CN101848494B - 实时业务的调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时业务的调度方法和装置，其中，该方法包括：通过第一调度方法和第二调度方法调度至少一个待调度队列中的业务数据，其中，第一调度方法用于调度至少一个待调度队列中的部分业务数据，第二调度方法用于调度至少一个待调度队列中的另一部分业务数据。借助于本发明的技术方案，通过引入了多个调度方法对调度队列中的业务数据进行调度，可以在完成数据调度的同时保证时延以及长期的公平性，同时还可以灵活实现调度策略的更新，从而能够根据系统的需求进行多目标调度，在保证调度效率的前提下有效改善了业务的服务质量，提高了用户体验。

Description

实时业务的调度方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种实时业务的调度方法和装置。

背景技术

随着宽带无线接入系统的发展，对资源分配的要求也越来越高。在资源分配过程中，基站(Base Station，简称为BS)会按照一定的策略将资源分配给移动台(Mobile Station，简称为MS)，MS使用BS为其分配的资源。

在无线环境下，进行分组调度时，采用目前提出的较为简单的调度方法，不能够周全的考虑到以下几个方面：1、无线链路的可变性。在数据传输过程中，各种干扰、衰落以及MS的位置变化均会引起传输链路的变化，这样会影响数据传输的情况。2、公平性。其定义和目标在无线环境下变得更加不明确，公平性应该考虑链路状态及其后对较差链路状态的用户的补偿措施。3、服务质量(Qualityof Service，简称为QoS)。对于不同业务类型业务，其QoS需求不相同，实施方式也不相同，并在分组调度时确定业务的QoS需求和实施方式。4、数据吞吐量和信道使用率。带宽是无线网络最珍贵的资源，分组调度时，应达到最大吞吐量，并提高无线信道的使用率，以提高系统的收益。5、能力约束及实用性。由于MS能量有限，调度方法应该简单实用，以减少MS提供的信道及控制信息。

此外，对于WiMAX系统的QoS保证，虽然IEEE 802.16协议详细规定了服务类别的划分以及系统的QoS框架和具体的信令交互机制，提出需要对各种业务的最小速率、最大时延等相关参数进行保证，但是并没有具体规定能够兼顾QoS保证的调度方法。

发明内容

考虑到相关技术中存在的业务数据调度过程不能够顾及服务质量等多种因素导致调度过程会降低系统性能、业务的服务质量、以及调度过程本身缺少公平性的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种实时业务的调度方法及装置，以解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供一种实时业务的调度方法。

根据本发明的实时业务的调度方法包括：通过第一调度方法和第二调度方法调度至少一个待调度队列中的业务数据，其中，第一调度方法用于调度至少一个待调度队列中的部分业务数据，第二调度方法用于调度至少一个待调度队列中的另一部分业务数据。

优选地，在通过第一调度方法和第二调度方法调度业务数据之前，该方法还包括：确定对业务数据的优先级调度策略。

其中，通过第一调度方法和第二调度方法调度业务数据包括：在确定的优先级调度策略为严格优先级调度策略的情况下，根据至少一个待调度队列中的队列排序，通过第一调度方法和第二调度方法对至少一个待调度队列进行逐个调度；在确定的优先级调度策略为集成优先级调度策略的情况下，将至少一个待调度队列的所有业务数据作为整体通过第一调度方法和第二调度方法进行调度。

其中，至少一个待调度队列中的队列排序取决于每个队列中存储的业务数据所对应业务的优先级。

其中，第一调度方法为最早到期优先级调度方法，并且，由第一调度方法调度的部分数据为与时延相关且与带宽无关的数据。

其中，第二调度方法为加权公平队列调度方法，并且，第二调度方法用于根据至少一个待调度队列中业务数据的所对应的业务的可用带宽和需求带宽为每个业务分配实际带宽。

优选地，上述方法进一步包括：根据以下公式(1)确定每个业务的需求带宽：

${\mathrm{BW}}_i=\left\{\begin{array}{ccc}\frac{r_i\&times;\mathrm{framelength}}{1000\&times;8}\&times;5& ,& \mathrm{interval}>5\\ \frac{r_i\&times;\mathrm{framelength}}{1000\&times;8}\&times;\mathrm{interval}& ,& 0<\mathrm{interval}\&le;5\end{array}\right.$ 公式(1)

其中，r_i为业务QoS的最小预留速率，interval为上一次调度之后到目前的帧间隔，framelength为帧长度。

优选地，上述方法进一步包括：根据以下公式(2)确定每个业务的可用带宽：

${{\mathrm{BW}}_i}^{\&prime;}=\frac{W_i}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{W}_i}*\mathrm{BW}$ 公式(2)

其中， $W_i=\frac{p_i{r}_i}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_i{r}_i}$ 是业务i的调度优先级，pi＝(TrafficPriorityi+1)*α，TrafficPriorityi是业务连接i的QoS优先级，α为优先级的权重，ri为业务QoS的最小预留速率。

其中，对每个业务分配的实际带宽为该业务的可用带宽和需求带宽中的最小带宽。

根据本发明的另一个方面，提供一种实时业务的调度装置。

根据本发明的实时业务的调度装置包括：数据库，用于存储至少一个待调度队列中的业务数据；调度模块，用于通过第一调度方法和第二调度方法调度数据库存储的至少一个待调度队列中的业务数据，其中，第一调度方法用于调度至少一个待调度队列中的部分业务数据，第二调度方法用于调度至少一个待调度队列中的另一部分业务数据。

借助本发明的上述至少一个技术方案，通过引入了多个调度方法对调度队列中的业务数据进行调度，可以在完成数据调度的同时保证时延以及长期的公平性，同时还可以灵活实现调度策略的更新，从而能够根据系统的需求进行多目标调度，在保证调度效率的前提下有效改善了业务的服务质量，提高了用户体验。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明方法实施例的实时业务的调度方法的流程图；

图2是根据本发明方法实施例的实时业务的调度方法的详细处理流程图；

图3是根据本发明方法实施例的实时业务的调度装置的结构框图；

图4是根据本发明方法实施例的实时业务的调度装置的优选结构框图。

具体实施方式

功能概述

IEEE 802.16中，主要包括三种实时数据传输业务：主动授予服务(Unsolicited Grant Service，简称为UGS)、扩展实时可变速率(Extended Real-Time Variable-Rate，简称为ERTVR)和实时可变速率(Real-Time Variable-Rate，简称为RTVR)，这三种业务都能够提供最小预留速率和最大时延的QoS保证，UGS和ERTVR还能够提供时延抖动的保证。并且，这三种实时业务也支持业务优先级参数，低优先级的业务流可能会比高优先级的滞后服务。

由于目前对WiMAX的实时业务的调度需要达到以下要求：1、保证时延的要求；2、保证最小速率的要求；3、保证公平性及系统的吞吐量；4、调度方法的实现比较简单。基于此，本发明提出一种实时业务的调度方案，以满足上述需求。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种实时业务的调度方法。

图1是根据本发明实施例的实时业务的调度方法的流程图，需要说明的是，为了便于描述，在图1中以步骤的形式示出并描述了本发明的方法实施例的技术方案，在图1中所示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在图1中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。如图1所示，该方法用于确定对待传输块进行分割所需的参数，主要包括以下步骤(步骤S102至步骤S104)。

步骤S102，通过第一调度方法和第二调度方法调度至少一个待调度队列中的业务数据，其中，该第一调度方法可以为最早到期优先级(Earliest Deadline First，简称为EDF)调度方法，并且，由该第一调度方法调度的部分数据为与时延相关且与带宽无关的数据；该第二调度方法为加权公平队列(Weight Fair Queue，简称为WFQ)调度方法，并且，第二调度方法用于根据至少一个待调度队列中业务数据的所对应的业务的可用带宽和需求带宽为每个业务分配实际带宽。

步骤S104，上述第一调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的部分业务数据，第二调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的另一部分业务数据。

通过本发明实施例提供的技术方案，通过引入了多个调度方法对调度队列中的业务数据进行调度，可以在完成数据调度的同时保证时延以及长期的公平性，同时还可以灵活实现调度策略的更新，从而能够根据系统的需求进行多目标调度，在保证调度效率的前提下有效改善了业务的服务质量，提高了用户体验。

下面结合具体实例对图2所示的方法进行详细说明。

步骤1，更新终端的调度信息，具体地，可以在终端的建立连接信息发生变化，或终端所处的信号区域发生变化时，触发更新更新各终端(MS)的业务流的QoS参数，该QoS参数可以包括：最大时延、可容忍的抖动、最小预留速率、最大维持速率、业务优先级、请求/传输策略等各种配置参数。

步骤2，将新的连接放入多优先级调度数据库中，具体操作为：根据调度信息模块的数据，将新建立的实时业务连接放在多优先级调度数据库中，不同业务优先级(0～7)的连接进入不同的调度队列(0～7)。

步骤3，调度决策模块选择调度算法，具体操作为：首先确定对业务数据的优先级调度策略，可以根据当前系统的实现目标确定优先级调度策略，其中，优先级调度策略可以分为严格优先级调度和集成优先级调度。实现目标可以认为是运营策略，运营策略可以与等级相关，例如，计费策略(不同的收费等级)、客户的等级(VIP或普通用户)、业务的等级(语音还是数据)，业务在实现过程中涉及到运营策略的，均可以使用严格优先级调度，如果业务不涉及运营策略，则可以使用集成优先级调度。进一步地，如果选择严格优先级调度，则首先调度业务优先级高的连接，如果选择集成优先级调度，按照调度优先级进行调度。

在确定出优先级调度策略后，则首先选择EDF调度方法，将本帧内要到期的数据发送出去，以保证时延的要求。然后选择WFQ调度方法，由该方法选择连接进行数据的调度和带宽分配，以保证最小速率的要求。(以下主要通过步骤4和步骤5计算WFQ调度方法)下面对严格优先级调度和集成优先级调度分别进行说明。

在确定的优先级调度策略为严格优先级调度策略的情况下，根据至少一个待调度队列中的队列排序，通过EDF和WFQ对至少一个待调度队列进行逐个调度，其中，至少一个待调度队列中的队列排序取决于每个队列中存储的业务数据所对应业务的优先级。

在确定的优先级调度策略为集成优先级调度策略的情况下，将至少一个待调度队列的所有业务数据作为整体通过EDF和WFQ进行调度。

步骤4，计算业务的对应的需求带宽，具体地，可以根据下述速率估计算法的公式(1)确定所述每个业务的需求带宽，即，每个连接在一帧中的需求带宽：

${\mathrm{BW}}_i=\left\{\begin{array}{ccc}\frac{r_i\&times;\mathrm{framelength}}{1000\&times;8}\&times;5& ,& \mathrm{interval}>5\\ \frac{r_i\&times;\mathrm{framelength}}{1000\&times;8}\&times;\mathrm{interval}& ,& 0<\mathrm{interval}\&le;5\end{array}\right.$ 公式(1)

其中，ri为QoS的最小预留速率，interval为上一次调度之后到目前的帧间隔，framelength为帧长度，framelengt的取值可以为5ms。

步骤5，计算业务的对应的可用带宽，具体地，可以根据下述公式(1)确定所述每个业务的可用带宽：

${{\mathrm{BW}}_i}^{\&prime;}=\frac{W_i}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{W}_i}*\mathrm{BW}$ 公式(2)

其中， $W_i=\frac{p_i{r}_i}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_i{r}_i}$ 是业务i的调度优先级，pi＝(TrafficPriorityi+1)*α，TrafficPriorityi是业务连接i的QoS优先级(取值范围0～7)，α为优先级的权重，α可以根据系统需要灵活配置；ri为QoS的最小预留速率。

在WFQ调度时，计算出每个业务连接上的需求带宽BW_i和当前系统的可用带宽BW_i′之后，取BW_i和BW_i′中的最小值，分配给该业务使用。

步骤6，根据调度决策的处理结果，选择连接进行处理。读取该连接上的服务数据单元(Service Data Unit，简称为SDU)数据，并根据分配的带宽预组协议数据单元(Protocol Data Unit，简称为PDU)。

步骤7，进行后续处理。

装置实施例

根据本发明实施例，提供一种实时业务的调度装置。

图3示出了根据本发明实施例的实时业务的调度装置的示意图，如图3所示，该装置包括数据库2和调度模块4。

数据库2，用于存储至少一个待调度队列中的业务数据；调度模块4，连接至数据库2，用于通过第一调度方法和第二调度方法调度数据库2存储的至少一个待调度队列中的业务数据，其中，第一调度方法用于调度至少一个待调度队列中的部分业务数据，第二调度方法用于调度至少一个待调度队列中的另一部分业务数据。

图4示出了本发明实施例的实时业务的调度装置的优选结构框架图，如图4所示，该装置包括调度信息模块40、多优先级调度数据库42、调度决策模块44和调度输出模块46，其中，多优先级调度数据库42可以为图3中的数据库2，调度信息模块40、调度决策模块44和调度输出模块46可以为图3中的调度模块4。

下面对各模块的功能进行说明。

调度信息模块40用于更新各个MS的信息，信息可以包括：QoS参数和各种配置参数，其中，QoS参数信息可以包括最大时延、可容忍抖动、最小预留速率，最大维持速率、业务优先级和请求/传输策略，该QoS参数信息可以在UGS、ERTVR、RTVR等实时业务流建立和更改的时候进行更新；各种配置参数可以包括窗口大小、优先级权重等，该各种配置参数可以随时更新并影响之后的调度过程。

多优先级调度数据库42的主要功能为：在新建UGS、ERTVR、RTVR等实时业务连接的时候，根据调度信息模块40保存的其业务优先级(例如，该优先级可以为0～7)，将不同优先级的连接放入不同的调度队列(例如，可以放入相应的调度队列0～7)。

调度决策模块44的功能如下：根据当前系统的实现目标选择优先级调度策略。具体地，如果选择了严格优先级调度策略，则在之后进行调度时，调度方法每次只在当前最高优先级队列中进行选择并调度业务数据，直到该优先级队列中的连接全部调度完毕才进入下一个次高优先级队列中进行选择，以此类推(即，对多个调度队列逐个进行调度)；如果调度时选择了集成优先级调度，则在之后进行调度时，调度方法会在所有的优先级队列中进行选择，同时将业务优先级作为权重折算到后面的调度优先级中(即，将所有调度队列的业务数据作为一个整体，并对所有业务数据进行调度)。

确定优先级策略后，调度决策模块44就可以根据确定的优先级策略进行调度队列中业务数据的调度。具体地，在调度业务数据时，调度决策模块44首先选择EDF调度方法，在EDF工作完毕后，再选择WFQ作为系统当前的调度方法。根据EDF方法调度出本帧内要到期的数据，然后根据WFQ方法计算出所有连接的调度优先级，然后选择最高调度优先级的连接继续进行调度。如果调度完该连接后还有剩余带宽，则继续选择次高调度优先级的连接进行调度，以此类推，直到所有连接调度完毕或者带宽耗尽退出。EDF和WFQ这两种调度方法的具体实现方式之前已经描述，这里不再重复。另外，除了选择EDF和WFQ两种调度方法之外，调度决策模块44还可以根据实时业务的特点，选择其他的相关调度方法来满足实际业务的QoS需求。

优选地，调度决策模块44可以根据上述的公式(1)和公式(2)将实际的带宽分配给调度队列中业务数据所对应的业务(具体的带宽分配过程之前已经描述，这里不再重复)，以便后续通过分配的带宽将业务数据传输给进行相应业务的终端。

调度输出模块46的功能为：根据调度决策模块44的处理结果，选择连接(每个业务的连接)进行处理，具体的处理过程包括：读取该连接上的SDU数据；根据分配的带宽预组PDU，并将结果发给后续模块进行后续处理。

应当注意，上文中提到后续模块以及该模块进行的后续处理的具体过程是本领域技术人员所公知的，后续模块的结构以及其执行的处理过程不在本发明的讨论范围内，本文中不对此进行描述。

通过本发明实施例提供的实时业务的调度装置，通过引入了多个调度方法对调度队列中的业务数据进行调度，可以在完成数据调度的同时保证时延以及长期的公平性，同时还可以灵活实现调度策略的更新，从而能够根据系统的需求进行多目标调度，在保证调度效率的前提下有效改善了业务的服务质量，提高了用户体验。

借助于本发明的上述技术方案，通过引入了实时业务的多优先级调度数据库，可以在严格优先级调度和集成优先级调度之间进行灵活的切换；通过引入了EDF和WFQ作为调度方法，可以保证时延以及长期的公平性，同时还可以灵活实现调度策略的更新，从而能够根据系统的需求进行多目标调度，在保证调度效率的前提下有效改善了业务的服务质量，提高了用户体验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实时业务的调度方法，其特征在于，包括： 

通过第一调度方法和第二调度方法调度至少一个待调度队列中的业务数据，其中，所述第一调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的部分业务数据，所述第二调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的另一部分业务数据； 

所述第二调度方法为加权公平队列调度方法，并且，所述第二调度方法用于根据所述至少一个待调度队列中业务数据的所对应的业务的可用带宽和需求带宽为每个业务分配实际带宽，其中，根据以下公式(1)确定所述每个业务的需求带宽： 

    公式(1) 

其中，r_i为业务QoS的最小预留速率，interval为上一次调度之后到目前的帧间隔，framelength为帧长度；

根据以下公式(2)确定所述每个业务的可用带宽： 

    公式(2) 

其中，

是业务i的调度优先级，pi=(TrafficPriorityi+1)*α，TrafficPriorityi是业务连接i的QoS优先级，α为优先级的权重，ri为业务QoS的最小预留速率，Bw表示业务的需求带宽。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过第一调度方法和所述第二调度方法调度所述业务数据之前，所述方法还包括： 

确定对所述业务数据的优先级调度策略。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一调度方法和所述第二调度方法调度所述业务数据包括： 

在确定的所述优先级调度策略为严格优先级调度策略的情况下，根据所述至少一个待调度队列中的队列排序，通过所述第一调度方法和所述第二调度方法对所述至少一个待调度队列进行逐个调度； 

在确定的所述优先级调度策略为集成优先级调度策略的情况下，将所述至少一个待调度队列的所有业务数据作为整体通过所述第一调度方法和所述第二调度方法进行调度。 

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个待调度队列中的队列排序取决于所述每个队列中存储的业务数据所对应业务的优先级。 

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一调度方法为最早到期优先级调度方法，并且，由所述第一调度方法调度的部分数据为与时延相关且与带宽无关的数据。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述每个业务分配的实际带宽为该业务的可用带宽和需求带宽中的最小带宽。 

7.一种实时业务的调度装置，其特征在于，包括： 

数据库，用于存储至少一个待调度队列中的业务数据； 

调度模块，用于通过第一调度方法和第二调度方法调度所述数据库存储的所述至少一个待调度队列中的业务数据，其中，所述第一调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的部分业务数据，所述第二调度方法用于调度所述至少一个待调度队列中的另一部分业务数据；其中，所述第二调度方法为加权公平队列调度方法，并且，所述第二调度方法用于根据所述至少一个待调度队列中业务数据的所对应的业务的可用带宽和需求带宽为每个业务分配实际带宽，其中，根据以下公式(1)确定所述每个业务的需求带宽： 

    公式(1) 

其中，r_i为业务QoS的最小预留速率，interval为上一次调度之后到目前的帧间隔，framelength为帧长度； 

根据以下公式(2)确定所述每个业务的可用带宽： 

    公式(2) 

其中，

是业务i的调度优先级，pi=(TrafficPriorityi+1)*α，TrafficPriorityi是业务连接i的QoS优先级，α为优先级的权重，ri为业务QoS的最小预留速率，BW表示业务的需求带宽。 

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