文摘

数据包调度吸引了大量的注意力在无线网络领域扮演着重要的角色在分发共享资源网络。这个过程包括分配用户和确定他们之间的带宽传输顺序。摘要移动的上行(UL)调度算法的微波存取全球互操作性(WiMAX)网络提出了基于循环轮询模型。模型在这项研究中包括五个队列(UGS, ertPS, rtp、nrtp)由单个服务器访问。强加到nrtp队列阈值策略来确保延迟约束的实时交通(UGS、ertPS和rtp)不被侵犯,使这种方法最初相比,现有的贡献。数学模型的加权和制定每个队列的平均等待时间基于pseudo-conservation法律。分析的结果是有用的在获取个人或测试近似平均等待时间特别是当队列是不对称的(每个队列可能有不同的随机到达率等特点和服务时间分布),当他们的数量大(超过2队列)。

1。介绍

移动WiMAX是一种很有前途的宽带无线接入(BWA)已经收到了极大的兴趣,因为需要为数据访问时间。移动WiMAX,有吸引力的特征的能力处理的服务质量(QoS)和物理层(体育)、可伸缩性和介质访问控制(MAC)层,这是专门设计用于满足不同类型的流量。IEEE 802.16 e并定义中的手段和方法支持不同类型的流量。然而,它没有指定如何有效安排和保证QoS根据不同类型的应用程序。一个广泛的数量的调度方案已经由研究人员提出,和最常见的方法是通过模拟。仿真是一种广泛使用的技术,计算各种模型的性能的措施。这样的方式,移动WiMAX系统的性能方面的延迟,吞吐量、抖动、包损失评估。然而,尽管的灵活性,模拟可能在许多情况下,而低效的和基于仿真结果相对准确和数学分析(1]。

许多作品关注评估调度方案的分析模型的上下文中移动WiMAX系统。作者在2]提出调度算法的语音IP (VoIP)服务。算法要求解决的问题造成的废料上行资源算法的主动授权服务(UGS)和MAC开销和访问延迟由于实时轮询服务(rtp)算法。系统模型表示为一维马尔可夫链语音流量开关模型。从这里语音用户的平均数量在使用状态,可以服务的最大用户数量在一个MAC帧,建立了系统吞吐量,访问延迟。

在[3)提出了一种新型的调度方案提供QoS满意度和服务差异化的延迟。时间窗口,,的比例公平(PF)操纵区分每个队列的服务和QoS保证。的平均队列长度和平均等待时间系统推导出使用的M / M / 1马尔可夫模型。

这项研究在4)的性能分析集中于轮询(rtp和非实时轮询服务(nrtp))服务基于一个近似模型称为详尽的有时限的轮询模型与假期。此外,该模型假定UGS和轮询服务(PS)类是完全分区允许独立分析PS的流量。阻塞概率、平均停留时间和等待时间分布来源于BMAP / D / 1 / K模型。

作者在5)制定了分析模型考虑了调制和编码方案(MCS)以及下行信令开销。VoIP数据包将根据先进先出(FIFO)政策,和交通建模为一个指数分布式开关模型。总VoIP的流量用户站(SS)表示为两国Markov-modulated泊松过程(MMPP)。分析独立完成Extended-Real次轮询服务(ertPS) UGS和rtp。

虽然上述研究集中在分析模型作为研究的一部分,该模型假设交通来自不同阶层在移动WiMAX是完全分离,允许进行独立分析。然而,实际情况并非总是如此。移动WiMAX网络被设计成允许共存的各种类型的交通从实时交通网络电话和视频会议等非实时流量,如文件传输和电子邮件服务通过各种调度服务。因此,使用一个单一的scheduling服务会导致某些应用程序无法正常工作。例如,延迟实时交通是最关键的问题,不应该适合与调度服务没有QoS要求(如nrtp和)考虑到性能可能恶化。

在本文中,不同的调度服务的移动WiMAX结合获得平均等待时间的加权和为每个队列。由于极端复杂性的分析是由于每个队列的数量和不对称的特点,一个近似模型称为pseudoconservation使用法律。对于对称的队列,法律给确切表达的平均等待时间(6,7]。相反,一个精确的近似模型可以得到不对称的队列。我们首先描述一个上行调度方案的移动WiMAX基于循环轮询模型之后,我们对该方案的数学模型。然后平均等待时间的加权和为个人队列或也称为pseudoconservation法律提出的调度算法。剩下的纸是组织如下。部分2拟议的调度方案,论述了系统模型和部分3给出了详细的描述。部分4致力于pseudoconservation法的推导过程,最后本文总结部分5。

2。系统模型

我们考虑一个UL的调度器在移动WiMAX BS充当服务器。调度程序服务5队列调度服务主动授权服务(UGS),扩展实时轮询服务(ertPS),实时轮询服务(rtp),非实时轮询服务(nrtp)和最大的努力(是)象征,,,,和,分别。每个队列都有一个无限的缓冲容量(任意数量的带宽请求可以等待没有损失到达)来存储等待或传入的带宽请求。无限的缓冲容量通常是最好的近似假设有助于帮助分析(8]。带宽请求或授予根据独立的泊松过程到达所有队列的到达率。给出了复合到达率如下: 尽管UGS的到来和ertPS赠款被建模为一个恒定比特率,在多个会话的情况下到来,泊松过程提供了足够的准确性(9]。

同样,让的服务时间与前两个时刻: 服务器交换机从与非零走到下一个队列的时间与第一时刻,,第二个时刻,。第一个总走时间的时刻,,给出 转换过程是独立的,到达和服务时间被认为是独立同分布(iid)。提供交通的th队列,总提供交通 我们考虑一个服务器队列是。服务在每个队列的顺序是先到先得(先)。出席了一个服务器的队列循环秩序,产生非零转换时间。每个队列将提供详尽的服务纪律的服务器继续工作直到队列变空。当是空的,服务器立即开始转向。该调度算法如下。

服务器服务直到没有更多的可用带宽请求。当是空的,服务器立即开始转向。提供未来一旦队列是空的,服务器将搬到吗。在队列为空时,服务器将检查可用的带宽请求数量。如果带宽请求超过阈值的数量分配,,那么服务器将执行服务随后。另一方面,服务器将返回到服务如果带宽请求的数量小于阈值。

2.1。关键参数的定义

我们定义的一些重要参数作为参考模型。周期时间,,为两个连续的移民之间的时间或访问吗由服务器。平均周期时间,是独立于(不要依赖连续循环的起点)的总和等于总切换时间和总意味着大量的工作离开在一个周期(这也等于意味着大量的工作到达一个周期,(10): 因此, 这次访问期间,,被定义为服务器带宽服务请求所花费的时间。服务器在一小部分工作的时间在因此,平均访问时间的,,等于 Intervisit时间,的,的总时间是服务器不可用吗在一个循环。周期时间的和访问时间,和intervisit时间,可以得到如下:

2.2。稳定的标准

系统的遍历,是必要条件,以确保稳定的服务。

3所示。相关的工作

在序列的调度服务设计的WiMAX论坛有效提供宽带数据服务,如视频、声音和数据,我们认为一个算法实现在移动WiMAX上行调度程序必须是双重的:(1)与带宽请求策略能够有效地混合和带宽分配和(26)决定算法考虑到实现和计算复杂性。基于IEEE 802.16 e采用集中式调度的目的可以动态分配资源和调度程序可以提供优越的QoS UL和下行(DL)。一个适当的选择好的调度算法(11]UL调度器是至关重要的,因为它将确保更容易预测和QoS性能更好的执行(12]。

有五种类型的调度服务中定义的标准:UGS, rtp, ertPS nrtp,。UGS适合每隔一段时间一个固定大小的数据包传输。因此,带宽请求不是必需的。rtp适合实时数据流变量数据包大小,和海量存储系统(MSs)中可以发送带宽请求的带宽请求基站(BS)分配的机会通过投票的机会。ertPS添加的IEEE 802.16 e处理变量的实时应用。scheduling服务设计UGS的基础和rtp,以主动方式和BS将提供单播资助服务。nrtp诉讼延迟宽容的应用程序和数据包大小的变量。类似于rtp, nrtp定期将调查的BS(没有必要周期)。最终建议数据流没有吞吐量和延迟保证。女士可以同时使用,这是单播或竞争的要求。

由于标准不清楚地定义应用的调度算法,我们提出了一个UL基于循环轮询调度算法模型。延迟实时交通属性是至关重要的,因为任何违反延迟绑定可能会导致数据包被丢弃。完成此任务的一种方法是对实时交通分配不同的优先级(语音、视频)和非实时流量。因此,门槛类型的服务似乎是适合这个目的。为了分配,我们利用nrtp特性来保证延迟属性的实时交通实施阈值策略。服务器访问(调查)UGS ertPS, rtp在循环的方式,为每个队列与详尽的服务策略,并继续服务如果nrtp缓冲区的请求不超过预定的阈值,,如图1。如果在nrtp请求的数量大于或等于,服务器将立即开始服务在服务后nrtp rtp的请求队列和一个详尽的服务策略,如图2。这是确保未来非实时流量调度服务的机会并不饥饿。

将每个调度服务之间的关系,介绍了切换时间。切换时间的定义是由服务器花费的时间从一个调度服务切换到另一个。因此,建立的分析模型将不会单独为每个调度服务,相反,它将成为一个整体。为了做到这一点,pseudoconservation法律将被用来推导出模型。

4所示。Pseudoconservation法律

在零转换时间的情况,服务器系统中工作时工作,如果没有工作变得空闲。因此,守恒定律适用于系统中工作的总量。系统中大量的工作是独立的服务政策,因此,等于的工作量在一个M / G / 1队列(13- - - - - -16的到达率和服务时间: 在非零转换时间的情况下,大量的工作(等待时间的加权和,。让等待时间,让它定义的带宽请求之间的时间和的时刻开始接受服务的意思)不再是独立的服务政策。这叫做pseudoconservation法律和建立如下(13- - - - - -16]: 在那里,平等的分配,在循环系统的工作量在一个任意的时代,一个相应的工作量系统在任意的时代,的工作量在cyclic-service系统在任意切换时代,和时间/ nonserving间隔,在哪里,是独立的。

在这里,时代指定瞬间。

由此可见, 此外,可以被定义为 从[15),由三个方面:,,,在那里意味着大量的工作吗在不同时代的服务器,是指在系统的其余部分的工作量不同时代的服务器,系统平均工作量抵达前的一部分考虑切换时间间隔: 完全依赖于服务的选择策略应用到队列服务策略时,只能确定确定。因此,参数将在下一节中,调查,意味着大量的工作系统的其余部分在不同时代的服务器吗当nrtp不到的请求大于或等于,分别。

4.1。派生的当请求nrtp都不到

正如在前一节中所讨论的,当带宽请求小于,服务器将只执行服务,,周期性详尽的服务策略。在这种情况下,和将不会出席的服务器好像队列调度器中不存在。因此,一个周期的条件请求时nrtp不到由服务器访问,,顺序循环。提供的总切换时间和总交通被定义为和,分别。从(7)的平均访问时间是 也就是说,访问一次循环。

因此,在离开工作的总量时代的服务器,,可以得到如下: 在哪里 解决(16和扩大15)产量 可以简化为哪一个

4.2。派生的当请求nrtp大于或等于

当带宽请求大于或等于什么,服务器将访问完成后(是空的)随后。和将根据详尽的服务策略。因此,一个周期的条件请求时nrtp大于或等于由服务器访问,,,,顺序循环。总切换时间和总提供的交通条件,请求nrtp大于或等于是和,分别。

即使服务器访问和有时当请求nrtp大于或等于的工作量,抵达一个周期仍然适用和鉴于这一事实的周期时间的定义和仍然是有效的(和由服务器访问一次循环)。因此,大量的工作可以得到如下。

让稳态概率的队列长度是当服务器的到来。

因此,。的概率小于带宽请求在访问期间。的概率是大于或等于带宽请求在访问期间。平均数量的带宽请求到来访问期间。

我们获得的表达意思的消息数量在访问期间也等于消息到达的平均数量在一个循环: 的工作量可以建立如下: 第一项表示不足时的工作量带宽请求到达和服务器仍在服役,,。第二项反映工作当请求的数量大于或等于。在这一点上,服务器切换到在完成后来。第三项代表的工作量,抵达一个周期或访问的时间。因此,抵达的工作量表示为

方程(21)也适用于抵达的工作量。因此在离开工作的总量时代的服务器,,,,可以获得 被注意到是由(16)和解决(22),然后可以简化为:

4.3。推导Pseudoconservation法律上行调度程序

参照(11),被定义为(8,14] 解决(11)(9)和(24), 从(12), 因此组成是什么 在哪里推导出基于条件的带宽请求nrtp小于n和大于或等于n。取决于服务策略应用到队列。详尽的服务,= 0,因为没有留下服务器带宽请求队列。

因此,定义如下:

通过插入(28)(25),最后,平均等待时间的加权和为个人队列或pseudoconservation法律可以写成: 值得一提的是,在循环队列的顺序并不影响意味着系统的工作负载或平均等待时间的加权和作为(29日),只要它不影响和 似乎是线性依赖于平均总切换时间(17]。

5。结束语

在本文中,我们提出了使用pseudoconservation法推导出加权和的平均等待时间提出移动WiMAX上行调度器的调度算法。该调度算法是基于循环轮询与阈值策略对模型或nrtp和每个队列提供详尽的纪律。我们已经获得了平均等待时间的加权和为个人队列,鉴于这一事实一般个人等待时间的显式表达式很复杂。派生的部分4.2的工作,和,也就是说,当阈值大于或等于、条件的工作量相当于抵达一个周期(即,抵达一个周期的工作量仍然适用和)。

Pseudoconservation法律似乎是非常有用的在几个目的。在许多复杂的系统,他们是唯一有意义的关系,可以获得13]。因此,它们提供了重要的洞察力等措施的总体性能,演示各种参数的影响的,近似的基础和范围(1,18]。注意,这个工作是不同的,在14,15)混合服务策略被认为是一个离散和连续时间循环服务。