用於無線通信系統的分組調度方法和裝置的製作方法
2023-06-13 18:26:46
專利名稱：用於無線通信系統的分組調度方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統中的無線資源管理技術，特別涉及一種對無線通信系統中的分組業務進行調度的方法和裝置。
背景技術：
傳統的分組調度算法一般分為三類公平吞吐量調度、公平時間調度和C/I(載幹比)調度。公平吞吐量調度不考慮用戶的位置，對所有的用戶提供相同的速率，即小區邊緣的用戶和基站附近的用戶具有相同的吞吐量，系統給C/I低的用戶分配更多的資源。小區內所有的用戶比特率恆定，然後為每個用戶計算所需功率值，計算得到的總功率和基站最大功率比較，如果計算得到的功率值低於基站最大功率，小區得到的總功率和基站最大功率進行比較，如果計算得到的功率值低於基站最大功率，小區可以容納更多的用戶或者為當前的用戶提高比特速率，當功率值達到基站的最大功率時，就可以得到當前的用戶數和比特率了。公平時間調度為不同的用戶分配相同的功率和相同的佔用時間，即用戶得到等量的資源，小區邊界的用戶比靠近基站的用戶得到更低的吞吐量，因此用戶的QoS(服務質量)並不是完全公平分布的，無論用戶C/I的大小如何，分配給用戶的資源是一樣的，這種調度得到的小區整體吞吐量大於公平吞吐量調度。C/I調度是指較高C/I值的用戶比較低C/I值的用戶具有更高的分組優先權，C/I不考慮公平性，但是可以得到更大的系統容量。
一般來說，分組調度用於流式業務、交互業務以及後臺業務，這些都屬於非實時的業務，例如網頁瀏覽即屬於非實時類型。隨著市場的開發和用戶需求的增加，諸如VoIP、交互式視頻點播之類基於IP的「準」實時業務被相繼推出。在現有的3G系統中，這些業務可以通過共享信道實現，但是與傳統的數據業務不同的是，它們對於時延的要求比網頁瀏覽等其他數據業務要高。由於上述傳統的分組調度並不考慮分組時延造成的影響，所以不能降低非實時連接的延遲，因此需要有一種針對這些時延敏感類業務特點的分組調度策略以有效提高服務質量。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於確定多個分組數據的調度優先級的方法和裝置，其將業務對時延的要求作為分組調度策略所考慮的因素，從而提高了服務質量。
本發明的上述目的通過下列技術方案實現一種確定多個分組數據的調度優先級的方法，包含下列步驟按照業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；以及在每個所述分組數據組內，對於超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級。
本發明的上述目的還通過下列技術方案實現一種用於確定多個分組數據的調度優先級的裝置，包含一個第一單元，用於按照業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；以及一個第二單元，用於在每個所述分組數據組內，對於超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級。
本發明的另一個目的是提供一種在一個無線通信系統中為多個分組數據分配空中接口資源的方法和裝置，其將業務對時延的要求作為分組調度策略所考慮的因素，從而提高了服務質量。
本發明的上述目的通過下列技術方案實現一種在一個無線通信系統中為多個分組數據分配空中接口資源的方法，包含下列步驟輸入每個所述分組數據的業務類型和超時時間；按照所述業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級；以及根據所述多個分組數據的調度優先級為所述分組數據分配空中接口資源。
本發明的上述目的還通過下列技術方案實現一種在一個無線通信系統中為多個分組數據分配空中接口資源的裝置，包含一個輸入單元，用於輸入每個所述分組數據的業務類型和超時時間；一個排序單元，包含一個第一單元，用於按照所述業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；一個第二單元，用於在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級；以及一個分配單元，用於根據所述多個分組數據的調度優先級為所述分組數據分配空中接口資源。
本發明採用業務類型和超時時間等參數來表徵一項業務的時延敏感特性，具有調整直觀、方便和實現方式簡單等諸多優點。
附圖簡述以下藉助較佳實施例和附圖對本發明作更為充分的闡述，其中
圖1示出了一個可實現分組調度控制過程的示例性系統架構。
圖2為示例性流程圖，其示出了按照本發明較佳實施例的用於確定多個分組數據的調度優先級的方法。
圖3為示例性流程圖，其示出了圖2中步驟25的具體執行過程。
具體實施例方式
在本說明書中，無線通信系統或移動通信系統是指建立交換信息的兩端中至少有一方可以處於移動狀態的網絡系統，它的實例包括但不限於蜂窩移動系統、尋呼系統、衛星通信系統、無繩電話系統、移動集群通信系統等。
在以下描述中，分組調度指在非實時業務的用戶間分配可用的空中接口資源，例如為每個用戶的分組數據分配傳輸信道、監視分組數據的分配和網絡負載。值得指出的是，這裡所述的信道包括各種信道，例如公共信道、專用信道和共享信道。
在以下描述中，一個分組數據的調度優先級表示該分組數據在一次分組調度過程中相對於其它分組數據而言被優先處理的程度，即，分組數據的調度優先級越高，其將越優先地被分配到空中接口資源。
在以下描述中，業務類型表示每個分組數據所屬業務的類型，其可用來反映業務被優先調度的程度，通常但非必須與服務質量等級有關。業務類型的實例包括但不限於3GPP標準中定義的傳輸級別和傳輸處理優先級(具體參見3GPP TS 25.413 v5.80第9.2.1.3小節RAB Parameters表的描述)，該技術標準在此以引用方式納入本文。
本發明假設在一個分組數據經分組調度處理後，應儘可能使該分組數據在下次分組調度處理之前到達目的端，也就是說，在發送方側，應儘可能使該分組數據在本次分組調度處理結束之後的某一時間段內被發送出去，以下將該時間段稱為傳輸時間底線；而在接收方側，應儘可能使該分組數據在本次分組調度處理結束之後的某一時間段內被接收到，以下將該時間段稱為超時時間。
超時時間可以是通過仿真或實驗獲得的經驗值，也可以按照其它方式獲得。例如在本發明的一個實施例中，可以將超時時間理解為一個分組數據在分組調度處理結束之後應被接收到的截止時間，因而其一般依賴於發送方側最晚發送該分組數據的截止時間(傳輸時間底線)和該分組數據的傳輸時間。
在本實施例中，傳輸時間底線Di可依照下式(1)確定
Di＝Tsche-(S/R) (1)其中，Tsche為分組調度周期(以秒為單位)，不同業務類型的分組數據的分組調度周期可以相同，也可以不同，S為分組的大小(以比特為單位)，R為該分組數據所屬業務類型的最高可能吞吐速率(以比特/秒為單位)並且R＝碼片速率/擴頻因子。
在本實施例中，分組數據的傳輸時間Ti是指在平均信道條件下傳輸該分組數據所需要的時間，包括在無線信道和網絡內傳輸時間之和。例如可以通過統計一段時間內每一次傳輸分組數據所耗費的時間然後取平均值得到傳輸時間Ti，或者也可以將作為一個經驗值預先設定。
當確定了傳輸時間底線Di和傳輸時間Ti之後即可按照下式(2)確定超時時間EiEi＝Di-Ti(2)值得指出的是，由於傳輸時間可能隨信道狀態等因素而變化，因此超時時間將是動態變化的。
在按照本發明的調度優先級確定方法中，藉助至少兩類參數(涉及業務類型的參數和與超時時間有關的參數)來確定當前分組調度所涉及的分組數據的調度優先級。具體而言，首先利用業務類型將當前需要進行分組調度的多個分組數據劃分為一個或多個分組數據組並按照業務類型對這些分組數據組進行排序。接著，在每個分組數據組內，利用一個閾值將該組內的分組數據劃分為兩類，其中一類的超時時間都小於一個閾值，而另一類的超時時間則大於或等於該閾值。隨後，在每個分組數據組內，對於小於閾值的分組數據按照超時時間進行排序，而對於大於或等於閾值的分組數據不排序或按照超時時間或其它方式進行排序。最後將每個分組數據組內的兩類分組數據以小於閾值的分組數據優先的方式合併即獲得當前分組調度所涉及的分組數據的調度優先級。
上面所述用於與超時時間比較的閾值可根據業務屬性的實際情況來設定，例如對於VoIP業務，該閾值可設定為200毫秒。一般而言，一項非實時業務要求的時延越短，則該閾值應越小，反之亦然。此外，由於業務屬性的不同，每個分組數據組所採用的閾值將是不同的，當然所有分組數據組或部分分組數據組也可以採用相同的閾值，這些都應屬於本發明的原理和範圍之內。
以下藉助圖1～3描述按照本發明的一個實施例的調度優先級確定方法。
圖1示出了一個可實現本發明分組調度過程的示例性系統架構。如圖1所示，網絡側包含分組調度器11和與其相連的多個緩衝器B1-Bk，其中，分組調度器11負責對緩衝器B1～Bk內的分組數據進行分組調度處理。對於移動臺MS1......MSk，網絡側利用無線接入網應用部分(RANAP)信令中的「RAB分配請求」消息來建立其與網絡側無線網絡控制器(RNC)的分組業務(PS)無線接入承載，因此無線網絡控制器(RNC)可從無線接入承載參數中提取出分組調度所需的參數並映射到相關的分組數據上。為簡單起見，這裡假定在PS域，每個無線接入承載只有一個子數據流，對於無線接入承載包含多個數據流的情形，可將同一無線承載的每個子數據流都視為獨立的無線承載來處理即可。
在本實施例中，分組調度所需的參數預先以表格方式存儲在分組調度器內並且可定期或不定期地更新。表1為一個存儲了一個分組數據的參數的參數表實例。
表1
如表1所示，每個分組數據的參數包括承載該分組數據的無線承載的傳輸級別Ci、傳輸處理優先級Pi、該分組數據用戶的信道條件Si、閾值T_DELAY_THRESHOLD、該分組數據的傳輸時間底線Di、傳輸時間Ti和超時時間Ei。
傳輸級別Ci包含流式業務級別和交互式級別兩種取值，傳輸處理優先級Pi僅用於交互式業務，取值在0～15之間，取值越小表示優先程度越高；信道條件Si反映了信道狀態，其可定期或不定期地從移動臺向網絡側發送的消息中獲取，對於頻分雙工(FDD)系統，可採用公共導頻信道(CPICH)的接受信號碼功率(RSCP)或者每碼片能量與幹擾功率密度之比(Ec/No)來量度，對於時分雙工(TDD)系統，可以採用主公共開控制物理信道(P-CCPCH)的RSCP或者時隙的信號碼功率幹擾(ISCP)來量度信道條件好的優先；閾值T_DELAY_THRESHOLD、傳輸時間底線Di、傳輸時間Ti和超時時間Ei參見上面描述。
如圖1所示，假設當在一個分組調度開始的時刻，有k個分組數據P1～Pk需要進行調度，它們分別被輸入緩衝器B1～Bk。以下藉助圖2和圖3描述確定調度優先級的具體過程。
如圖2所示，在步驟21中，分組調度器創建一個包含需要調度的分組數據的隊列Q。
接著進入步驟22，分組調度器從每個分組數據的參數表(例如表1所示的參數表)中提取傳輸級別{Ci}和傳輸處理優先級{Pi}。
隨後進入步驟23，分組調度器按照傳輸級別Ci和傳輸優先級Pi對當前所有的分組數據P1～Pk進行分組，將Ci和Pi取值相同的分組數據分在同一組，由此將當前隊列Q分為N個分組數據組。
接著進入步驟24，按照以Ci，Pi參數對作為鍵值對這N個分組數據組進行排序，其中傳輸級別Ci為排序主鍵值，在本實施例中，將流式業務級別的優先度設定為高於交互式級別，而傳輸處理優先級Pi作為次排序鍵值，值低者優先，即，流式業務應當比交互式業務被更為優先地分配到空中接口資源，交互式業務中傳輸處理優先級取值低應當比取值高者更為優先地分配到空中接口資源。由此獲得一個隊列Q』，其包括N個按照業務類型分組和排序的分組數據組G1、G2、...、GN。
值得指出的是，在上述步驟23和24中，對隊列Q的處理是先進行分組操作後進行排序操作，但是顯而易見的是，當對隊列Q先進行排序操作後進行分組操作時，將得到同樣的隊列Q』。
還需指出的是，在隊列Q』中，按照業務類型以降序或升序方式排列分組數據組都可以表示出一個分組數據組被優先分配到空中接口資源的程度，以下只是為闡述清楚起見，假設分組數據組在隊列Q』中按照業務類型取值作降序排列，即。更為優先地分配到空中接口資源的分組數據組在隊列Q』中位於更靠前的位置。
接著進入步驟25，對隊列Q』的一個分組數據組Gi進行處理以獲得一個隊列Fi，在該隊列中，每個分組數據將按照一定的規則排列，其具體排列規則和處理步驟將在下面參照圖3加以描述。
隨後在步驟26中，判斷步驟25的處理是否遍歷隊列Q』中的所有分組數據組，如果是，進入步驟27，否則返回步驟25，對隊列Q』中的下一分組數據組作同樣的處理。
當所有分組數據組都按照上述步驟25完成處理後，即可得到N個隊列F1、F2、...、FN，此時即進入步驟27，輸出由N個隊列F1、F2、...、FN組成的最終的調度優先級隊列Qfial，這N個隊列F1、F2、...、FN在隊列Qfial中的順序與分組數據組G1、G2、...、GN在隊列Q中的相同或相對應。
以下對步驟25作進一步的描述。如圖3所示，步驟25由多個子步驟組成，由於其按照相同的方式處理隊列Q』中的每個分組數據組，因此這裡僅以隊列Q』中的第i個分組數據組Gi為例進行描述，並假設該分組數據組內包含有M個分組數據。
如上所述，每個分組數據的傳輸時間底線和傳輸時間可能隨時間發生變化，因此兩次分組調度之間它們的取值可能有所不同，為此，在步驟31，利用下式計算第i個分組數據組Gi內每個分組數據的超時時間Ei(j)Ei(j)＝Di(j)-Ti(j)i＝1...N，j＝1...M(3)其中，Di(j)為第i個分組數據組Gi內第j個分組數據的傳輸時間底線，Ti(j)為第i個分組數據組Gi內第j個分組數據的傳輸時間，傳輸時間底線和傳輸時間的確定方式在上面已經有所描述，此處不再贅述。
接著進入步驟32，對於每個分組數據，分組調度器將超時時間Ei(j)(j＝1......M)與閾值T_DELAY_THRESHOLD進行比較，將超時時間Ei(j)小於閾值T_DELAY_THRESHOLD的分組數據歸入一個子隊列Fi1，而將超時時間Ei(j)大於或等於閾值T_DELAY_THRESHOLD的分組數據歸入另一子隊列Fi2。
隨後進入步驟33，分組調度器按照超時時間Ei(j)對子隊列Fi1內的分組數據進行排序以形成一個子隊列Fi1』，其中，超時時間短的分組數據被置於優先分配到空中接口資源的位置，在這裡為與前述Q』隊列的降序排列方式相適應，將超時時間短的分組數據置於子隊列Fi1』中較靠前的位置。
隨後進入步驟34，分組調度器按照每個分組數據用戶的信道條件Si(j)對子隊列Fi2內的分組數據進行排序以形成一個子隊列Fi2』，其中，信道條件好的分組數據被置於優先分配到空中接口資源的位置，在這裡為與前述Q』隊列的降序排列方式相適應，將信道條件好的分組數據置於子隊列Fi2』中較靠前的位置。
接著進入步驟35，將子隊列Fi1』與Fi2』合併以形成第i個分組數據組Gi的排序隊列Fi，其中，子隊列Fi1』的優先級要高於子隊列Fi2』，因此在隊列Fi內，子隊列Fi2』排在子隊列Fi1』之後。
值得指出的是,雖然在步驟34中大於或等於閾值T_DELAYTHRESHOLD的分組數據按照信道條件進行排序，但是也可採用其它合適的排序原則，例如包括但不限於公平時間原則和公平吞吐量原則等，當然也可以仍然按照超時時間作降序排序，或者甚至不進行排序。
當分組調度器確定了最終的調度優先級隊列之後，即可為每個分組數據分配合適的空中接口資源。對於本領域內的技術人員來說，有關空中接口資源的分配方式屬於公知技術，具體可參見《WCDMA系統與技術設計》(機械工業出版社2002年第1版)第10章的相關描述，該文獻在此以引用方式納入本文中。
值得指出的是，完成上述調度優先級確定方法的分組調度器可以有多種實現方式，例如可以藉助通用計算機系統和可在該通用計算機系統上運行的執行上述各步驟的應用程式的組合來實現，這裡的通用計算機系統包括但不限於個人計算機系統和嵌入式計算機系統等；分組調度器也可以由固化了執行上述各步驟的程序的電路系統實現，這裡的電路系統包括但不限於專用集成電路(ASIC)和現場可編程門陣列(FPGA)等。此外，上述各步驟所完成的功能既可以由相應的一個硬體或軟體模塊獨立實現，也可以由若干個硬體或軟體模塊以協同方式實現，這些實現方式的變化對於本領域內的技術人員來說都是顯而易見的，因此都屬於本發明的精神和保護範圍之內。
在閱讀上述披露內容之後，其它修改對於本領域內的技術人員來說將是顯而易見的。這種修改可能涉及到無線通信系統及其部件單元內已經公知的特徵，並且這些特徵可以代替這裡已經描述的特徵或者以添加的方式應用。
在本說明書和權利要求書中，出現在一個單元之前的詞語「一個」並未將多個這種單元的情形排除在外。而且詞語「包含」並未排除除所列單元或步驟以外還有其它單元或步驟存在的情形。
權利要求
1.一種用於確定多個分組數據的調度優先級的方法，其特徵在於，包含下列步驟按照業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；以及在每個所述分組數據組內，對於超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述業務類型為3GPPTS25.413中定義的傳輸級別和傳輸處理優先級，在對所述分組數據組按照所述業務類型進行排序時，分別以所述傳輸級別和所述傳輸處理優先級作為排序的主鍵值和次鍵值。
3.如權利要求1所述的方法，其中，每個所述分組數據的超時時間取決於每個所述分組數據在一個分組調度周期內允許發送的最晚時間和在平均信道條件下的傳輸時間。
4.如權利要求1所述的方法，其中，每個所述分組數據組採用不同的所述閾值。
5.如權利要求1所述的方法，其中，進一步包括以下步驟在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序。
6.如權利要求1所述的方法，其中，進一步包括以下步驟在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照該分組數據用戶的信道條件進行排序。
7.如權利要求1所述的方法，其中，進一步包括以下步驟在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照公平時間原則來排序。
8.如權利要求1所述的方法，其中，進一步包括以下步驟在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照公平吞吐量原則來排序。
9.一種用於確定多個分組數據的調度優先級的裝置，其特徵在於，包含一個第一單元，用於按照業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；以及一個第二單元，用於在每個所述分組數據組內，對於超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級。
10.如權利要求9所述的裝置，其中，所述業務類型為3GPPTS25.413中定義的傳輸級別和傳輸處理優先級，在對所述分組數據組按照所述業務類型進行排序時，分別以所述傳輸級別和所述傳輸處理優先級作為排序的主鍵值和次鍵值。
11.如權利要求9所述的裝置，其中，每個所述分組數據的超時時間取決於每個所述分組數據在一個分組調度周期內允許發送的最晚時間和在平均信道條件下的傳輸時間。
12.如權利要求9所述的裝置，其中，每個所述分組數據組採用不同的所述閾值。
13.如權利要求9所述的裝置，其中，所述第二單元對於每個所述分組數據組內所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序。
14.如權利要求9所述的裝置，所述第二單元對於每個所述分組數據組內所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照該分組數據用戶的信道條件進行排序。
15.如權利要求9所述的裝置，其中，所述第二單元對於每個所述分組數據組內所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照公平時間原則來排序。
16.如權利要求9所述的裝置，其中，所述第二單元對於每個所述分組數據組內所述超時時間大於或等於一個閾值的所述分組數據按照公平吞吐量原則來排序。
17.一種在一個無線通信系統中為多個分組數據分配空中接口資源的方法，其特徵在於，包含下列步驟輸入每個所述分組數據的業務類型和超時時間；按照所述業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級；以及根據所述多個分組數據的調度優先級為所述分組數據分配空中接口資源。
18.一種在一個無線通信系統中為多個分組數據分配空中接口資源的裝置，其特徵在於，包含一個輸入單元，用於輸入每個所述分組數據的業務類型和超時時間；一個排序單元，包含一個第一單元，用於按照所述業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；一個第二單元，用於在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級；以及一個分配單元，用於根據所述多個分組數據的調度優先級為所述分組數據分配空中接口資源。
全文摘要
本發明公開了一種對無線通信系統中的分組業務進行調度的方法和裝置。按照本發明，用於分組調度的裝置包含一個輸入單元，用於輸入每個所述分組數據的業務類型和超時時間；一個排序單元，包含一個第一單元，用於按照所述業務類型對所述多個分組數據進行分組和排序以獲得一個或多個分組數據組隊列；一個第二單元，用於在每個所述分組數據組內，對於所述超時時間小於一個閾值的所述分組數據按照所述超時時間進行排序以獲得所述多個分組數據的調度優先級；以及一個分配單元，用於根據所述多個分組數據的調度優先級為所述分組數據分配空中接口資源。本發明採用業務類型和超時時間等參數來表徵一項業務的時延敏感特性，具有調整直觀、方便和實現方式簡單等諸多優點。
文檔編號H04Q7/22GK1885832SQ20061010108
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月7日 優先權日2006年7月7日
發明者張晶, 喬嘉, 龔錦榮 申請人:Ut斯達康通訊有限公司