[发明专利]基于服务等级协定SLA的多信道上行动态调度方法

说明书

本发明公开了一种基于服务等级协定SLA的多信道上行动态调度方法，主要解决现有时分双工/时分多址信道分配方法无法保证多信道资源分配结果的相对公平及各个子信道上带宽分配的负载不均衡问题。其方案是：构建星型网络；设计网络系统的服务等级；确定每个传输周期在每个子信道的上行传输区间；获取各个从属节点的上行数据量；建立最大化各个子信道的剩余带宽的最小值的线性规划方程，并对其进行求解；计算每个子信道的上行剩余最小分配粒度；将各个子信道上行剩余带宽补偿给部分从属节点；计算各个从属节点在各个绑定子信道的上行传输区间。本发明能更好地保证用户间的相对公平和各个子信道上的负载均衡，可用于各种通信的局域网和接入网。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种多信道的上行动态带宽分配方法，可应用于各种通信的局域网和接入网领域。

背景技术

在基于共享媒质的局域网和接入网中，为实现将信道资源合理和无冲突地分配给各个用户，常采用一个中心节点到多个从属节点的逻辑拓扑结构。在这种网络结构中，中心节点统一为所有从属节点分配信道资源。中心节点和从属节点之间可以直接进行数据通信。通常将从属节点向中心节点传输的数据流称为上行数据流，将中心节点向从属节点传输的数据流称为下行数据流。

在实现点到多点通信的广播信道中，为提供服务质量QoS保证，中心节点常采用基于周期性报告/授权的时分双工/时分多址机制来实现多信道资源的动态分配。在这种机制中，把每个子信道划分成连续且互不重叠的传输周期，其中所有子信道的传输周期在时域都是对齐的。每个周期包括上行传输区段和下行传输区段，上行传输区段依次由多个从属节点的上行传输区间组成，下行传输区段依次由多个从属节点的下行传输区间组成，其中所有子信道的上下行传输区的倒换间隔在时域都是对齐的。各个从属节点生成报告帧并发送给中心节点，报告其上行信道需求；同时，中心节点获取各个从属节点的下行信道需求。中心节点根据这些信息生成规划帧并发送给所有从属节点，规划帧携带之后某一个传输周期的信道分配方案。中心节点和各从属节点在规划帧规定的传输区间进行数据传输。

中心节点和从属节点之间需要通过信道传输上行数据和下行数据。在多信道的条件下，每个从属节点在接入网络时，需要确定好该从属节点所绑定的具体子信道，可以是一个子信道，也可以是多个子信道。每个从属节点在不同的子信道上的调制格式可能不同，导致每个周期中心节点在决定不同从属节点的上行传输区间和下行传输区间时，不同的调度算法会生成不同的多信道区间规划方案。

现有的时分双工/时分多址多信道资源调度算法有两类：第一类是基于固定带宽的分配方法，其由中心节点为各从属节点在固定的子信道分配固定的信道资源，这类调度算法实现简单，但所分配的固定信道资源无法反映节点的实际业务需求，因此只适于恒定速率数据流。如果节点没有数据业务需要传输，会产生信道资源的浪费；如果节点有突发性业务到达，则会因为分配的信道资源不足导致较大的时延甚至丢包。第二类是在报告/授权机制下的动态调度算法，其由各个从属节点在规定时刻向中心节点发送报告帧，该报告帧携带调度算法所需的上行信息。中心节点根据自身存储的下行信息和各个从属节点报告的上行信息执行调度算法；执行完成后，将生成的调度结果在规定时刻通过规划帧发布到各个从属节点，各从属节点在规划帧授权的传输区间严格进行上下行传输。现在各类多信道网络系统中越来越多地使用这种动态调度算法。

比较经典的动态调度算法主要归为以下四类：

第一类：轮询调度算法及其优化算法。这类算法主要包括轮询调度算法和加权轮询调度算法。这两种算法依次询问每个从属节点，轮询调度算法将其数据全部发送到所绑定的子信道，加权轮询调度算法将其数据按加权发送到所绑定的子信道，每遍历完一遍用户后重新开始遍历。这两种算法虽然执行简单，但会导致某段时间业务量较大的用户独占所有绑定子信道的所有带宽资源，用户间的公平性严重降低。