（通信与信息系统专业论文）80216中对多媒体业务qos保证策略的设计与仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 无线通信是当前发展的热点，宽带无线接入技术作为下一代通信中最具发 展潜力的技术之一，备受业界的关注。为了满足未来宽带无线接入的要求，m e e 标准化组织提出了i e e e8 0 2 1 6 ( 以下简称8 0 2 1 6 ) 系列标准，该标准定义了宽 带无线接入空中接口的物理层和m a c ( m e d i a a c c e s s c o n t r 0 1 ) 层规范。 随着无线通信技术的发展，各种新的业务相继出现，这些业务在带宽、延 迟等方面的要求互不相同。无线城域网技术作为有竞争力的下一代无线网络技 术，已经把对多种业务提供q o s ( o u a u t yo f s e r v i c e ) 支持的问题提上了日程。但 由于无线信道带宽有限，往往很难做到同时满足不同业务的q o s 要求。而实现 q o s 保障的关键之一就在于m a c 的带宽调度，能否采用一种有效的m a c 带宽 调度架构是十分重要的。针对这一问题，8 0 2 1 6 协议最突出的特点就是在m a c 层提供了灵活的q o s 机制，可以为用户提供多种业务类型。但在8 0 2 1 6 协议中 没有对具体的调度算法做出规定，因此研究m a c 层的带宽调度是一个很有意 义的课题。基于这一点，论文主要对8 0 2 1 6m a c 层协议进行分析并研究其带 宽分配和调度算法。 论文首先介绍了8 0 2 1 6 协议族的产生背景、发展历程、技术特点和组网应 用。然后，重点阐述了8 0 2 1 6 d 的m a c 层协议。接下来分析了8 0 2 1 6 标准的 q o s 机制、所支持的业务类型和带宽分配机制，并在一种已有的带宽分配策略 的基础之上对其进行改进，提出了一种新的带宽分配策略，可以在业务之间动 态、公平地分配带宽从而提高了系统带宽的利用率，并保证各种业务的o o s 特 性，以完成标准中留给开发者自己定义的调度功能。然后讨论了无线两络中常 见的几种调度算法，比较分析了各种业务流的调度策略，并将已有的无线分组 调度算法应用到8 0 2 1 6 的m a c 层带宽调度中，研究并改进了一种有效的8 0 2 1 6 m a c 层带宽调度架构，该调度架构能对协议中定义的各种类型的业务提供q o s 保障。 关键词：8 0 2 1 6 ；0 0 s ；调度；带宽分配 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni st h eh o t t e s tw i r e l e s sn e t w o r k i n gt e c h n o l o g i e s a so n e o ft h em o s tp r o m i s i n gt e c h n o l o g yi nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k , t h eb r o a d b a n d w i r e l e s sa c c e s s ( b w a ) s y s t e mh a se v e nd r a w nm u c ha t t e n t i o n f o rt h es a k eo f s a t i s f y i n gt h er e q u i r e m e n to ft h ef u t u r e b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ，t h ei e e e s t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o nh a sb r o u g h tf o r w a r dt h es e r i e so fi e e e8 0 2 1 6s t a n d a r d s t h e s es t a n d a r d sd e 丘n et h ec r i t 舡 i o no fp h yl a y e ra n dm a cl a y e ro fb r o a d b a n d w i r e l e s sa c c e s sa i ri m e r f a c e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , a l lk i n d so fn e w s e r v i c e sa p p e a ro n ea f t e ra n o t h e r a sac o m p e t i t i v et e c h n o l o g yo ft h en e x tg e n e r a t i o n o fw i r e l e s sn e t w o 咄w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ( w m a n ) h a st a k e nt h e p r o b l e mo fp r o v i d i n g0 0 sg u a r a n t e e st od i f f e r e n ta p p l i c a t i o n si n t oc o n s i d e r a t i o n b u td u et ot h el i m i t e db a n d w i d t h i ti sd i 伍c u l tt os a t i s f yt h eo o sr e q u i r e m e n t so f d i f f e r e n ts e r v i c e ss i m u l t a n e o u s l y h o w e v e r , b a n d w i d t hs c h e d u l i n gi nm a cl a y e ri s o n eo ft h ei m p o r t a n tp a r t si ni m p l e m e n t i n go o sg u a r a n t e e ，s ow h e t h e ra ne f f i c i e n t m a cb a n d w i d t hs c h e d u l i n ga r c h i t e c t u r ec a nb eu s e di sv e r yi m p o r t a n t a i m i n ga tt h e p r o b l e m ，af l e x i b l eq o sm e c h a n i s mi sp r o v i d e di nt h em a cl a y e ro ft h ei e e e 8 0 2 1 6s t a n d a r d s ，a n di ts u p p o r t s m u l t i p l ek i n d so fs e r v i c e sf o ru s e r s b u tt h e s c h e d u l i n ga l g o r i t h mh a s n tb e e ng i v e ni nt h ei e e e8 0 2 1 6s t a n d a r d s ，s oi t s a m e a n i n g f u lt o p i ct or e s e a r c h t h em a cb a n d w i d t hs c h e d u l i n g b a s e dt ot h i s ，t h e p a p e rm a i n l yd i s c u s s e st h em a cp r o t o c o la n da n a l y z e sm a cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n a n ds c h e d u l i n ga r c h i t e c t u r e i nt h ep a p e r , t h eb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n tp r o g r e s so fi e e e8 0 2 1 6 s t a n d a r d sa r ei n t r o d u c e d ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c s ，a p p l i c a t i o n sa n dn e t w o r ks t r u c t u r e o f8 0 2 1 6a r ee l a b o r a t e d n e8 0 2 1 6 dm a c p r o t o c o li sd i s c u s s e de m p h a t i c a l l y t h e n t h eq o sm e c h a n i s m 。t h es u p p o r t e ds e r v i c et y p e sa n dt h em e c h a n i s mo fb a n d w i d t h a l l o c a t i o no f8 0 2 1 6s t a n d a r da r ea n a l y z e d b a s e d0 1 1ak i n do fa l r e a d ye x i s t e d b a n d 州d t ha l l o c a t i o np o l i c y , an e wk i n d o fb a n d w i d t ha l l o c a t i o np o l i c yi su s e d ，a n di t c a na l l o c a t eb a n d w i d t hd y n a m i c a l l ya n d f a i r l ya m o n ga l l k i n d so fs e r v i c e st o i m p r o v et h eu t i l i z a t i o no fs y s t e mb a n d w i d t h a n da s s u r et h e0 0 sc h a r a c t e r i s t i c so fa l l k i n d so fs e r v i c e st oc o m p l e t et h es c h e d u l i n gf u n c t i o n1 e f tb yt h es t a n d a r d s v a r i o u s 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 g e n e r i cs c h e d u l i n ga l g o r i t h m sw h i c ha r cu s e di nw i r e l e s sn e t w o r ka t ei n t r o d u c e d t h i st h e s i sa l s oa n a l y z e st h es c h e d u l i n gs t r a t e g yo fa l lt y p e so fs e r v i c ef l o wa n d a p p l i e st h e w i r e l e s sp a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m sw h i c hh a sa l r e a d ye x i s t e dt o 8 0 2 1 6m a cb a n d w i d t hs c h e d u l i n ga r c h i t e c t u r e a n dt h e nw ep r o p o s eak i n do f e c i c i e n t 姒cb a n d w i d t hs c h e d u l i n ga r c h i t e c t u r e 1 1 1 i sm a cb a n d w i d t hs c h e d u l i n g a r c h i t e c t u r ec a np r o v i d eo o sg u a r a n t e ef o ra l lt y p e so fs e r v i c ef l o w s k e yw o r d s ：8 0 2 1 6 ；q o s ；s c h e d u l i n g ；b a n d w i d t ha l l o c a t i o n ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代，宽带无线接入( b r o a 曲a n dw i r e l e s sa c c e s s ，b w a 技术迅 速发展起来，但由于没有全球性的统一标准，相关市场一直没有繁荣扩大。无 线城域网( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k s , w m a n ) 的推出是为了满足日 益增长的宽带无线接入市场需求。虽然多年来，一直用于b w a 的无线局域网 8 0 2 1 1 技术获得了很大的成功。但是其在总体设计上并不能很好地适用子室外 b w a 应用。当其用于室外时，在带宽和用户数方面受到很大限制，同时还存在 着通信距离等一些其他问题。基于这种情况，电气和电子工程师协会( 删巳e ) 决定为b w a 和“最后一公里”接入需求量身定制一种新的全球标准，同时解决物 理层环境( 室外射频传输) 和o o s 两方面的问题，以满足市场的需要【2 】。 1 9 9 9 年，i e e e 8 0 2 局域网( l o c a l a r e a n e t w o r k , l a n ) 城域网( m e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k , m a n ) 成立了i e e e8 0 2 1 6 ( 以下简称8 0 2 1 6 ) 工作组来专门研 究宽带无线接入标准，主要任务是制定本地多点分配业务( l o c a lm u l t i p o i n t d i s t r i b u t es e r v i c e ，u d d s ) 的网络无线传输标准，建立一个全球统一的宽带无线 接入标准，解决“最后一公里”的宽带无线城域网的接入问题。 到2 0 0 5 年上半年为止，8 0 2 。1 6 小组相继发布了以8 0 2 1 6 d 和8 0 2 1 6 e 为核 心的系列相关协议。这些协议与目前已经获得广泛使用的应用于家庭互联的 8 0 2 1 5 ，以及应用于无线局域网的8 0 2 1 1 等协议，形成了不同层次上的互补， 填补了i e e e 在无线接入标准上的空白。 与此间时，为了促进标准的发展完善和市场推广，由世界知名通信企业联 合发起了世界微波接入互操作性( w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s 。 w i m a x ) 论坛，在全球范围内推广8 0 2 1 6 协议。w i m a x 是一项基于8 0 2 1 6 标准的宽带无线接入城域网技术。w i m a x 亦常被称为瑶e ew i r e l e s sm a n ( m e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k ) ，其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多 厂商环境下，可有效地互操作的宽带无线接入手段。2 1 6 和w i m a x 的出现 大大地推动了宽带无线接入技术在全球的发展。技术的不断成熟以及w i m a x 论坛的发展壮大，强烈地刺激了宽带无线接入市场，为全球宽带无线接入系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 开启了一个热火朝天的发展契机【3 】。 随着无线通信技术的发展，各种新的业务相继出现，这些业务在带宽、延 迟等方面的要求互不相同。无线城域网技术作为有竞争力的下一代无线网络技 术，已经把对多种业务提供q o s 支持的问题提上了日程。在8 0 2 1 6 标准中， m a c 层定义了较为完整的q o s 机制，针对每个连接可以分别设置不同的o o s 参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还 定义了四种不同的业务，分别为：主动授权业务( u n s o l i c i t e dc - r a n ts e r v i c e ，u g s ) 、 实时轮询业务( r e 1 - t i m ep o l l i n gs e r v i c e ，r t p s ) 、非实时轮询业务( n o n - r e a l t i m e p o l l i n gs 既w i c e ，n r t p s ) 、尽力而为业务( b e s te f f o r ts e r v i c e 。b e ) 。8 0 2 1 6 可以根据 业务的需要提供实时、非实时的不同速率要求的数据传输服务。8 0 2 1 6 目前主 要面向提供宽带数据业务，也可以提供话音业务。8 0 2 1 6 系统的o o s 机制可以 根据业务的实际需要来动态分配带宽，具有较大的灵活性。因此从以上的分析 可以看出，8 0 2 。1 6 可以在无线接入网部分为不同业务提供不同质量的服务。 8 0 2 1 6 的m a c 层协议对q 0 s 服务流和参数配置信令体系、基于q o s 的调度服 务类别和相应的带宽请求，分配信令等进行了定义。但却把接入控制、q o s 参数 映射、流量调节、分组调度算法等一系列重要的问题留待开发者来解决。 1 2 相关技术研究现状 在本论文中，我们重点研究和分析的是m a c 层的分组调度问题。调度要 解决的主要问题就是当现有的资源有多个用户来竞争时，以一种怎样的规则来 安排合适的服务顺序。分组调度就是根据一定的规则对队列中要发送的分组安 排合适的发送次序，从而使所有业务流能够有效公平地共享链路带宽资源1 4 1 1 5 1 。 1 2 1 现有常用排队机制 1 加权公平队列( w e i g h t e df a i rq u e u i n g ，w f q ) w f q 将分组按照不同的业务流、不同o o s 要求，自动按照散列算法，划分 成不同的队列，在保证高优先级业务的同时，按照配置权重，将带宽公平地分 给低优先级别的业务。w f q 的优点是对所有应用都能比较公平地提供服务质 量，对于要求较高的业务可以通过设置权重保障优先级，能智能划分队列和调 度，配置相对简单：缺点是由于相对公平，对于q o s 要求极高的应用，不能像 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 p q 那样绝对保证，策略计算，比较消耗处理能力。它适用于应用较复杂。并且 应用相对公平的网络，如i n t e m e t 6 。 2 先入先出队列( f i r s ti nf i r s to u t ，f i f o ) 在正常业务流条件下，f 摩0 规则可以提供可接受的分组丢失，时延性能要 求。但是，在拥塞和突发的情况下，情况就不同，必须采用更合理的分组调度 规则，使高优先级的分组比低优先级的分组先发送，并且当缓冲器装满时，先 丢弃低优先级的分组，对同一优先级的分组也要公平调度。 3 优先级队列( p r i o r i t yq u e u i n g ，p q ) 优先级队列共4 个优先级：h i g h 、m e d i u m 、n o r m a l 、i o w 。根据协议类型、 分组大小、q o s 要求等，划分不同优先级队列，当高优先级队列中有分组时， 低优先级队列得不到调度。所以优先级队列适用于应用简单，对某些应用服务 要求很高，而其他业务相对不高的应用。它的优势是配置简单，绝对保证高优 先级应用的带宽；缺点是不能保证离优先级外的服务得到合理带宽，从而不能 公平地保证应用的服务质量 4 1 。 4 用户定制队列( c u s t o mq u e u i n g ，c q ) 根据用户预先的定义，最多可配置1 6 个定制队列，加上1 个系统队列，共 1 7 个队列。用户可根据协议类型、分组大小、q o s 要求，配置各种队列并分配 相应的带宽，各队列按照预先设定的带宽调度发送。c q 的优点是保证各种应用 能分配到一定的带宽，适于应用相对简单的场合，并且调度算法相对简单；缺 点是配置相对复杂，并且网络管理员必须事先知道该网络的详细应用，对管理 员要求较高，对于复杂应用网络，1 6 个优先级似乎不够 s l 。 1 2 2 现有几种常用无线调度算法 调度算法是在分组的级别上给出带宽分配和复用机制，接入控制和拥塞控 制策略都取决于所采用的具体调度规则。调度算法的分类有很多，例如按对象 不同，调度算法可分为工作站间调度和工作站内调度；按调度具体实现的方式， 可分为分层式调度和平面调度等。 在有线网络中已经提出了许多能够提供可靠q o s 保证的调度算法，但是这 些调度规则不能直接应用于无线网络，因为它们没有考虑到变化的无线链路的 信道特性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 无线通信中有许多有线网络中不存在的特殊性质：高错误率和突发特性、 无线链路的位置相关性和时变性、带宽资源短缺、用户具有移动性( 如果结合 8 0 2 1 6 e ) 、终端功率受限等。 下面是几种典型的o o s 保证的调度算法。 1 基于w f o 的调度算法 该调度算法的基本思想是相对于其在长时间段内的平均分组到达率，给高 等级业务流分配的带宽比低等级业务流多，以保证在长期性能上，高等级业务 流获得的服务质量高于低等级业务流。在实现过程中，给不同的业务流赋不同 的权值，高等级的业务流分配的权值大于低等级的业务流。然后在业务流之问 按照权值大小分配带宽捌。 虽然是按照权值大小分配带宽，但在无线通信过程中，还需要考虑到无线 信道的特性，当由于信道状态不好造成一连接的业务流暂时无法传送数据时， 系统应当将该业务流所占带宽临时分配给别的业务流，以提高系统整体性能。 为了实现( 长期) 公平性，在暂时中断服务的业务流恢复正常后，获得额外服 务的业务流应当作出补偿，即无线补偿。 当一个业务流n 对应的信道错误无法发送数据，不能够在本该分配的时隙 中发送，并且不能够在本帧中发送，但是有至少一个信道无错误的业务流f 2 当 时可以发送( f 2 在该帧的剩余时间没有时隙) ，这样，当业务流n 信道状况变 好后，再进行补偿。 补偿是通过交换( 不同流的包发送) ，而不是通过给最长的延迟流( 直接) 增加权值来实现的。 调度器交换无错信道和易错信道的分配时隙，以达到隐藏短期信道突发性 错误的目的。系统保持长期公平，但不保证瞬时公平。 2 基于e d d ( e a r l i e s td e a d l i n ed u e ) 的调度算法 该调度算法的基本思想在多业务流系统中，针对实时业务，为了保障时延 和抖动，在信道质量好的业务流中选择d e a d l i n e 最小的请求优先进行带宽分配， 对包延迟时闻长的业务流队列提供补偿，避免丢包，以使整个系统吞吐量达到 最大1 1 0 j 1 1 。 这种调度算法的选择传送时期时限最早的包，适合实时业务，没有关于无 线补偿的部分。不足之处是考虑信道质量只有好和坏两种情况，没有考虑信道 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 容量的时变特性，而且带宽分配不公平，信道质量差的业务流带宽得不到保障。 3 基于信道状态的分组调度算法1 1 2 1 图i - i 显示了基于信道状态的分组调度算法( c s d p s ) 的原理1 1 2 1 。每一个 移动台的分组数据信息都保存在一个独立的队列中。假如有3 个移动台，则存 储每个移动台的信息队列分别编号为 、肘i 和 幻。在每一个队列里，分组数 据按照先入先出( f 刀阳) 顺序处理。当一条无线链路传输发生错误时。调度算 法推迟这条链路上的分组数据传送。链路状态监视器( l s m ) 监视所有移动台 的链路状态信息。当l s m 监测到某无线链路处于异常状态时，则标记该队列， 标记过的队列不再被服务。在暂停一段时间后取消对队列所做的标记，该标记 队列重新可以迸行资源调度。 图i - 1 c s d p s 算法模型 c s d p s 算法考虑了与位置相关和时间相关的无线信道状态，改进了传统调 度算法性能。然而，它有一些缺点，即它没有采用任何机制来保证每个移动用 户分配的带宽大小。对处于异常状态的用户来说，其享有的服务调度机会比它 应享有的公平服务调度机会小很多；此外，该算法对移动用户接收到的服务数 量没有限制，并且对分组时延没有提供任何限制。 4 。理想无线公平队列算法 理想无线公平队列( i d c a l i z c dw i r e l e s sf a i rq u e u i n g , i w f q ) 算法【1 3 1 以w f q 算法作为其无错服务模型。当信道无错时，i w f q 算法和w f q 算法一样，每个 业务流都有一个虚拟结束时间的标签，算法会优先服务虚拟结束时间小的业务 流。一旦信道出错，对应的业务流将得不到服务，成为滞后流，系统对信道状 态良好的业务流仍然按照虚拟结束时间从小到大次序服务，这样，滞后流将可 以维持一个较小值的虚拟结束时间。一旦信道状态转为无错，滞后流因其虚拟 结束时间较小所以优先得到服务得到补偿。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 可见这种算法侧重于对滞后流的补偿，对领先流和同步流的影响较大。 5 信道条件独立的公平队列算法 信道条件独立的公平队列( c h a n n e l - c o n d i t i o ni n d e p e n d e n tf a i rq u e u i n g , c i f q ) 算法1 1 4 】以s t f q 算法为其无错服务模型的参考，即在信道无错时采用基 于起始时间的策略进行公平调度。在补偿方面，设定了一个比例参数，领先流 按照这个比例对滞后流进行补偿，这样不会影响同步流，而且领先流也不会短 期内一直褥不到服务。 6 基于服务器的公平算法 基于服务器的公平算法( s e r v e r - b a s e df a i r a p p r o a c h ，s b f a ) 的无错服务 模型可以是任意的有线调度算法【1 5 】。这个算法的关键在于它提出了一个参与容 量分配的特殊的虚拟补偿流l t f s ，它与别的队列一起参与调度。当信道出错时， 分组得不到发送，对应的时隙会被放在l t f s 队列中，一旦l t f s 获得时隙，系 统就会发送这个时隙对应的分组。这样，滞后流的滞后量可以逐步地得到补偿。 7 无线公平服务算法 文献【4 6 】提出了无线公平服务( w i r e l e s s f a i r s e r v i c e ，w f s ) 算法1 1 6 1 。该算 法是为了支持时延带宽解耦而采用了w f 0 的改进型。 1 38 0 2 1 6 协议体系 8 0 2 1 6 又称为w i r e l e s s m a n 空中接口标准，是适用于2 6 6 g h z 频段的空中 接口规范。由于它所规定的无线接入系统覆盖范围可达5 0 k i n ，每基站提供的总 数据速率最高可达2 8 0 m b i t s ，因此8 0 2 1 6 系统主要应用于城域网。符合8 0 2 1 6 标准的设备可以在“最后一公里”宽带接入领域替代c a b l em o d e m 、d s l 和 t 1 e 1 ，也可以为8 0 2 1 1 热点提供回传。在用户终端和基站之间允许非视距 ( n o n - l m e _ o f - s i g h t ，n l o s ) 的宽带连接。一个基站可支持数百甚至上千个用户 i 切。 8 0 2 1 6 标准定义了宽带无线接入系统的无线空中接口部分，最终制定的 8 0 2 ，1 6 系列标准协议栈按照两层体系结构组织。主要对网络的低层，即m a c 层和物理层进行了规范。包括以下几方面的内容：m a c 层、物理层、毫米波频 率范围、点到多点( p o n t t o m u l t i p o i n t ，p m p ) 拓扑结构、网状网( m e s h ) 拓扑 结构、用户站( s u b s c r i b e rs t a t i o n ，s s ) 和基站( b 勰es t a t i o n , b s ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 8 0 2 1 6 负责对无线本地环路的无线接口及其相关功能制定标准，它由3 个 分别负责不同方面工作的小组组成：8 0 2 1 6 1 负责制定频率范围在1 0 - - 6 6 g l - i z 的无线接口标准；8 0 2 1 6 2 负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准；8 0 2 1 6 3 负责制定频率范围在2 1 1 g h 2 之间无线接口标准。随着技术标准的不断发展。 新的工作组也逐步形成，包括针对客户端能在8 0 2 1 6 基站之间自由切换和漫游 的8 0 2 1 6 e 工作组，以及旨在改进基站覆盖范围的网状( m e s h ) 网络特别委员 会一8 0 2 1 6 f 工作组。各工作组发布标准的情况如表1 - 1 所示【2 j 。 表1 - 1i e e e8 0 2 1 6 标准体系 标准号技术说明 i e e e 2 1 6规定了多业务点对多点宽带无线接入系统的空中接口，包括m a c 层和物 理层，点到多点拓扑结构，还包括一个特殊的物理层实现方案。该方案可 以广泛应用于1 0 6 6 g h z 之间的各种系统 珏；e e8 0 2 1 6 a 在2 1 1 g 域包括许可带宽和免许可带宽) 的频段上，对m a c 层进行修改 扩展和对物理层的补充规范，并结合了a r q 等增强性能的技术 m e e8 0 2 1 6 e 8 0 2 1 6 c 对8 0 2 1 6 中的错误和矛盾进行了改正，更新扩展了8 0 2 1 6 的部分 内容，列出了用于典型情况下的特征功能集合。频率适用范围为1 0 6 6 g h z m e e8 0 2 1 6 d 8 0 2 1 6 ( 1 的目的同8 0 2 1 6 e 一样，只不过频率适用范围为2 l l g h z 匿e8 0 2 1 6 e 8 0 2 1 6 e 是对8 0 2 1 6 与8 0 2 1 6 a 的增强，支持用户站以车载速度移动，规 定了一个系统来结合固定和移动宽带无线接入。规定了在基站之间或扇区 之间支持高层切换的功能。适用于2 6 g i - i z 之间许可带宽的移动业务 e e8 0 2 1 6 f 固定宽带无线接入系统空中接口管理信息库( m i b ) 要求 i e e e8 0 2 1 6 窖 固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理平厦漉程和服务要求 根据使用频段高低的不同，8 0 2 1 6 标准可分为应用于l o s ( l i n e - o f - s i g h t ) 的标准和应用于n l o s 的标准两种。最早的8 0 2 1 6 标准是在2 0 0 1 年1 2 月获得 批准的，该标准对使用1 0 - , 6 6 g h z 频段的固定宽带无线接入系统的空中接口物 理层和m a c 层进行了规范，由于其使用的频段较高，因此只能应用于视距范 围内。 8 0 2 1 6 a 标准对8 0 2 1 6 标准进行了扩展，增加了对2 一l l g h z 提高网络带宽来保证质量 对于局域网网络带宽较为便宜，所以这种方法是可行的。但随着网络规模 的扩大、网络终端和交换设备的增加，要保证网络中没有瓶颈将极为困难，靠 增加带宽来解决q o s 是一种短期、治标的行为。 为应用保留静态资源 广域数据网中常用的时分复用( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 。t d m ) 技术就 是保留静态资源的技术，它是现在应用最为广泛的一种服务质量保证技术，但 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 有许多固有的缺陷。首先。它一般仅用于广域网连接，不能用于局域网；其次， 这种技术将浪费大量的带宽，因此大大增加网络带宽的运营成本。 靠整形技术来保证质量 这种策略要求在传送有用信号的同时还必须同步传送检错纠错信息，以便 到用户终端能最大限度地对原始信号进行无失真还原和修整。这样不可避免地 增加了网络开销，同时对终端设备的智能化程度也要求较高。 为应用动态分配资源 在网络中用智能化设各来识别网络中数据流的类型，以此来为不同的应用 分配不同的网络资源是这种技术的关键所在。就目前而言，这种技术是最适合 在网络中实现多媒体应用的，它具有两个显著的优点：无需修改现有终端系统 和应用的软件或硬件；网络中传输的各种数据流所需要的服务类型可以存储在 一个策略数据库中。这样不仅可以在整个网络中提供一致的服务质量保证，而 且还具备很好的可缩放性。 3 28 0 2 1 6 的0 0 s 相关机制 8 0 2 1 6 可以支持多种通信业务，如数据、语音、视频等，并且可以为每种 业务提供对应的q o s 等级支持，m a c 层提供的q o s 信令机制可以控制b s 和 s s 之间的信息传输。以下是8 0 2 1 6 与q o s 相关的一些m a c 机制的介绍，需要 说明的是8 0 2 1 6 是一个非对称的以数据传输为主的网络标准，上行资源的管理 是其q o s 的核心问题，以下内容都针对上行传输而言。 3 2 1 传输连接和业务流管理 8 0 2 1 6m a c 层是面向连接的，即所有终端的数据业务都是基于“连接”进 行的。这样就提供了一套可以用来带宽请求、设置q o s 参数、把对应的数据汇 集到相应的服务汇聚子层的机制。传输连接是s s 与b s 之间负责传输用户数据 的单向通道。s s 会根据需要与网络建立各种传输连接，以传送管理信令或用户 数据，每条传输连接都由一个1 6 比特的c d 表示。 8 0 2 1 6 提供q o s 的方法是把m a c 接口的数据映射到不同的业务流上。每 条业务流由一个3 2 比特的s f i d 来标示，它是一个双向的数据流，并且提供一 个特定的q o s 业务等级。s s 和b s 通过对每条业务流定义相应的0 0 s 参数组来 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 规定业务流的q o s 等级。每个被激活的业务流会被分配一个传输连接，即与一 个c m 相对应，数据包的业务类型和相应参数都包含在c m 中，使得每个数据 包在进行调度前具有相应的o o s 要求l 。 8 0 2 1 6m a c 协议对q o s 的支持分为3 部分；首先创建最初的业务流，并 对业务流的q o s 参数进行配置；然后对业务流进行动态管理，包括动态业务增 加( d y n a m i cs e r v i c ea d d i t i o n ，d s a ) 、动态业务改变( d y n a m i cs e r v i c ec h a n g e ， d s c ) 和动态业务删除( d y n a m i cs e r v i c ed e l e t i o n , d s d ) 最后在通信过程中对 m a c 的p d u 进行分类，并依据业务流的类别区分优先级进行调度【”i 。 3 2 2 服务等级 为了能支持多媒体业务，结合使用单播、多播和广播3 种查询方式以支持 不同的o o s ，8 0 2 1 6r e v 如1 5 定义了4 种调度业务类型，并对每种业务类型的 带宽请求方式进行了规定1 2 1 2 7 l l 蠲： ( 1 ) 主动授权业务 主动授权业务( u g s ) 用于传输固定速率实时数据业务，例如t 1 e l 以及 没有压缩的妒等。b s 周期性地以强制方式进行调度，不接受来自s s 的请求， 同时禁止使用捎带请求。b s 基于业务流的最大连接业务速率( m s t r ) 周期性 地提供固定长度的授权，这样避免了带宽请求引入的开销和时延，以满足实时 业务的时延和时延抖动要求。如果需要改变某个授权周期内的授权数目，s s 必 须启动动态业务改变( d s c ) 过程。 ( 2 ) 实时轮询业务 实时轮询业务( r i p s ) 用于支持可变速率实时业务，为满足动态变化的业务 需求而设计，例如m p e g 视频业务。b s 为t i p s 提供周期性的单播查询请求机 会，并禁止使用其他竞争请求机会和捎带请求。由于s s 提出请求，协议的开销 和时延会增加。 ( 3 ) 非实时轮询业务 非实时轮询业务( n r t p s ) 支持非周期性变长分组的非实时数据流，例如有 保证最小速率要求的因特网接入。b s 提供比r i p s 变长的周期或不定期的单播请 求机会。可以使用竞争请求( 多播或广播) 机会，甚至被主动授权。n n p s 可以 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 被设置成不同优先级。 ( 4 ) 尽力而为业务 尽力而为业务( b e ) 支持非实时无任何速率和时延抖动要求的分组数据业 务，如e - m a i l 和短信等，不要求提供吞吐量和时延保证。b e 允许使用任何类型 的请求机会和捎带请求。 与这4 种调度服务相关的o o s 参数包括；最大连续速率( m s r ) 、最小保 证速率( m r r ) 、最大时延、最大时延抖动以及业务优先级等，如表3 - 1 所示。 表3 - 18 0 2 1 6 中的o o s 保证机制 业务类烈娥务特性业务参数保证帆制 传输较大小佟输闻黼埘期连牢黔捌搬枝提供捌宅大小的数据 i j g s 固定速率实对数措娩努 抖动，请求倦输蹙璐授权突发 轮询蛳蕊，轮铷i 抖动，臻求捧赣b s 育耀宅孛韵为s s 提供发送帮燕 f t p s 玎羹逢攀窑对业磬 馕略请求解传输机台 曹蚓期，受长舒鳃的非 轮掘删蕊，最d 、僚碰韭务建事，避 b s 使嘲帮播戚秆觅争的宵泣为 m r t p 8 太连接传虢运牢，诲臻，传镌簟端， s s 提供艇遗蒂宽涛隶盼传j i i 机 虫叫数撼流 优先缓 会 舱 最小像薛柏务蚀誊垃大垃接b s 允许s s 使h j 侄怛直泼簸糟 前蛮时充任何速率柏射蠡 抖动硬采的开组数错翦务传输建率侥先缀 佤臻请求的机会 3 2 3 带宽申请和分配 1 带宽请求 8 0 2 1 6 的上行链路接入是基于d a m a 的，由需要传送数据的s s 必须先进 行带宽请求，再由b s 对带宽资源进行统一的调度。除u g s 类型的连接外，任 何连接在发送数据前都必须向基站发送带宽请求信息【2 9 j 。 8 0 2 1 6 中定义了两种带宽请求的类型：增量请求方式( i n c r e m e n t a l ) 和集合 请求方式( a g g r e g a t e ) 。增量请求方式用于表明需要在原有基础上增加若干b y t e 的传输请求；集合请求方式用于表明总共有多少b y t c 的传输请求。为了避免传 送差错和差错积累引起的带宽分配错误，提升系统的鲁棒性，标准中规定了要 定期使用集合请求方式来发送请求。 8 0 2 1 6 协议规定，r e q u e s t 信息可以通过一个单独的b a n d w i d t hr e q u e s t h e a d e r 或是以p i g g y b a c k 的方式来传送。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 b a n d w i d t hr e q u e s th e a d e r 这是一个单独的带宽请求头部信息，它不带任何负载，m a c 带宽请求报头 如图3 2 所示。它的域包括：c i d 域用于表明发出请求的连接c i d ：b r 域用于 说明请求发送的b y t e 数目；t y p e 域用于说明带宽请求的类型( i n c r e m e n t a l 或 a g g r e g a t e ) 。 一 三 -撕a ) a i r l , 0 1 ) 生 n t l 业街c l d ，, i s a a l 西曩盎西 图3 - 2b a n d w i d t hr e q u e s th e a d e rf o r m a t i l 】 g r a n t m a n a g e m e n ts u b h e a d e r ( p i g g y b a c k ) 这种方式适用于s s 已经得到了一定的带宽分配，还需要进一步请求带宽的 情况。s s 在发送的数据包添加一个g r a n tm a n a g e m e n ts u b h e a d e r 域，以p i g g y b a c k 的方式发送进一步的带宽请求信息。 s y n t a x s i z en o k s g r a n tm a n a g e m e n ts u b h e a d e r 0 i f ( s c h e d u l i n gs e r v i c et y p e = = u o s ) s l l b i t p ml b i t r e s e r v e d1 4 b i t ss h a hb es e tt oz e r o ) e l s e p i g g y b a c kr e q u e s t 1 6 b i m ) 若s s 传送的是u g s 类型的数据则s u b h e a d e r 中包含两个有效b i t ：1 ) s i 比特用于说明u g s 连接队列的当前状态，以便b s 决定是否增