CN101790205A - 多业务下的无线资源协同管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多业务下的无线资源协同管理方法，包括：根据移动用户端中的新发起业务，向基站端请求建立连接；对是否允许所述移动用户端接入无线网络加以判决，根据判决结果将允许接入的移动用户端接入无线网络；对于已经接入无线网络的移动用户端，根据该移动用户端所接入信道的质量为该移动用户端以及移动用户端中的新发起业务分配无线资源，利用新分配的无线资源实现数据传输。本发明能够满足多种业务不同的需求；本发明能够在满足用户QoS的前提下最大化系统容量。

Description

多业务下的无线资源协同管理方法及系统

技术领域

本发明涉及无线资源协同管理方法及系统，特别涉及多业务下的无线资源协同管理方法及系统。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展以及移动用户数量的急剧增加，移动业务的类型逐渐走向多元化。除了原有的语音业务外，还出现了诸如http业务、视频业务、在线游戏、手机搜索、在线音乐、移动办公等各种各样的新业务。如此多样的移动业务对无线信号的频域资源和时域资源的利用方式必然存在差异，因此，如果能够根据不同业务的需求以一种统一的方式对无线资源的分配加以管理，将有效地提高无线信号的频谱利用率，从而满足用户对无线服务质量要求不断提高的现实。正是出于上述原因，无线资源管理(Radio Resource Management，RRM)已经成为无线运营商最为关心的问题之一。

在现有技术中已经存在无线资源管理的相关方法。如在公开号为WO/2008/026061、名称为“Method And Apparatus For Providing ResourceAllocation Using Utility-Based Cross-Layer Optimization”的参考文献1中，在公开号为CN 101179847A、名称为“一种实现无线资源管理的方法及无线网络控制器”的参考文献2中，以及公开号为CN 101253710A、名称为“有效的无线资源管理的方法”的参考文献3中，都就无线资源管理提出了自己的方案。但这些方法只考虑了某一层面或某些指标，没有有效地考虑系统中无线资源的整体利用效率。例如，现有方法将多种移动业务划分为单播业务和广播组播业务，并在无线系统媒体接入控制(Media AccessControl，MAC)层内，将上层单播应用和广播组播应用分别映射为不同类型的调度业务，如时延敏感业务和时延容忍业务，进而根据调度业务的类型实现移动业务的管理。但随着无线通信技术的发展，新的多媒体应用将层出不穷，考虑到多媒体应用的复杂性和多样性，在MAC层仅仅划分成两种业务类型将无法很好地反映不同多媒体数据传输的特性，也无法满足未来无线网络中多种业务类型、多种服务质量(Quality of Service，QoS)参数的需求。

另外，在新的无线通信系统中，可供分配的无线资源也发生了变化，如在基于OFDM和MIMO的宽带无线通信系统中，无线资源不但可以在时域上进行分配，还可以充分利用频率多样性和空域多样性来提高系统容量。而现有的无线资源分配算法一般只能采用用户选择、数据调度、功率分配的方式完成无线资源分配，难以满足无线资源的最优化分配。因此，现有的无线资源管理方法也将无法适应新的无线通信系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有的无线资源管理方法无法适应新的无线通信系统的缺陷，从而提供一种适用于新的无线通信系统的无线资源协同管理方法和系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多业务下的无线资源协同管理方法，包括：

步骤1)、根据移动用户端中的新发起业务，向基站端请求建立连接；

步骤2)、对是否允许所述移动用户端接入无线网络加以判决，根据判决结果将允许接入的移动用户端接入无线网络；

步骤3)、对于已经接入无线网络的移动用户端，根据该移动用户端所接入信道的质量为该移动用户端以及移动用户端中的新发起业务分配无线资源，利用新分配的无线资源实现数据传输。

上述技术方案中，还包括步骤4)，该步骤包括：对已接入无线网络的移动用户端中的其它新接入业务重新执行步骤3)，直到所述移动用户端不再有未经处理的新接入业务。

上述技术方案中，在所述的步骤2)中，所述基站端根据所述新发起业务的QoS需求、连接到该基站端的所有移动用户端的优先级、请求接入的移动用户端的QoS需求、无线资源当前的占用和分配情况以及无线网络中当前正在进行的会话的QoS情况判断是否允许所述移动用户端接入无线网络。

上述技术方案中，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、判断请求接入无线网络的移动用户端的优先级，对优先级最高的待接入移动用户端进行处理；

步骤2-2)、将当前无线网络所能提供的空闲无线资源与待处理移动用户端的QoS需求进行比较，若能满足待处理移动用户端的QoS需求，且不影响其他已接入用户的QoS，则允许其接入网络，否则，执行下一步；

步骤2-3)、判断是否还有未经处理的待处理移动用户端，若存在，从中选择优先级最高的移动用户端，然后重新执行步骤2-2)，否则，结束操作。

上述技术方案中，所述的步骤3)包括：

步骤3-1)、对于允许接入无线网络的移动用户端，当所述移动用户端接入无线网络后，计算用于表示当前所接入信道的质量的指示值，并向所述基站端反馈；

步骤3-2)、根据当前所接入信道的质量向所述移动用户端以及所述移动用户端中的新发起业务分配无线资源；

步骤3-3)、为所述移动用户端选择调制编码方式后，利用被分配的无线资源实现信令和数据的传输。

上述技术方案中，所述的步骤3-2)包括：

步骤3-2-1)、根据移动用户端的信道条件好坏、移动用户端的QoS需求以及之前得到服务的情况，为移动用户端分配无线资源；

步骤3-2-2)、判断所述移动用户端中是否存在多个业务，若存在多个业务，则为这些业务分别分配无线资源。

上述技术方案中，在所述的步骤3-2-1)中，为信道条件好、QoS要求高并且之前得到服务次数少的用户优先分配无线资源。

上述技术方案中，在所述的步骤3-2-2)中，为QoS要求高并且之前得到服务少的业务优先分配无线资源。

本发明还提供了一种多业务下的无线资源管理系统，包括无线接纳控制模块、无线信道条件支持模块、用户业务需求模块、调度器模块以及业务更新模块；其中，

所述的无线接纳控制模块用于判决是否允许所述移动用户端接入无线网络；

所述的无线信道条件支持模块用于计算已经接入无线网络的移动用户端的用于表示当前所接入信道的质量的指示值，并向所述基站端反馈；

所述的用户业务需求模块用于实时监听无线网络中所有用户的业务需求，并将业务需求返回给调度器模块；

所述的调度器模块用于向已接入的移动用户端以及所述移动用户端中的新发起业务分配无线资源，并为已接入的移动用户端选择调制编码方式，利用被分配的无线资源实现信令和数据的传输；

所述的业务更新模块用于实时更新移动用户端的业务缓冲区队列。

本发明的优点在于：

1、本发明能够满足多种业务不同的需求；

2、本发明能够在满足用户QoS的前提下最大化系统容量。

附图说明

图1为本发明的多业务下的无线资源协同管理系统的结构图；

图2为本发明的多业务下的无线资源协同管理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的无线资源协同管理系统安装在无线通信系统之上，因此，首先对无线通信系统做简要的说明。无线通信系统包括基站端与移动用户端，基站端有一定的服务范围，它与位于其服务范围内的移动用户端之间建立无线连接。移动用户端通过基站端与远方的其它移动用户端建立通信连接，实现移动用户端与移动用户端之间的远程通话。

参考图1，本发明的无线资源协同管理系统包括无线接纳控制模块、无线信道条件支持模块、用户业务需求模块、调度器模块以及业务更新模块；其中，所述的无线接纳控制模块、调度器模块位于所述的基站端，所述的用户业务需求模块以及业务更新模块位于所述的移动用户端，而无线信道条件支持模块为移动用户端和基站端的信息交互提供无线信道支持，因此，在移动用户端以及基站端上都包括有无线信道条件支持模块。下面对这些模块的具体功能予以说明。

无线接纳控制模块可以根据当前无线资源的利用情况、用户业务需求模块反馈的各用户的QoS需求和优先级等信息来判决是否允许新用户接入。在无线资源可用的前提下，无线接纳控制模块允许QoS要求高的用户优先接入网络。QoS是一个多维的参数，它包括误码率、时延、吞吐量、丢包率要求等多种类型的参数，无线接纳控制模块在判决是否允许移动用户端接入时，以QoS作为做出判决的基础，有利于兼顾多种业务的不同需求。

无线信道条件支持模块用于实现终端和基站间的无线信道条件支持，包括物理层链路的支持和信道信息反馈支持，具体的说，它包括对基站获取信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)以及根据SINR值导出信道质量指示(Channel Quality Indicator，CQI)的支持，根据SINR和CQI反馈获得误块率(BLock Error Ratio，BLER)值的支持等。

用户业务需求模块用于实时监听网络中所有用户尤其是新请求用户(包括切换用户)的业务需求，并将各用户的QoS需求和优先级反馈给其它实体，如调度器模块等，以用于决策。

调度器模块将根据从信道条件支持模块获得的信道信息和用户业务需求模块反馈的QoS需求进行资源的分配控制，并根据用户的QoS要求和用户所拥有的业务的QoS要求为各用户选择最合适的MCS，以提高资源利用率。

业务更新模块用于实时更新移动用户端的业务缓冲区队列。各移动终端用户一旦有业务数据被传输，则不管是否被正确接收，业务更新模块都要更新该用户相应的业务缓冲区队列。

以上是对本发明的无线资源协同管理系统中各个功能模块的说明。下面结合无线资源协同管理系统对多业务场景下无线资源的协同管理方法加以说明。

对于所有的基站端与移动用户端而言，无线资源协同管理的方法相类似，因此在下面的说明中，将以一个移动用户端以及为该移动用户端服务的基站端为例，对相关方法予以说明。

参考图2，首先，移动用户端在产生一个业务(如一个视频业务)后，将该业务的业务连接请求发送到为它服务的基站端(步骤201)。

基站端在接收到业务连接请求后，调用无线接纳控制模块，由该模块判决是否允许移动用户端接入无线网络。若基站端允许移动用户端接入无线网络，则继续以下操作，否则，终止操作(步骤202)。无线接纳控制模块在做判决时，需要综合考虑无线网络中无线资源的占用和分配情况、用户业务的QoS需求、各用户(包括已接入用户和新请求接入用户)的优先级、正在进行中的会话的QoS情况以及该请求接入的用户的QoS需求等因素。比如，可以为各新请求接入用户设定一个优先级，优先级的值与该用户业务的QoS需求的参数相关，且呈正相关关系，而且，新接入用户中切换用户的优先级要高于初始新接入用户的优先级。在进行判决时，不仅要考虑这些新接入用户的优先级高低，也要综合考虑信道条件的好坏，无线资源的可用性，同时还要保证一旦新用户接入，尽量不影响原有用户的QoS要求。一般来说，在无线资源紧张的情况下，应当优先保证已接入用户的服务质量，在无线资源只能满足部分新用户接入的情况下，优先级高也即QoS要求高的新请求用户优先接入网络，但要保证能够满足该新用户的QoS需求，如果优先级高的新用户无法满足QoS需求，而优先级低的新用户可以满足QoS需求，则优先级低的新用户先接入。

例如，假如某个时刻，无线网络的总带宽为5MHz，当前已经占用的带宽为4MHz，当前已经接入的用户有10个，而当前需要接入的用户有3个(假设为UE₁、UE₂、UE₃)，他们的优先级依此降低，要满足所有用户的QoS需求所需要的带宽依此为0.7MHz，0.4MHz、0.2MHz。根据判决规则，优先级最高的UE₁可以接入而且满足其要求，而UE₂由于接入后并不能满足其QoS要求所以拒绝其接入请求，但UE₃可以在满足QoS的基础上接入。

基站端向移动用户端反馈允许接入无线网络的消息后，移动用户端接入无线网络。移动用户端一旦接入无线网络，则无线信道条件支持模块就能够计算出CQI值，并由移动用户端将该值反馈给基站端(步骤203)。CQI值的反馈可以是周期性的，也可以是非周期性的。反馈时间的设定可以由基站指定也可以由移动用户端自行选择。

基站端由CQI值可以了解移动用户端当前所接入信道的质量，从而根据信道条件的变化调用调度器模块对无线资源做动态分配(步骤204)。调度器模块对无线资源的动态分配分为两个步骤，首先是为移动用户端分配无线资源，其次是当一个移动用户端中同时存在两种以上的业务时，为这些业务分别分配无线资源。在为移动用户端分配无线资源时，综合考虑移动用户端的信道条件好坏、移动用户端的QoS要求(如果移动用户端中有多个业务，则该移动用户端的QoS要求可以是所含业务的QoS要求之和，也可以是所含业务中QoS要求最高的业务的QoS要求)和移动用户端之前得到服务的情况，对于信道条件好、QoS要求高并且之前得到服务次数少的用户优先分配资源。在为移动用户端分配无线资源后，如果移动用户端中还包括有多个业务，则要为这些业务分别分配无线资源。在为同一个移动用户端中的不同业务分配无线资源时，需要考虑业务的QoS要求以及该业务之前得到服务的情况，例如为那些QoS要求高并且之前得到服务少的业务优先分配资源。

例如，在某个时刻，无线网络的总带宽为10MHz(LTE(Long TermEvolution)系统中以资源块(Resource Block，RB)表示即50个，RB₁、RB₂、...、RB₅₀)，当前系统中的用户有20个，以UE₁、UE₂、...、UE₂₀表示。首先，为各用户在各RB上分配一个优先级(这些优先级用矩阵形式表示为[P₁₁、P₁₂、P₁₃、...、P₁₅₀，P₁₂、P₂₂、P₂₃、...、P₂₅₀，...，P₂₀₁、...、P₂₀₅₀])，该优先级与用户QoS要求(用户的QoS和他所拥有的业务的QoS的关系如上段所述)和信道条件的参数相关，且呈正相关关系。通过上述的优先级设定方法，无线网络中各个资源块RB被分配给当前优先级最大的用户。若多个用户在该RB上同时拥有最大优先级，可以将该RB分配给之前得到RB数目少的用户。假设RB₁、RB₂和RB₇被UE₁分得，同时UE₁有VoIP、HTTP两种业务，很显然，VoIP的QoS要求要比HTTP高，这样分配资源时应优先为VoIP业务分配资源。

基站端在得到无线资源分配结果后，结合移动用户端反馈的CQI值为各个移动用户端选择满足各自QoS要求的CQI及其对应的MCS(调制编码方式)(步骤205)。CQI与MCS的选择方式有多种，比如：选择用户占有的信道上所有CQI中的最小值，选定的MCS即为该最小的CQI所对应的MCS。

基站端根据前面所得到的无线资源分配结果，根据无线信道条件支持模块所提供的载波或RB(LTE系统中的一个时频概念，一个RB包括频域上的12个子载波即180KHz，同时在时域上包括6个或7个OFDM符号)上所对应的SINR值和前文中所选定的CQI值调用无线信道条件支持模块，以确定各移动用户端在此次资源分配后的误块率(BLock Error Ratio，BLER)，得到此时的分组传输质量，同时根据各用户分配到的载波或RB上对应的MCS，即可确定此时该用户可以传送的数据，以此进行信令和数据发送(步骤206)。

移动用户端从基站端接收到信令后，根据接收到的信令决定是否需要进行混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat-reQuest，HARQ)处理，并接收数据(步骤207)。移动用户端在接收到数据后，通过信令告知业务更新模块，由业务更新模块将刚才已被处理的数据从缓冲区队列中清除。随后业务更新模块进行下一步判决，若缓冲区队列还保存有待传数据，即缓冲区队列不为空，则重新执行前述的计算CQI值并反馈给基站端的步骤。否则，表示移动用户端中各业务已经处理完毕，基站端断开与该移动用户之间建立的业务连接，释放该移动用户所占用的信道资源(步骤208)。

本发明在对是否允许移动用户端接入无线网络的判决过程中，以及为移动用户端分配无线资源时，都以QoS作为判决的基础。由于QoS是一个多维的参数，包括误码率、时延、吞吐量、丢包率要求等，因此以QoS作为判决的基础兼顾了多种业务的不同需求，与现有技术仅仅在时延方面考虑用户的需求有很大的提高。

本发明根据不同的信道状态以及不同类型的QoS要求有效地进行用户选择、RB(或子载波)和功率带宽分配以及调制编码方式选择，在PHY层和MAC层进行联合动态资源分配，与现有的无线资源分配算法一般只能采用用户选择、数据调度、功率分配的方式完成无线资源分配相比，能够在满足用户QoS的前提下最大化系统容量。

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 (9)

1.一种多业务下的无线资源协同管理方法，包括：

步骤1)、根据移动用户端中的新发起业务，向基站端请求建立连接；

步骤2)、对是否允许所述移动用户端接入无线网络加以判决，根据判决结果将允许接入的移动用户端接入无线网络；

步骤3)、对于已经接入无线网络的移动用户端，根据该移动用户端所接入信道的质量为该移动用户端以及移动用户端中的新发起业务分配无线资源，利用新分配的无线资源实现数据传输。

2.根据权利要求1所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，还包括步骤4)，该步骤包括：对已接入无线网络的移动用户端中的其它新接入业务重新执行步骤3)，直到所述移动用户端不再有未经处理的新接入业务。

3.根据权利要求1或2所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，所述基站端根据所述新发起业务的QoS需求、连接到该基站端的所有移动用户端的优先级、请求接入的移动用户端的QoS需求、无线资源当前的占用和分配情况以及无线网络中当前正在进行的会话的QoS情况判断是否允许所述移动用户端接入无线网络。

4.根据权利要求3所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、判断请求接入无线网络的移动用户端的优先级，对优先级最高的待接入移动用户端进行处理；

步骤2-2)、将当前无线网络所能提供的空闲无线资源与待处理移动用户端的QoS需求进行比较，若能满足待处理移动用户端的QoS需求，且不影响其他已接入用户的QoS，则允许其接入网络，否则，执行下一步；

步骤2-3)、判断是否还有未经处理的待处理移动用户端，若存在，从中选择优先级最高的移动用户端，然后重新执行步骤2-2)，否则，结束操作。

5.根据权利要求1或2所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，所述的步骤3)包括：

步骤3-1)、对于允许接入无线网络的移动用户端，当所述移动用户端接入无线网络后，计算用于表示当前所接入信道的质量的指示值，并向所述基站端反馈；

步骤3-2)、根据当前所接入信道的质量向所述移动用户端以及所述移动用户端中的新发起业务分配无线资源；

步骤3-3)、为所述移动用户端选择调制编码方式后，利用被分配的无线资源实现信令和数据的传输。

6.根据权利要求5所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，所述的步骤3-2)包括：

步骤3-2-1)、根据移动用户端的信道条件好坏、移动用户端的QoS需求以及之前得到服务的情况，为移动用户端分配无线资源；

步骤3-2-2)、判断所述移动用户端中是否存在多个业务，若存在多个业务，则为这些业务分别分配无线资源。

7.根据权利要求6所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，在所述的步骤3-2-1)中，为信道条件好、QoS要求高并且之前得到服务次数少的用户优先分配无线资源。

8.根据权利要求6所述的多业务下的无线资源协同管理方法，其特征在于，在所述的步骤3-2-2)中，为QoS要求高并且之前得到服务少的业务优先分配无线资源。

9.一种多业务下的无线资源管理系统，其特征在于，包括无线接纳控制模块、无线信道条件支持模块、用户业务需求模块、调度器模块以及业务更新模块；其中，

所述的无线接纳控制模块用于判决是否允许所述移动用户端接入无线网络；

所述的无线信道条件支持模块用于计算已经接入无线网络的移动用户端的用于表示当前所接入信道的质量的指示值，并向所述基站端反馈；

所述的用户业务需求模块用于实时监听无线网络中所有用户的业务需求，并将业务需求返回给调度器模块；

所述的调度器模块用于向已接入的移动用户端以及所述移动用户端中的新发起业务分配无线资源，并为已接入的移动用户端选择调制编码方式，利用被分配的无线资源实现信令和数据的传输；

所述的业务更新模块用于实时更新移动用户端的业务缓冲区队列。

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