CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG WIMAX
3.3 Kiến trúc chất lƣợng dịch vụ
3.3.4 Cơ chế yêu cầu - đáp ứng
Xét các bộ lập lịch BS, các bộ lập lịch này phải quyết định sự cấp phát khe (slot) cho các lưu lượng đến các MS khác nhau. Nó cũng phải đáp ứng các slot cho các MS khác nhau để có thể gửi lưu lượng lên. Với đường xuống downlink, BS hoàn toàn biết rõ về lưu lượng như là độ dài các hàng đợi và kích cỡ các gói để có thể tạo ra đƣợc các quyết định lập lịch.
Với lưu lượng đường lên, các MS cần phải gửi các gói tin yêu cầu băng thông BWR (Bandwidth Request) tới BS, sau đó BS sẽ quyết định số lƣợng slot đƣợc đáp ứng cho mỗi MS ở trong khung con đường lên tiếp theo. Mặc dù khởi đầu các chuẩn cho phép BS cấp phát băng thông theo từng kết nối GPC (Grant Per Connection) hoặc theo từng trạm thuê bao GPSS (Grant Per Subscriber Station), phiên bản mới nhất của các chuẩn yêu cầu chỉ có GPSS và để GPC cho các bộ lập lịch MS.
Sau đây là sự trình bày ngắn gọn cơ chế yêu cầu băng thông của từng lớp dịch vụ QoS. Hiển nhiên là phải có sự thoả hiệp giữa tính mềm dẻo của việc tận dụng tài nguyên và các yêu cầu QoS. Ví dụ như các thăm dò đơn hướng có thể đảm bảo trễ, nhƣng mặt khác tài nguyên có thể bị lãng phí nếu không có gói tin nào trong hàng đợi tại MS. Mặt khác, các thăm dò đa hướng hoặc thăm dò quảng bá có thể tận dụng tài nguyên nhƣng trễ thì không thể đảm bảo.
Trước tiên đề cập tới UGS. Không có sự thăm dò (do sự cấp phát tĩnh) nhƣng các bộ lập lịch cần thiết phải quan tâm đến các yêu cầu về tài nguyên để có thể lập lịch các luồng cho tài nguyên đƣợc tận dụng tối ƣu. Ví dụ, cho 10 luồng UGS, mỗi luồng yêu cầu 500 bytes trong suốt 5 khung, nếu mỗi khung chỉ cho phép 2500 bytes, tất cả 10 luồng không thể bắt đầu ở cùng một thời điểm. Bộ lập lịch cần thiết phải bố trí lại các luồng đó theo thứ tự trễ-jitter để đạt đƣợc sự tận dụng khung tối đa.
Vấn đề trở nên khó hơn khi các luồng UGS xuất hiện và kết thúc động.
Đề cập đến các yêu cầu về trễ. Thăm dò mỗi khung là cách tốt nhất để chắc chắn về giới hạn trễ, tuy nhiên kết quả là thông tin điều khiển thăm dò phải đƣợc tạo ra sớm hơn. Một vài bài báo nghiên cứu yêu cầu sự thăm dò trong mỗi khung video, ví dụ nhƣ 1 lần mỗi 20ms bởi vì các khung video đƣợc tạo ra mỗi 30-40ms.
Nếu không có các thông tin đến của các gói, các BS rất khó có thể đảm bảo các yêu cầu trễ. Hiện nay việc tối ƣu hoá sự thăm dò vẫn là một chủ đề nghiên cứu mở.
Thứ hai đề cập đến rtPS. Có một yêu cầu chặt chẽ về trễ. Nếu bất kỳ gói nào vƣợt quá hạn chót deadline, những gói đó sẽ bị huỷ.
Các ứng dụng video cũng có các đặc điểm riêng của chúng nhƣ là kích cỡ và thời gian tồn tại của các khung I (Intra Coded Pictures), B (Bi-directionally Predicted Picture), P (Predicted Pictures) trong video MPEG. Các khung cơ bản I thường rất lớn và xuất hiện có chu kỳ. Vì thế, bộ lập lịch có thể sử dụng thông tin này để ngăn ngừa sự chồng nhau giữa các kết nối. BS có thể phân đoạn các kết nối, khung I của kết nối mới không trùng lên khung I của kết nối hiện tại.
Thứ ba đề cập tới ertPS. Dịch vụ này được sử dụng cho các lưu lượng VoIP, nó có những khoảng hoạt động và khoảng lặng. Ví dụ, nếu mã hoá đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multi-Rate) đƣợc sử dụng, chỉ có 33 bytes đƣợc gửi đi mỗi 20ms trong suốt các khoảng hoạt động và 7 bytes trong suốt các khoảng lặng. Thời gian khoảng lặng có thể lên tới 60%. Bộ lập lịch cho những người sử dụng thoại này
cần phải quan tâm đến các khoảng lặng đó. Băng thông bị lãng phí nếu một sự cấp phát đƣợc tạo ra khi mà không có gói tin nào cả (xảy ra với UGS). Với rtPS hoặc ertPS trong hướng lên, mặc dù thông lượng có thể thoả mãn, các hạn chót deadline là yếu tố chính phải đƣợc quan tâm. Dùng khoá phát hành là cách để các BS biết đƣợc khi nào một gói tin đƣợc truyền hoặc không truyền. Cơ chế thăm dò phải đủ nhanh để một khi có lưu lượng, các BS cấp phát cho MS để gửi các yêu cầu băng thông và sau đó truyền gói tin với trễ cho phép nhỏ nhất. Ngoài ra, BS không cần phải cấp phát băng thông trong suốt khoảng lặng. Để đánh dấu điểm kết thúc của khoảng lặng, một MS có thể tạo ra một yêu cầu băng thông bằng không, thường sử dụng một bit dự phòng ở trong MAC header để chỉ ra trạng thái on/off của nó, hoặc gửi một bản tin quản lý tới thẳng BS.
Trong suốt khoảng hoạt động, MS có thể sử dụng các cơ chế gắn (piggybacking) hoặc lấy tạm băng thông (bandwidth stealing) để làm giảm bớt các thông tin điều khiển thăm dò và trễ, và sử dụng sự tranh chấp khu vực (WiMAX) hoặc yêu cầu băng thông CDMA (Mobile WiMAX). Bộ lập lịch phải quan tâm đến điều này và tạo ra các dự đoán phù hợp.
Cũng cần có một dự phòng cho một tranh chấp khu vực và cho các yêu cầu băng thông CDMA. Số lƣợng của các slot tranh chấp nên gần với số lƣợng của kết nối xếp hàng đợi, vì thế không có thêm trễ trong việc giải quyết tranh chấp. Vì khu vực có thể thay đổi thích nghi theo thời gian, nên BS cần phải tạo ra một dự đoán về số lƣợng MS và/hoặc số lƣợng kết nối dự định gửi các yêu cầu băng thông tới nó.
Thứ tƣ đề cập đến nrtPS. Sự ràng buộc duy nhất cho nrtPS là đảm bảo tốc độ tối thiểu. Sự thăm dò cho dịch vụ này là đƣợc phép. Một vài nghiên cứu đã đƣợc đề xuất yêu cầu sự thăm dò chỉ trong vòng trên dưới 1s. Sự thăm dò nên được phát ra nếu và chỉ nếu tốc độ trung bình nhỏ hơn tốc độ phục vụ tối thiểu.
Cuối cùng đề cập đến BE. Tất cả cơ chế yêu cầu băng thông là cho phép với BE, nhưng giải quyết tranh chấp là cơ chế thường được sử dụng nhiều nhất. Sự phát sinh chính của BE là công bằng. Vấn đề là bộ lập lịch nên công bằng ở trong một khoảng ngắn hay trong một khoảng dài. Ví dụ, trong một giây, một luồng có thể truyền 1byte mỗi 5ms hay 200 byte mỗi 1s. Ngoài ra, bộ lập lịch cũng phải ngăn ngừa tình trạng không có tài nguyên.
Thông qua các mô tả trên, ta thấy rằng với sự kết hợp của các loại lưu lượng
khác nhau và nhiều loại cơ chế yêu cầu băng thông, việc thiết kế bộ lập lịch WiMAX trở nên rất phức tạp.