CN100433637C - 一种在无线网络中用于为用户装置进行资源调度的基站及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在无线网络的基站中用于进行资源调度的方法及该基站，在接收到来自用户装置的资源请求之后，所述基站和方法按照用户装置的优先级信息，并根据来自用户装置的资源请求信息和所述基站自身的资源条件来为用户装置分配资源。根据本发明的基站和方法可以实现在对用户装置进行资源分配过程中的公平性，避免由于更高优先级的用户装置长时间占用资源使得一些用户装置长时间没有资源来传输数据而被系统放弃的饿死现象，从而可更有效地利用有限资源，并且还可以增大系统的吞吐量。

Description

一种在无线网络中用于为用户装置进行资源调度的基站及其方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及在无线网络中进行资源调度的方法和装置。

背景技术

在无线网络中，用户装置(UE)每次在发送数据时，需要向基站(Node B)请求分配一定的带宽资源。由于无线网络中带宽资源有限，基站必须根据用户装置的资源请求和基站自身的资源条件来分配相应的无线资源，从而达到资源的有效利用。

在现有技术[1](R1-040690“EUL调度和相关的信令信息″，三星)中，在EUL(增强上行链路)中，是由Node B来基于用户装置的资源请求信息(SI)和Node B自身的资源条件来控制每个用户装置在下一个调度周期内可以占用的资源。而对于由许多用户装置同时在工作的情形，Node B在保持公平性的同时如何分配不同资源给不同用户装置？这与如何在不同用户装置中分享有限资源，或如何避免由于得不到资源分配而导致用户装置在很长时间内无法传输数据-“饿死”的现象是相同的，这对于改善系统性能是非常重要的。

在现有技术[2，3](R2-041393，(HSUPA中逻辑信道的“饿死”和TFC选择)，MMCE)(R2-041346，“保证QoS的TFC选择”LG电子有限公司)中已经提到了如何基于逻辑信道层面来共享资源。但是基于用户装置层面的资源共享技术在此前并未讨论。本发明正是要解决这方面的问题。

此外，在现有技术中并未公开关于在EUL的Node B调度中，如何在所有用户装置之间保持公平的技术。

虽然在现有技术中已经简单讨论了用于EUL的速率和速率-时间调度策略，但并未公开如何在速率和速率-时间调度策略中保持用户装置之间资源分配的公平性的技术。

另外，在现有技术中也没有关于将时延信息用于避免“用户长时间无法传输数据-饿死”的方案。虽然，此前已经简单提到在Node B中对业务的时延Qos信息的使用，但是此前并没有建议关于如何在Node B中使用业务的时延Qos信息的精确方案。

发明内容

在用于HSUPA的无线网络中，是由Node B(基站)基于用户装置的资源请求和其自身的资源条件来控制每一个用户装置可在下一个调度周期内占据资源数量，并保证所有用户装置将有机会来传输数据，从而改善在EUL中的系统性能。本发明中提出了一种在Node B处，在考虑用户资源的优先级的基础上，根据用户装置的资源请求信息和自身的资源条件，来确保在EUL用户装置之间公平分配资源的精确方案。

根据本发明的一个方面，提供一种在无线网络的基站中用于为与之相链接的用户装置进行资源调度的方法，该方法包括以下步骤：所述基站按照用户装置的优先级，并根据来自用户装置的资源请求信息和所述基站自身的资源条件来为用户装置分配资源，其中，来自用户装置的资源请求信息包括用户装置在下一个调度周期内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中最小传输速率是确保用户装置的所有业务的时延QoS，在下一个调度周期内应被传输的最小数据量除以调度周期得到的速率，最大传输速率是指在下一个调度周期内用户装置的缓存器中所保存的全部数据的数据量除以调度周期得到的速率，所述基站根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最小传输速率来为每一用户装置分配资源；当所有的用户装置都获得最小传输速率之后，如果基站还有资源剩余，所述基站根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最大传输速率来为每一用户装置分配资源。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在无线网络中用于为与之相链接的用户装置进行资源调度的基站，该基站包括：接收装置，用于接收来自所述用户装置的资源请求信息；存储装置，用于存储用户装置的优先级信息；控制装置，用于根据用户装置的优先级，并根据来自所述用户装置的资源请求信息和所述基站自身的资源条件来为用户装置分配资源，其中，来自用户装置的资源请求信息包括用户装置在下一个调度周期内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中最小传输速率是确保用户装置的所有业务的时延QoS，在下一个调度周期内应被传输的最小数据量除以调度周期得到的速率，最大传输速率是指在下一个调度周期内用户装置的缓存器中所保存的全部数据的数据量除以调度周期得到的速率，所述控制装置根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最小传输速率来为每一用户装置分配资源；当所有的用户装置都获得最小传输速率之后，如果基站还有资源剩余，所述控制装置根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最大传输速率来为每一用户装置分配资源。

与现有技术不同的，本发明的Node B资源调度在考虑与之相连接的用户装置的优先级的基础上，基于用户的资源请求和自身资源条件来为用户分配资源，从而可以更有效地利用有限的资源，并有助于在用户装置层面实现资源的公平分配和避免由于得不到资源分配而导致用户装置长时间无法传输数据的饿死现象。

附图说明

图1为根据本发明的用于资源调度的网络拓扑图；

图2为根据本发明的在基站处为用户装置进行资源调度的方法流程图。

图3为根据本发明的基站的框图；

具体实施方式

下面参考附图，并结合具体实施例对本发明作详细描述。应当理解，本发明并不限于具体实施例。

图1为根据本发明的一个无线网络示意图，该无线网络1包括基站2和多个用户装置3和4(为简化起见，图中仅显示出用户装置A和用户装置B)。在无线网络1中，每次在发送数据时，用户装置3和4都需要向基站(Node B)3请求分配一定的无线资源。在现有技术中，用户装置仅仅将其缓存器的信息(也即其中所存储的分组数据量)通知基站，基站根据所接收的缓存器信息来决定用户装置可以占用的无线资源，以使得在所述缓存器中的所有分组数据包可以在下一个上行传输周期中被传输。与之不同的，本发明中，用户装置将所述缓存器的信息与所进行的数据传输服务的Qos(时延)信息相结合来生成用于表达其对无线资源的需求的无线资源请求信息，而基站在接收到来自用户装置的无线资源请求信息，根据用户装置的优先级(所述优先级信息是预先存储在基站中的、由高层信令通知或通过其他方法获取)来为与各个用户装置分配资源。

一个用户装置可以占用多少资源是为了保证在该用户装置中所有正在运行的业务的Qos特性。

在图1所示的无线网络1包括基站2，和多个用户装置，为简化起见，我们仅示出第k个用户装置3。假定该用户装置3有n_k个正在运行的业务。对于第j个业务(MAC-d流)，我们具有如下参数：

-lc_j，是属于第j个业务(MAC-d流)逻辑信道号；

-对于第j个业务(MAC-d流)的第i个逻辑信道，我们假定有P_i个分组数据包被存储在用户装置的缓存器中，在这里，i∈[1，lc_j]；而对于每一个分组数据包，我们具有如下参数：

-l_b，为第b个分组的位(或字节)数目；

-TO_b，为，根据服务的Qos信息(时延)或设备的要求，第b个分组仍可被存储在缓存器中的时间(TTI的数目)，在这里，b∈[1，P_i]。

为了在用户装置之间分事资源，用户装置可以将其资源请求SI报告给Node B，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要传输的最小数据量和最大数据量，其中所述最小数据量和最大数据量可由下面的公式(1)和(2)来表示：

和

${\mathrm{MaxT}}_k^{\mathrm{ue}}=\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{lc}}_j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{b=1}{\overset{P_i}{\mathrm{\Σ}}}{l}_b\right)---\left(2\right)$

或者，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中所述最小传输速率和最大传输速率可由下面的公式(3)和(4)来表示：

和

${\mathrm{MaxR}}_k^{\mathrm{ue}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{lc}}_j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{b=1}{\overset{P_i}{\mathrm{\Σ}}}{l}_b\right)}{\mathrm{TTI}}---\left(4\right)$

0≤β_k＜1和0≤β_l＜1是分别与用户装置的优先级和业务优先级相关的因子，它们可以通过仿真来确定。如果β_k＝0，或β_l＝0，这意味着当用户装置请求资源时可不考虑用户装置的优先级和业务优先级，而这些优先级信息将在Node B调度过程和用户装置获得来自Node B的SG(资源授权)之后的用户装置调度过程中被考虑。

可以看出，上述最小传输量和最大传输量与最小传输速率和最大传输速率实际上是相同的，因为传输速率为传输数据量除以调度周期而获得。为了一般性和简化起见，我们基于公式(1)和(2)来进行以下的讨论：

公式(1)意味着，为确保用户装置的所有业务的时延Qos，应在下一个调度周期内被传输的最小事务量，而公式(2)是指要在下一个调度周期内传输第k个用户装置3中的缓存器中所保存的全部数据。

在公式(1)中，l_b，b∈[1，P_i]是分组的大小，它是用户装置可以获得的。参量TO_b，b∈[1，P_i]与分组的到达时间、业务的时延信息或设备的要求等意思有关。对于具体的分组数据业务，时延信息是可知的。而一个分组的到达是被标记的，且设备的要求也是明确的，因此TO_b，b∈[1，P_i]对于用户装置是可以获得的。只有因子β_k，β_l可以通过仿真来决定。为了简化，我们选择β_k＝0，β_l＝0，因为逻辑优先级和业务优先级将在调度过程中被考虑。因此，公式(1)，(2)，(3)和(4)是可行的，并很容易在用户装置处对于每一个逻辑信道进行计算。

Node B(基站)2接到来自用户装置3的资源请求信息SI之后，结合对所有用户装置的优先级的考虑来确定需要分配给该用户装置3的无线资源，然后将所确定的资源授权发送给相应的用户装置3。

具体地，Node B可以下列方式来进行资源分配：基于资源请求信息SI和用户装置的优先级信息来在用户装置之间进行资源的分配，以使得所有的用户装置可以公平地分享有限的无线资源：

a)以用户装置的优先级的递减顺序来为用户装置分配资源，以使得每一个用户装置在下一个调度周期内可传输的数据量达到MinT_k ^ue，

b)当所有的用户装置都已经达到MinT_k ^ue，如果Node B还有资源剩余，则进入第二步，以用户装置的优先级的递减序为用户装置进一步分配资源，以使得每一个用户装置在下一个调度周期内可传输的数据量达到MaxT_k ^ue，

c)如果还有资源剩余，则仍然以优先级递减的顺序为仍具有剩余数据的用户装置服务(尽力性业务-best-effort service)。

显然，所有的用户装置可基于相应的优先级而公平地分享有限的资源，这有助于避免在用户装置层面上的“由于无法获得资源而导致长时间无法传输数据-饿死”的现象。同时用户装置的业务时延Qos将得到考虑和保证，这将更有效地利用有限的资源。

图2为根据本发明的在基站与用户装置之间进行资源调度的方法流程图。

这里，结合图1所示无线网络的拓扑结构示意图来对整个调度过程进行描述。

在步骤201中，Node B接收来自于用户装置的资源请求信息，其中假定第k个用户装置3有n_k个正在运行的业务。对于第j个业务(MAC-d流)，我们具有如下参数：

-lc_j，是属于第j个业务(MAC-d流)逻辑信道号；

-对于第j个业务(MAC-d流)的第i个逻辑信道，我们假定有P_i个分组被存储在用户装置的缓存器中，在这里，i∈[1，lc_j]；而对于每一个分组，我们具有如下参量：

-l_b，为第b个分组的位(或字节)数目；

-TO_b，为，根据服务的Qos信息(时延)或设备要求，第b个分组仍可被存储在缓存器中的时间(TTI的数目)，在这里，b∈[1，P_i]。

为了在用户装置之间分享资源，用户装置可以将其资源请求SI报告给Node B，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要传输的最小数据量和最大数据量，其中所述最小数据量和最大数据量可由上述公式(1)和(2)。或者，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中所述最小传输速率和最大传输速率可由上面的公式(3)和(4)来表示。

其中，0≤β_k＜1和0≤β_l＜1是分别与用户装置的优先级和业务优先级相关的因子，它们可以通过仿真来确定。如果β_k＝0，或β_l＝0，这意味着当用户装置请求资源时可不考虑用户装置的优先级和业务优先级，而这些优先级信息将在Node B调度过程和用户装置获得来自NodeB的SG(资源授权)之后的用户装置调度过程中被考虑。

可以看出，基于上述最小传输量、最大传输量的缓存器状态调度方案与基于最小传输速率、最大传输速率的速率调度方案实质上是相同的，因为传输速率为传输量除以调度周期而获得。为了一般性和简化起见，我们基于公式(1)和(2)来进行以下的讨论：

公式(1)意味着，为确保用户装置的所有业务的时延Qos，应在下一个调度周期内被传输的最小事务量，而公式(2)意味着指要在下一个调度周期内传输用户装置3中的缓存器中所保存的全部数据。

在公式(1)中，l_b，b∈[1，P_i]是分组的大小，它是用户装置可以获得的。参量TO_b，b∈[1，P_i]与分组的到达时间和业务的时延信息有关。对于具体的分组数据业务，时延信息是可知的。而一个分组的到达是被标记的，且设备的要求是明确的，因此TO_b，b∈[1，P_i]对于用户装置也是可以获得的。只有因子β_k，β_l可以通过仿真来决定。为了简化，我们选择β_k＝0，β_l＝0，因为逻辑优先级和业务优先级将在调度过程中被考虑。因此，公式(1)，(2)，(3)和(4)是可行的，并很容易在用户装置处对于每一个逻辑信道进行计算。

当Node B(基站)2接到来自用户装置3的资源请求信息SI之后，转入步骤202。在步骤202-204中，Node B先取出用户装置的优先级，并根据所述资源请求信息SI和所有用户装置的优先级来确定需要分配给该用户装置的无线资源，使得所有的用户装置可以公平地分享有限的资源。

具体地，在步骤202中，Node B 2首先按照用户装置的优先级的递减顺序来为用户装置分配资源，以使得用户装置3在下一调度周期内可以传输的数据量达到MinT_k ^ue，

在步骤203中，判断是否所有的用户装置在下一个调度周期内可传输的数据都已经达到MinT_k ^ue和Node B本身是否仍有资源可供分配，如果是则进入步骤204。如果是否，则进入步骤207。

在步骤204中，Node B 2按照用户装置的优先级的递减序为用户装置进一步分配资源，以使得每一个用户装置在下一个调度周期内可以传输的数据量达到MaxT_k ^ue，

在步骤205中，判断Node B本身是否仍有资源可供分配，如果是，则进入步骤206。如果是否，则进入步骤207。

在步骤206中，Node B 2仍然以优先级递减的顺序为仍具有剩余数据的用户装置服务(尽力性业务-best-effort service)。

在步骤207中，Node B 2将为用户装置确定好的资源授权发送给相应的用户装置

显然，所有的用户装置可基于相应的优先级而公平地分享有限的资源，这有助于避免在用户装置层上的“由于无法获取资源而导致用户装置长时间内无法传输数据-饿死”的现象。而该用户装置的业务时延Qos将得到保证，这将更有效地利用有限的资源。

图3为根据本发明的Node B(基站)的框图。下面，结合图1对用户装置进行具体描述。该用户装置3位于一个无线网络1中，当需要传输信息时，需要向Node B(基站)2请求一定的无线资源。

基站(Node B)2包括接收装置31，存储装置32和控制器33。其中，接收装置用于接收来自用户装置的资源请求信息。在存储器32中存储有与该基站相链接的所有用户装置的优先级信息。

具体地，假定第k个用户装置3有n_k个正在运行的业务。对于第j个业务(MAC-d流)，我们具有如下参数：

-lc_j，是属于第j个业务(MAC-d流)逻辑信道号；

-对于第j个业务(MAC-d流)的第i个逻辑信道，我们假定有P_i个分组被存储在用户装置的缓存器中，在这里，i∈[1，lc_j]；而对于每一个分组，我们具有如下参量：

-l_b，为第b个分组的位(或字节)数目；

-TO_b，为，根据服务的Qos信息(时延)，第b个分组仍可被存储在缓存器中的时间(TTI的数目)，在这里，b∈[1，P_i]。

为了在用户装置之间分享资源，用户装置可以将其资源请求SI报告给Node B，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要传输的最小数据量和最大数据量，其中所述最小数据量和最大数据量可由上述公式(1)和(2)。或者，该资源请求SI包括该用户装置在下一个调度周期TM内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中所述最小传输速率和最大传输速率可由上面的公式(3)和(4)来表示。

其中，0≤β_k＜1和0≤β_l＜1是分别与用户装置的优先级和业务优先级相关的因子，它们可以通过仿真来确定。如果β_k＝0，或β_l＝0，这意味着当用户装置请求资源时可不考虑用户装置的优先级和业务优先级，而这些优先级信息将在Node B调度过程和用户装置获得来自NodeB的SG(资源授权)之后的用户装置调度过程中被考虑。

可以看出，基于上述最小传输量、最大传输量的缓存器状态调度方案与基于最小传输速率、最大传输速率的速率调度方案实质上是相同的，因为传输速率为传输量除以调度周期而获得。为了一般性和简化起见，我们基于公式(1)和(2)来进行以下的讨论：

公式(1)意味着，为确保用户装置的所有业务的时延Qos，应在下一个调度周期内被传输的最小业务量，而公式(2)意味着要在下一个调度周期内传输用户装置3中的缓存器中所保存的全部数据。

在公式(1)中，l_b，b∈[1，P_i]是分组的大小，它是用户装置可以获得的。参量TO_b，b∈[1，P_i]与分组的到达时间和业务的时延信息有关。对于具体的分组数据业务，时延信息是可知的。而一个分组的到达是被标记的，因此TO_b，b∈[1，P_i]对于用户装置也是可以获得的。只有因子β_k，β_l可以通过仿真来决定。为了简化，我们选择β_k＝0，β_l＝0，因为逻辑优先级和业务优先级将在调度过程中被考虑。因此，公式(1)，(2)，(3)和(4)是可行的，并很容易在用户装置中根据每一个逻辑信道进行计算。

在Node B 2中的接收装置接收到来自用户装置的资源请求信息之后，控制器33提取出存储在存储器32中的用户装置的优先级信息，并根据所述资源请求信息和用户装置的优先级信息来确定分配给相应用户装置的资源授权，并将所确定的资源授权发送给用户装置。

具体地，控制装置33可以下列步骤来基于这些资源请求信息SI和用户装置的优先级信息来在用户装置之间进行资源的分配，以使得所有的用户装置可以公平地分享有限的资源：

a)以用户装置的优先级的递减顺序来为用户装置分配资源，以使得每一个用户装置在下一个调度周期内可传输的数据量达到MinT_k ^ue，

b)当所有的用户装置都已经达到MinT_k ^ue，如果Node B还有资源剩余，则进入第二步，以用户装置的优先级的递减序为用户装置进一步分配资源，以使得每一个用户装置在下一个调度周期内可传输的数据量达到MaxT_k ^ue，

c)仍然以优先级递减的顺序为仍具有剩余数据的用户装置服务(尽力性业务-best-effort service)。

显然，所有的用户装置可基于相应的优先级而公平地分享有限的资源，这有助于在用户装置层面避免“由于无法获取资源而导致用户装置在长时间内无法传输数据-饿死”的现象。而且该用户装置的业务时延Qos将得到保证，这将更有效地利用有限的资源。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解对是，本发明并不局限于上述特定的实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (2)

1.一种在无线网络的基站中用于为与之相链接的用户装置进行资源调度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

所述基站按照用户装置的优先级，并根据来自用户装置的资源请求信息和所述基站自身的资源条件来为用户装置分配资源，

其中，来自用户装置的资源请求信息包括用户装置在下一个调度周期内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中最小传输速率是确保用户装置的所有业务的时延QoS，在下一个调度周期内应被传输的最小数据量除以调度周期得到的速率，最大传输速率是指在下一个调度周期内用户装置的缓存器中所保存的全部数据的数据量除以调度周期得到的速率，

所述基站根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最小传输速率来为每一用户装置分配资源；

当所有的用户装置都获得最小传输速率之后，如果基站还有资源剩余，所述基站根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最大传输速率来为每一用户装置分配资源。

2.一种在无线网络中用于为与之相链接的用户装置进行资源调度的基站，其特征在于，该基站包括：

接收装置，用于接收来自所述用户装置的资源请求信息；

存储装置，用于存储用户装置的优先级信息；

控制装置，用于根据用户装置的优先级，并根据来自所述用户装置的资源请求信息和所述基站自身的资源条件来为用户装置分配资源，

其中，来自用户装置的资源请求信息包括用户装置在下一个调度周期内需要的最小传输速率和最大传输速率，其中最小传输速率是确保用户装置的所有业务的时延QoS，在下一个调度周期内应被传输的最小数据量除以调度周期得到的速率，最大传输速率是指在下一个调度周期内用户装置的缓存器中所保存的全部数据的数据量除以调度周期得到的速率，

所述控制装置根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最小传输速率来为每一用户装置分配资源；

当所有的用户装置都获得最小传输速率之后，如果基站还有资源剩余，所述控制装置根据各个用户装置的优先级的递减顺序，来按每一个用户装置的最大传输速率来为每一用户装置分配资源。

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