CN100456842C

CN100456842C - 移动通信系统中的下行链路数据包调度方法

Info

Publication number: CN100456842C
Application number: CNB2003101205848A
Authority: CN
Inventors: 金东会; 柳炳汉
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: EP1432183A3; EP1432183B1; KR20040053859A; EP1432183A2; KR100462321B1; CN1509094A

Abstract

一种用于移动通信系统中的下行链路数据包调度方法与系统，包括：将包含在多媒体业务中的实时视频业务与非实时因特网业务输入到位于基站中的数据包调度器中；在所输入的实时视频业务中提供服务优先级，并使用信扰比与累积计数器进行实时视频业务的数据包调度；抛弃具有超出预定基准值的缓冲窗口延迟的数据包，在实时视频业务的数据包调度过程中执行数据包的抛弃；以及在没有实时视频业务待服务的情况下，使用信扰比进行非实时因特网业务的数据包调度。

Description

移动通信系统中的下行链路数据包调度方法

优先权

本发明基于在2002年12月16日向韩国知识产权局提交的申请号为2002-80314的专利申请，其内容包含于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种移动通信系统中下行链路数据包调度的系统与方法，以及存储其程序的记录介质。更具体地，本发明涉及这样一种移动通信系统中的下行链路数据包调度系统与方法，其中给予实时视频业务优先处理，并且同时提供多媒体业务。

背景技术

移动通信系统的下行链路数据包调度算法的性能影响着该系统的总体性能。因此，新的下行链路数据包调度必须能够支持具有不同QoS(服务质量)的多媒体业务。另外，下行链路数据包调度在使用有限资源时，必须能够同时提供实时数据包业务与非实时数据包业务，并对实时业务将延迟降到最低，而对非实时业务将效率提高。

现有的下行链路数据包调度算法使用M-LWDF算法，以保证多媒体业务延迟与处理速度性能。M-LWDF算法在下面等式1中定义了用户i的延迟QoS请求。

[等式1]

Pr{W_i＞T_i}≤δ_i

其中，W_i为对用户i的数据包延迟，T_i为延迟基准值，δ_i为超过T_i的最大概率。当用户为实时数据包用户时，必须将大部分数据包的延迟保持在特定基准值之下。

M-LWDF算法对具有通过下面等式2所求得的最大值的用户提供优先服务。

[等式2]

s = \arg \max_{i} (a_{i} W_{i} \frac{r_{i} (t)}{{\overset{&OverBar;}{r}}_{i}})

其中a_i是-(logδ_i)/T_i，而r_i为用户i的平均信道速度。

在实时视频数据包中，在特定等同缓冲窗口中的数据包的单个延迟并不重要，而缓冲窗口延迟影响着系统性能。因此，现有的下行链路数据包调度算法没有充分利用具有缓冲窗口概念的视频数据包的特点。

发明内容

本发明的优点在于提供一种用于移动通信系统中的下行链路数据包调度系统与方法，以及存储该方法的程序的记录介质，其中通过以下方式进行数据包服务：以公平的方式改变用户的优先级次序，从而降低实时视频业务的缓冲延迟，并且增加非实时因特网业务的处理速度。

根据本发明的一方面，提供一种用于移动通信系统中的下行链路数据包调度方法，包括：(a)将包含在多媒体业务中的实时视频业务与非实时因特网业务输入到位于基站中的数据包调度器中；(b)向来自步骤(a)所输入的业务中的实时视频业务提供服务优先级，使用信扰比(signal-to-interference)与累积计数器进行实时视频业务的数据包调度，并抛弃具有超出预定基准值的缓冲窗口延迟的数据包；以及(c)在(b)中没有实时视频业务待服务的情况下，使用信扰比进行非实时因特网业务的数据包调度，其中，在(b)中进行实时视频业务的数据包调度包括：基于两数之积进行调度，其中一数为通过将实时视频业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，另一数为累积计数器，并且其中，在(c)中进行非实时因特网业务的数据包调度包括：基于通过将业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值进行调度。

实时视频业务被存储在实时数据缓冲区，从而并行且相应于用户数目地生成实时视频业务，而且非实时视频业务被存储在非实时数据缓冲区中，从而并行且相应于用户数目地生成非实时视频业务。

实时视频业务的数据包调度通过以下方式实现：基于两数之积进行调度，其中一数为通过将实时视频业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，另一数为累积计数器。

使用累积计数器通过以下方式实现：计算累积计数器AC_i(t)，以降低缓冲窗口之外的实时视频业务中的缓冲窗口延迟。

数据包调度器首先为具有更大的所得的积的用户提供数据包服务。

调度包括：当在调度更新时间t之前还未被处理的数据包的大小S_j(t)对于或大于由信扰比所确定的发射数据的大小C_j(t)时，对用户j按C_j(t)进行服务；以及当S_j(t)小于C_j(t)时，对用户j按S_j(t)进行服务，并对不同于已被服务的用户j的用户进行数据包调度。

进行非实时因特网业务的数据包调度通过以下方式实现：基于通过将业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值进行调度。

调度包括：当所有实时视频业务都被服务，并且如果在调度更新时间t之前还未被处理的数据包的大小S_k(t)等于或大于由信扰比所确定的发射数据的大小C_k(t)，则对用户k按C_k(t)进行服务；以及当S_k(t)小于C_k(t)时，对用户k按S_k(t)进行服务，并对不同于已被服务的用户k的用户进行数据包调度。

调度在以下范围内进行：其中，OVSF(正交变量扩散因子)码的数N_OVSF在0与最大值之间，并且如果N_OVSF大于该最大值，则中断调度。

根据本发明的另一方面，提供一种用于移动通信系统中的下行链路数据包调度系统，包括：m个实时数据缓冲区，被分配给每个用户，从而对m个用户的来自多媒体业务的实时视频业务被相应于用户数目地并行生成，并且能够被存储；n个非实时数据缓冲区，被分配给每个用户，从而对n个用户的来自多媒体业务的非实时因特网业务被相应于用户数目地并行生成，并且能够被存储；以及数据包调度器，通过将优先级给予存储在实时数据缓冲区中的实时视频数据包业务，然后对非实时因特网业务服务进行服务，其中，数据包调度器基于两数之积进行实时视频业务的调度，其中一数为通过将实时视频业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，另一数为累积计数器，并且其中，实时视频业务的服务之后，基于通过将业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，进行非实时因特网业务的数据包调度。数据包调度器基于输入业务的累积计数器进行调度。累积计数器被用来降低缓冲窗口之外的实时视频业务中的缓冲窗口延迟。

数据包调度器抛弃具有超出预定基准值的缓冲窗口延迟的数据包，在实时视频业务的数据包调度过程中执行数据包的抛弃，并增加了非实时业务的处理速度。

数据包调度器基于两数之积进行实时视频业务的调度，其中一数为通过将实时视频业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，另一数为累积计数器。实时视频业务的服务之后，基于通过将业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，进行非实时因特网业务的数据包调度。

该存储程序的记录介质，该程序包括以下功能：将包含在多媒体业务中的实时视频业务与非实时因特网业务输入到位于基站中的数据包调度器中；在所输入的实时视频业务中提供服务优先级，并使用信扰比与累积计数器进行实时视频业务的数据包调度；抛弃具有超出预定基准值的缓冲窗口延迟的数据包，在实时视频业务的数据包调度过程中执行数据包的抛弃；以及在没有实时视频业务待服务的情况下，使用信扰比进行非实时因特网业务的数据包调度。

附图说明

本说明书所包含的附图构成说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并且与此处描述一起用来解释本发明的原理。

图1描述了根据本发明实施例的用于移动通信系统的下行链路数据包调度方法的机制。

图2描述了根据本发明实施例的用于移动通信系统的下行链路数据包调度方法中的实时视频流会话。

图3的示意图为根据本发明实施例的用于移动通信系统的下行链路数据包调度的方法中非实时因特网业务模型。

图4描述了根据本发明实施例的用于实时视频业务的累加计数方法。

图5描述了本发明实施例中所使用的第k缓冲窗口延迟的标定。

图6描述了根据本发明实施例的数据包抛弃方法。

图7描述了根据本发明实施例的移动通信系统中下行链路数据包调度方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的实施例。

如图所示，在该数据包调度机制中，假设m个用户被放入实时数据缓冲区10中，并且同时n个用户被存入非实时数据缓冲区20中。

m个用户的实时视频业务被输入并存储在实时数据缓冲区10中，从而并行且相应于用户数目地生成实时视频业务。另外，n个用户的非实时视频业务被存储并累积在非实时数据缓冲区20中，从而并行且相应于用户数目地生成非实时视频业务。

数据包调度器30通过将优先级给予实时视频数据包业务服务来进行服务。只有在没有实时视频数据包业务需要服务时，才提供非实时因特网业务的服务。

输入到数据包调度器30的实时视频业务对延迟性能敏感。因此，在以下业务情况下使用累积计数器来降低缓冲窗口延迟：来自相同缓冲窗口的缓冲窗口延迟影响系统，而不是在相同缓冲窗口中的每个数据包的单个延迟影响系统。

因此，在实时视频业务服务的情况下，数据包调度器30将服务优先级给予具有使用下面等式3所确定的最大值的用户，该等式使用累积计数器的值(AC_i(t))，r_i(t)与r_i。

[等式3]

s = \arg \max_{i} ({AC}_{i} \frac{r_{i} (t)}{{\overset{&OverBar;}{r}}_{i}})

另外，在非实时视频业务服务的情况下，数据包调度器30将服务优先级给予具有使用下面等式4所确定的最大值的用户，该等式使用值r_i(t)与r_i。

[等式4]

s = \arg \max_{i} (\frac{r_{i} (t)}{{\overset{&OverBar;}{r}}_{i}})

在等式3与4中，AC_i(t)为用户i的AC(t)，r_i(t)为对每一用户i的更新时间t中的信道速度值，并且r_i为平均信道速度。

在实时视频流会话中，以固定帧周期标定预定的间隔T。在本发明的实施例中，间隔T以缓冲窗口周期标定，并被用作对实时业务的延迟性能的基础。

数据包调度器30从用户接收业务输入，调度业务，并通过共享信道输出被调度的数据包数据流。

如图2所示，根据在一个帧中的数据包的大小与到达时间构成每一帧，每一帧都由固定数目的数据包构成。

因为视频图片每次都变，所以每一数据包的大小具有分组特性。

如图所示，非实时因特网业务模型包括数据包服务会话，其由因特网使用的时间间隔所标定。每一个会话都通过多个数据包呼叫来实现。另外，每个数据包呼叫包括多个具有分组特性的数据包。

因此，非实时因特网业务模型由包括被组合在一起的分组(burst)数据包的一个数据包呼叫所构成。

在图4中，T_k ⁱ为对用户i的第k个缓冲窗口间隔，而β_m ⁱ为对用户i的第m个数据包大小。

对实时视频业务，在调度更新时间(t)中，累积计数器AC_i(t)取得对用户i的数据包大小之和，其从T_k ⁱ的起始时间开始至调度更新时间t，如下面等式5所示，其中M为用户i的数据包的数目。

[等式5]

{AC}_{i} (t) = Σ_{j = 1}^{M} β_{j}^{i}

当最后到达的数据包被服务后，AC_i(t)被重置，之后再次求T_k ⁱ后达到的数据包的和。

如果关于用户i的AC_i(t)大于关于用户k的AC_k(t)(其中k＝1，2，...，n，k≠i)，则数据包调度器30首先服务对用户i的HOL(行开头)数据包。

在图5中，D_k ⁱ为对用户i的第k个缓冲窗口延迟。D_k ⁱ被确定为以下两个时间之差：在T_k ⁱ中待服务并离开缓冲区的最后一个数据包的到达时间，与T_k ⁱ的完成时间。

如果在T_k ⁱ中最后一个到达的数据包在T_k ⁱ中提供，则D_k ⁱ的值变为0。

为了计算D_k ⁱ的值，必须区分在T_k ⁱ中最后一个到达的数据包与新到达的数据包。D_tot ⁱ为所有缓冲窗口的延迟值之和，自用户i的会话的开始至其结束，而D_av ⁱ为通过以下计算求得的值：将D_tot ⁱ除以在用户i的会话中所产生的所有缓冲窗口的数目。

下面的等式6为对缓冲窗口延迟QoS请求项目进行标定的等式，以求得数据包调度器30的延迟性能。

[等式6]

\Pr {D_{k}^{i} > D^{i}} \leq γ^{i}

其中D_k ⁱ为对用户i的第k个缓冲窗口延迟值，而Dⁱ与γⁱ分别为预定的最小延迟基准值与缓冲窗口延迟中超出最大概率值，并用于满足每一业务的缓冲窗口延迟QoS。

图6描述了根据本发明实施例的数据包抛弃方法。

如图6所示，在实时视频业务的情况下，数据包调度器30采取动作，使至少延迟了Dⁱ的数据包被抛弃，Dⁱ为缓冲窗口的标定时间，并且在阻塞时，保证了与等式6所标定的缓冲窗口延迟有关的QoS请求项目。

数据包调度器30计算第k个缓冲窗口中的所有数据包的缓冲窗口延迟，从而如果有数据包超出预定延迟Dⁱ，则该第k个缓冲窗口中的相应的随后输入的所有数据包都被抛弃。

当发生等式7的不等时，会导致数据包丢失。

[等式7]

D_{k, j}^{i} > D^{i}

其中D_k，j ⁱ为以下两个时间之差：当对用户i的第k个缓冲窗口中的第j个数据包被输入到实时数据缓冲区10中，被提供并离开实时数据缓冲区10之时，到T_k ⁱ的完成时间。

在根据本发明实施例的数据包调度方法中，OVSF(正交变量扩散因子)码的数N_OVSF最初在步骤S1被置为0。

在步骤S2，确定实时视频业务是否存储在实时数据缓冲区10中。如果是这种情况，则数据包调度器30对于从基站传来的用户i的HOL数据包，执行等式3的计算，并对具有在步骤S3中所得的最大值的数据包进行服务。

在此步骤中，如果N_OVSF大于最大值12，此最大值由3GPP(第三代合作项目)的HSDPA(高速下行链路数据包接入)所设定的，则数据包调度器30中断调度操作。

然而，在步骤S4、S5、S6、S7，如果N_OVSF小于12且S_j(t)大于等于C_j(t)，则对用户j按C_j(t)进行服务，并且N_OVSF增1。

另外，在步骤S4、S5、S8、S9，如果N_OVSF小于12且S_j(t)小于C_j(t)，则对用户j按S_j(t)进行服务，并且N_OVSF增1。

随后，基于两数之积--其中一数为通过将调度更新时间内对于所有用户数据包(除用户j的已被服务的数据包之外)的SIR(信扰比)除以平均SIR所得的值，另一数为累积计数器--再次使用等式3进行计算。对具有从该计算中得到最大值的用户，重复步骤S4至S9。

如上所述，S_j(t)为在调度更新时间t之前还没有被处理的数据包的大小，而C_j(t)为根据使用SIR的发射方法而求得的发射数据的大小，其为从终端所接收的信道信息。

使用S_j(t)与C_j(t)，从基站向终端所发射的数据大小可能对每一终端与每一帧都有变化。

当执行以上的数据包调度操作时，如果不再有任何实时视频业务待服务，从而实时数据缓冲器10变空，则数据包调度器30对非实时因特网业务用户执行调度。

首先，在步骤S10，确定非实时因特网业务是否存储在非实时数据缓冲区20中。如果是，则在步骤11，数据包调度器30对存储在非实时数据缓冲区20中的HOL数据包，执行等式4的计算。

等式4被用来基于通过将调度更新时间内的SIR除以平均SIR所得的值，进行调度，而且对具有最大结果值的数据包进行服务。

随后，如同对于实时视频业务，在步骤12，如果在执行调度时N_OVSF大于最大值12，则数据包调度器30中断调度操作。

然而，在步骤S12、S13、S14、S15，如果N_OVSF小于12且S_k(t)大于等于C_k(t)，则对用户k按C_k(t)进行服务，并且N_OVSF增1。

另外，在步骤S12、S13、S16、S17，如果N_OVSF小于12且S_k(t)小于C_k(t)，则对用户k按S_k(t)进行服务，并且N_OVSF增1。

随后，再次使用等式4在调度更新时间t内对所有用户数据包(除用户k的已被服务的数据包之外)进行计算。对具有从该计算中得到最大值的用户，重复步骤S4至S9。

如上所述，从终端所接收的SIR被用来在数据包调度器30中确定用户的服务优先级。然而，该SIR也可用于物理信道的调制方法与编码方法中。

在上述的使用等式3与4的调度方法中，基站中的数据包调度器30对实时视频业务的缓冲窗口延迟QoS请求项目，并且也对非实时因特网业务用户，都满足公平性。

在本发明的实施例中，实时视频业务以实时在无线信道环境中发射，并且考虑了累积计数器与SIR，其指示了信道环境。

因此，与传统方法相比，本发明对实时视频业务的情况进一步降低了缓冲窗口延迟。另外，对非实时视频业务的情况，在对实时视频业务进行数据包调度时，如果缓冲窗口延迟超出预定值，则本发明抛弃数据包，由此对每一帧都增加了非实时因特网业务的处理速度。

在该用于移动通信系统中的下行链路数据包调度系统与方法中，对实时视频业务的情况，考虑了累积计数器与SIR，以执行调度，并且抛弃超出预定缓冲窗口延迟的数据包，从而满足了缓冲窗口延迟QoS请求项目与公平性。

另外，对非实时因特网业务的情况，该用于移动通信系统中的下行链路数据包调度系统与方法通过考虑SIR以执行调度，从而实现用户之间的公平性，并在实时视频业务中使用数据包抛弃方法。结果，增加了非实时因特网业务的处理速度。

最后，该用于移动通信系统中的下行链路数据包调度系统与方法中，因为只使用了时间戳与累积计数器来计算对于用户的数据包延迟，所以可以容易地执行调度。

虽然以上对本发明的实施例进行了详细描述，但本领域的技术人员应该理解可以对其基本技术特征的变动和/或修改仍在权利要求所界定的本发明的精神与范围之内。

Claims

1.一种用于移动通信系统中的下行链路数据包调度方法，包括：

(a)将包含在多媒体业务中的实时视频业务与非实时因特网业务输入到位于基站中的数据包调度器中；

(b)向来自步骤(a)所输入的业务中的实时视频业务提供服务优先级，使用信扰比与累积计数器进行实时视频业务的数据包调度，并抛弃具有超出预定基准值的缓冲窗口延迟的数据包；以及

(c)在(b)中没有实时视频业务待服务的情况下，使用信扰比进行非实时因特网业务的数据包调度，

其中，在(b)中进行实时视频业务的数据包调度包括：基于两数之积进行调度，其中一数为通过将实时视频业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值，另一数为累积计数器的值，并且

其中，在(c)中进行非实时因特网业务的数据包调度包括：基于通过将业务调度更新时间t内的信扰比除以平均信扰比所得的值进行调度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在(a)中，实时视频业务被存储在实时数据缓冲区，从而并行且相应于用户数目地生成实时视频业务，而且非实时视频业务被存储在非实时数据缓冲区中，从而并行且相应于用户数目地生成非实时视频业务。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在(b)中使用累积计数器包括：在来自相同缓冲窗口的缓冲窗口延迟影响系统，而不是在相同缓冲窗口中的每个数据包的单个延迟影响系统的业务情况下，计算累积计数器AC_i(t)的值，以降低实时视频业务中的缓冲窗口延迟。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在(b)中，数据包调度器首先为具有比其他用户更大的所得的积的用户提供数据包服务。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在(b)中，调度包括：当在调度更新时间t之前还未被处理的数据包的大小S_j(t)等于或大于根据使用信扰比的发射方法所确定的发射数据的大小C_j(t)时，对用户j按C_j(t)进行服务；以及

当S_j(t)小于C_j(t)时，对用户j按S_j(t)进行服务，

对不同于已被服务的用户j的用户，按照与针对用户j的调度方法相同的调度方法，进行数据包调度。

6.如权利要求1所述的方法，其中在(c)中，调度包括：当所有实时视频业务都被服务，并且如果在调度更新时间t之前还未被处理的数据包的大小S_k(t)等于或大于根据使用信扰比的发射方法所确定的发射数据的大小C_k(t)，则对用户k按C_k(t)进行服务；以及

当S_k(t)小于C_k(t)时，对用户k按S_k(t)进行服务，

对不同于已被服务的用户k的用户，按照与针对用户k的调度方法相同的调度方法，进行数据包调度。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在(b)与(c)中，数据包调度在以下范围内进行：其中，正交变量扩散因子码的数N_OVSF在0与最大值之间，并且如果N_OVSF大于该最大值，则中断调度。