背景技术
UMTS(通用移动通信服务)通过无线接入网络(称为UTRAN(UMTS陆地无线接入网络))提供对通信服务的电路交换和分组交换接入。与任意一种无线通信系统一样,UTMS包括无线接入网络(UTRAN)和核心网络,其接下来耦合到包括例如互联网的其他通信网络。
UTRAN通过空中接口使用WCDMA(宽带码分多址)来通信耦合到UE(用户设备,即无线终端,例如移动台或包括用于与无线接入网络或通信系统的服务接入点通信的装置的其他设备),并且该UTRAN包括一个或多个RNC(无线网络控制器),每个RNC控制一个或多个在某些方面与GSM(全球移动通信系统)的基站收发台相对应的节点B,即用于提供与UE的空中接口的设备。在UMTS的情况下,分组调度是这样一种处理,即通过该处理,RNC或节点B确定如何以及何时向与其通信耦合的UE传送分组。(节点B就针对其覆盖区域内的UE的分组进行分组调度判断,而RNC就针对RNC所控制的所有的节点B的区域中的所有UE的分组进行分组调度判定)。
在UTRAN中,对于普通的分组接入,由RNC执行调度。对于所谓的HSDPA(高速下行链路分组接入),至少一些分组调度由节点B来执行。
大多数其他无线通信系统,例如包括GPRS(通用分组无线服务)的GSM,还以通常被指示为分组的形式来提供分组接入,即用于突发数据的通信服务,从而UE和服务器(例如附接到互联网的服务器)能够以分组的形式来交换数据。
在GSM中,仅使用专用信道来传送分组。
在UMTS/WCDMA中,除了专用信道之外,还在公共信道上传送分组数据。在提供分组调度时,UMTS/WCDMA分组调度器分派不同的代码和/或不同的时隙,以用于将分组传送到UE。在UMTS/WCDMA中,UE可以与其他UE共享同一代码和/或时隙以用于接收分组(也用于发送分组),或者它们可以分派有专用资源,例如特定的代码信道或者一个或多个特定时隙。在共享信道的情况下,例如,可以将单个代码分派给若干个UE,其中每个UE通过时分来共享相应的代码信道,即每个UE在无线帧中具有分派的一个时隙(或多个时隙)。在此方面,公共信道与共享信道类似。通常,每个小区具有若干个公共分组信道,每个分组信道具有不同的数据速率。
在UMTS/WCDMA的情况下,分组调度器必须判断使用什么信道来向正针对其进行调度的UE传送分组,以及还须判断用于该分组的功率和数据速率。所有这些,即信道、可用功率以及数据速率,是必须在请求分组接入服务的UE间划分的有限资源。
分组调度器经常必须考虑的一个因素是针对不同用户分组的不同QoS需求的可能性。在某些无线通信系统中,作为UE已经订制了某等级服务的结果,可以通过核心网络将指示UE所需QoS的参数提供给节点B/RNC。其他因素全部都与通往UE的无线链路的质量有关(do with),无线链路的质量通常随着距离而恶化,并且还会受到噪声源或其他干扰源以及多径的影响。此外,该链路可以是极度可变的,因为UE能够在通信会话期间从链路强烈的位置移动到链路恶劣的位置(由于更多的噪声或其他干扰,包括可能的更多的多径)。HSDPA UE定期地发送信道质量指示符(CQI)到服务节点B,以指示UE在其当前无线状况下可以支持什么样的数据速率(以及使用什么样的编码和调制方案以及多码的数目)。
有多种通常用于对节点B的容量进行划分以在其覆盖区域内将分组传递到UE的调度策略。无论对于共享信道或专用信道,这些调度策略的共同点是:所谓的公平吞吐量(其目标是向所有用户给出相同的吞吐量)、公平时间(其向所有用户提供相同的时间和功率资源)以及C/I调度(其将所有资源分配给具有仍然要传递的分组以及具有最强链路的UE)。对于专用信道,公平时间调度器有时称为轮叫(round robin)调度器:以顺次顺序来服务UE,从而它们均得到相同的平均分配时间。
有一些分组调度器将QoS需求以及瞬时信道状况纳入考虑。分组调度器通常计算用于达到调度判定的调度度量的值。将QoS需求以及瞬时信道状况纳入考虑的调度器通常将QoS需求直接包括在调度度量中,并且然后在于调度判定中收敛的迭代处理中达到调度判定,该判定是理想地满足所有被服务UE的QoS需求的判定。在UE可以具有不同衰落式样以及节点B中的缓冲器(或RNC)可以开启或关闭的系统中,此迭代可能在分组调度器确定是否能够满足所有的QoS需求之前花费大量不期望的时间。
所需要的是这样一种方法,通过该方法,分组调度器可以快速地达到调度判定,其中该调度判定有可能考虑了对于正在针对其而调度分组传递的不同UE的不同的QoS需求以及对于不同UE的不同信道状况。理想地,分组调度器的输出可以有利地使用在许可和负载控制中,以调节无线接入网络的无线资源,并放弃需要最高代价的UE(在无线接入网络的无线资源方面)。
发明内容
因此,在本发明的第一方面中,提供一种方法,包括下列步骤:无线接入网元针对给定时间间隔来确定对于每个无线终端的相应活动性比率,其中所述无线终端与所述无线接入网络进行通信并具有在所述给定时间间隔中通过所述无线接入网络向所述无线终端传递的分组;以及,所述无线接入网元针对所述给定时间间隔来确定对于每个无线终端的相应度量,以用于调度传递到所述无线终端的分组,其中,针对每个无线终端的所述度量至少部分地基于针对所述无线终端的活动性比率;其中,对于具有在所述给定时间间隔期间传递的分组的每个所述无线终端的所述活动性比率是下列比率:即在所述无线终端使分组传递到所述无线终端的时间间隔上平均的所述无线终端所需的长期吞吐量除以针对所述无线终端的调度吞吐量的比率,其中该调度吞吐量指示所述无线终端在所述给定时间间隔中体验的吞吐量。
根据本发明的第一方面,在确定针对每个无线终端的度量的步骤中,可以基于针对所述无线终端的所述活动性比率来确定针对所述无线终端的缩放因子,并且所述缩放因子可用于根据未将针对所述无线终端的所述活动性比率纳入考虑的调度算法,通过乘法来调节针对所述无线终端的度量。此外,未将针对所述无线终端的所述活动性比率纳入考虑的所述调度算法可以将瞬时支持速率与平均传递吞吐量之比使用作为所述给定时间间隔中针对无线终端的度量,并且可以使用包括用户相关的收敛控制参数的递归关系来计算平均传递吞吐量。未将针对所述无线终端的所述活动性比率纳入考虑的所述调度算法例如可以是比例公平分组调度算法。
在本发明的第二方面中,提供一种计算机程序产品,包括其上包含有用于由计算机处理器来执行的计算机程序代码的计算机可读存储结构,其中所述计算机程序代码包括用于执行根据本发明第一方面的方法步骤的指令。
在本发明的第三方面中,提供一种专用集成电路,包括被布置和互相连接为集成电路的电子组件,并从而执行根据本发明第一方面的方法步骤。
在本发明的第四方面中,提供一种设备,包括用于执行根据本发明第一方面的方法步骤的装置。
根据本发明的第四方面,该设备可以是终端的组件,所述终端用于将分组无线地传送到无线终端。
本发明还提供一种无线接入网络的终端,用于将分组无线地传送到用户的无线终端,其包括根据本发明第四方面的设备。
仍然根据本发明的第四方面,该设备可以是用于通过无线传送来传送分组的一个或多个终端的控制器的组件。
本发明还提供一种用于对一个或多个终端进行控制的无线接入网络的控制器,其中所述一个或多个终端用于将分组无线地传送到用户的无线终端,该控制器包括根据本发明第四方面的设备。
本发明还提供一种通信系统,包括:耦合到至少一个其他通信系统的至少一个单元的核心网络,耦合到所述核心网络并包括根据本发明第四方面的设备的无线接入网络,以及适用于通信耦合到所述无线接入网络的多个无线终端。
具体实施方式
本发明在这里被描述为提供与UTRAN一起使用的方法和设备,但应当理解的是,本发明可使用在提供分组接入(即向通信耦合到无线通信系统的UE提供分组)的任何类型的无线通信网络中。而且,使用所谓的比例公平分组调度算法(如下所述,其经过本发明的修改,与用户而言的Qos所需求的吞吐量相比,其考虑了用于QoS用户的调度吞吐量)来示意本发明,但应当理解的是,本发明至少用于修改任何支持QoS的分组调度算法。
在UTRAN的情况下,本发明提供节点B,其中考虑用户/UE的信道状况来对用于向与所述节点B进行无线通信的UE传送分组进行分组调度判定。本发明还能够提供以相同方式来执行分组调度判定的RNC,但执行分组调度是针对连接到由RNC所控制的所有节点B的所有UE。通常,分组调度功能位于用于HSDPA的节点B中,但也可以另行处于RNC中。
现在参考图1,节点B 12a示出为RNC 12b所控制的其中的一个节点B(通常经由有线连接),并通过无线通信与UE 16(也可能与其它UE)进行通信。RNC和各种节点B构成无线网络系统(RNS)12。UTRAN 14由RNS 12以及可能的其他RNS来构成。该一个或多个可能的RNS与核心网络11进行接口连接,更具体地,与核心网络的服务GPRS支持节点(SGSN)11a进行接口连接。
现在参考图2,示出了根据本发明一个实施方式与本发明特别相关的节点B 12a的组件。节点B管理无线资源,即其包括无线资源管理功能,通过该功能,其分配或多或少的功率或时间或数据速率,以将分组传送到其覆盖区域中的每个不同UE,从而实现目标和限制,所述目标例如是优化在给定一个或多个限制下的总吞吐量,所述限制例如是将所需服务质量提供给其区域中的一个或多个UE。在图2中示出的组件是与许可控制、负载控制以及分组调度相关的无线资源管理功能的关键部分。在现有技术中已知的其他组件未被示出。在图1中示出的节点B 12a的组件的模块式布置并不旨在进行限制。除了所示出的布置之外,其他架构也是可行的,这对于无线通信领域内的技术人员而言是很清楚的。
当执行无线资源管理的任务时,节点B 12a进行所谓的调度判定,即节点B对分组进行调度,从而使用对节点B可用的无线资源来将其传送到UE。RNC(在某些情况下为核心网络)预留对于节点B可用的无线资源。
根据图2所示出的本发明的实施方式,节点B12a,具体而言是其无线资源管理功能,包括分组调度器21,用于对针对其覆盖区域内的UE进行的分组传送进行调度。该分组调度器包括量度计算器和调度器21a,其计算针对每个UE的量度值,然后使用该量度来进行分组调度判定(即选择具有最大量度的UE作为首先服务的UE,或者至少作为优先服务的UE等等)。为了计算针对每个UE的量度值,量度计算器使用由平均吞吐量估计器模块21b(仅仅估计平均吞吐量,其至少部分地基于瞬时速率来估计,该瞬时速率是平均吞吐量估计器模块21b的输入)所提供的针对用户的平均吞吐量估计(对于受影响的时间间隔)以及针对UE的瞬时支持速率(对于所述时间间隔)。对于UE的平均吞吐量是仅在用于UE的数据实际上缓冲在节点B中以向UE传递时的时间上的平均值。
分组调度器21向活动性检测器22提供调度判定。该活动性检测器包括调度吞吐量估计器22a,其估计在这里所称的每个用户的调度吞吐量,即当用户实际上被调度时的吞吐量(即当分组被调度以向用户传递的时候)。
活动性比率估计器22b(活动性检测器22的另一组件)将调度吞吐量(每个用户针对一个)与针对每个用户的QoS/QoE(服务质量/体验质量)要求一起用于预测(什么应当是)针对用户的活动性比率,即例如针对用户调度的帧数目与在会话期间针对用户的总帧数之比,由此用户接收对于用户适合的QoS(即足够的QoS,例如订制的QoS),尽管针对用户的活动性的任何时间量度与在其中节点B正在传送分组至UE期间的总时间之比也可以被用作活动性比率。(UE可以请求或订制高QoS,或者可以不请求任何特定QoS,在此情况中UE给定有将所有被请求或订制的QoS纳入考虑的最佳可能的QoS)。
由活动性比率估计器22b将活动性比率提供给如上所述的分组调度器21以及提供给负载和许可控制模块23,用于提供支持QoS的负载和许可控制。该负载和许可控制模块23使用每个用户为了接收足够QoS所需的活动性比率,然后将或多或少的调度资源分配给每个用户,停止或允许对新用户进行许可,和/或开始从具有等待进行调度(以传送给相应用户)的分组的UE对列(在节点B中)中移除用户。
在本发明示意性实施方式中,分组调度器21是改进的比例公平分组调度器(根据本发明进行了改进),以及活动性检测器22被实现为具有快速自适应间隔的递归滤波器。因此,当优先级在用户之间移位时,或者当用户进入具有不同无线信道行为(例如导致高度可变衰落的显著大的速率、多径延迟等等)的系统时,系统快速地重新评估所改变的用户需求以及信道状况对针对每个用户的所需活动性的影响。
如上所述,分组调度器使用度量以达到调度判定。对于每个用户,针对每个时间间隔(在其间分组将传送到UE)都具有度量值。在常规的比例公平分组调度算法中,用户k在时间间隔n(例如传送时间间隔)期间的度量是:
其中rk[n]是用户k在时间间隔k中的瞬时支持速率,Tk[n]是平均传递的吞吐量(针对用户k在时间间隔n期间),使用下列方程式来(递归地)计算:
其中如果用户k在n期间进行调度,则λk[n]是具有值为1的活动性因子,否则λk[n]是具有值为0的活动性因子,Bk[n]是用户k在时间间隔n期间在缓冲器中的可用比特,{Bk[n]>0}是布尔表达式,并且如果为真,则其值为1,如果为假则其值为0,Nk是用户相关的收敛控制参数,并且表示滤波器的存储器(指数衰减)。
例如在WCDMA/HSDPA以及其他无线通信系统中,在接收器处(即在UE处)对每个用户的瞬时支持数据速率rk[n]的值进行估计,并作为如下信号发送到节点B,即作为针对每个用户的瞬时支持数据速率rk[n]的值。在其他无线通信系统中,有类似的机制,尽管某些时候所报告的量度是信噪比电平而不是瞬时支持数据速率,但这两者之间的映射接下来由分组调度器来执行。有些时候,即使在没有HSDPA的WCDMA中,并且当节点B通过共享的下行链路信道来提供分组时,代替UE信号发送rk[n]的值,分组调度器可以使用在共享分组下行链路信道之外的其他信道上与UE进行通信的链路质量来预测共享分组下行链路信道上的性能,并且此后可以将该性能与rk[n]的值进行映射或关联。
Nk是无量纲常数,其使得比例公平分组调度算法:(1)以较小的精度较快地收敛,或(2)以非常高的精度较慢地收敛。通常,Nk的最佳值(其可以例如通过制造商、运营商或根据一些其他算法来动态地设定)取决于针对用户的业务简档以及系统中用户的数目。因此,根据本发明人的研究结果,通常,Nk最优地对于系统中的每个用户而不同,并且因此下标k表示特定用户。合理的值出现在范围200-700中。
现在,在示意性实施方式中,使用根据本发明而改进的常规比例公平分组调度器,通过用户特定的缩放因子αk[n]来对常规度量Mk′[n]进行缩放,以达到改进的度量
Mk[n]=αk[n]·Mk′[n]. (3)
用户特定的缩放因子αk[n]可以被认为是优先级因子。
缩放因子α
k[n]的计算如下。首先,表示为
的上述活动性比率使用如下方程式来计算:
其中,Treq,k是针对用户k的所需吞吐量(并且示出为通过图2的QoS管理器24提供给活动性比率估计器22b),即当调度实体(例如节点B)具有针对用户k而缓冲的数据时,作为被保证数据速率的长期吞吐量需求;以及Tsch,k[n]在这里被称为调度吞吐量,并且是当用户k实际被调度时的时间期间针对用户k的吞吐量。Treq,k对于分组调度器是已知的。Tsch,k[n]使用以下方程式来进行计算(像Tk[n]一样,也是递归的,即作为递归滤波器)
其中Ns是替代了Nk的与用户无关(user independent)的收敛控制参数,并且表示UE之间的有效分布,并且通常小于Nk(对于任意k)。Ns在很多方面类似于Nk,例外之处在于Ns涉及第二级(tier)滤波器,并且本发明人已经发现有利的是其对于所有用户是相同的(因为其尝试预测整体用户差异以及针对用户的活动性因子,但考虑了所有其他用户的调度)。Ns也是无量纲的,并且从本发明人的研究来看,调度器的性能对其设定并无太大依赖,但是有利的设置是范围20-80中的值。
通过在方程式(3)中计算的活动性比率
,度量缩放因子/优先级因子α
k[n]被分配如下的值(在图2的度量计算器和调度器模块21a中):
如果 (所需容量与可用容量相同),那么
对于所有k (6)
在此情况下,所有可用容量被分配给QoS用户,从而“尽力而为(besteffort)”用户(即那些没有任何所需QoS的用户)得不到容量。
如果 (所需容量大于可用容量)那么
对于所有k (7)
从而每个用户受到同等的服务减少,即每个用户的服务以相同的因子 来减少。
如果 (有额外容量),那么 对于 的每个k (8)以及
对于所有其他k (9)
其中NnonQoS是没有所需QoS的用户数目(即尽力而为用户,或换言之 的用户),从而所有QoS用户(即 的用户)得到与在所需容量等于可用容量的情况下相同的缩放因子,但是无QoS用户也得到对于每个而言均相同的一些容量,如方程式(9)所给出。
已经如此计算了缩放因子αk[n]以及常规度量Mk′[n]后,可以计算度量Mk[n]=αk[n]·Mk′[n](通过度量计算器和调度器21a)。然后分组调度器选择具有最大改进度量Mk[n]值的用户,作为接收分组的下一用户。
注意,在对根据本发明的分组调度进行初始化时,将Tsch,k设定为rk[n],并且将Tk[n]设定为rk[n]/k.。
因此现在参考图3,上述过程示出为包括(初始化之后)第一步骤31,在该步骤中分组调度器/度量计算器更新平均吞吐量Tk[n](对于每个用户k)。在下一步骤32中,更新所调度的吞吐量Tsch,k[n]。在下一步骤33中,确定所需活动性因子然后在下一步骤34中,为缩放因子/优先级因子αk[n]分派一个值。最后,在下一步骤35中,确定改进的调度度量Mk[n](可能是在这阶段,既然Tk[n]已经更新,并且rk[n]已知),然后在最后一个步骤36,将具有最大调度度量值的用户选择作为被服务的下一用户。
本发明所提供的上述功能可以实现为存储在节点B或RNC的非易失性存储器中的软件模块,并且在需要的时候可以通过将所有或部分软件复制到可执行RAM(随机存取存储器)中来执行。可替换地,此软件提供的逻辑也可以由ASIC(专用集成电路)来提供。
已经根据设备的模块以及方法的步骤来对本发明进行了描述。此外,本发明包含计算机程序产品,该计算机程序产品包括其上包含有由计算机处理器来执行的计算机程序代码(即软件或固件)的计算机可读存储结构。
需要理解的是,上述布置仅是对本发明原理应用的示意。本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下设计出各种修改和替换布置,并且所附权利要求书旨在覆盖此类修改和布置。