CN101600229B - 一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法，包括下列步骤：1)根据无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值，得到预调度数据量；2)将该逻辑信道模块中各数据包的数据量依序进行累加，得到与所述逻辑信道模块对应的预调度数据量最接近的M个累加值；3)媒体接入控制层进行无线链路资源调度，得到实际调度数据量；4)比较预调度数据量和实际调度数据量，判断预调度数据量是否有效，如果有效，则从所述M个累加值中选出最优值作为实际传输数据量，无线链路控制层将实际传输数据量所对应的一系列数据包传送给媒体接入控制层。本发明能够避免数据碎片的产生，进而节约存储资源、简化发送端的设计、保证无线通信的质量。

Description

一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地说，本发明涉及一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法。

背景技术

无线通信系统包括WCDMA、HSDPA、LTE系统等。其中，LTE系统是一种正在标准化之中的新型无线通信系统，具体地，LTE是3GPP标准化组织自2004年开始的一个技术标准制定计划，其目标是形成一个具有高数据速率、低延迟以及具有优化的分组传输能力的无线接入技术，简称为E-UTRAN或LTE。

调度一直以来是无线通信系统研究的核心问题之一。在LTE系统中，媒体接入控制(Media Access Control，简称MAC)层负责为无线链路控制(RadioLink Control，简称RLC)层执行无线链路资源调度。在RLC层，为上层的业务提供了三种不同类型的传输模式，分别是确认模式(Acknowledge Mode，缩写为AM)，非确认模式(Unacknowledged Mode，缩写为UM)和透明模式(Transparent Mode，缩写为TM)。其中确认模式是一种带确认的数据传输模式，该模式的主要特点就是执行分段级联以及自动请求重传(AutomaticRepeat reQuest，简称ARQ)。非确认模式主要特点是执行分段级联，但是对发送出去的数据不需要确认。透明模式的特点是数据不分段级联，不确认，在RLC层不执行任何附加功能。三种传输模式对应三种逻辑信道模块，分别是确认模式逻辑信道模块(下文中简称AM模块)，非确认模式逻辑信道模块(下文中简称UM模块)和透明模式逻辑信道模块(下文中简称TM模块)。媒体接入控制层的主要功能就是为每个逻辑信道模块进行无线链路资源调度。

LTE系统中，对于某一个终端，其无线链路资源调度方案如下：1、首先，RLC层根据当前数据缓存信息，向MAC层发送下一个传输机会(transmission opportunity)中该终端各个逻辑信道待发送数据的总数据量；2、然后，MAC层根据所述各个逻辑信道所需要传输的总数据量和当前的物理资源实际情况执行调度，为RLC层的每个逻辑信道模块分别返回一个调度数据量；3、最后，RLC层的每个逻辑信道模块根据所述调度数据量向MAC层传送数据包。在所述步骤3中，为了最大限度地利用无线物理资源，需要使向MAC层传送的数据包的总数据量等于调度数据量。对于每个逻辑信道模块，由于各个数据包的大小不一，该逻辑信道模块中的多个数据包的数据量之和可能不等于调度数据量，此时，就需要对最后一个数据包进行切割，以使得数据包的总数据量与调度数据量相等。这样便产生了数据碎片的问题。具体地，假设MAC层为某一逻辑信道分配的调度数据量为5400字节，该逻辑信道所对应的所要发送的前几个数据包的数据量依次为1080，1450，1220，1300，980，1380则本次传输机会可以发送的数据为前四个数据包以及第五个数据包的一部分，此时对第五个数据包进行数据切割，将980字节数据报切分为860和120字节的两个分段，本次传输机会发送其中120字节的分段，使得所述逻辑信道发送的总数据量正好等于5400字节。上述被切分而得到的860和120字节的两个分段就是通常所说的数据碎片。由于数据包的切割和数据碎片的重组都将产生额外的开销，因此，特别是针对AM模块所产生的数据碎片，不但会耗费大量的存储资源，使得发送端的设计更加复杂，而且由于ARQ的确认机制，还会额外耗费一定数量的无线链路资源。

发明内容

本发明的目的是减少发送端系统数据碎片，提供一种具有数据碎片避免机制的无线链路资源调度方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法，该方法包括如下步骤：

1)根据下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值进行无线链路资源预调度，得到各逻辑信道模块所对应的预调度数据量；

2)对于每个逻辑信道模块，将该逻辑信道模块中各数据包的数据量依序进行累加，得到与所述逻辑信道模块对应的预调度数据量最接近的M个累加值并将所述最接近的M个累加值传送给媒体接入控制层；这M个累加值分别是前N、N+1、...、N+M-1个数据包的数据量的累加值；所述M为不小于2的整数；

3)媒体接入控制层根据下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的实际值进行无线链路资源调度，得到各逻辑信道模块所对应的实际调度数据量；

4)比较预调度数据量和实际调度数据量，根据预先设定的阈值，判断预调度数据量是否有效，如果判断为是，则从所述M个累加值中选出小于等于所述实际调度数据量并且与实际调度数据量最接近的一个累加值作为实际传输数据量，无线链路控制层将所述实际传输数据量所对应的一系列数据包传送给所述媒体接入控制层，本次无线链路资源调度过程结束。

其中，所述步骤1)中，包括如下子步骤：

11)首先根据先前若干次传输机会的实际传输数据量，得到下一次传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值；

12)媒体接入控制层根据步骤11)所得到的所述无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值，进行无线链路资源预调度，得到各逻辑信道模块所对应的预调度数据量。

其中，所述步骤11)还包括：媒体接入控制层根据先前5次传输机会的实际传输数据量，采取二次指数平滑法计算获得所述下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值。

其中，所述步骤2)和步骤4)中，所述逻辑信道模块均是确认模式逻辑信道模块。

其中，所述步骤4)中，对于某个确认模式逻辑信道模块，如果所述实际传输数据量小于所述实际调度数据量，则将剩余的调度数据量分配给非确认模式逻辑信道模块或透明模式逻辑信道模块。

其中，所述步骤4)中，判断预调度数据量是否准确的过程如下：

41)计算总预调度数据量，所述总预调度数据量是各逻辑信道的预调度数据量之和；计算总实际调度数据量，所述总实际调度数据量是各逻辑信道的实际调度数据量之和；

42)计算总预调度数据量和总实际调度数据量之差与总实际调度数据量的比值；

43)当步骤42)所得到的所述比值小于等于所述预先设定的阈值时，则判断预调度数据量有效；否则，判断预调度数据量无效。

其中，所述预先设定的阈值为15％。

其中，所述步骤2)中，所述确认模式逻辑信道模块中，所述数据包按优先级由高到低排列依次是：携带控制信息的数据包、携带重传数据的数据包、携带新传数据的数据包，在累加时，优先级较高的数据包的排序位于优先级较低的数据包之前。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明能够避免数据碎片的产生，进而节约存储资源、简化发送端的设计、保证无线通信的质量。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是发送端调度关系示意图；

图2是逻辑信道与MAC层的关系示意图；

图3是本发明一个实施例的流程图；

图4是本发明一个实施例的步骤S1的实施过程示意图；

图5是本发明一个实施例的步骤S6的实施过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。

在移动通信系统中，通信协议栈可分为物理传输层、媒体接入层以及非接入层。媒体接入层可以分为数据面和控制面。所述数据面分为三层，分别是传统的媒体接入控制层，主要完成无线资源的调度；无线链路控制层，主要是针对不同的业务类型提供不同的传输模式；分组数组汇聚协议层，完成数据的加解密等。所述控制面也就是无线资源控制，完成数据面的配置、以及空口的主要过程定义。

协议栈中的调度是无线通信系统研究的核心问题之一。图1示出了发送端的调度关系，所述调度主要包括终端调度、逻辑信道调度和包调度。终端调度是由基站决定给每个终端分别分配多少发送数据的资源的过程。逻辑信道调度是MAC层决定给RLC层的每个逻辑信道分别分配多少发送数据的资源的过程。包调度是指逻辑信道决定在一次发送机会里面分别发送多少(数据量)控制消息、重传数据或者新数据的过程。本发明主要涉及的是逻辑信道调度，逻辑信道调度又称为无线链路资源调度或MAC调度。

如图2所示，无线链路资源调度是MAC层根据上层(一般是RRC层的上层)提供的信道质量信息、服务流QoS请求以及RLC层提供的缓存报告，将物理层提供的传输资源(即无线链路资源，简称无线资源)分配给不同的业务(即分配给不同的逻辑信道)，这样业务可以通过上述无线链路资源调度过程保障其服务质量。

图3为本发明一个实施例的无线链路资源调度方法的流程图，所述调度方法包括如下步骤：

步骤S1，在预调度周期内，发送端以终端为单位，进行下一个调度周期可发送资源的预测(预测方法将在下文中描述，因此这里不再赘述)，得到下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值；此处的周期是基本时间周期的引申概念，一个周期就是一个传输时间间隔(TTI)，预调度周期就是执行预调度任务的时间间隔，调度周期就是执行调度任务的时间间隔。

 步骤S2，各个逻辑信道将各自缓存的数据包的数据量汇报给媒体介入控制层的调度中心，尤其是针对确认模式逻辑信道，需要统计下一个调度周期需要发送的控制数据、重传数据以及新数据量的大小；

所述的控制数据是指确认模式下，接受端需要返回给发送端的确认消息。

所述的重传数据是指已经发送，但是经过对端(即接受端)的确认后需要重新传输的数据。重传数据是发送端缓存数据的一部分。

所述的新数据是指从分组数据汇聚协议层传下来的需要传输的数据总和，新数据是累积数据。

步骤S3，媒体介入控制层的调度中心根据信道质量信息、服务流QoS请求以及所述下一个传输机会中无线链路控制层的待发送数据的总数据量的预测值，按照一定的调度算法执行预调度，为各个逻辑信道预分配发送资源，得到预调度数据量。所述调度算法可以采用基于神经网络的调度算法，但容易理解，本发明的调度算法并不限于此。

所述的逻辑信道预分配是指所述调度中心为三种模式的所有逻辑信道分别分配调度结果，指示其在下一个发送周期可以发送的数据量，即预调度数据量。

所述的发送周期是指根据物理层能力决定的发送时间间隔，在一个特定的时间间隔内可以发送一次数据，并且发送数据的数据量大小由当前的链路状况以及基站所管辖的终端数目决定。需指出的是，发送周期是MAC层的概念，而RLC层看不到底层的发送间隔，只能看到调度结果，RLC层将获得调度结果视为一次传输机会。因此可以理解为：RLC层的传输机会与MAC层的发送周期是一一对应的。

步骤S4，所述调度中心将预调度数据量通知各个逻辑信道。

步骤S5，对于每个确认模式逻辑信道，将该逻辑信道所缓存的各数据包的数据量依序进行累加，得到与所述逻辑信道模块对应的预调度数据量最接近的M个累加值；这M个累加值分别是前N、N+1、...、N+M-1个数据包的数据量的累加值，N可根据各累加值与预调度数据量的接近程度得出。将所述M个累加值作为可选待发送数据量数组传送给媒体接入控制层参与实际调度。一般来说，M为不小于2的整数。

本实施例中综合考虑实际的运算开销及碎片处理能力，优选M值为5，但应当理解本发明M的取值并不限于此。为便于直观理解，以下给出一个示例：

对于某一确认模式逻辑信道，假设该逻辑信道获得的预调度数据量为5670字节(下文中数据量单位均为字节)，该逻辑信道缓存的数据包的数据量依次为：320、410、820、530、750、280、710、1040、480、580、610、1030......；经计算，可以得出前7、8、9、10、11个数据包的累加数据量3820、4860、5340、5920、6530是最接近5670的5个累加值。

须注意的是，由于RLC层需要对数据包进行封装，而封装时会产生额外的数据量开销，因此，本文中所涉及的各种调度数据量都是减去了RLC层封装开销后的数据量，这是本领域技术人员所易于理解的。

另外，确认模式逻辑信道模块中，所述数据包按优先级由高到低排列依次是：携带控制信息的数据包、携带重传数据的数据包、携带新传数据的数据包，在累加时，优先级较高的数据包的排序位于优先级较低的数据包之前。

步骤S6，在实际的调度周期，媒体接入控制层获得终端级调度中心分配的调度结果，即实际调度数据量(所述调度数据量是MAC层根据信道质量信息、服务流QoS请求以及RLC层提供的缓存报告，通过一定的调度算法得出，该调度算法可以采用基于神经网络的调度算法，但容易理解，本发明的调度算法并不限于此)；然后媒体接入控制层判断该结果是否处于误差范围内，处于误差范围内执行S7。处于误差范围外，执行S9；本实施例中，给出15％这一阈值，参考图5，计算总预调度数据量，所述总预调度数据量是各逻辑信道的预调度数据量之和；计算总实际调度数据量，所述总实际调度数据量是各逻辑信道的实际调度数据量之和；计算总预调度数据量和总实际调度数据量之差与总实际调度数据量的比值；当所得到的所述比值小于等于15％时，则判断预调度数据量在误差范围内，预调度数据量有效；否则，判断预调度数据量误差过大，预调度数据量无效。所述的15％是根据实际系统运行所得出的一个优选值。

步骤S7，处于误差范围内时，媒体接入控制层的调度中心在预调度周期返回的所述的M个累加值中选择一个累加值作为本次调度的实际执行的调度数据量，即实际传输数据量，然后将实际传输数据量返回给逻辑信道。

本步骤中，一般来说，从所述M个累加值中选出小于等于所述实际调度数据量并且与实际调度数据量最接近的一个累加值作为实际执行的调度数据量(即实际传输数据量)。对于各个确认模式逻辑信道模块，如果所述实际执行的调度数据量(即实际传输数据量)小于所述实际调度数据量，则将剩余的调度数据量分配给非确认模式逻辑信道模块或透明模式逻辑信道模块。

步骤S8逻辑信道根据所述实际执行的调度数据量准备发送数据，逻辑信道根据所述预调度数据量，将需要发送的数据进行封装形成完整的PDU(协议数据单元)。封装后的PDU的数据量等于所述实际执行的调度数据量。然后将封装后的PDU传递给底层发送。本次传输机会结束。

步骤S9，处于误差范围外时，预调度阶段获得数据全部作废，媒体接入控制层的调度中心根据逻辑信道缓存数据状况执行调度分配。

所述的预调度阶段作废的信息包括预调度数据量、逻辑信道生成的M个累加值等。

步骤S10，对于每个确认模式逻辑信道，根据实际调度数据量，按照现有协议方式进行封装，得到完整的PDU。即根据需要对最后一个数据包进行切割以使封装后的PDU数据量等于实际调度数据量。

本实施例设置预调度周期，生成预调度数据量，RLC层根据预调度数据量得出一组可供选择的待发送数据量数组，并将该数组提供给MAC层，作为MAC层执行实际调度的一个重要依据。可以看出，通过增加预调度周期，本实施例把现有技术中有MAC层独自完成的调度过程转化为由RLC层与MAC层互动协商完成，使得最终实际执行的调度数据量与RLC层数据包大小相匹配，从而避免了数据碎片的生成。

另外，本实施例是在现有协议的基础上进行改进，不需要对原有协议作大幅改动，兼容性强。

本实施例中，所述步骤S1中，采用基于链路资源的预测方法，但应当理解，本发明的预测方法并不限于此。所述采用基于链路资源的预测方法的工作流程如图4所示，主要步骤包括：

步骤S11，对终端发送系统，保存前5个发送周期获得的发送资源数值(即保存前5个周期的实际发送数据量，记为R₀、R₁、R₂、R₃、R₄)；

步骤S12，设置二次指数平滑因子为α，则基于原始的实际发送数据量序列(序列长度为5)和平滑因子可得到两组新的序列，分别是一次指数平滑后的数据量序列和二次指数平滑后的数据量序列：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{t+1}^{\left(1\right)}=R_{t+1}+(1-\mathrm{\α})R_t^{\left(1\right)}\\ R_{t+1}^{\left(2\right)}=\mathrm{\α}{R}_{t+1}^{\left(1\right)}+(1-\mathrm{\α})R_t^{\left(2\right)}\end{array}\right.$

其中t＝0、1、2、3。R_t ⁽¹⁾为t时刻的实际发送数据量，R_t+1 ⁽¹⁾为一次指数平滑后的t+1时刻的数据量，R_t+1 ⁽²⁾为二次指数平滑后的t+1时刻的数据量；α为平滑因子；本实施例中，考虑实际情况中变化比较平缓，所述二次指数平滑因子α取值为0.3。一次、二次平滑的初始值均等于R₀，即 $R_0^{\left(1\right)}=R_0^{\left(2\right)}=R_0.$ 步骤S13，根据这两组新的序列计算斜率和截距：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{t+1}=2R_{t+1}^{\left(1\right)}-R_{t+1}^{\left(2\right)}\\ k_{t+1}=\frac{\mathrm{\α}}{1-\mathrm{\α}}[R_{t+1}^{\left(1\right)}-R_{t+1}^{\left(2\right)}]\end{array}\right.$

其中，其中t＝0、1、2、3。a_t+1为斜率，k_t+1为截距。

取斜率和截距的平均值：

$\stackrel{\‾}{a}=\underset{t=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{a}_t,$ $\stackrel{\‾}{k}=\underset{t=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_t$

步骤S14，得到下一传输机会的待发送数据量的预测值：

r_t+1＝a+k

其中t＝4。r₅即为下一传输机会的待发送数据量的预测值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种无线通信系统中的无线链路资源调度方法，该方法包括下列步骤：

1)根据下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值进行无线链路资源预调度，得到各逻辑信道模块所对应的预调度数据量；

2)对于每个逻辑信道模块，将该逻辑信道模块中各数据包的数据量依序进行累加，得到与所述逻辑信道模块对应的预调度数据量最接近的M个累加值并将所述最接近的M个累加值传送给媒体接入控制层；所述M为不小于2的整数；

3)媒体接入控制层根据下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的实际值进行无线链路资源调度，得到各逻辑信道模块所对应的实际调度数据量；

4)比较预调度数据量和实际调度数据量，根据预先设定的阈值，判断预调度数据量是否有效，如果判断为是，则从所述M个累加值中选出小于等于所述实际调度数据量并且与实际调度数据量最接近的一个累加值作为实际传输数据量，无线链路控制层将所述实际传输数据量所对应的一系列数据包传送给所述媒体接入控制层。

2.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤1)中，包括下列子步骤：

11)首先根据先前若干次传输机会的实际传输数据量，得到下一次传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值；

12)媒体接入控制层根据步骤11)所得到的所述无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值，进行无线链路资源预调度，得到各逻辑信道模块所对应的预调度数据量。

其中，所述步骤11)还包括：媒体接入控制层根据先前5次传输机会的实际传输数据量，采取二次指数平滑法计算获得所述下一个传输机会中无线链路控制层待发送数据的总数据量的预测值。

3.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述逻辑信道模块均是确认模式逻辑信道模块。

4.根据权利要求3所述的调度方法，其特征在于，所述步骤4)中，对于某个确认模式逻辑信道模块，如果所述实际传输数据量小于所述实际调度数据量，则将剩余的调度数据量分配给非确认模式逻辑信道模块或透明模式逻辑信道模块。

5.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤4)中，判断预调度数据量是否有效的过程包括下列步骤：

41)计算总预调度数据量，所述总预调度数据量是各逻辑信道的预调度数据量之和；计算总实际调度数据量，所述总实际调度数据量是各逻辑信道的实际调度数据量之和；

42)计算总预调度数据量和总实际调度数据量之差与总实际调度数据量的比值；

43)当步骤42)所得到的所述比值小于等于所述预先设定的阈值时，则判断预调度数据量有效；否则，判断预调度数据量无效。

6.根据权利要求5所述的调度方法，其特征在于，所述预先设定的阈值为15％。

7.根据权利要求3所述的调度方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述确认模式逻辑信道模块中，所述数据包按优先级由高到低排列依次是：携带控制信息的数据包、携带重传数据的数据包、携带新传数据的数据包，在累加时，优先级较高的数据包的排序位于优先级较低的数据包之前。

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