專利名稱：帶寬調度方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，更具體地，本發明涉及一種帶寬調度的方法和裝置。
背景技術：
VoIP(Voice over IP)是透過IP網絡傳輸的語音信號或影像信號，所以VoIP就是一種可以在IP網絡上互傳模擬音頻或視頻的一種技術。簡單地說，它是藉由一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程序，使語音數據可以通過IP網絡傳輸到目的端，然后再經由相反的程序，還原成原來的語音信號以供接聽者接收的技術。VoIP是建立在IP技術的分組化、數字化傳輸技術上的，其基本原理是通過語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數據按IP等相關協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。IP電話系統把普通電話的模擬信號轉換成計算機可聯入因特網傳送的IP數據包，同時也將收到的IP數據包轉換成聲音的模擬電信號。經過IP電話系統的轉換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用8kbit/s-11kbit/s帶寬，因此在與普通電信網相同使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時，IP電話數是原來的5-8倍。
能否將語音業務集成到數據網絡中，關鍵就是如何保證QoS。對于IP電話而言，保證其QoS就是保證語音傳輸的最低延遲及減少丟包率。只有端到端延遲降低到400毫秒以下，將丟包率降低到5％-8％以下，而且必須自始至終保證這兩項指標，才能使IP電話與傳統電話相媲美，實現″收費質量″的語音業務。
WIMAX(World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作系統)是無線寬帶接入技術的一種，其技術標準為IEEE 802.16。IEEE 802.16主要是制定了工作于2GHz-66GHz頻帶的無線接入系統空中接口物理層(PHY)和媒質接入控制層(MAC)的規范，同時還是與空中接口協議相關的一致性測試以及不同無線接入系統之間的共存規范。IEEE 802.16e是移動寬帶無線接入空中接口標準。
隨著WIMAX的推廣，無線VoIP運用需求不斷推廣，在WIMAX鏈路上承載VoIP業務需求也日漸迫切。
在IEEE 802.16e協議中定義了UGS、ErtPS、rtPS、nrtPS、BE等調度方式。每個連接豆與單個調度業務相關。調度業務由一系列的QoS參數所定義，這些QoS參數量化了數據業務的行為。
(1)UGSUGS是用于支持包含了固定長度的、按周期發送的分組包的實時上行數據流，例如T1/E1，以及沒有靜音壓縮功能地在IP網絡上傳輸語音的技術。這個業務提供了基于實時周期的、固定長度的帶寬分配時長，這減小了SS(subscriber station，用戶站)申請的開銷和時延，并確保了帶寬分配時長能夠符合數據流的實時需求。在周期性的、基于業務流最大恒定流量速率的間隔之間，BS(basestation，基站)將把數據帶寬分配時長脈沖提供給SS。這些帶寬分配時長的長度必須足夠長，以致能夠容納與業務流相關的、固定長度的數據(攜帶相關的通用MAC報頭和帶寬分配時長管理子報頭)，但BS可以根據實際情況，增加帶寬分配時長的長度。為了這個業務能夠正確的工作，請求/發送策略設置將如下設置SS將被禁止使用任何競爭請求這個連接的機會。
(2)rtPSrtPS用于支持包含了可變長度的、按周期發送的分組包的實時上行數據流，例如移動圖片專家組(MPEG)的視頻。這個業務提供實時的、周期的和單向的申請機會，這滿足了數據流實時的需求，也允許SS可以指定希望帶寬分配時長的長度。這個業務需要比UGS更多的申請開銷，但支持可變帶寬分配時長的長度，優化了數據傳輸效率。
BS提供了周期的、單播的請求機會。為了使這個業務能夠正確工作，請求/傳輸策略將如下進行設置SS將被禁止為這個連接使用任何競爭請求機會。甚至比當前更高優先級的申請被拒絕，BS可以根據這個業務指示，發送單向請求機會。這將導致SS只能通過單向請求機會和數據傳輸機會，來獲得上行傳輸機會。請求/傳輸策略的其他比特位與這個調度業務的基礎操作無關，并且這些比特必須根據網絡策略被設置。
(3)ErtPSErtPS(Extended rtPS)是基于UGS和rtPS的調度機制。BS應該提供單播主動請求服務，就像UGS一樣，這樣可以減少帶寬請求的延遲。但是，UGS分配是固定大小的，而Extended rtPS分配是動態的。
BS應該提供周期性的上行分配，可以用來像數據傳輸一樣請求帶寬。默認情況下，分配的大小與當前連接的最大持續速率(Maximum Sustained Traffic Rate)相對應。MS可以請求更改上行分配的大小。BS不能更改上行分配的大小，直到收到MS的另外的帶寬變更請求。如果帶寬請求大小被設置為0，BS就可以只提供帶寬請求頭的分配或者根本就不分配。在這種情況下單播帶寬請求機會不可用。
(4)nrtPSnrtPS提供有規律的單播輪詢，確保了在網絡擁塞的情況下，上行業務流也能夠接收到請求機會。BS在1秒或更少的時間間隔內，輪詢nrtPS的CID。
BS將提供適時的單播請求機會。為了這個業務能正確的工作，請求/傳輸策略設置項將進行如下設置SS將被允許使用競爭申請機會。這將導致SS使用競爭請求機會，這與單向請求機會和數據傳輸機會相同。請求/傳輸策略的其他比特位與這個調度業務的基礎操作無關，并且這些比特必須根據網絡策略被設置。
(5)BEBE調度類型的目的是為上行最佳效率傳輸提供有效的業務。為了這個業務能正確的工作，請求傳輸策略設置項將進行如下設置SS將被允許使用競爭申請機會。這將導致SS使用競爭請求機會，這與單向請求機會和數據傳輸機會相同。傳輸策略的其他比特位與這個調度業務的基礎操作無關，并且這些比特必須根據網絡策略被設置。
根據以上IEEE802.16e協議中的各種調度方式，對于VoIP業務數據模型(如圖1所示)，比較符合ErtPS調度。圖2示出了使用ErtPS調度VoIP業務的模型示意圖。如圖2所示，配置VoIP業務而不啟動語音通話時，基站側僅僅保證信令連接最小帶寬，僅保證信令報文可以上傳。ErtPS模型總體上與VoIP業務模型相似。
但是現有的802.16e協議中并沒有描述WIMAX鏈路上是如何承載VoIP業務的。在突發擁塞時刻，WIMAX如何更好的滿足VoIP業務的QOS，需要更合理的調度算法。
VoIP業務一般都有一定的收斂比，容許建立的所有VoIP業務連接Maximum Sustained Traffic Rate之和一般是空口實際帶寬的2-4倍，甚至更高。這樣，就會存在以下情況，當在線VoIP連接數超過1/2，甚至更高時，每條連接將無法獲得Maximum SustainedTraffic Rate的帶寬。特別嚴重的是，對于那些處于靜音狀態的在線VoIP連接，將可能申請不到新語音傳輸需要的帶寬，從而導致用戶斷話。如圖3所示，在突發擁塞時，ErtPS并不能很好的保護一個激活業務的帶寬請求。當VoIP業務在靜音時，進行靜音壓縮，無數據業務，帶寬會動態釋放(參見箭頭1)。在突發擁塞時刻，再有語音業務需要申請帶寬時，可能無法獲取帶寬(箭頭2)。
現有技術中，還存在使用UGS調度業務保證VoIP業務的帶寬的模式。圖4示出了使用UGS調度VoIP業務模型的示意圖。如圖4所示，在該模式下，配置VoIP業務，不論是否啟動通話業務，永遠保證用戶恒定最大帶寬。這種調度方式控制容易，也是使用最為廣泛的一種模式。
但是根據統計，UGS的業務帶寬利用率較低，僅達到50％。同時考慮到VoIP業務Maximum Sustained Traffic Rate之和一般是空口實際帶寬的2-4倍，甚至更高，所以該種模式下利用率更低。如果VoIP業務為UGS方式，就會大大的占用空口帶寬，導致帶寬利用率下降。這樣的帶寬調度也是不合理的。

發明內容
本發明旨在解決上述現有技術中的缺陷，提供一種帶寬調度的方法和裝置，其可以支持VoIP業務在WIMAX鏈路中的承載，在保證VoIP業務的QoS的前提下，能夠有效提高VoIP業務帶寬利用率，合理地利用空口帶寬資源。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種帶寬調度方法，用于調度WIMAX基站中承載的VoIP業務，該方法包括以下步驟步驟S502，通過業務感知，識別和建立VoIP業務，并設置帶寬調度方式；步驟S504，判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足建立VoIP業務所需的最大帶寬，如果滿足，則為VoIP業務預留最大帶寬，否則，就不響應帶寬請求；以及步驟S506，用戶站向基站發送語音通信帶寬請求，基站判斷是否已經為VoIP業務預留帶寬，如果判斷結果為是，則為語音通信分配帶寬，否則，返回到步驟S504。
根據本發明的帶寬調度方法，還包括以下步驟當用戶終端請求釋放VoIP業務帶寬時，啟動定時器，并在定時器時延達到預定延遲時間之后，判斷VoIP業務在預定延遲時間內是否存在業務流，如果判斷結果為是，則刪除定時器，如果判斷結果為否，則終止VoIP業務，并釋放預留的帶寬。
根據本發明的帶寬調度方法，當在步驟S506中的判斷結果為是時，還包括以下步驟判斷語音通信帶寬是否超過VoIP業務的最大帶寬，如果判斷結果為否，則分配語音通信帶寬，如果判斷結果為是，則不響應帶寬請求。
在根據本發明的帶寬調度方法中，預定延遲時間是通過對實際業務搜集進行采樣離散處理來獲得的。
根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種帶寬調度裝置，用于調度WIMAX基站中承載的VoIP業務，所述裝置包括設置單元，設置在基站上，用于通過業務感知，識別和建立VoIP業務，并設置帶寬調度方式；剩余帶寬判斷單元，設置在基站上，用于在建立VoIP業務時，判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足用于該VoIP業務的最大帶寬；以及預留判斷單元，設置在基站上，用于在VoIP業務申請語音通信帶寬時，判斷是否已經建立預留的VoIP業務的最大帶寬。
根據本發明的帶寬調度裝置還包括終止釋放單元，位于基站上，用于在定時器時延達到預定時間之后，判斷VoIP業務在預定延遲時間內是否存在業務流，如果判斷結果為是，則刪除定時器，如果判斷結果為否，則終止所述VoIP業務，并釋放預留的帶寬。
根據本發明的帶寬調度裝置還包括語音通信帶寬判斷單元，位于基站上，用于在基站判斷已經建立預留的所述VoIP業務的最大帶寬時，判斷語音通信帶寬是否超過VoIP業務的最大帶寬，如果判斷結果為是，則分配語音通信帶寬，如果判斷結果為否，則不響應帶寬請求。
在根據本發明的帶寬調度裝置中，預定延遲時間是通過對實際業務搜集進行采樣離散處理來獲得的。
通過上述的帶寬調度的方法和裝置，本發明實現了支持VoIP業務在WIMAX鏈路中的承載，在保證VoIP業務的QOS的前提下，能夠有效提高VoIP業務帶寬利用率，合理地利用空口帶寬資源。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1示出了VoIP業務模型示意圖；圖2示出了使用ErtPS調度VoIP業務模型示意圖；圖3示出了ErtPS調度模式下突發擁塞時刻帶寬請求的示意圖；圖4示出了使用UGS調度VoIP業務模型示意圖；圖5示出了根據本發明的實施例的調度帶寬的方法；圖6示出了根據本發明的實施例的信息交互圖；圖7示出了根據本發明的實施例的預留寬帶申請的示意圖；圖8示出了根據本發明的實施例的判斷剩余帶寬的流程圖；圖9示出了根據本發明的實施例的帶寬預留的示意圖；圖10示出了根據本發明的實施例的語音業務帶寬申請判斷的示意圖；圖11示出了根據本發明的實施例的語音業務帶寬申請判斷的流程圖；圖12示出了根據本發明的實施例的靜音計時的示意圖；
圖13示出了根據本發明的實施例的定時器超時情況的業務流程圖；圖14示出了根據本發明的實施例的設置VoIP業務終止的示意圖；以及圖15示出了根據本發明的實施例的調度帶寬的裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細描述本發明的實施例。
圖5示出了根據本發明的實施例的帶寬調度的方法，圖6示出了根據本發明的實施例的信息交互圖。如圖5和圖6所示，在步驟S502，在建立VoIP業務之前，基站BS 604獲取VoIP業務的屬性，并設置業務的調度模式。在此，可以有多種方式來實現步驟S502方式1在VoIP業務建立信令交互過程中，GW感知業務的建立，感知業務的方式也很多，例如通過解析信令報文，通過GW同BS間的信令協議，設置VoIP業務連接以及對應的QoS調度配置；方式2在VoIP業務建立時，BS自行進行業務感知，設置VoIP業務的建立；方式3在BS和SS上靜態配置該業務，SS第一次申請該業務時，BS設置VoIP業務連接。
然后，在步驟S504，在建立VoIP業務時，如圖7所示，信令連接會話進行交互，基站BS 604判斷WIMAX鏈路上是否具有足夠的承載能力，即，是否有足夠的帶寬可供調度。如圖8所示，如果基站BS 604的剩余帶寬滿足VoIP業務最大帶寬申請需求(S804，是)，則進行到步驟S806，響應該帶寬請求，并在無線資源管理調度時預留該業務最大帶寬(如圖9所示)；如果基站的剩余帶寬不滿足VoIP業務最大帶寬申請需求(S804，否)，則進行到步驟S808，不響應該帶寬請求，不分配帶寬。
接下來，在步驟S506，當VoIP業務申請語音通話帶寬時，用戶站SS 602向基站BS 604發送語音帶寬請求。如圖10和圖11所示，在步驟S1004，基站BS 604判斷是否已經為VoIP業務建立預留的最大帶寬，如果判斷結果為否(S1004，否)，則進行到步驟S1012，返回到步驟S504，判斷鏈路剩余帶寬是否滿足增加VoIP業務。如果判斷結果為是(S1004，是)，則進行到步驟S1006，繼續判斷所申請的語音帶寬是否超過VoIP業務峰值帶寬，如果判斷結果為是(步驟S1006，是)，則不響應該語音帶寬請求，如果判斷結果為否(步驟S1006，否)，則立即分配語音帶寬。
此外，由于靜音壓縮帶寬狀態會釋放帶寬，VoIP業務終止也會釋放帶寬，所以，基站BS 604無法立刻區分這兩種狀態。因此，如圖12所示，當用戶站SS 602請求釋放VoIP語音寬帶時，啟動時間定時器。當定時器延遲達到預定時間后，在步驟S1304，基站BS604判斷在此期間內的語音業務是否具有業務流，如果判斷結果為是，則進行到步驟S1306，刪除定時器；如果判斷結果為否，則認為該VoIP業務結束，進行到步驟S1308，終止該VoIP業務，釋放所有保留的帶寬(如圖14所示)。在此，預定時間是通過實際業務搜集采樣離散處理來獲取的。
圖15示出了根據本發明的實施例的調度帶寬裝置的示意圖。如圖15所示，用于調度WIMAX基站中承載的VoIP業務的調度帶寬裝置1500包括設置單元1502，位于基站上，用于在建立一個VoIP業務之前，獲取VoIP業務的屬性，并設置業務的調度方式；剩余帶寬判斷單元1504，設置在基站上，用于在建立VoIP業務時，判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足用于VoIP業務的最大帶寬；以及預留判斷單元1506，設置在基站上，用于在VoIP業務申請語音通信帶寬時，判斷是否已經建立預留的VoIP業務的最大帶寬。
帶寬調度裝置1500還包括終止釋放單元1508，位于基站上，用于在定時器時延達到預定時間之后，判斷VoIP業務在預定延遲時間內是否存在業務流，如果判斷結果為是，則刪除定時器，如果判斷結果為否，則終止VoIP業務，并釋放預留的帶寬。
帶寬調度裝置1500還包括語音通信帶寬判斷單元1510，位于基站上，用于在基站判斷已經建立預留的VoIP業務的最大帶寬時，判斷語音通信帶寬是否超過VoIP業務的最大帶寬。在此，應當注意，在帶寬預留足夠的情況下，該判斷僅僅是為了保護系統，防止異常情況發生。例如在異常情況下，用戶端申請帶寬超過語音正常突發帶寬，將不予分配。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種帶寬調度方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟S502，通過業務感知，識別和建立VoIP業務，并設置帶寬調度方式；步驟S504，判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足建立所述VoIP業務所需的最大帶寬，如果滿足，則為所述VoIP業務預留所述最大帶寬，否則，就不響應帶寬請求；以及步驟S506，用戶站向基站發送語音通信帶寬請求，所述基站判斷是否已經為所述的VoIP業務預留帶寬，如果判斷結果為是，則為所述語音通信分配帶寬，否則，返回到步驟S504。
2.根據權利要求1所述的帶寬調度方法，還包括以下步驟當用戶站請求釋放所述VoIP業務帶寬時，啟動定時器，并在所述定時器的時延達到預定延遲時間之后，判斷所述VoIP業務在所述預定延遲時間內是否存在業務流，如果判斷結果為是，則刪除所述定時器，如果判斷結果為否，則終止所述VoIP業務，并釋放預留的帶寬。
3.根據權利要求1所述的帶寬調度方法，其中，當在所述步驟S506中的判斷結果為是時，還包括以下步驟判斷所述語音通信帶寬是否超過所述VoIP業務的最大帶寬，如果判斷結果為否，則分配所述語音通信帶寬，如果判斷結果為是，則不響應所述帶寬請求。
4.根據權利要求2所述的帶寬調度方法，其中，所述預定延遲時間是通過對實際業務搜集進行采樣離散處理來獲得的。
5.一種帶寬調度裝置，其特征在于，所述裝置包括設置單元，設置在基站上，用于通過業務感知，識別和建立VoIP業務，并設置帶寬調度方式；剩余帶寬判斷單元，設置在所述基站上，用于在建立所述VoIP業務時，判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足用于所述VoIP業務的最大帶寬；以及預留判斷單元，設置在所述基站上，用于在所述VoIP業務申請語音通信帶寬時，判斷是否已經為所述VoIP業務預留了最大帶寬。
6.根據權利要求5所述的帶寬調度裝置，還包括以下單元終止釋放單元，位于所述基站上，用于在定時器時延達到預定時間之后，判斷所述VoIP業務在所述預定延遲時間內是否存在業務流，如果判斷結果為是，則刪除所述定時器，如果判斷結果為否，則終止所述VoIP業務，并釋放所預留的帶寬。
7.根據權利要求5所述的帶寬調度裝置，還包括以下單元語音通信帶寬判斷單元，位于所述基站上，用于在所述基站判斷已經為所述VoIP業務預留最大帶寬時，判斷所述語音通信帶寬是否超過所述VoIP業務的最大帶寬，如果判斷結果為是，則分配所述語音通信帶寬，如果判斷結果為否，則不響應所述帶寬請求。
8.根據權利要求6所述的帶寬調度裝置，其中，所述預定時間是通過對實際業務搜集采樣進行離散處理來獲得的。
全文摘要
本發明提供了一種帶寬調度方法及裝置，其可以通過業務感知，識別和建立VoIP業務，并設置帶寬調度方式；判斷WIMAX鏈路上的剩余帶寬是否滿足建立VoIP業務所需的最大帶寬，如果滿足，則為VoIP業務預留最大帶寬，否則，就不響應帶寬請求；以及當用戶站向基站發送語音通信帶寬請求時，基站判斷是否已經為VoIP業務預留帶寬，如果判斷結果為是，則為語音通信分配帶寬，否則，返回判斷W1MAX鏈路上的剩余帶寬是否具有用于VoIP業務的最大帶寬的步驟來有效提高VoIP業務帶寬利用率，合理地利用空口帶寬資源。
文檔編號H04L12/56GK1913498SQ20061015207
公開日2007年2月14日 申請日期2006年9月11日 優先權日2006年9月11日
發明者桂晶 申請人:華為技術有限公司