CN101414954B - 一种正交频分多址系统的业务集成调度方法 - Google Patents

Abstract

一种正交频分多址系统的业务集成调度方法，根据各业务连接的调度参数值：信道状况、历史平均流量和调度间隔时间，及各调度参数值对应的调度影响系数确定该连接的集成调度优先级，在服务质量优先级相同的业务连接中优先对集成调度优先级高的业务连接进行调度；当对应的调度影响系数不为0时，业务连接的信道状况值越大则集成调度优先级越高，调度间隔时间越长则集成调度优先级越高，历史平均流量越小则集成调度优先级越高。采用本发明的集成调度方法只需在后台对调度影响系数进行配置即可实现多种不同的调度方法或多种调度方法的组合，便于不同调度方法的切换和维护；减少计算量，有效提高调度算法的运行效率。

Description

一种正交频分多址系统的业务集成调度方法

技术领域

本发明涉及无线宽带移动通信领域，尤其设计一种用于多用户正交频分多址(OFDMA，Orthogonal Frequency Division Multiplex Address)系统的业务集成调度方法。

背景技术

BE(Best Effort，尽力而为)业务，是IEEE Std(Institute of Electrical andElectronics Engineers Standard，电气和电子工程师协会标准)802.16系列协议定义的5种业务类型中的一种，仅进行尽力而为的传输。这种类型调度服务定义的QoS(Quality of Service，服务质量)参数最少，只有最大容忍速率、业务优先级和请求/传输策略，适用于网页浏览、Email等业务的传输。

调度是调度器支持的为了在一个连接上进行数据传输的处理机制。好的调度算法能使系统整体吞吐量最大化，使各业务流公平地共享无线信道，且调度算法不太复杂，这样才能高速的运转来调度那些对时间要求严格的实时通信业务。公平性是任何多用户共享资源系统的重要原则，调度中追求公平性才能保证参与系统的用户在长时间内获得平等的资源分配，并保证没有用户被“饿死”。常见的调度算法有比例公平(Proportional Fairness)、公平吞吐量(Fair Throughput)、公平等待时间(Fair Wait-Time)、轮循调度(Round-Robin)和最大载干比(Max C/I)等，前四种算法分别从不同的方面体现了公平性，而最后一种Max C/I是非公平算法，其最大优势是可以获得系统的最大吞吐量。通常这些算法根据运营商的不同需求有不同的应用场景。

由于上述五种调度方法的实现框架和所需参数不统一，如果需要在一个OFDMA系统中同时实现上述调度方法，不仅工作量大，而且不便于调度方法间的自由切换，以及后续的升级和维护。

此外，现有的业务调度方法无法根据实时通信状态和资源状况将多个算法进行组合，即不能综合考虑连接的信道状况，历史吞吐量和调度等待时间等多种因素对调度顺序的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种简单高效的实现包含比例公平、公平吞吐量、公平等待时间、轮循调度和最大载干比的集成调度方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，根据各业务连接的调度参数值：信道状况、历史平均流量和调度间隔时间，及各调度参数值对应的调度影响系数确定该连接的集成调度优先级，在服务质量优先级相同的业务连接中优先对集成调度优先级高的业务连接进行调度；

其中，当对应的调度影响系数不为0时，业务连接的信道状况值越大则集成调度优先级越高，调度间隔时间越长则集成调度优先级越高，历史平均流量越小则集成调度优先级越高。

此外，当前时刻t连接k的所述集成调度优先级IntePri_k(t)采用如下方法计算：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=f1\left(T_k\left(t\right)\right)+\frac{f2\left(\mathrm{ChCon}{d}_k\left(t\right)\right)}{f3\left({\mathrm{Th}}_k\left(t\right)\right)};$

其中，T_k(t)为t时刻连接k的调度间隔时间；ChCond_k(t)为t时刻连接k的信道状况值；Th_k(t)为t时刻连接k的历史平均流量；

f1()，f2()，f3()为一次函数；

k＝1，......，K；K为当前的业务连接总数。

此外，当前时刻t连接k的所述集成调度优先级IntePri_k(t)采用如下方法计算：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\mathrm{\λ}\×T_k\left(t\right)+\frac{1+\mathrm{\μ}\×{\mathrm{ChCond}}_k\left(t\right)}{1+v\×{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$

其中，λ为与所述调度间隔时间对应的调度影响系数、μ为与所述信道状况值对应的调度影响系数，v为与所述历史平均流量对应的调度影响系数；λ、μ和v取大于等于0且小于等于1的值。

此外，该方法包含如下步骤：

A：设置所述调度影响系数值；

B：每帧调度开始时，获取各业务连接的所述调度参数值，并根据调度参数值计算集成调度优先级；

C：获取所有业务连接中服务质量优先级最高的未调度业务连接，并对其中具有最高集成调度优先级的业务连接进行调度；

D：若还有未调度业务连接且还有剩余带宽，则跳转至步骤C；否则结束本帧调度。

此外，所述步骤C分为如下子步骤：

C1：从包含当前所有业务连接的业务连接列表中获取第一个未调度业务连接项作为当前业务连接项；

C2：将当前业务连接项对应的业务连接的服务质量优先级与业务连接列表中的下一个未调度业务连接项对应的业务连接的服务质量优先级进行比较：

如果二者的服务质量优先级不相等，则将二者中具有较大服务质量优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

如果二者的服务质量优先级相等，则将具有较大集成调度优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

C3：若业务连接列表中在当前业务连接项后存在未调度业务连接项，则跳转至步骤C2；否则执行下一步；

C4：对当前业务连接项对应的业务连接进行调度，将该业务连接的调度标志设置为已调度；并记录该业务连接的历史平均流量值和当前帧号。

此外，所述业务连接为尽力而为业务连接。

此外，所述信道状况值ChCond_k(t)采用如下方法计算：

ChCond_k(t)MRP_k(t)/REP_k(t)；其中MRPk(t)为连接k采用的调制编码方式对应每个时隙可承载的数据；REPk(t)为重复编码次数；

所述历史平均流量Th_k(t)采用如下方法计算：

${\mathrm{Th}}_k\left(t\right)=(1-\frac{1}{t_c})\·{\mathrm{Th}}_k(t-1)+\left(\frac{1}{t_c}\right)\·{\mathrm{ThRT}}_k(t-1);$ 其中，ThRT_k(t-1)为(t-1)时刻的连接k的实时流量，Th_k(t-1)为t-1时刻的历史平均流量；t_c为计算历史平均流量所需的帧数，t_c＞0；

所述调度间隔时间T_k(t)为：连接k上次被调度到本次调度等待的时间间隔，单位为帧。

此外，所述λ、μ和v都取非零且小于1的值；或所述λ、μ取非零且小于1的值，v＝0；或所述λ、v都取非零且小于1的值，μ＝0。

由上可知，采用本发明的正交频分多址系统的业务集成调度方法只需在后台对调度影响系数进行配置即可实现多种不同的调度方法或多种调度方法的组合，便于不同调度方法的切换和维护；并且在每帧调度时省去了对QoS优先级进行排序的环节，只查找需要调度的连接，减少计算量，有效提高调度算法的运行效率。

附图说明

图1是本发明正交频分多址系统的BE业务连接集成调度方法流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路是通过统计和计算获得每个业务连接在当前时刻的调度参数值：调度间隔时间，信道状况和历史平均流量；根据上述三个调度参数值，以及与调度策略相关的调度影响系数值：λ、μ和v计算每一连接的集成调度优先级；在QoS优先级相同时，优先对集成调度优先级高的连接进行调度。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明正交频分多址系统的BE业务连接集成调度方法流程图。

如图1所示，该方法包含如下步骤：

101：根据后台调度策略设置调度影响系数值；

调度影响系数值包含：调度间隔影响系数λ，信道状况影响系数μ，和历史平均流量影响系数v；其中，λ、μ和v的取值范围为大于等于0且小于等于1，其不同的取值组合对应不同的调度方法或不同调度方法的组合。

102：每帧调度开始，获取所有连接的调度参数值；

调度参数值包含：连接k的QoS优先级QosPri_k；当前时刻(t时刻)连接k的信道状况ChCond_k(t)；当前时刻(t时刻)连接k的历史平均流量Th_k(t)；当前时刻(t时刻)连接k的调度间隔时间T_k(t)；k＝1，......，K；K为业务连接总数。其中，

对于信道状况ChCond_k(t)：系统中取当前可提供给连接k的最大传输速率，与载干比(C/I)_k(t)相对应，反应目前的信道状态，该值越大信道状态越好，可根据连接k采用的调制编码方式对应每个slot(时隙)可承载的数据：MRPk(t)，和重复编码次数REPk(t)计算出，即：

ChCond_k(t)＝MRP_k(t)/REP_k(t)

其中，调制编码方式与每个Slot可承载数据的对应关系如下表所示：

调制编码方式	每个Slot可承载的数据	调制编码方式	每个Slot可承载的数据
				QPSK1/2	6	64QAM1/2	18
QPSK3/4	9	64QAM2/3	24
				16QAM1/2	12	64QAM3/4	27
16QAM3/4	18	64QAM5/6	30

根据802.16协议规定，重复编码次数(REP)的取值范围是1，2，4和6。

对于历史平均流量Th_k(t)：设(t-1)时刻的连接k的实时流量为ThRT_k(t-1)，则：

${\mathrm{Th}}_k\left(t\right)=(1-\frac{1}{t_c})\·{\mathrm{Th}}_k(t-1)+\left(\frac{1}{t_c}\right)\·{\mathrm{ThRT}}_k(t-1)$

其中t_c为参数因子，单位为帧，表示计算历史平均流量所需的帧数，该值反应历史平均流量与实时流量的比例关系，默认值为20，最小值为1；

调度间隔时间T_k(t)为：连接k上次被调度到本次调度等待的时间间隔，单位为帧，即：

T_k(t)＝FrameNo_Cur-FrameNo_Last

FrameNo_Cur为当前帧号，FrameNo_Last为连接k上次被调度时的帧号。

103：根据上述调度影响系数值和调度参数值采用如下公式计算各连接的集成调度优先级：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\mathrm{\λ}\×T_k\left(t\right)+\frac{1+\mathrm{\μ}\×{\mathrm{ChCond}}_k\left(t\right)}{1+v\×{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$ (公式1)

k＝1，......，K；K为连接总数。

由公式1可知，通过对调度影响系数λ、μ和v的取值进行不同的设置，上述集成调度优先级对应了不同的调度算法/调度策略，或不同的调度算法的组合。下面举例对调度影响系数的不同取值对应的不同调度算法或不同的调度算法的组合进行描述：

一、公平等待时间

令λ＝1，μ＝0，v＝0，公式1变为：

IntePri_k(t)＝λ×T_k(t)+1；

该算法选择调度间隔时间最长的业务连接进行调度，从长期调度结果来看，所有业务连接获得的调度机会公平，但由于没有考虑各个连接的信道条件，所以系统吞吐量较小。

二、公平吞吐量

令λ＝0，μ＝0，v＝1，公式1变为：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$

该算法选择具有最小历史平均流量的业务连接优先进行调度，从长期调度结果来看，所有业务连接被调度的数据流量大致均等，即每个连接获得的吞吐量是公平的。由于信道状况差的连接其历史流量较低却被优先调度，因此整个系统的吞吐量较低。

三、最大载干比

令λ＝0，μ＝1，v＝0，公式1变为：

IntePri_k(t)＝1+ChCond_k(t)；

该算法选择具有最好信道状况的业务连接进行调度，为整个系统提供最大吞吐量，但其公平性最低。

四、轮循调度

令λ＝0，μ＝0，v＝0，公式1变为：

IntePri_k(t)＝1；

该算法定义所有的连接都具有相同的优先级，即相当于对连接依次进行轮循调度，具有较好的服务公平性，由于没考虑连接信道条件的影响，系统吞吐量较低。

五、比例公平

令λ＝0，μ＝1，v＝1，公式1变为：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\frac{1+\mathrm{ChCon}{d}_k\left(t\right)}{1+{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$

该算法选择具有最大比例公平优先级的业务连接进行调度，是对连接信道条件和历史流量的加权折衷，具有较大的系统吞吐量和较好的服务公平性。

六、调度间隔时间与历史平均流量的加权组合

令μ＝0，λ和v取一个非零且小于1的值(具体可以根据实际情况选取)，公式1变为：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\mathrm{\λ}\×T_k\left(t\right)+\frac{1}{1+v\×{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$

该调度策略综合考虑了业务连接的历史平均流量和调度时间间隔，与公平等待时间和公平吞吐量相比，可以获得更好的公平性。

七、调度间隔时间与信道状况的加权组合

令v＝0，λ和μ取一个非零且小于1的值(具体可以根据实际情况选取)，公式1变为：

IntePri_k(t)＝λ×T_k(t)+μ×ChCond_k(t)+1；

该调度策略同时考虑了业务连接的信道状况和调度时间间隔，可以看作是对最大载干比算法的优化，可以在获取最大系统吞吐量的同时考虑一定的公平性需求。

八、信道状况、历史平均流量和调度时间间隔的加权组合

令λ、μ、v都取不等于0且小于1的值(具体可以根据实际情况选取)，该调度策略同时考虑了业务连接的信道状况、历史平均流量和调度时间间隔给出综合的集成调度优先级，是对三种调度参量的加权折衷，可以获得较好的服务公平性和较大的系统吞吐量。

104：从包含当前所有业务连接的BE连接列表头开始提取第一个未调度过的业务连接项(即调度标志为未调度的业务连接项)作为当前业务连接项；

105：将当前业务连接项对应的业务连接的QoS优先级与BE连接列表中的下一个未调度过的业务连接项对应的业务连接的QoS优先级进行比较：

如果二者的QoS优先级不相等，则将二者中具有较大QoS优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

如果二者的QoS优先级相等，则比较二者的集成调度优先级，并将具有较大集成调度优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

106：判断BE连接列表中在当前业务连接项后是否存在未调度过的业务连接项，若存在则跳转至步骤105；否则执行下一步；

107：对当前业务连接项对应的业务连接进行调度，将该业务连接的调度标志设置为已调度；并记录该业务连接的历史平均流量值和用于计算调度间隔时间的当前帧号；

108：如果BE连接列表中不存在未调度过的业务连接项，或无剩余可用带宽，则执行下一步；否则跳转至步骤104；

109：结束本帧的调度，将所有业务连接的调度标志设置为未调度，为下一帧调度做准备。

从上述步骤104～109可知，本发明的业务集成调度方法在获得每一个连接的QoS优先级和集成调度优先级后，依次查找业务连接列表中本帧未调度过的业务连接中QoS优先级最高的连接，如果存在多个业务连接具有相同的QoS优先级，则从中找出集成调度优先级最大的业务连接进行调度，为其分配相应的OFDM(正交频分复用)符号资源，同时将该连接的调度标志设为已调度。依此循环直至调度完所有的业务连接或者没有可用带宽进行调度时退出本帧调度。也就是说，本发明的调度策略可以表示为：

$\mathrm{SchdPri}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\arg \max ({\mathrm{QoSPri}}_k,{\mathrm{QoSPri}}_j)& {\mathrm{QoSPri}}_k\≠{\mathrm{QoSPri}}_j\\ \arg \max ({\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right),{\mathrm{IntePri}}_j\left(t\right))& {\mathrm{QoSPri}}_k={\mathrm{QoSPri}}_j\end{array}\right.;$ (公式2)

基于本发明的基本原理，上述实施例还可以有多种变换方式，例如：将上述公式1变换为：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=L+\mathrm{\λ}\×T_k\left(t\right)+\frac{M+\mathrm{\μ}\×{\mathrm{ChCond}}_k\left(t\right)}{N+v\×{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$ (公式1’)

由公式1’可以看出，连接k的集成调度优先级是调度间隔时间的一次函数与信道状况的一次函数除以历史平均流量的一次函数的和。即T_k(t)和ChCond_k(t)越大，集成调度优先级越高；Th_k(t)越大，集成调度优先级越低。

Claims (8)

1.一种正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，根据各业务连接的调度参数值：信道状况值、历史平均流量和调度间隔时间，及各调度参数值对应的调度影响系数确定该连接的集成调度优先级，在服务质量优先级相同的业务连接中优先对集成调度优先级高的业务连接进行调度；

其中，当其对应的调度影响系数不为0时，业务连接的信道状况值越大则集成调度优先级越高，调度间隔时间越长则集成调度优先级越高，历史平均流量越小则集成调度优先级越高。

2.如权利要求1所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，当前时刻t连接k的所述集成调度优先级IntePri_k(t)采用如下方法计算：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=f1\left(T_k\left(t\right)\right)+\frac{f2\left({\mathrm{ChCond}}_k\left(t\right)\right)}{f3\left({\mathrm{Th}}_k\left(t\right)\right)};$

其中，T_k(t)为当前时刻t连接k的调度间隔时间；ChCond_k(t)为当前时刻t连接k的信道状况值；Th_k(t)为当前时刻t连接k的历史平均流量；

f1()，f2()，f3()为一次函数；

k＝1，......，K；K为当前的业务连接总数。

3.如权利要求1所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，当前时刻t连接k的所述集成调度优先级IntePri_k(t)采用如下方法计算：

${\mathrm{IntePri}}_k\left(t\right)=\mathrm{\λ}\×T_k\left(t\right)+\frac{1+\mathrm{\μ}\×{\mathrm{ChCond}}_k\left(t\right)}{1+v\×{\mathrm{Th}}_k\left(t\right)};$

其中，λ为与所述调度间隔时间对应的调度影响系数、μ为与所述信道状况值对应的调度影响系数，v为与所述历史平均流量对应的调度影响系数；λ、μ和v取大于等于0且小于等于1的值；T_k(t)为当前时刻t连接k的调度间隔时间；ChCond_k(t)为当前时刻t连接k的信道状况值；Th_k(t)为当前时刻t连接k的历史平均流量；k＝1，......，K；K为当前的业务连接总数。

4.如权利要求3所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

A：设置所述调度影响系数的值；

B：每帧调度开始时，获取各业务连接的所述调度参数值，并根据调度参数值计算集成调度优先级；

C：获取所有业务连接中服务质量优先级最高的未调度业务连接，并对其中具有最高集成调度优先级的业务连接进行调度；

D：若还有未调度业务连接且还有剩余带宽，则跳转至步骤C；否则结束本帧调度。

5.如权利要求4所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，所述步骤C分为如下子步骤：

C1：从包含当前所有业务连接的业务连接列表中获取第一个未调度业务连接项作为当前业务连接项；

C2：将当前业务连接项对应的业务连接的服务质量优先级与业务连接列表中的下一个未调度业务连接项对应的业务连接的服务质量优先级进行比较：

如果二者的服务质量优先级不相等，则将二者中具有较大服务质量优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

如果二者的服务质量优先级相等，则将具有较大集成调度优先级的业务连接项当作当前业务连接项；

C3：若业务连接列表中在当前业务连接项后存在未调度业务连接项，则跳转至步骤C2；否则执行下一步；

C4：对当前业务连接项对应的业务连接进行调度，将该业务连接的调度标志设置为已调度；并记录该业务连接的历史平均流量和当前帧号。

6.如权利要求1所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，所述业务连接为尽力而为业务连接。

7.如权利要求3所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，

所述当前时刻t连接k的信道状况值ChCond_k(t)采用如下方法计算：

ChCond_k(t)＝MRP_k(t)/REP_k(t)；其中MRP_k(t)为连接k采用的调制编码方式对应每个时隙可承载的数据；REP_k(t)为重复编码次数；

所述当前时刻t连接k的历史平均流量Th_k(t)采用如下方法计算：

其中，ThRT_k(t-1)为t-1时刻的连接k的实时流量，Th_k(t-1)为t-1时刻的历史平均流量；t_c为计算历史平均流量所需的帧数，t_c＞0；

所述当前时刻t连接k的调度间隔时间T_k(t)为：连接k从上次被调度到本次被调度所等待的时间间隔，单位为帧。

8.如权利要求3所述的正交频分多址系统的业务集成调度方法，其特征在于，所述λ、μ和v都取非零且小于1的值；或所述λ、μ取非零且小于1的值，v＝0；或所述λ、v都取非零且小于1的值，μ＝0。

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