　２００８，２３０　ＰＰ．Ａｖａｉｌａｂｌｅ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｉｍａｘｆｏｍｍ．ｏｒｇ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／　

其中，　（ｆ）＝（１一　），，　（，一１）＋　（ｆ），／３也为一个过滤因子，　

ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／．　

０＜ＪＢ＜１。从以上的式子可以看出，比例公平分组调度算法首先　

［５］彭木根，王文博等．下一代宽带无线通信系统ＯＦＤＭ＆ＷｉＭＡＸ［Ｍ］．　

尽量满足用户的公平性，同时让具有高传输速率的用户分配资　

机械工业出版社．２００７（１）．　

１　６　ＪＺｕｋａｎｇ　Ｓｈｅｎ，Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｇ　Ａｎｄｒｅｗｓ，Ｂｒｉａｎ　Ｌ　Ｅｖａｎｓ．Ａｄａｐｔｉｖｅ　

源时具有高优先级嘲。　

Ｒｅｓｏｕｎｃｅ　Ａ１ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｍｕｈｉｕｓｅｒ　ＯＦＤＭ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　

４总结　

Ｆａｉｍｅｓｓ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ．２００５，　ｌ１（４）：　

本文介绍了ＷｉＭａｘ的一些技术知识，重点研究了ＷｉＭａｘ的　

２７２６～２７３７．　

ＱｏＳ机制及调度算法。一个良好的无线调度算法应该有效利用　

１　７］Ｃｈａｋｃｈａｉ　Ｓｏ—Ｉｎ，Ｓｔｕｄｅｎｔ　Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｒａｊ　Ｊａｉｎ，Ｆｅｌｌｏｗ，ＩＥＥＥ，　

ａｎｄ　Ａｂｄｅｌ－Ｋａｒｉｍ　Ｔａｍｉｍｉ，ＳｔｕｄｅｎｔＭｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ．Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｉｎ　ＩＥＥＥ　

链路，有时延约束，公平性好，吞吐量大，执行复杂度低且节能，　

８０２．１６ｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｗｉ　＾Ｘ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｋｅｙ　Ｉｓｓｕｅｓ　ａｎｄ　ａ　Ｓｕｒｖｅｙ．ＩＥＥＥ　

有很好的服务退化功能，独立于业务，时延带宽退耦，有很好的　

１０ＵＲＮＡＬ　ｏＮ　ＳＥＬＥＣＴＥＤ　ＡＲＥＡＳ　ＩＮ　ＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ．　

可度量性。希望本文研究的内容，对ＷｉＭａｘ调度算法设计者有　

Ｖ０　Ｌ．２７．Ｎｏ．２．ＦＥＢｔＬＵＡＲＹ　２００９．　

一

定的指导作用。　

（上接第１０页）　

３系统的软件流程图　

收发器、解码器和４８０Ｋ字节的ＥＥＰＲＯＭ。ＩＳＤ２５６０内部　

ＥＥＰＲＯＭ存储单元均匀分为６００行，有６００个地址单元，每个地　

址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辩率为ｌＯＯＭＳ。　

ＩＳＤ２５６０可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。　

２．３．４显示及报警电路原理　

当脉搏传感器ＨＫ一２０００Ｃ采集的脉搏心率后，通过　

ＡＴ８９Ｃ５１微处理电路将所采集的次数通过ＣＤ４５１　１编译码后驱　

动ＬＥＤ数码管，把所检测的脉搏次数显示出来，若测量的次数　

超过或低于设定的上限值和下限值，那由ＡＴ８９Ｃ５１微处理电路　

的Ｐ３．０和Ｐ３．１送出信号到报警电路，使报警电路发出报警信　

号。　

２．３．５整机电源电路　

整机的电源提供电路如图３所示，２２０Ｖ的交流电需经变压　

器降压、桥式整流、电容滤波后由三端稳压集成块７８１２、７８０５、　

７９０５构成的稳压电路分别得到＋１２Ｖ、＋５Ｖ、一５Ｖ电压。给整个　

图４脉搏测量仪的软件流程图　

电路供电。　

４结束语　

本文以单片机为核心设计了一种简易的脉搏测量仪，具体　

操作方便，测量直观、体积小等优点。人的脉搏次数与人的身体　

机能好坏是密切相关的，脉搏测量仪是一种能够通过测量人的　

脉搏次数，由测量次数来自己判别自身的人体心血管系统的一　

些生理病理的血流征，从而给予自己警示作用，使人们懂得应该　

加强身体锻炼或注意自我的生活规律，所以具有较强的实用价　

值。　

参考文献：　

…全国大学生电子设计竞赛组委会．第五届全国大学生电子设计竞获奖　

作品选编．北京：北京理工大学出版社，２００３（ｇ　１版）．　

［２１－￣－港元．电工电子实践指导．南昌：江西科学技术出版社，２００５　

图３整机电源提供电路　

【３Ｊ谢自美．电子线路设计・实验・测试．武汉：华中科技大学出版社，２０００．　

【４］胡汉才．单片机原理及系统设计．北京：清华大学出版社，２００１．　

２０１０年第１期　

ｏ　

本文标签： 调度业务算法服务电路