移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法
2023-06-23 05:47:31 2
專利名稱：移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種移動通信系統中下行鏈路數據包調度的系統與方法，以及存儲其程序的記錄介質。更具體地，本發明涉及這樣一種移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法，其中給予實時視頻業務優先處理，並且同時提供多媒體業務。
背景技術：
移動通信系統的下行鏈路數據包調度算法的性能影響著該系統的總體性能。因此，新的下行鏈路數據包調度必須能夠支持具有不同QoS(服務質量)的多媒體業務。另外，下行鏈路數據包調度在使用有限資源時，必須能夠同時提供實時數據包業務與非實時數據包業務，並對實時業務將延遲降到最低，而對非實時業務將效率提高。
現有的下行鏈路數據包調度算法使用M-LWDF算法，以保證多媒體業務延遲與處理速度性能。M-LWDF算法在下面等式1中定義了用戶i的延遲QoS請求。
Pr{Wi＞Ti}≤δi其中，Wi為對用戶i的數據包延遲，Ti為延遲基準值，δi為超過Ti的最大概率。當用戶為實時數據包用戶時，必須將大部分數據包的延遲保持在特定基準值之下。
M-LWDF算法對具有通過下面等式2所求得的最大值的用戶提供優先服務。
s=argmaxi(aiWiri(t)ri)]]>其中ai是-(logδi)/Ti，而ri為用戶i的平均信道速度。
在實時視頻數據包中，在特定等同緩衝窗口中的數據包的單個延遲並不重要，而緩衝窗口延遲影響著系統性能。因此，現有的下行鏈路數據包調度算法沒有充分利用具有緩衝窗口概念的視頻數據包的特點。
發明內容
本發明的優點在於提供一種用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法，以及存儲該方法的程序的記錄介質，其中通過以下方式進行數據包服務以公平的方式改變用戶的優先級次序，從而降低實時視頻業務的緩衝延遲，並且增加非實時網際網路業務的處理速度。
該用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度方法包括將包含在多媒體業務中的實時視頻業務與非實時網際網路業務輸入到位於基站中的數據包調度器中；在所輸入的實時視頻業務中提供服務優先級，並使用信擾比(signal-to-interference)與累積計數器進行實時視頻業務的數據包調度；拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄；以及在沒有實時視頻業務待服務的情況下，使用信擾比進行非實時網際網路業務的數據包調度。
實時視頻業務被存儲在實時數據緩衝區，從而並行且相應於用戶數目地生成實時視頻業務，而且非實時視頻業務被存儲在非實時數據緩衝區中，從而並行且相應於用戶數目地生成非實時視頻業務。
實時視頻業務的數據包調度通過以下方式實現基於兩數之積進行調度，其中一數為通過將實時視頻業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，另一數為累積計數器。
使用累積計數器通過以下方式實現計算累積計數器ACi(t)，以降低緩衝窗口之外的實時視頻業務中的緩衝窗口延遲。
數據包調度器首先為具有更大的累積計數器的用戶提供數據包服務。
調度包括當在調度更新時間t之前還未被處理的數據包的大小Sj(t)大於由信擾比所確定的發射數據的大小Cj(t)時，對用戶j按Cj(t)進行服務；以及當Sj(t)小於Cj(t)時，對用戶j按Sj(t)進行服務，並對不同於已被服務的用戶j的用戶進行數據包調度。
進行非實時網際網路業務的數據包調度通過以下方式實現基於通過將業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值進行調度。
調度包括當所有實時視頻業務都被服務，並且如果在調度更新時間t之前還未被處理的數據包的大小Sk(t)大於由信擾比所確定的發射數據的大小Ck(t)，則對用戶k按Ck(t)進行服務；以及當Sk(t)小於Ck(t)時，對用戶k按Sk(t)進行服務，並對不同於已被服務的用戶k的用戶進行數據包調度。
調度在以下範圍內進行其中，OVSF(正交變量擴散因子)碼的數NOVSF在0與最大值之間，並且如果NOVSF大於該最大值，則中斷調度。
該用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統，包括m個實時數據緩衝區，被分配給每個用戶，從而對m個用戶的來自多媒體業務的實時視頻業務被相應於用戶數目地並行生成，並且能夠被存儲；n個非實時數據緩衝區，被分配給每個用戶，從而對n個用戶的來自多媒體業務的非實時網際網路業務被相應於用戶數目地並行生成，並且能夠被存儲；以及數據包調度器，通過過將優先級給予存儲在實時數據緩衝區中的實時視頻數據包業務，然後對非實時網際網路業務服務進行服務。
數據包調度器基於輸入業務的累積計數器進行調度。累積計數器被用來降低緩衝窗口之外的實時視頻業務中的緩衝窗口延遲。
數據包調度器拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄，並增加了非實時業務的處理速度。
數據包調度器基於兩數之積進行實時視頻業務的調度，其中一數為通過將實時視頻業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，另一數為累積計數器。實時視頻業務的服務之後，基於通過將業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，進行非實時網際網路業務的數據包調度。
該存儲程序的記錄介質，該程序包括以下功能將包含在多媒體業務中的實時視頻業務與非實時網際網路業務輸入到位於基站中的數據包調度器中；在所輸入的實時視頻業務中提供服務優先級，並使用信擾比與累積計數器進行實時視頻業務的數據包調度；拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄；以及在沒有實時視頻業務待服務的情況下，使用信擾比進行非實時網際網路業務的數據包調度。
本說明書所包含的附圖構成說明書的一部分，其示出了本發明的實施例，並且與此處描述一起用來解釋本發明的原理。
圖1描述了根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度方法的機制。
圖2描述了根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度方法中的實時視頻流會話。
圖3的示意圖為根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度的方法中非實時網際網路業務模型。
圖4描述了根據本發明實施例的用於實時視頻業務的累加計數方法。
圖5描述了本發明實施例中所使用的第k緩衝窗口延遲的標定。
圖6描述了根據本發明實施例的數據包拋棄方法。
圖7描述了根據本發明實施例的移動通信系統中下行鏈路數據包調度方法的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細描述本發明的實施例。
圖1描述了根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度方法的機制。
如圖所示，在該數據包調度機制中，假設m個用戶被放入實時數據緩衝區10中，並且同時n個用戶被存入非實時數據緩衝區20中。
m個用戶的實時視頻業務被輸入並存儲在實時數據緩衝區10中，從而並行且相應於用戶數目地生成實時視頻業務。另外，n個用戶的非實時視頻業務被存儲並累積在非實時數據緩衝區20中，從而並行且相應於用戶數目地生成非實時視頻業務。
數據包調度器30通過將優先級給予實時視頻數據包業務服務來進行服務。只有在沒有實時視頻數據包業務需要服務時，才提供非實時網際網路業務的服務。
輸入到數據包調度器30的實時視頻業務對延遲性能敏感。因此，在以下業務情況下使用累積計數器來降低緩衝窗口延遲來自相同緩衝窗口的緩衝窗口延遲影響系統，而不是在相同緩衝窗口中的每個數據包的單個延遲影響系統。
因此，在實時視頻業務服務的情況下，數據包調度器30將服務原先級給予具有使用下面等式3所確定的最大值的用戶，該等式使用累積計數器的值(ACi(t))，ri(t)與ri。
s=argmaxi(ACiri(t)ri)]]>另外，在非實時視頻業務服務的情況下，數據包調度器30將服務原先級給予具有使用下面等式4所確定的最大值的用戶，該等式使用值ri(t)與ri。
s=argmaxi(ri(t)ri)]]>在等式3與4中，ACi(t)為用戶i的AC(t)，ri(t)為對每一用戶i的更新時間t中的信道速度值，並且ri為平均信道速度。
圖2描述了根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度方法中的實時視頻流會話。
在實時視頻流會話中，以固定幀周期標定預定的間隔T。在本發明的實施例中，間隔T以緩衝窗口周期標定，並被用作對實時業務的延遲性能的基礎。
數據包調度器30從用戶接收業務輸入，調度業務，並通過共享信道輸出被調度的數據包數據流。
如圖2所示，根據在一個幀中的數據包的大小與到達時間構成每一幀，每一幀都由固定數目的數據包構成。
因為視頻圖片每次都變，所以每一數據包的大小具有分組特性。
圖3的示意圖為根據本發明實施例的用於移動通信系統的下行鏈路數據包調度的方法中非實時網際網路業務模型。
如圖所示，非實時網際網路業務模型包括數據包服務會話，其由網際網路使用的時間間隔所標定。每一個會話都通過多個數據包呼叫來實現。另外，每個數據包呼叫包括多個具有分組特性的數據包。
因此，非實時網際網路業務模型由包括被組合在一起的分組(burst)數據包的一個數據包呼叫所構成。
圖4描述了根據本發明實施例的用於實時視頻業務的累加計數方法。
在圖4中，Tki為對用戶i的第k個緩衝窗口間隔，而βmi為對用戶i的第m個數據包大小。
對實時視頻業務，在調度更新時間(t)中，累積計數器ACi(t)取得對用戶i的數據包大小之和，其從Tki的起始時間開始至調度更新時間t，如下面等式5所示。
ACi(t)=j=1Mji]]>當最後到達的數據包被服務後，ACi(t)被重置，之後再次求Tki後達到的數據包的和。
如果關於用戶i的ACi(t)大於Ack(t)(其中k＝1，2，...，n，k≠1)，則數據包調度器30首先服務對用戶i的HOL(行開頭)數據包。
圖5描述了本發明實施例中所使用的第k緩衝窗口延遲的標定。
在圖5中，Dki為對用戶i的第k個緩衝窗口延遲。Dki被確定為以下兩個時間之差在Tki中待服務並離開緩衝區的最後一個數據包的到達時間，與Tki的完成時間。
如果在Tki中最後一個到達的數據包在Tki中提供，則Dki的值變為0。
為了計算Dki的值，必須區分在Tki中最後一個到達的數據包與新到達的數據包。Dtoti為所有緩衝窗口的延遲值之和，自用戶i的會話的開始至其結束，而Davi為通過以下計算求得的值將Dtoti除以在用戶i的會話中所產生的所有緩衝窗口的數目。
下面的等式6為對緩衝窗口延遲QoS請求項目進行標定的等式，以求得數據包調度器30的延遲性能。
Pr{Dki>Di}i]]>其中Dki為對用戶i的第k個緩衝窗口延遲值，而Di與γi分別為預定的最小延遲基準值與緩衝窗口延遲中超出最大概率值，並用於滿足每一業務的緩衝窗口延遲QoS。
圖6描述了根據本發明實施例的數據包拋棄方法。
如圖6所示，在實時視頻業務的情況下，數據包調度器30採取動作，使至少延遲了Di的數據包被拋棄，Di為緩衝窗口的標定時間，並且在阻塞時，保證了與等式6所標定的緩衝窗口延遲有關的QoS請求項目。
數據包調度器30計算第k個緩衝窗口中的所有數據包的緩衝窗口延遲，從而如果有數據包超出預定延遲Di，則該第k個緩衝窗口中的相應的隨後輸入的所有數據包都被拋棄。
當發生等式7的不等時，會導致數據包丟失。
Dk,ji>Di]]>其中Dk，ji為以下兩個時間之差當對用戶i的第k個緩衝窗口中的第j個數據包被輸入到實時數據緩衝區10中，被提供並離開實時數據緩衝區10之時，到Tki的完成時間。
圖7描述了根據本發明實施例的移動通信系統中下行鏈路數據包調度方法的流程圖。
在根據本發明實施例的數據包調度方法中，OVSF(正交變量擴散因子)碼的數NOVSF最初在步驟S1被置為0。
在步驟S2，確定實時視頻業務是否存儲在實時數據緩衝區10中。如果是這種情況，則數據包調度器30對於從基站傳來的用戶i的HOL數據包，執行等式3的計算，並對具有在步驟S3中所得的最大值的數據包進行服務。
在此步驟中，如果NOVSF大於最大值12，此最大值由3GPP(第三代合作項目)的HSDPA(高速下行鏈路數據包接入)所設定的，則數據包調度器30中斷調度操作。
然而，在步驟S4、S5、S6、S7，如果NOVSF小於12且大於Sj(t)與Cj(t)，則對用戶j按Cj(t)進行服務，並且NOVSF增1。
另外，在步驟S4、S5、S8、S9，如果NOVSF小於12且也小於Sj(t)與Cj(t)，則對用戶j按Sj(t)進行服務，並且NOVSF增1。
隨後，基於兩數之積——其中一數為通過將調度更新時間內對於所有用戶數據包(除用戶j的已被服務的數據包之外)的SIR(信擾比)除以平均SIR所得的值，另一數為累積計數器——再次使用等式3進行計算。對具有從該計算中得到最大值的用戶，重複步驟S4至S9。
如上所述，Sj(t)為在調度更新時間t之前還沒有被處理的數據包的大小，而Cj(t)為根據使用SIR的發射方法而求得的發射數據的大小，其為從終端所接收的信道信息。
使用Sj(t)與Cj(t)，從基站向終端所發射的數據大小可能對每一終端與每一幀都有變化。
當執行以上的數據包調度操作時，如果不再有任何實時視頻業務待服務，從而實時數據緩衝器10變空，則數據包調度器30對非實時網際網路業務用戶執行調度。
首先，在步驟S10，確定非實時網際網路業務是否存儲在非實時數據緩衝區20中。如果是，則在步驟11，數據包調度器30對存儲在非實時數據緩衝區20中的HOL數據包，執行等式4的計算。
等式4被用來基於通過將調度更新時間內的SIR除以平均SIR所得的值，進行調度，而且對具有最大結果值的數據包進行服務。
隨後，如同對於實時視頻業務，在步驟12，如果在執行調度時NOVSF大於最大值12，則數據包調度器30中斷調度操作。
然而，在步驟S12、S13、S14、S15，如果NOVSF小於12且大於Sk(t)與Ck(t)，則對用戶k按Ck(t)進行服務，並且NOVSF增1。
另外，在步驟S12、S13、S16、S17，如果NOVSF小於12且也小於Sk(t)與Ck(t)，則對用戶k按Sk(t)進行服務，並且NOVSF增1。
隨後，再次使用等式4在調度更新時間t內對所有用戶數據包(除用戶k的已被服務的數據包之外)進行計算。對具有從該計算中得到最大值的用戶，重複步驟S4至S9。
如上所述，從終端所接收的SIR被用來在數據包調度器30中確定用戶的服務優先級。然而，該SIR也可用於物理信道的調製方法與編碼方法中。
在上述的使用等式3與4的調度方法中，基站中的數據包調度器30對實時視頻業務的緩衝窗口延遲QoS請求項目，並且也對非實時網際網路業務用戶，都滿足公平性。
在本發明的實施例中，實時視頻業務以實時在無線信道環境中發射，並且考慮了累積計數器與SIR，其指示了信道環境。
因此，與傳統方法相比，本發明對實時視頻業務的情況進一步降低了緩衝窗口延遲。另外，對非實時視頻業務的情況，在對實時視頻業務進行數據包調度時，如果緩衝窗口延遲超出預定值，則本發明拋棄數據包，由此對每一幀都增加了非實時網際網路業務的處理速度。
在該用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法中，對實時視頻業務的情況，考慮了累積計數器與SIR，以執行調度，並且拋棄超出預定緩衝窗口延遲的數據包，從而滿足了緩衝窗口延遲QoS請求項目與公平性。
另外，對非實時網際網路業務的情況，該用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法通過考慮SIR以執行調度，從而實現用戶之間的公平性，並在實時視頻業務中使用數據包拋棄方法。結果，增加了非實時網際網路業務的處理速度。
最後，該用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統與方法中，因為只使用了時間戳與累積計數器來計算對於用戶的數據包延遲，所以可以容易地執行調度。
雖然以上對本發明的實施例進行了詳細描述，但本領域的技術人員應該理解可以對其基本技術特徵的變動和/或修改仍在權利要求所界定的本發明的精神與範圍之內。
權利要求
1.一種用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度方法，包括(a)將包含在多媒體業務中的實時視頻業務與非實時網際網路業務輸入到位於基站中的數據包調度器中；(b)在來自步驟(a)所輸入的業務中的實時視頻業務中提供服務優先級，並使用信擾比與累積計數器進行實時視頻業務的數據包調度；(c)拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在步驟(b)中實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄；以及(d)在(b)至(c)中沒有實時視頻業務待服務的情況下，使用信擾比進行非實時網際網路業務的數據包調度。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在(a)中，實時視頻業務被存儲在實時數據緩衝區，從而並行且相應於用戶數目地生成實時視頻業務，而且非實時視頻業務被存儲在非實時數據緩衝區中，從而並行且相應於用戶數目地生成非實時視頻業務。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在(b)中進行實時視頻業務的數據包調度包括基於兩數之積進行調度，其中一數為通過將實時視頻業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，另一數為累積計數器。
4.如權利要求3所述的方法，其中，在(b)中使用累積計數器包括計算累積計數器ACi(t)，以降低緩衝窗口之外的實時視頻業務中的緩衝窗口延遲。
5.如權利要求3所述的方法，其中，數據包調度器首先為具有比其他用戶更大的累積計數器的用戶提供數據包服務。
6.如權利要求3所述的方法，其中調度包括當在調度更新時間t之前還未被處理的數據包的大小Sj(t)大於由信擾比所確定的發射數據的大小Cj(t)時，對用戶j按Cj(t)進行服務；以及當Sj(t)小於Cj(t)時，對用戶j按Sj(t)進行服務，並對不同於已被服務的用戶j的用戶進行數據包調度。
7.如權利要求1所述的方法，其中，在(d)中進行非實時網際網路業務的數據包調度包括基於通過將業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值進行調度。
8.如權利要求6所述的方法，其中調度包括當所有實時視頻業務都被服務，並且如果在調度更新時間t之前還未被處理的數據包的大小Sk(t)大於由信擾比所確定的發射數據的大小Ck(t)，則對用戶k按Ck(t)進行服務；以及當Sk(t)小於Ck(t)時，對用戶k按Sk(t)進行服務，並對不同於已被服務的用戶k的用戶進行數據包調度。
9.如權利要求1所述的方法，其中，在(b)與(d)中，數據包調度在以下範圍內進行其中，OVSF(正交變量擴散因子)碼的數NOVSF在0與最大值之間，並且如果NOVSF大於該最大值，則中斷調度。
10.一種用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度系統，包括m個實時數據緩衝區，被分配給每個用戶，從而對m個用戶的來自多媒體業務的實時視頻業務被相應於用戶數目地並行生成，並且能夠被存儲；n個非實時數據緩衝區，被分配給每個用戶，從而對n個用戶的來自多媒體業務的非實時網際網路業務被相應於用戶數目地並行生成，並且能夠被存儲；以及數據包調度器，通過過將優先級給予存儲在實時數據緩衝區中的實時視頻數據包業務，然後對非實時網際網路業務服務進行服務。
11.如權利要求10所述的系統，其中數據包調度器基於輸入業務的累積計數器進行調度。
12.如權利要求11所述的系統，其中累積計數器被用來降低緩衝窗口之外的實時視頻業務中的緩衝窗口延遲。
13.如權利要求10所述的系統，其中數據包調度器拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄，並增加非實時業務的處理速度。
14.如權利要求10所述的系統，其中數據包調度器基於兩數之積進行實時視頻業務的調度，其中一數為通過將實時視頻業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，另一數為累積計數器，並且其中，實時視頻業務的服務之後，基於通過將業務調度更新時間t內的信擾比除以平均信擾比所得的值，進行非實時網際網路業務的數據包調度。
15.一種存儲程序的記錄介質，該程序包括將包含在多媒體業務中的實時視頻業務與非實時網際網路業務輸入到位於基站中的數據包調度器中；在所輸入的實時視頻業務中提供服務優先級，並使用信擾比與累積計數器進行實時視頻業務的數據包調度；拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄；以及在沒有實時視頻業務待服務的情況下，使用信擾比進行非實時網際網路業務的數據包調度。
全文摘要
一種用於移動通信系統中的下行鏈路數據包調度方法與系統，包括將包含在多媒體業務中的實時視頻業務與非實時網際網路業務輸入到位於基站中的數據包調度器中；在所輸入的實時視頻業務中提供服務優先級，並使用信擾比與累積計數器進行實時視頻業務的數據包調度；拋棄具有超出預定基準值的緩衝窗口延遲的數據包，在實時視頻業務的數據包調度過程中執行數據包的拋棄；以及在沒有實時視頻業務待服務的情況下，使用信擾比進行非實時網際網路業務的數據包調度。
文檔編號H04L12/54GK1509094SQ20031012058
公開日2004年6月30日 申請日期2003年12月15日 優先權日2002年12月16日
發明者金東會, 柳炳漢 申請人:韓國電子通信研究院