CN101516111A - 资源分配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种资源分配方法及系统。其中，该资源分配方法包括以下步骤：获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数；根据需要分配资源的业务流的服务质量级别和配置参数，估计业务流需占用的时隙数量；根据空中接口当前可用于承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数、空中接口承载业务的时隙总数、业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为业务流分配资源；以及在判断结果为是的情况下，为业务流分配资源。本发明能够动态地估计业务流净荷等效带宽，很好地满足多种业务类型，并具有严格的服务质量保证。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种资源分配方法及系统。
背景技术
IEEE802.16协议的媒体接入控制层(Medium Access Controllayer，简称MAC)具有严格的服务质量(Quality of Service，简称QoS)保证机制。每个业务流都附带有QoS属性，系统根据业务流的QoS为业务流分配带宽资源。接纳控制(Admission Control)，即根据当前的负载状态决定是否接纳新的业务流或现有业务流对资源的进一步需求，通过控制同一时刻网络服务的业务流的数量，来保证所有业务流的QoS要求总和不超过网络能够承载的上限，否则，就会导致已接入的业务流的QoS遭到破坏。
在过去的十年中，人们在接纳控制领域做了大量的研究工作。研究的主要目标是，找到既能提供较为精确的QoS保证，又能保持较高的网络利用率的接纳控制算法。但是，由于不同网络的物理层调制方式、带宽分配机制、应用场合等的不同，接纳控制算法也是千差万别。当前各基站控制器和交换机厂商普遍采用的是基于简单模型或固定门限的接纳控制算法，简单模型接纳控制算法的原理是假设业务流占用固定的带宽，当接入的业务流占用带宽超过系统容量时拒绝接纳新的带宽请求；固定门限的接纳控制算法的原理是定时测量当前系统负荷，当系统负荷超过固定门限时拒绝接纳新的带宽请求。这些接纳控制算法仅适用于业务类型单一或者没有严格QoS保证的网络，而面向宽带无线接入的802.16网络与其它网络的重要区别在于，它面向多种业务类型，并具有严格QoS保证的特点。因此，基于简单模型或固定门限的接纳控制算法已不能适应802.16网络。
发明内容
本发明提供了一种资源分配方法及系统，以在具有严格的服务质量保证的条件下为各种业务分配资源。
根据本发明实施例的资源分配方法，包括以下步骤：获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数；根据需要分配资源的业务流的服务质量级别和配置参数，估计业务流需占用的时隙数量；根据空中接口当前可于承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数、空中接口承载业务的时隙总数、业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为业务流分配资源；以及在判断结果为是的情况下，为业务流分配资源。
其中，获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数的过程包括：实时测量空中接口承载业务的时隙总数；统计空中接口已用于承载业务的时隙总数；以及根据空中接口承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数，获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数。
其中，估计业务流需占用的时隙数量的过程包括：根据业务流的服务质量级别和配置参数，获取业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽；根据业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽、业务流所属移动台的已有业务流的时隙利用情况，估计业务流需占用的时隙数量。
其中，上述预先设置的空中接口利用率是用于避免空中接口发生拥塞的门限值。当业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比不大于预先设置的空中接口利用率时，为业务流分配资源。当业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比大于预先设置的空中接口利用率时，不为业务流分配资源。
根据本发明实施例的资源分配系统，包括：获取单元，用于获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数；估计单元，用于根据业务流的服务质量级别和配置参数，估计业务流需占用的时隙数量；判断单元，用于根据空中接口当前可用于承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数、空中接口承载业务的时隙总数、业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为业务流分配资源；以及分配单元，用于在分配判断单元的判断结果为是的情况下，为业务流分配资源。
其中，获取单元包括：实时测量单元，用于实时测量空中接口承载业务的时隙总数；时隙统计单元，用于统计空中接口已用于承载业务的时隙总数；以及时隙获取单元，用于根据空中接口承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数，获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数。
其中，估计单元包括：带宽估计单元，用于根据业务流的服务质量级别和配置参数，获取业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽；时隙估计单元，用于根据业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽、业务流所属移动台的已有业务流的时隙利用情况，估计业务流需占用的时隙数量。
其中，上述预先设置的空中接口利用率是用于避免空中接口发生拥塞的门限值。在业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比不大于预先配置的空中接口利用率的情况下，判断单元判断为业务流分配资源。在业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比大于预先配置的空中接口利用率的情况下，判断单元判断不为业务流分配资源。
本发明能够动态地估计业务流净荷等效带宽，很好地满足多种业务类型，并具有严格的QoS保证。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的资源分配方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的下行信道时隙统计示意图；
图3是根据本发明实施例的上行信道时隙统计示意图；以及
图4是根据本发明实施例的资源分配系统的框图。
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。
图1是根据本发明实施例的资源分配方法的流程图。如图1所示，该资源分配方法包括以下步骤：
S102，空中接口工作中，实时测量物理层(Physical layer，简称PHL)用于承载业务的时隙(slot)总数，系统根据现有业务流的QoS级别及配置参数，计算出当前空中接口已经用于承载业务的slot总数。
S104，收到业务流接纳请求时，系统根据该业务流的QoS级别及配置参数，确定该业务流所需要的固定带宽或最小保证带宽，系统基于确定的带宽参数，根据该业务流所属的移动台(MS)的能力和信号质量、以及该MS现有业务流的slot利用情况，估算出请求接纳的业务流需占用的slot数量。
S106，系统根据空中接口业务承载可用slot总数、已用slot总数、和新业务流的slot预估占用数，并结合到因避免接口拥塞而设定的空中接口利用率，判断是否有足够的slot资源提供给新请求接纳的业务流，从而决定接纳或者拒绝业务流请求；
S108，在决定接纳或拒绝业务流请求时，为业务流分配slot资源或不为业务流分配slot资源。
下面就图1所示的过程中的内容进行详细说明：
计算系统承载业务的slot资源总量
系统slot资源总量与静态配置有直接关系，比如子信道数、上下行比例等。除去一些固定开销及MS管理消息开销，剩下的slot即为可以承载业务的slot，该值貌似可以根据无线配置估算出来。但是考虑到组播广播业务(MBS)的抢占以及多个区域(zone)的动态调度，系统slot总量也不是确定的，所以必须采用实际测量统计的方法得到，统计方法如下：
在下行信道中，如图1所示，统计所有业务流占用的非管理消息用slot以及空闲的slot。
设统计粒度为n帧，则将n帧中的这些slot数相加得到s，下行承载业务的slot资源总量可以表示为s/n，单位为个/帧。
在上行信道中，由于带宽是按基本连接标识(Basic ConnectionID，简称Basic CID)分配的，由MS自行给其业务分配上行带宽，所以无法区分管理消息和业务数据，改为统计所有业务流占用的slot以及空闲的slot，如图2所示。
计算方法同下行：设统计粒度为n帧，则将n帧中的这些slot数相加得到s，上行承载业务的slot资源总量可以表示为s/n，单位为个/帧。
计算业务流所需slot
无线资源为slot，而业务流QoS中的带宽要求为业务数据单元(Service Data Unit，简称SDU)速率，单位为bps，无法直接比较，所以需要将业务流最小保证带宽转换为最小保证slot。
如前所述，由于信道条件及空间复用等原因，对于每个MS，slot所能承载的信息量是不相同的，再加上MAC及PHY的开销，很难建立确切模型计算业务流SDU与slot的对应关系，通过实际测量统计的方法更为可靠，可用如下方法估算：
设统计粒度为n帧，则累计n帧中为该MS调度的SDU量为c(单位为比特(bit))、为该MS分配的slot数为p，slot的使用效率为c/p(单位为bit/slot)，记为η。
在得到η后，即可以将业务流QoS速率要求r转换为slot要求，即r/η，单位是slot/s。
但是，对于新接入的MS或者切换加入的MS，因为之前没有业务数据传输，无法统计得到η。考虑到η与MS的信号噪声比(CINR)及MS的能力直接相关，可以对η进行预测，预测的算法如下：
先由自适应调制编码(Auto-Adapted Modulating & Coding，简称AMC)模块根据MS能力和CINR判决该MS应采用的调制编码方式，接着根据调制编码方式计算1个slot可以承载的MAC层bit数，即MPR，比如正交相移键控(QPSK)1/2对应为48bit/slot。再考虑MAC开销，假设开销率为k(暂时定为5％，后台可配置)，则η＝MPR×(1-k)。
接纳判决
针对不同的QoS要求，为接纳判决设计相应的判决准则。其中，各种业务类型包含的QoS属性如下：
| 强制性Qos业务流参数(mandatory QoS service flowparameters) | |
| 非请求授权业务(Unsolicited grantService，简称UGS) | 最小持续流量速率(MaximumSustained Traffic Rate)最大时延(Maximum Latency)抖动承受上限(Tolerated Jitter)请求/传输策略(Request/Transmission Policy) |
| 实时轮询业务(Real-Time PollingService，简称rtPS) | 最小保留传输速率(MinimumReserved Traffic Rate)最大持续传输速率(MaximumSustained Traffic Rate) |
| 最大时延(Maximum LatencyRequest/Transmission Policy)请求/传输策略(Request/Transmission Policy) | |
| 扩展实时轮询业务(Extended Real-TimePolling Service，简称ertPS) | 最小保留传输速率(MinimumReserved Traffic Rate)最大持续传输速率(MaximumSustained Traffic Rate)最大时延(Maximum Latency)请求/传输策略(Request/Transmission Policy) |
| 非实时轮询业务(Non-Real-Time PollingService，简称nrtPS) | 最小保留传输速率(MinimumReserved Traffic Rate)最大持续传输速率(MaximumSustained Traffic Rate)流量优先级(Traffic Priority)请求/传输策略(Request/Transmission Policy) |
| 尽力而为业务(BestEffort，简称BE) | 最大持续传输速率(MaximumSustained Traffic Rate)流量优先级(Traffic Priority)请求/传输策略(Request/Transmission Policy) |
其中，QoS属性中的关键参数包括：Maximum sustained trafficrate、Minimum reserved traffic rate、以及Maximum latency。
Maximum sustained traffic rate表示业务流的最大持续传输率，单位是bit/s，按输入系统的SDU计算，即不包含MAC开销(如MAC头或循环冗余校验(CRC))。该参数是一个平均值概念，而不是用来限制瞬间峰值的，对于瞬间峰值的限制由整形处理。对于上行链路，用户站(Subscriber Station，简称SS)管理业务流使其在时间上平均的传输率遵守该参数；对于下行链路，基站(Base Station，简称BS)认为业务流进入网络时已作过整形，而无需再作其它处理。该参数只是一个限度，实际传输率并不一定能达到该值。
Minimum reserved traffic rate表示该为业务流保留的最小传输率，单位是bit/s，也是在时间上平均的概念。该值的计算方法是从MAC头的头校验序列(Header Check Sequence，简称HCS)后一字节开始到Mac层协议数据单元(MAC Protocol Data Unit，简称MAC PDU)净荷的结束。该参数只有在待传输数据足够多的情况下才有用，当待传输数据不足时，只要保证数据尽快传输出去即可。BS响应业务流的带宽请求时，必须满足最小保留传输率。若业务流请求的带宽小于最小保留传输率，则BS可以把剩余带宽另作他用。
Maximum latency表示业务流的最大时延，时延定义为从BS或MS的业务汇聚子层(Convergence Sublayer，简称CS)层发出数据包到对端收到该数据包的时间。对于BE业务，由于没有带宽和时延的要求，虽然接纳BE业务不会破坏系统中已存在的业务流的QoS，但是若接纳了BE业务，而得不到调度，用户可能会无法忍受。其实这是一种拥塞状态，这时拥塞控制机制会拒绝新建业务流。除了BE业务，其它业务类型都有Minimum reserved traffic rate要求。接纳新业务流必须保证原有业务流及新业务流的Minimum reservedtraffic rate要求，即要满足：业务可用slot总量*k＞＝SF1最小保证slot+SF2最小保证slot+...+SFn最小保证slot+新SF最小保证slot＝SF1最小保证速率/η1+SF2最小保证速率/η2+...+SFn最小保证速率/ηn+新SF最小保证速率/ηX。其中，k表示目标利用率，目的是对系统资源作一部分预留，以防某些MS信道条件变差时导致拥塞。
过载门限
对于接纳准则中的目标利用率k，超过目标利用率则拒绝接纳，此时也可理解为系统过载。不同的目标利用率映射为不同的过载等级。
过载等级根据资源请求类型不同而不同，如：普通业务建立与切换加入时的k是不同的。所以需要在后台配置过载门限k，目前设置以下几种等级：
| 业务建立类型 | k |
| 切换加 | kHO |
| 业务建立 | knew |
| 业务改变 | kchg |
载频选择
载频选择的前提是邻区中有覆盖相同地区(co-located)的不同频点的BS，目的是负荷分担，其依据是本BS及邻区BS的无线资源负荷情况。
由于初始接入时，还无法预测MS要建立的业务流类型及QoS(预备业务流除外)，也就无法做精确的负荷分担，所以载频选择算法无需太复杂。
初始接入测距(Ranging)时，数据库先判断当前接入的BS的负荷情况，这里的负荷定义为下行slot占用率，若小于门限(比如70％)，则说明该扇区(segment)还有充足的带宽可供使用，无需做载频选择，可减少处理流程，加快接入速度。若大于门限，则说明负荷较重，需要比较co-located邻区的负荷，选取负荷较小的BS接入。
为了防止乒乓效应，即切换到新载频后又被指派回旧载频，需要再设置一个门限(比如10％)，表示当前载频负荷与新载频负荷之比要大于该门限才允许选择新载频。
动态业务流添加(Dynamic Service Add，简称DSA)接纳控制
根据新业务流的Minimum reserved traffic rate是否满足接纳条件进行接纳。接纳控制需要维护所有已接纳的业务流，每次接纳判决时需要根据判决准则计算一遍，因为每个MS的η是随时间变化的。
动态业务流改变(Dynamic Service Change，简称DSC)接纳控制
若DSC是减少资源要求，则无条件接纳。若DSC是增加资源要求，则需要计算Minimum reserved traffic rate新增部分是否满足接纳条件。
切换接纳控制
切换接纳判决不是考察单个业务流，而是考察当前MS所有业务流的总的QoS要求。暂时定为当前MS所有业务流的QoS最小要求能得到满足，即可接纳。由于大多数情况下是因为信号原因引起的切换，是刚性的，不切换就会导致掉线。所以切换接纳门限还可以考虑适度放宽。
综上所述，接纳控制系统参数包括需要测量的参数和需要配置的参数。其中，需要测量的参数包括：下行可用slot，单位slot/s；下行每个MS的CS层流量/业务数据消耗的slot，单位bit/slot；下行slot使用率，单位％；上行可用slot，单位slot/s；上行每个MS的CS层流量/业务数据消耗的slot，单位bit/slot；上行slot使用率，单位％。需要配置的参数包括：LDS的统计粒度，单位帧；MAC开销率，单位％；载频选择的负荷门限，单位％；载频选择的负荷差门限，单位％；切换目标利用率kho，单位％；新建业务目标利用率knew，单位％；改变业务目标利用率kchg，单位％。
图4是根据本发明实施例的资源分配系统的框图。如图4所示，该资源分配系统包括：获取单元402，用于获取空中接口当前可用用于承载业务的时隙总数；估计单元404，用于根据业务流的服务质量级别和配置参数，估计业务流需占用的时隙数量；判断单元406，用于根据空中接口当前可用于承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数、空中接口承载业务的时隙总数、业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为业务流分配资源；以及分配单元408，用于在判断单元的判断结果为是的情况下，为业务流分配资源。
其中，获取单元包括：实时测量单元，用于实时测量空中接口用于承载业务的时隙总数；时隙统计单元，用于统计空中接口已用于承载业务的时隙总数；以及时隙获取单元，用于根据空中接口承载业务的时隙总数、空中接口已用于承载业务的时隙总数，获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数。
其中，估计单元包括：带宽估计单元，用于根据业务流的服务质量级别和配置参数，获取业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽；时隙估计单元，用于根据业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽、业务流所属移动台的已有业务流的时隙利用情况，估计业务流需占用的时隙数量。
其中，上述预先设置的空中接口利用率是用于避免空中接口发生拥塞的门限值。在业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比不大于预先配置的空中接口利用率的情况下，判断单元判断为业务流分配资源。在业务流需占用的时隙数量和空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与空中接口承载业务的时隙总数之比大于预先配置的空中接口利用率的情况下，判断单元判断不为业务流分配资源。
综上所述，本发明综合基于模型和基于测量的算法进行业务流接纳控制，具体地说，本发明在基站控制器中，根据基站测量到的PHY层承载业务的slot总数、业务流QoS估计业务流所需的带宽、以及业务流类型选择接纳准则，很好地适应了802.16的网络特性，既能提供较为精确的QoS保证，又能保持较高的网络利用率。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数；
根据业务流的服务质量级别和配置参数，估计所述业务流需占用的时隙数量；
根据所述空中接口当前可用于承载业务的时隙总数、所述空中接口已用于承载业务的时隙总数、所述空中接口承载业务的时隙总数、所述业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为所述业务流分配资源；以及
在判断结果为是的情况下，为所述业务流分配资源。
2.根据权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于，获取所述空中接口当前可用于承载业务的时隙总数的过程包括：
实时测量所述空中接口承载业务的时隙总数；
统计所述空中接口已用于承载业务的时隙总数；以及
根据所述空中接口承载业务的时隙总数、所述空中接口已用于承载业务的时隙总数，获取所述空中接口当前可用于承载业务的时隙总数。
3.根据权利要求2所述的资源分配方法，其特征在于，估计所述业务流需占用的时隙数量的过程包括：
根据所述业务流的服务质量级别和配置参数，获取所述业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽；
根据所述业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽、所述业务流所属移动台的已有业务流的时隙利用情况，估计所述业务流需占用的时隙数量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的资源分配方法，其特征在于，所述预先设置的空中接口利用率是用于避免所述空中接口发生拥塞的门限值。
5.根据权利要求4所述的资源分配方法，其特征在于，当所述业务流需占用的时隙数量和所述空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与所述空中接口承载业务的时隙总数之比不大于所述预先设置的空中接口利用率时，为所述业务流分配资源。
6.根据权利要求4所述的资源分配方法，其特征在于，当所述业务流需占用的时隙数量和所述空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与所述空中接口用于承载业务的时隙总数之比大于所述预先设置的空中接口利用率时，不为所述业务流分配资源。
7.一种资源分配系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取空中接口当前可用于承载业务的时隙总数；
估计单元，用于根据业务流的服务质量级别和配置参数，估计所述业务流需占用的时隙数量；
判断单元，用于根据所述空中接口当前可用于承载业务的时隙总数、所述空中接口已用于承载业务的时隙总数、所述空中接口承载业务的时隙总数、所述业务流需占用的时隙数量、以及预先设置的空中接口利用率，判断是否为所述业务流分配资源；以及
分配单元，用于在所述判断单元的判断结果为是的情况下，为所述业务流分配资源。
8.根据权利要求7所述的资源分配系统，其特征在于，所述获取单元包括：
实时测量单元，用于实时测量所述空中接口承载业务的时隙总数；
时隙统计单元，用于统计所述空中接口已用于承载业务的时隙总数；以及
时隙获取单元，用于根据所述空中接口承载业务的时隙总数、所述空中接口已用于承载业务的时隙总数，获取所述空中接口当前可用于承载业务的时隙总数。
9.根据权利要求8所述的资源分配系统，其特征在于，所述估计单元包括：
带宽估计单元，用于根据所述业务流的服务质量级别和配置参数，获取所述业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽；
时隙估计单元，用于根据所述业务流需占用的固定带宽或最小保证带宽、所述业务流所属移动台的已有业务流的时隙利用情况，估计所述业务流需占用的时隙数量。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的资源分配系统，其特征在于，所述预先设置的空中接口利用率是用于避免所述空中接口发生拥塞的门限值。
11.根据权利要求10所述的资源分配系统，其特征在于，在所述业务流需占用的时隙数量和所述空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与所述空中接口承载业务的时隙总数之比不大于所述预先配置的空中接口利用率的情况下，所述判断单元判断为所述业务流分配资源。
12.根据权利要求10所述的资源分配系统，其特征在于，在所述业务流需占用的时隙数量和所述空中接口已用于承载业务的时隙总数之和与所述空中接口承载业务的时隙总数之比大于所述预先设置的空中接口利用率的情况下，所述判断单元判断不为所述业务流分配资源。
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