無線多媒體業(yè)務QoS性能優(yōu)化
張琰 2008/07/02
摘要:首先簡要介紹無線多媒體網(wǎng)絡中的語音業(yè)務、流媒體業(yè)務、交互類業(yè)務和背景類業(yè)務4種,接著對影響無線多媒體業(yè)務QoS性能的三個主要因素(時延、抖動和丟包)進行分析,最后提出利用無線多媒體業(yè)務的可升降級QoS動態(tài)帶寬分配與優(yōu)化策略來保障用戶的QoS、提高帶寬資源的利用率。圖1 視頻流媒體業(yè)務模型
其中,N為視頻流業(yè)務源的集合數(shù),M為視頻流業(yè)務量化的級別數(shù)。本文假設N=1,M=8。處于jA狀態(tài)的流業(yè)務用戶的傳輸速率為jRbbit/s[5],其中j∈(0,1,…,M)。
對于數(shù)據(jù)業(yè)務,為提高系統(tǒng)資源的利用率,認為它是可用比特率業(yè)務VBR(可變比特率),即利用系統(tǒng)剩余可用資源進行傳輸,初始化傳輸速率為Rdbit/s。
3.2無線多媒體業(yè)務QoS優(yōu)化方法
無線多媒體業(yè)務的可升降級QoS動態(tài)帶寬分配與優(yōu)化策略主要有三類事件:用戶到達事件、流媒體用戶速率跳轉(zhuǎn)事件和用戶離開事件。我們假設視頻流媒體業(yè)務量被劃分為8個等級,各等級帶寬從高到底依次為W1、W2、…、W8,其中Wi=(8-I+1)Wb,I=1、2、…、8。此外,假設W_unused為系統(tǒng)剩余帶寬,W_now為更新系統(tǒng)剩余帶寬后的帶寬,W_a為用戶服務結(jié)束釋放的帶寬,W_m為系統(tǒng)最小可分配帶寬單位;Rs和Rn分別為當前和下一時刻視頻流媒體用戶的速率,且定義|Rs-Rn|為W_re;3類用戶實時要求的帶寬分別為Wv、Ws、Wd;接入系統(tǒng)的3種業(yè)務的用戶數(shù)分別為Nv、Ns、Nd;兩種VBR業(yè)務(視頻業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務)接受降級服務的用戶數(shù)分別是Ds和Dd,其中仍能接受降級服務的用戶數(shù)分別為Es和Ed;3種業(yè)務被阻塞掉的用戶數(shù)分別為Bv、Bs、Bd。下面是針對三類事件所提出的對無線多媒體業(yè)務QoS的優(yōu)化方法:
1)用戶到達事件。當帶寬資源充裕時,各類用戶到達不論優(yōu)先級高低,均可按需分配得到帶寬。當帶寬資源不能滿足接入需求帶寬時,則按照優(yōu)先級順序從低到高對已接入的用戶進行QoS降級服務(降一級或若干級),直到能夠騰出足夠的帶寬滿足新用戶的需求,否則阻塞該用戶,具體流程如圖2所示。
圖2 用戶到達事件的處理流程
從圖2我們可以得出,在帶寬資源不足的情況下,不同類型用戶是如何分配到其所需帶寬的。根據(jù)無線多媒體業(yè)務劃分的3種優(yōu)先級,則有三種情況:
a)當需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的用戶來申請所需帶寬時,因為數(shù)據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級是最底的,不能對已接入的其它用戶進行QoS降級服務,所以只能阻塞該用戶。
b)當需要實現(xiàn)視頻業(yè)務的用戶來申請所需帶寬時,它可以對已接入的其它用戶進行QoS降級服務,但簽于它的優(yōu)先級,它只能對實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的那類用戶進行QoS降級服務,從而為需要實現(xiàn)視頻業(yè)務的用戶騰出足夠的帶寬,否則阻塞該用戶。
c)當需要實現(xiàn)語音業(yè)務的用戶來申請所需帶寬時(語音業(yè)務的優(yōu)先級是最高的),可用兩種方案來實現(xiàn):第一,對實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的那類用戶進行QoS降級服務;第二,對實現(xiàn)視頻業(yè)務的那類用戶進行QoS降級服務。通過這兩種方法(考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務和視頻業(yè)務的優(yōu)先級,第一種方案則是先執(zhí)行的。只有當?shù)谝环N方案不能實現(xiàn)的情況下,才執(zhí)行第二種方案),都可以為實現(xiàn)語音業(yè)務的用戶騰出足夠的帶寬,否則阻塞該用戶。
2)流媒體用戶速率跳轉(zhuǎn)事件。RM對已接入的視頻流用戶的速率進行周期性檢測,當檢測到Rn>Rs時,將該視頻流用戶帶寬追加個單位,同時更新剩余帶寬,則更新后的剩余帶寬W_now=當檢測到Rn=Rs時,不作調(diào)整;當檢測到Rn<Rs時,將發(fā)現(xiàn)視頻流用戶的帶寬自動釋放個單位,同時更新剩余帶寬,則更新后的剩余帶寬。當帶寬資源用盡時,判斷新用戶的優(yōu)先級,選擇接入,即高優(yōu)先級用戶可依次剝奪若干低優(yōu)先級用戶的帶寬,讓其接受降級服務,從而保證高優(yōu)先級用戶的低阻塞率。
3)用戶離開事件。若用戶呼叫結(jié)束,則釋放帶寬。若Ds>0,將W_a分配給隨機選擇的一個最高級的接受降級服務的流媒體用戶,令其升級(升一級或若干級),同時更新剩余帶寬;若仍有剩余帶寬且Dd>0,再隨機分配W_a給最高級的接受降級服務的數(shù)據(jù)用戶(包括在緩沖區(qū)內(nèi)排隊等待的數(shù)據(jù)用戶),如此循環(huán),直到系統(tǒng)內(nèi)沒有接受降級服務的流媒體用戶或數(shù)據(jù)用戶為止,從而保證該系統(tǒng)中的所有流媒體用戶都能享受到服務。
無線多媒體業(yè)務的可升降級QoS動態(tài)帶寬分配與優(yōu)化策略為語音業(yè)務賦予最高的優(yōu)先級,因此能夠為其QoS提供保障。該策略還解決了VBR業(yè)務的帶寬分配問題,流媒體在W_unused≥W1時,QoS也能得到保障,只有在W_unused<W1時可能會受到較低程度的損失。該策略為數(shù)據(jù)業(yè)務提供的依然是盡力而為的服務。
無線多媒體業(yè)務的可升降級QoS動態(tài)帶寬分配與優(yōu)化策略的顯著特點和優(yōu)勢主要是:不需要預留資源,通過設置優(yōu)先級的高低來完成對資源的不同享用級別,避免了預留資源造成的資源浪費。大大提高了系統(tǒng)容量;同時,還降低了每種業(yè)務的阻塞率。其中,語音業(yè)務的優(yōu)先級最高,它的阻塞率也是降低幅度最大的,流媒體業(yè)務次之,數(shù)據(jù)業(yè)務改善最小。所以,該策略既實現(xiàn)了帶寬控制,又提供了低丟失、低延遲、低抖動以及確定的帶寬服務,可以很好地滿足多媒體業(yè)務的QoS要求。
4、結(jié)束語
本文分析了影響無線多媒體業(yè)務QoS性能的幾個主要因素,提出采用可升降級QoS動態(tài)帶寬分配與優(yōu)化策略來保障用戶的QoS和提高帶寬資源的利用率,討論并解決了動態(tài)帶寬的分配與優(yōu)化問題。但是,如何更好地保證無線多媒體業(yè)務的服務質(zhì)量,很多問題還有待進一步研究。
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