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1、跨层 Qos 管理机制说明：无线环境存在着各种衰落的影响、网络间漫游的影响以及用户移动性 的影响，无线链路的质量在不断的变化，这些可由瞬时的SNR和BER反 映出来。这些变化导致链路层传输带宽即信道服务速率发生变化，继而又 使多媒体业务在应用层的延时、失真发生变化。由于上述各种变化因素， 在无线环境下保证多媒体业务的 Qos 是很困难的。Qos保证基本上可分为两类：一类是保证“硬”Qos，它试图通过带宽 预留、流量管理、接入控制等手段淡化底层资源的变化对应用层的影响;另 一类则是保证“软” Qos，这需要事先给多媒体业务定一个Qos范围，当 底层的 Qos 参数（例如带宽、误码率）发生变化时，
2、多媒体业务可以相应调 节自己的 Qos 参数（例如数据产生速率、编码方式），以此来满足用户需要。 保证“软” Qos 的管理机制则更容易实现，而且资源利用率更高，但是它 需要各层间信息交互以及不同层间Qos参数的映射高效的 Qos 管理机制首先需要一个简单而精确的信道模型作为基础， 它需要根据 Qos 参数（例如，数据速率、时延、时延违约概率）建模无线信 道，但是现存的信道模型（例如，瑞利衰落模型）不能根据 Qos 参数来反映 无线信道的特征。为了解决这个问题，我们采用了链路层信道模型有效 容量模型。首先用两个 EC 函数建模一个无线链路（缓存非空概率，连接的 Qos指数），然后用一个简单有效
3、的方法估计这两个函数。EC链路模型的 好处在于:（1）很容易把 Qos 参数和信道模型挂钩;（2）简单易实现;（3）在做接 纳控制和资源预留时，采纳这种模型精确而有效。通过物理信道模型我们可以估计无线通信系统中物理层的表现（例如，一定 信噪比条件下的符号差错概率等），但是从这个模型中我们却不能很轻易地 得到链路层的 Qos 表现（例如，时延和丢包概率）。因为这需要结合链路层 的队列分析。因此，在支持 Qos 的机制中（例如，接纳控制和资源预留）， 这种物理层的信道模型很难直接使用。为了解决这个问题，需要把信道模 型从物理层提升到链路层。跨层的Qos管理方案：了完成多优先级媒体流的Qos管理机制
4、，我们把这个问题分为三个部分： 为了保证用户的Qos要求，如何得到他们的约束速率。（2）如何把应用层 的 QoS 要求映射到链路层的队列优先级。（3）应用层和链路层之间如何相互 作用。链路层的约束速率 又有效容量理论可知，给定队列的丢包概率或者延迟违约概率等链路层 Qos 参数后，通过可以得到链路层的 Qos 指数，这个指数值反映了信道状 况和队列状况，再通过式supPrD（?） W% 严 3）严叽可以得到在此Qos指数下的信源约束速率。如果信源的产生速率（对应Qos 要求）和该约束速率不匹配的话（门），就需要对信源进行整形处理了。下面直接给出结论，当两种Qos不匹配时，能够传输的最大信源速率
5、：本文中，我们把无线信道服务速率的变化过程看作是时变非稳态的，用一 阶 L 状态的 Markov 链来建模。每个状态代表了一种信道条件（用信噪比反 映），对应着一个信道服务速率r。其中各状态间的转移概率由矩阵Pt表示。i假设在短时 g 内该过程是稳态的，此时信道的有效容量为:其中，（）表示矩阵的最小特征值。A为L*L的对角矩阵，表示为5 0 . （P2 0巾00 0 000 rt）层间 Qos 参数的映射和相互作用 下图是层间交互的动态QSo管理机制的结构图。其中多媒体流用Sa和Sv表示，分别指音频流和视频流，它们具有不同的优先级别，用下标数字表 示（本文不考虑媒体流的同步问题）。图37 坛间
6、交互前动态QoS管理机制貂构图结构主要分为四个模块：1) 信道建模及发送速率控制模块它从无线接收机得到当前信道信噪比情况，以此预测出发送机最佳的发送速率反馈给发送机，同时更新马尔科夫链的概率转移矩阵Pt,定时传给 Qos 调节及映射模块。发送速率调节机制的具体实现:先定义如下变量：发送速率集RT rate , rate ，,rate ，集合中元素由小到大顺序排1 i列，发送机以该集合中某个元素值作为平均速率发送数据，单位为 bit/s。 T,调整发送速率的周期。 B,信道带宽 SNR(i):目标信噪比；snr :瞬时信噪比。 M，n，Ch，Pa：调整参数。 length:链路层数据包长度数据发
7、送前，根据系统要求，初始化发送速率集Rate;根据当前通信环境在速率集中选择初始速率rate ；根据lenght/rate求取T。i具体算法略，总是选择与实际反馈回来的SNR得出的物理信道容量差 不多的速率即可。2）源速率整形模块:根据 Qos 管理模块限制媒体流进入队列的速度。为了避免拥塞和排队时间过长，在源端进行速率整形是必要的。一般都是根据信道的变化情况，采用漏桶或漏斗算法，设定一个约束速率，以此来调整源端数据的突发性。本文把源端速率整形看作是调整应用层Qos 参数的一种手段，值得注意的是，本文中所定的约束速率不是信道的服务速率，而是链路有效容量。具体实现过程如下:事先给链路层每个优先级
8、队列设置一个溢出丢包概率根据公式 = 7（C）（卩）e-弘）x求取各队列的QOS参数0 （只反映溢出i丢包概率的 QoS 参数）。根据公式口（c）（卩）=人（c）（*）求取各队列对应的有效链路容量。以此容量作为漏桶算法的最后输出速率Rmax得到这个约束速率后，我们还可以得到 溢出丢包和超时丢包之间的关系：卩=0 x R maxii3）Qos 管理模块该模块是数据源和链路层之间的桥梁，首先它根据当前音频流和视频流所占的总带宽比列，调节TCM的时间轮巡策略，其次它按照一定的映射规则，把不同等级的多媒体流映射到不同等级的优先队列中。Qos 的映射策略:假设源端媒体流分 m 个优先级，链路层的队列分
9、k 个优先级，则映射策略可描述为F , FF 。其中F属于0，1, k，F =0表示该等级1 2 m i i 的媒体流不被传输。要想得到最优的映射策略，首先需要一个评判标准，本文定义平均Qos函数（AQ）作为评判准则：AQWWiSvjeSa其中Wi,表示归一化的权重，优先级高的媒体流所占权重更高。Ga和Gv 分别表示音频和视频流被链路层正确传输后用户所获得的媒体信假若视频流i的每个帧是M*N b比特的图像,可提供2b个不同的灰度水 平，则:。一则理泊加）其中Peo F,表示队列溢出概率，PetF表示队列超时丢弃概率，它和Peo f,有 相同形式的表达式：其中，匚表示队列不为空的概率，b是反映超
10、时丢包概率的Qos参数，FiTd表示第i个媒体流的最大超时等待时间。i音频流与此类似，不过它通常依赖于实时传输包（例如RTP包）的时戳标记来控制丢包。因此，Ga 5（1 _住齐）其中，D0表示一个RTP包的信息量，通过上面的描述，该映射策略可 以表示如下，max AQF) subratet J?max.其中R max表示进入第i个队列的约束速率，rate .为第j个媒体流的数ij据速率。4) 传输控制模块(TCM) 该模块主要完成队列调度，它分两大队列，分别容纳音频流和视频流， 它们之间采用时间轮训的调度策略，具体的时间分配根据Qos管理模块 自适应调节。在每个队列内部又有n个具有不同优先级别
11、的子队列，用 下标表示。它们采用严格的优先调度策略，高优先级的队列先发送包， 直到发送完毕，低优先级的队列才开始发送。总结：本文实际上是将物理层的时变信道容量信息反馈到链路层，由有效容量 信道理论，得到信流源选择不同队列后的包丢失率(包括队列溢出丢包 率与超时丢包率)。在已知丢包率后，假设信流源可以传输到用户端的 信息量为效用函数；队列的有效容量为约束条件，解一个优化问题 。但是本文似乎没有考虑不同信流源可能会有不同的Qos等级限制，可以 考虑使尽可能多的信流源满足自身的Qos等级后，再去竞争剩余资源， 现实中并不完全需要效用函数最大，即可以考虑将本文中的竞争策略改 为竞合策略。并且，选择了低优先队列的信流源会有较长的等待时间，本文中并没有考虑这个问题
