CN101621457A - 一种多业务调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多业务调度方法，包括：A.计算当前调度时隙之前一定时间段的业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，计算业务间的调度优先级；B.从调度队列中获取优先级最高的业务，确定该业务为GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源；C.更新可用资源，并确定可用资源不为空时，通过MBR令牌桶继续为GBR业务分配资源，并合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该业务分配的资源。本发明同时公开了一种多业务调度系统，该方法和系统充分考虑业务的QoS属性，在避免“饥饿”状况发生的同时，满足业务的GBR要求。

Description

一种多业务调度方法和系统

技术领域

本发明涉及多业务调度技术，尤其涉及一种多业务调度方法和系统。

背景技术

在第三代合作伙伴计划(3GPP)R4及以前版本的协议中，分组调度的功能主要由无线网络控制器(RNC)完成。其主要特点是：在不同用户或业务流之间调整资源时，一般通过高层信令进行通知。3GPP R5协议引入了高速下行分组接入(HSDPA)技术，3GPP R6协议引入了高速上行分组接入(HSUPA)技术，分别用于提高下行和上行方向的系统吞吐量和峰值速率。HSDPA和HSUPA主要采用了自适应调制编码(AMC)、混合自动重发请求(HARQ)和快速调度(FS)三种调度技术，上述调度技术优势的发挥与所采用的调度算法密切相关，现阶段讨论比较多的三种基本调度算法是：轮询(RR)算法、最大载波/干扰(MAX C/I)算法、以及正比公平(PF)算法。

(1)轮询算法：使用该算法为用户进行资源调度时，会为不同用户分配相同的功率和占用时间，即：所有用户得到等量的资源。如图1所示，无论终端(UE)1和UE2的信道条件如何，为UE1和UE2所分配的资源相同。

(2)最大载波/干扰算法：使用该算法为用户进行资源调度时，将充分考虑用户之间的信道条件差异，赋予信道条件最好的用户以最高的优先权。在图2中，假设服务过程中UE1的信道条件始终好于UE2，如图2所示，只有当信道条件较好的UE1缓冲区数据全部传输完毕、即UE1缓冲区清空时，系统才调度UE2。

(3)正比公平算法：该算法在为用户进行资源调度时，会综合考虑用户的信道质量和过去一段时间获得的吞吐量，以确定用户的优先权。基本思想是：信道条件越好，优先级越高，而对于已经得到较高吞吐量的用户，优先级越低，根据计算得到的各个用户的优先级，选择优先级最高的用户进行数据传输。在这种方法中，即使有些用户信道条件差，但由于长时间得不到调度，吞吐量会下降，会使该用户的优先级上升，从而得到传输数据的机会。从图3可以看出，UE1的信道条件要好于UE2，因此，UE1的优先级最初要高于UE2，但是，经过一段时间的数据传输后，UE1的平均吞吐量将上升，而UE2的平均吞吐量将下降，从而导致UE2的优先权增大，仍然可以被调度。正比公平算法综合考虑了用户的信道条件与用户之间的服务公平性，能够在系统吞吐量和服务公平性之间取得一定地折中，是目前采用较多的一种算法。

在3GPP长期演进(LTE)系统中，对业务配置了新的服务质量(QoS，Qualityof Service)属性。保证比特率(GBR)业务QoS参数包括：Label、GBR、MBR、分配保持优先级(ARP，Allocation and Retention Priority)；non-GBR业务QoS参数包括：Label、ARP及最大比特速率集合(AMBR，Aggregate Maximum BitRate)。其中，Label参数用于对不同类型承载的层2(L2)包时延及L2丢包率进行明确要求；GBR业务的GBR参数及最大比特率(MBR)参数分别表示GBR业务的基本保证传输速率及最大传输速率。而且，在LTE系统中，基于多业务广泛应用的考虑，对调度提出了速率控制的需求以避免“饥饿”状况的发生。

但是，通过以上描述可知，上述三种传统调度算法中，轮询算法未考虑不同用户之间的信道条件差异，不利于改善小区的总体吞吐量性能；而最大载波/干扰算法虽然提高了系统的总吞吐量，却不能保证用户间的服务公平性；正比公平算法虽然在系统总吞吐量和用户的服务公平性之间取得一定的折中，但是该算法只能适用于单业务条件。由此，上述传统调度算法均不能够满足在LTE系统中多业务情况下，需要充分考虑业务的QoS属性，并对各个业务的速率进行控制的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多业务调度方法和系统，充分考虑业务的QoS属性，在避免“饥饿”状况发生的同时，满足业务的GBR要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种多业务调度方法，该方法包括：

A、计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算业务间的调度优先级；

B、从调度队列中获取优先级最高的业务，确定该业务为保证比特率GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源；

C、更新可用资源，并确定可用资源不为空时，通过最大比特率MBR令牌桶为该GBR业务分配资源，并合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源。

其中，步骤C之后进一步包括：

D、从调度队列中删除所述业务，并更新可用资源，之后，确定可用资源不为空时，返回步骤B；确定可用资源为空时，结束资源分配。

步骤B进一步包括：

确定该业务为非保证比特率(non-GBR)业务时，直接按照可用资源的实际资源量为所述non-GBR业务最大化分配资源，之后，执行步骤D。

步骤A之前进一步包括：

对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶参数值进行初始化。

所述计算业务传输速率具体为：

根据公式 $r_{j,n}=\frac{\underset{i=n-N\·\mathrm{TTI}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i,j}}{N\·\mathrm{TTI}}$ 计算所述业务传输速率；

其中，r_j，n为业务j在当前调度时隙n之前N个传输时间间隔(TTI)内的业务传输速率；j为业务标识；i为调度时隙标识；X_i，j为业务j在调度时隙i通过令牌桶发送的数据量；N·TTI为滑动窗长。

所述计算业务间的调度优先级具体为：

${\mathrm{PRI}}_j^n=\mathrm{\α}\left(\frac{{\mathrm{\τ}}_{j,n}}{{\mathrm{\τ}}_{j,\max }}\right)+(1-\mathrm{\α})\left(\frac{p_{j,n}}{p_{j,\max }}\right)+\mathrm{\δ}[\mathrm{sign}(\mathrm{GBR}-r_{j,n}){\mathrm{\β}}^{(r_{j,n}-\mathrm{GBR})}+1];$

其中，α为加权因子，β为指数函数的底数，且α，β∈(0，1)； $\mathrm{sign}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x>0\\ 0& x=0\\ -1& x<0\end{array}\right.;$ τ_j，max为Label属性中承载j所对应的L2分组延时预测值；p_j，max为Label属性中承载j所对应的L2分组丢包率值；τ_j，n为到第n个调度时隙时业务j的头分组已经等待的时长；p_j，n为当前调度时隙n之前N个TTI内的L2分组丢包率；r_j，n为业务j在当前调度时隙n之前N个TTI内的业务传输速率； $\mathrm{\&delta;}=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{GBR}\\ 0& \mathrm{non}-\mathrm{GBR}\end{array}\right..$

本发明同时提供了一种多业务调度系统，该系统包括：优先级计算模块、以及资源分配模块，其中，

优先级计算模块，用于通过令牌桶计算业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算调度队列中各业务的调度优先级，将各个业务的调度优先级发送给资源分配模块；

资源分配模块，用于根据业务的调度优先级，从调度队列中获取优先级最高的业务，当该业务为GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源，并在确定存在可用资源时，通过MBR令牌桶继续为该业务分配资源，之后，合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源。

其中，该系统进一步包括：

调度队列管理模块，用于接收到删除信号后，从调度队列中删除相应的业务；

相应的，资源分配模块进一步用于：合并为GBR业务分配的资源后，发送该业务的删除信号给调度队列管理模块。

该系统进一步包括：

初始化模块，用于对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶参数值进行初始化，将初始化后的上述参数发送给优先级计算模块。

资源分配模块还用于：当所述优先级最高的业务为non-GBR业务时，按照可用资源的实际资源量直接为该业务最大化分配资源，之后，发送该业务的删除信号给调度队列管理模块。

资源分配模块还用于：为业务分配资源后，更新可用资源。

本发明所提供的多业务调度方法和系统，通过当前调度时隙之前一定时间段的业务传输速率、业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长计算得到各业务的调度优先级，并在分配资源时首先判断业务为GBR业务或非保证比特率(non-GBR)业务，当业务为GBR业务时，首先通过GBR令牌桶分配资源，以保证业务的基本传输速率，之后仍然存在可用资源时，才再次为业务分配保证最大传输速率的资源；而当业务为non-GBR业务时，直接根据当前可用资源的实际资源量为non-GBR业务最大化分配资源，充分考虑了GBR业务和non-GBR业务的QoS属性，尤其是充分考虑了GBR业务的GBR和MBR属性，同时，避免了non-GBR业务产生“饥饿”现象。

另外，在计算业务调度优先级时，GBR业务优先于non-GBR业务被调度，保证了GBR业务的传输时延；通过令牌桶计算GBR业务传输速率，对传输速率没有达到GBR要求的GBR业务，按照传输速率与GBR要求差距越大优先级越高的原则被调度，以满足GBR业务的GBR要求；而传输速率超过GBR要求的GBR业务，按照传输速率由大到小的顺序被调度，可以提高系统总吞吐量。

附图说明

图1为一种轮询算法的资源分配方式示意图；

图2为一种最大载波/干扰算法的资源分配方式示意图；

图3为一种正比公平算法的资源分配示意图；

图4为本发明多业务调度方法流程示意图；

图5为本发明多业务调度系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：通过当前调度时隙之前一定时间段的业务传输速率、业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长计算得到各业务的调度优先级，并在分配传输速率时首先判断业务为GBR业务或non-GBR业务；当业务为GBR业务时，首先通过GBR令牌桶分配资源，以保证业务的基本传输速率，之后仍然存在可用资源时，再通过MBR令牌桶分配资源，保证业务的最大传输速率。

以下，通过具体实施例结合附图详细说明本发明多业务调度方法和系统的实现。

图4为本发明多业务调度方法流程示意图，如图4所示，该方法包括：

步骤401：对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶参数值进行初始化。

其中，所述令牌桶参数值包括：令牌桶的速率、大小等。令牌桶分为GBR令牌桶和MBR令牌桶两种，本步骤中进行初始化时，将分别对两种令牌桶的参数值进行初始化。

其中，具体如何对上述参数进行初始化属于公知技术，这里不再赘述。

步骤402：通过令牌桶计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算业务间的调度优先级。

其中，所述一定时间段即为下述统计量的滑动窗长N·TTI，N值的大小一般与所需获得的当前调度时隙之前的所述业务传输速率的精确度相关。一般来说，N的取值越大，计算得到的所述业务传输速率的值越精确。而本步骤中计算所述业务传输速率的目的为：以计算得到的当前调度时隙之前一定时间段内的所述业务传输速率，作为当前调度时隙的业务传输速率的估计值。由此，计算得到的当前调度时隙之前一定时间段内的所述业务传输速率越精确，相应的，估计到的当前调度时隙的业务传输速率也越准确。在实际应用中，具体的N值一般通过仿真得到，具体如何进行仿真属于公知技术，这里不再赘述。

其中，所述通过令牌桶计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率方法可以为：

设业务j为GBR业务，每个调度时隙i通过令牌桶发送的数据量为X_i，j，统计量的滑动窗长为N·TTI，则业务j在当前调度时隙n之前N个TTI内的业务传输速率为：

$r_{j,n}=\frac{\underset{i=n-N\&CenterDot;\mathrm{TTI}}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_{i,j}}{N\&CenterDot;\mathrm{TTI}}---\left(1\right)$

对于计算公式(1)，所述每个调度时隙i通过令牌桶发送的数据量为X_i，j中，所述令牌桶根据调度时隙i所使用的令牌桶的不同而改变，即：如果调度时隙i中仅通过GBR令牌桶为GBR业务分配资源，则数据量X_i，j为通过GBR令牌桶计算；如果调度时隙i中通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为GBR业务分配资源，则数据量X_i，j为通过GBR令牌桶和MBR令牌桶计算。相应的，本步骤中所述通过令牌桶计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率也需根据具体调度时隙判断所述令牌桶为GBR令牌桶、或者GBR令牌桶和MBR令牌桶。另外，由于n为当前调度时隙的标识，而TTI以调度时隙为单位，N为整数，因此，n-N·TTI为以时隙为单位的整数。

另外，计算业务间的调度优先级时，业务j在第n个时隙的调度优先级PRI_j ⁿ可以通过下面所示的公式(2)计算。PRI_j ⁿ值越大，业务的调度优先级越高。

${\mathrm{PRI}}_j^n=\mathrm{\&alpha;}\left(\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{j,n}}{{\mathrm{\&tau;}}_{j,\max }}\right)+(1-\mathrm{\&alpha;})\left(\frac{p_{j,n}}{p_{j,\max }}\right)+\mathrm{\&delta;}[\mathrm{sign}(\mathrm{GBR}-r_{j,n}){\mathrm{\&beta;}}^{(r_{j,n}-\mathrm{GBR})}+1]---\left(2\right)$

其中，

$\mathrm{\&delta;}=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{GBR}\\ 0& \mathrm{non}-\mathrm{GBR}\end{array}\right.,$ 即：当业务为GBR业务时，δ取值为1，当业务为non-GBR业务时，δ取值为0，该因子使得GBR业务与non-GBR业务在计算调度优先级时被区别对待，仅GBR业务考虑业务传输速率；

可变参数α，β∈(0，1)，α、以及(1-α)是加权因子，调节α的值可以在调度优先级计算时改变业务Label属性中时延和分组丢包率的权重，即：如希望时延权重较大，则取α的值大于0.5，相应的(1-α)的值小于0.5，如希望分组丢包率的权重较大，则取α的值小于0.5，相应的(1-α)的值大于0.5，如果希望权重相同，则取α为0.5即可；β是以业务传输速率为指数的函数

的底数；

符号函数 $\mathrm{sign}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x>0\\ 0& x=0\\ -1& x<0\end{array}\right.;$

τ_j，max为Label属性中业务j所对应的L2数据包延时预测(Packet DelayBudge)值；

p_j，max为Label属性中业务j所对应的L2分组丢包率(Packet Loss Rate)值；

τ_j，n为第n个调度时隙，业务j的头分组已经等待的时长；

p_j，n为当前调度时隙n之前N个TTI内的L2分组丢包率。

对于GBR业务，因式 $(\mathrm{sign}(\mathrm{GBR}-r_{j,n}){\mathrm{\&beta;}}^{(r_{j,n}-\mathrm{GBR})}+1)$ 使得业务传输速率r_j，n在大于GBR时，PRI_j ⁿ为r_j，n的增函数，传输速率越高的业务优先被调度；r_j，n小于GBR时，PRI_j ⁿ为r_j，n的减函数，传输速率越低的业务优先级越高。且业务传输速率小于GBR时的调度优先级绝对大于已经超过GBR的业务。GBR业务调度优先级绝对大于non-GBR业务。non-GBR业务之间的优先级仅考虑时延和丢包率。

步骤403：从调度队列中获取优先级最高的业务，判断该业务是否为GBR业务，如果是，执行步骤404；如果否，即该业务为non-GBR业务，执行步骤407。

步骤404：通过GBR令牌桶为GBR业务分配资源，保证业务的基本传输速率，执行步骤405。

步骤405：更新可用资源，并判断可用资源是否为空，如果否，执行步骤406；如果是，则执行步骤410。

步骤406：通过MBR令牌桶为该GBR业务分配资源，保证业务的最大传输速率，合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源，执行步骤408。

其中，具体如何进行所述资源的合并属于公知技术，这里不再赘述。

步骤407：按照可用资源的实际的资源量为non-GBR业务最大化分配资源，保证业务的最大传输速率，执行步骤408。

具体如何最大化分配资源属于公知技术，这里不再赘述。

步骤408：从队列中删除已分配资源的业务，更新可用资源。

步骤409：判断可用资源是否为空，如果不为空，则返回步骤403；否则，执行步骤410。

步骤410：结束资源分配。

图5为本发明多业务调度系统结构示意图，如图5所示，该系统包括：初始化模块510、优先级计算模块520、资源分配模块530、以及调度队列管理模块540，其中：

初始化模块510，用于对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶速率、大小等令牌桶参数值进行初始化，将初始化后的上述参数发送给优先级计算模块520。

其中，令牌桶分为GBR令牌桶和MBR令牌桶两种，初始化模块510对令牌桶参数进行初始化时，将分别对两种令牌桶的参数值进行初始化。

优先级计算模块520，用于通过令牌桶计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算调度队列中各业务的调度优先级，将计算得到的各个业务的调度优先级发送给资源分配模块530。

资源分配模块530，用于根据业务的调度优先级，从调度队列中获取优先级最高的业务，当该业务为GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源，并在确定存在可用资源时，通过MBR令牌桶继续为该业务分配资源，之后，合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源；当该业务为non-GBR业务时，直接按照可用资源的实际的资源量为该业务最大化分配资源，对所述业务的资源分配完成后，发送所述业务的删除信号给调度队列管理模块540。资源分配模块530还用于为业务分配资源后，更新可用资源。

调度队列管理模块540，用于接收到所述删除信号后，从调度队列中相应删除该业务。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种多业务调度方法，其特征在于，该方法包括：

A、计算当前调度时隙之前一定时间段内的业务传输速率，统计业务的层2L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算业务间的调度优先级；

B、从调度队列中获取优先级最高的业务，确定该业务为保证比特率GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源；

C、更新可用资源，并确定可用资源不为空时，通过最大比特率MBR令牌桶为该GBR业务分配资源，并合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C之后进一步包括：

D、从调度队列中删除所述业务，并更新可用资源，之后，确定可用资源不为空时，返回步骤B；确定可用资源为空时，结束资源分配。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B进一步包括：

确定该业务为非保证比特率non-GBR业务时，直接按照可用资源的实际资源量为所述non-GBR业务最大化分配资源，之后，执行步骤D。

4、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，步骤A之前进一步包括：

对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶参数值进行初始化。

5、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述计算业务传输速率具体为：

根据公式 $r_{j,n}=\frac{\underset{i=n-N\&CenterDot;\mathrm{TTI}}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_{i,j}}{N\&CenterDot;\mathrm{TTI}}$ 计算所述业务传输速率；

其中，r_j，n为业务j在当前调度时隙n之前N个传输时间间隔TTI内的业务传输速率；j为业务标识；i为调度时隙标识；X_i，j为业务j在调度时隙i通过令牌桶发送的数据量；N·TTI为滑动窗长。

6、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述计算业务间的调度优先级具体为：

${\mathrm{PRI}}_j^n=\mathrm{\&alpha;}\left(\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{j,n}}{{\mathrm{\&tau;}}_{j,\max }}\right)+(1-\mathrm{\&alpha;})\left(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{j,n}}{{\mathrm{\&rho;}}_{j,\max }}\right)+\mathrm{\&delta;}[\mathrm{sign}(\mathrm{GBR}-r_{j,n}){\mathrm{\&beta;}}^{(r_{j,n}-\mathrm{GBR})}+1];$

其中，α为加权因子，β为指数函数

的底数，且α，β∈(0，1)； $\mathrm{sign}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x>0\\ 0& x=0\\ -1& x<0\end{array}\right.;$ τ_j，max为Label属性中业务j所对应的L2分组延时预测值；p_j，max为Label属性中业务j所对应的L2分组丢包率值；τ_j，n为到第n个调度时隙时业务j的头分组已经等待的时长；p_j，n为当前调度时隙n之前N个TTI内的L2分组丢包率；r_j，n为业务j在当前调度时隙n之前N个TTI内的业务传输速率； $\mathrm{\&delta;}=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{GBR}\\ 0& \mathrm{non}-\mathrm{GBR}\end{array}\right..$

7、一种多业务调度系统，其特征在于，该系统包括：优先级计算模块、以及资源分配模块，其中，

优先级计算模块，用于通过令牌桶计算业务传输速率，统计业务的L2分组丢包率以及头分组等待时长，之后，根据上述参数计算调度队列中各业务的调度优先级，将各个业务的调度优先级发送给资源分配模块；

资源分配模块，用于根据业务的调度优先级，从调度队列中获取优先级最高的业务，当该业务为GBR业务时，通过GBR令牌桶为该业务分配资源，并在确定存在可用资源时，通过MBR令牌桶继续为该业务分配资源，之后，合并通过GBR令牌桶和MBR令牌桶为该GBR业务分配的资源。

8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

调度队列管理模块，用于接收到删除信号后，从调度队列中删除相应的业务；

相应的，资源分配模块进一步用于：合并为GBR业务分配的资源后，发送该业务的删除信号给调度队列管理模块。

9、根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

初始化模块，用于对当前调度时隙可被调度的资源集合、以及令牌桶参数值进行初始化，将初始化后的上述参数发送给优先级计算模块。

10、根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，资源分配模块还用于：当所述优先级最高的业务为non-GBR业务时，按照可用资源的实际资源量直接为该业务最大化分配资源，之后，发送该业务的删除信号给调度队列管理模块。

11、根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，资源分配模块还用于：为业务分配资源后，更新可用资源。

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