CN102474748A - 调度方法和调度器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种调度方法和调度器，能够考虑中继节点上的业务量平衡，以避免在中继节点上出现缓冲上溢或下溢的问题。所述调度方法包括步骤：从每个中继节点接收回程链路的信道质量指示符、与该中继节点所服务的每个用户设备相对应的缓冲状态信息和接入链路的平均速率；根据回程链路的信道质量指示符，估计回程链路的平均速率，确定回程链路的调度优先级；根据缓冲状态信息确定中继节点是否存在缓冲上溢的情况，并根据估计的回程链路的平均速率和接入链路的平均速率，确定中继节点是否有缓冲下溢的可能；根据预定规则，调整调度优先级，使得在确定存在缓冲上溢的情况下，降低回程链路的调度优先级，而在确定存在缓冲下溢的可能的情况下，增加回程链路的调度优先级；以及对具有较高优先级的回程链路进行调度。根据本发明的方法，有效地解决了中继节点上的业务量失配的问题。因此，可以有效地避免回程链路或接入链路上无线资源的浪费，从而提高整个系统的性能。

Description

调度方法和调度器 技术领域
本发明涉及移动通信领域， 更具体地， 涉及一种在多跳蜂窝系统中的调度 方法和调度器， 其中， 考虑中继节点上的业务量平衡， 以避免在中继节点上出现 缓冲上溢或下溢的问题。 背景技术
近年来，对中继技术的研究逐渐引起人们的关注。中继技术被当作提高小区 容量和扩展覆盖区域的一种很好的候选技术。这里， 中继节点 RN是一种网络节 点， 其专用于对来自基站 eNodeB ( eNB ) 的数据分组进行存储并将其转发 给用户设备 UE， 以及与此相对地， 对来自用户设备 UE的数据分组进行存储 并将其转发给基站 eNB。 基于特定的接入准则， 例如最大接收功率， 一些用户 设备与中继节点相关联， 而不由 eNB直接服务。
与传统的蜂窝网络不同， 在到达目的地之前， 来自 /去往中继节点覆盖区域 内的用户设备的数据分组要缓存在中继节点上。 然而， 在这种情况下， 资源分配 存在一些问题。对于多跳蜂窝系统，服务 eNB及其协作中继节点有关的无线资源 有时在特定周期内是固定的， 以避免频繁的资源分配和信息交互。 即， 以半静态 的方式对服务 eNB及与之连接的中继节点的资源进行分配。在这种情况下，每个 节点 （eNB或中继节点） 通常运行逐跳调度方案 （per-hop scheduler), 即每个服 务节点仅直接调度其次级链路。 然而， 一般的逐跳调度方案并不考虑中继回程链 路和中继接入链路之间的关系。 由于直接由中继节点服务的用户设备 UE—R的传 输能力在可用带宽上在不同中继跳上是不同的， 因此， 一方面， 如果 UE—R的服 务中继节点上接收到的数据分组比所传送的数据分组多， 则会引起缓冲上溢的问 题。 另一方面， 如果与 UE— R相对应的中继节点的缓存器在调度 UE— R时变空， 则会引起缓冲下溢的问题。 也就是说， UE_R的回程链路及其接入链路之间业务 量的失配会引起系统频谱效率降低。 在多跳蜂窝系统采用逐跳调度方案的情况 下， 期望找到一种能够解决中继节点上业务量失配的问题的中继缓冲控制方法。 发明内容 在本发明中，提出了一种多跳蜂窝系统中的有效的中继缓冲控制机制， 能够 克服上述缺陷， 并避免浪费回程链路和接入链路上的无线资源， 因而提高了整个 系统的性能。
本发明的主要概念描述如下：
1 . 在每个给定的中继状态反馈周期内， 每个中继节点向其服务节点（eNB) 报告与每个所服务的用户设备相对应的缓冲状态 （例如， 一位比特反馈用于检测 每个 UE— R的缓冲大小是否大于缓冲阈值） 和接入链路上的平均速率。
2. 利用与 UEJR相对应的中继状态的反馈， eNB首先估计中继缓冲是否有 上溢或下溢的可能， 然后通过调整调度优先级， 增加或降低回程链路上 UE—R的 调度机会。
3. eNB可在任何时候对每个资源分区具有较高的优先级的一个 UE或者是 服务 UE的中继节点进行调度。
所提出的方法可以利用从每个中继节点反馈信息，有效地解决中继节点上的 业务量失配的问题， 该开销是可接受的。
根据本发明的第一方面， 提出了一种调度方法， 包括步骤： 从每个中继节点 接收回程链路的信道质量指示符、 与该中继节点所服务的每个用户设备相对应的 缓冲状态信息和接入链路的平均速率； 根据回程链路的信道质量指示符， 估计回 程链路的平均速率， 确定回程链路的调度优先级； 根据缓冲状态信息确定中继节 点是否存在缓冲上溢的情况， 并根据估计的回程链路的平均速率和接入链路的平 均速率，确定中继节点是否有缓冲下溢的可能；根据预定规则， 调整调度优先级， 使得在确定存在缓冲上溢的情况下， 降低回程链路的调度优^级， 而在确定存在 缓冲下溢的可能的情况下， 增加回程链路的调度优先级； 以及对具有较高优先级 的回程链路进行调度。
优选地， 根据估计的回程链路的平均速率和接入链路的平均速率来确定中 继节点是否有缓冲下溢的可能的步骤包括： 在回程链路在基站的可用带宽上的平 均传输流量小于接入链路在中继节点的可用带宽上的平均传输流量时， 确定中继 节点有缓冲下溢的可能。
优选地， 针对每个资源分区进行该调度方法。
优选地， 所述预定规则包括： 在确定存在缓冲上溢的情况下， 将调度优先 级调整为零。 优选地， 所述预定规则包括： 在确定存在缓冲下溢的可能的情况下， 使调 度优先级与回程链路的平均速率和接入链路的平均速率相关联地成指数增加。
优选地， 所述预定规则包括： 在确定不存在缓冲上溢且不存在缓冲下溢的 情况下， 不调整调度优先级。
优选地， 按照比例公平准则或轮询准则来确定调度优先级。
优选地，从每个中继节点接收的与该中继节点所服务的每个用户设备相对应 的接入链路的平均速率是由该中继节点根据用户设备反馈的接入链路的信道质 量指示符估计得到的。
根据本发明的第二方面， 提出了一种调度器， 包括： 调度信息接收模块， 用于从与之连接的中继节点接收调度所需信息， 包括回程链路的信道质量指示 符、 与该中继节点所服务的每个用户设备相对应的缓冲状态信息和接入链路的平 均速率； 调度优先级计算模块， 用于根据回程链路的信道质量指示符， 计算回程 链路的调度优先级； 中继节点缓冲信息确定单元， 用于根据缓冲状态信息， 确定 中继节点是否存在缓冲上溢的情况， 并根据估计的回程链路的平均速率和接入链 路的平均速率， 确定中继节点是否有缓冲下溢的可能； 调度优先级调整模块， 用 于根据预定规则， 调整调度优先级， 使得在确定存在缓冲上溢的情况下， 降低回 程链路的调度优先级， 而在确定存在缓冲下溢的可能的情况下， 增加回程链路的 调度优先级； 以及资源调度模块， 用于对具有较高优先级的回程链路进行调度。
优选地， 所述预定规则包括： 在确定存在缓冲上溢的情况下， 调度优先级 调整模块将调度优先级调整为零。
优选地， 所述预定规则包拮： 在确定存在缓冲下溢的可能的情况下， 调度 优先级调整模块使调度优先级与回程链路的平均速率和接入链路的平均速率相 关联地成指数增加。
优选地， 所述预定规则包括： 在确定不存在缓冲上溢且不存在缓冲下溢的 情况下， 调度优先级调整模块不调整调度优先级。
本发明的有益效果：
本发明公幵了一种多跳蜂窝系统的调度方法， 能够有效地控制中继缓冲器， 其相对于现有技术实现了如下有益效果-
1.有效地解决了中继节点上的业务量失配的问题。 因此， 可以有效地避免回 程链路或接入链路上无线资源的浪费， 从而提高整个系统的性能。 2.所提出的方法易于实现， 仅需对 eNB处的调度方案进行修改。
3.所提出的方法广泛地适用于多跳蜂窝网络， 包括两跳系统和更多跳系统。 附图说明
根据以下结合附图对本发明非限制实施例的详细描述， 本发明的以上和其 他目的、 特征和优点将变得更加清楚， 其中：
图 1是示出了实施根据本发明实施例的调度方法的中继系统示意图； 图 2是示出了用于实现根据本发明实施例的调度方法的系统的框图； 图 3示出了根据本发明实施例的调度方法的流程图； 以及
图 4示出了根据本发明的调度方法和现有调度方法的仿真结果的比较图。 具体实施方式
下面， 将根据附图描述本发明。 在以下描述中， 一些具体的实施例只用于 描述的目的， 不应该将其理解为对于本发明的任何限制， 而只是示例。 当可能导 致使本发明的理解发生模糊时， 将省略传统结构或构造。
在特定调度周期内 eNB及其协作中继节点的资源调度方法
假设在 eNB 的可用带宽 Q和中继节点的可用带宽 上存在 ^和 ^个资 源分区 （下标 k表示中继节点的索引）。 在该情况下， 每个中继节点运行逐跳调 度方案， 即 eNB仅针对直接链路和回程链路来调度资源，而每个中继节点仅针对 其接入链路来调度资源。 比例公平调度方案和轮询调度方案是无线通信领域用于 控制分组传输的常用算法。 这里， 以比例公平调度方案为例进行'说明。
图 1是示出了实施根据本发明实施例的调度方法的中继系统示意图。如图 1 所示， 以在 eNB处釆用比例公平算法的两跳中继系统的下行链路传输为例，假设 每个小区有 T个中继节点， 有 /。个用户设备连接到 eNB并且有 ^个用户设备连 接到各个中继节点 RN ( : = 1,...， )。
假设如果用户设备 z0 (zQ =l,...,J0)ieNB "() («() =l ..,NQ)± 直接服务 （下面称为"宏用户设备"）， 则创建从 eNB至宏用户设备 ^的一条直接 链路 „。， 而如'果用户设备 4 通过中继节点 被间接服务， 则 分别创建资源分区《Q上从 eNB 至服务中继节点的一条回程链路 >n。和资源分区 上从服务中继节点到 UE R的一条中继接入链路 „t。此外， eNB可以从所有 用户设备和中继节点获得诸如 MCS之类的信道质量指示符 CQI反馈。 使用反馈 CQI信息， eNB分别估计在 t时刻、 资源分区; ¾上的宏用户设备 的直接链路的 瞬时速率 Γ— zVw^^ O和与用户设备 相对应的回程链路的瞬时速率 在现有技术中， 首先计算调度优先级，然后进行资源分配。通常优生级越大 的用户设备将获得调度机会。现有比例公平调度方案的调度优先级可通过下式来 计算： Μ( ) = ~ί=^^，其中 7 ^)是在 t时刻用户设备的瞬时速率， Tmer{t)
T_aver t)
在 t时刻用户设备的平均速率。 例如， 对于宏用户设备^， 其在 t时刻在资源分
≠
区^ )上的调度优先级为 ^(0 。
在现有的比例公平调度方案中，也是采用逐跳调度方案，但是并不考虑中继 回程链路和中继接入链路之间的关系， 存在中继节点流量不匹配的问题， 即中继 缓冲上溢和中继缓冲下溢的问题。
在本发明中， 为了解决中继节点上业务量失配的问题， 在添加縮放因子
6 „。( )之后， 比例公平调度方案的调度优先级重新设计如下:
其中， T—ave ( }表示在 t 时刻用户 在回程链路/上的平均速率. 在 t 时刻和资源分区^ )上用户设备 UEJ A的回程链路 ¾>/¾的缩放因子 > (^表示如下： 柳 （2) 其中， c^^ )是避免中继缓冲上溢的调度幵关，这里，如果中继缓冲大小 大于用户设备 UE一 的给定中继节点缓冲阈值 , 则《 ，„ (t) =0, 否则 αζ„ο (ή =ι； >¾是一个小的固定参数。 与用户速率有关， 通常选取使 kTik^ [ή 为小数的一个常数， 其值越大调节速度越快， 但效果较差； 反之， 调节速度慢，但效果好。 Th ( )是在 t时刻用户设备 UEJ A的令牌计数器， Tik (k) 按照下面的表达式进行更新：
Tik (t) = max |θ, Tik {t ~ l) + Bk - T _ aver!: (卜 1) - Β0 · Τ— averj: (i)J (3) 其中， Γ— ( - 1)表示在 t-l时刻在中继节点的一个资源分区上与用户设备 UE—R相对应的接入链路的平均速率。
通常， 中继回程链路 /6和直接链路 / 、 Γ上的平均速率由 eNB 来估计， 而 中继接入链路的平均速率由其服务的中继节点来估计。 在分配完所有资源后， 用 户 z'在 t时刻在链路 上的平均速率 Γ— 可以通过下式来计算：
T_aver! (t) = 1 . T _inst n (ή) (4)
其中， rPF是比例公平调度时间窗大小 (单位:秒)， Np其服务节点的资源分区的 数目， ： 是子帧长度 (单位： 秒)。 是一个调度指示标志， 其在分配资源 时用户 的链路 /被调度时等于 1， 否则为 0。
在本发明中， 本发明中使用令牌机制来确保与 UE—R相对应的回程链路在 eNB的可用带宽上的最小平均传输流量不小于其接入链路在其服务中继节点的 可用带宽上的最小平均传输流量， 以避免缓冲下溢的发生。 具体地， 当某用户的 中继回程链路平均速率小于其中继接入速率时， 从表达式 （1 ) - ( 3 ) 可知， 回程 链路分配资源将增加， 从而避免了中继缓冲器在中继接入链路没有数据发送情况 的发生。
根据本发明的 eNB的比例公平调度方案的效用函数表示为 效用函数即调度策略， 可以通过其来决定该调度哪个用户设备来使用资源。 在表 达式 （5 ) 中 ro)和 f (ί)分别是在 t时刻被调度的链路和被调度的用户设备或 中继节点。 r—ave^ )是通过低通滤波器平滑后的平均传输速度。 在分配完所 有资源后， 用户 在 t时刻在链路 /上的平均速率 Γ— ave^ ( )可以通过下式来计 算：
其中， ？ F是比例公平调度时间窗大小 (单位:秒)， Np其服务节点的资源划分数 目， 7 是子帧长度。 ( )是一个调度指示标志， 其在分配资源《时用户 ζ'的链 路 /被调度时等于 1， 否则为 0。
接下来， 可以依次分配所有资源分区。
从表达式 (2)可以看出， 当缓冲器上溢时， 该用户的回程链路将不参加资源分 配， 因此一方面从而避免了缓冲器数据上溢， 另一方面可以使宏 UE有更多的调 度机会。
如表达式 （2) 所示的回程链路缩放因子通过针对缓冲上溢情况使用调度开 关， 可以确保不会出现缓冲上溢的情况， 并且通过针对缓冲下溢的情况使用指数 形式的缩放因子， 可以很好地避免缓冲下溢的情况的出现。
当然， 这只是一个具体示例。 根据本发明的实施例， 所选缩放因子的表达式 只需要使得在中继缓冲大小大于一缓冲阈值（但是尚未出现缓冲上溢） 时调度优 先级减小， 而在回程链路的平均速率低于接入链路的平均速率时调度优先级增 大， 就适用于本发明的目的。
图 2是示出了用于实现根据本发明实施例的调度方法的系统的框图。
如图 2所示， 中继节点包括接入链路平均速率估计模块 201， 用于根据来自 用户设备 UE—R的 CQI信息， 估计各个 UE—R的接入链路的平均速率； 缓冲状态 监测模块 202， 用于监测其自身针对各个 UE_R的缓冲状态； 以及信息发送模块 203，用于向 eNodeB反馈其自身的针对各个 UEJR的缓冲状态信息以及估计的接 入链路的平均速率， 以及其回程链路的 CQI。
eNodeB则包括调度信息接收模块 101， 用于从与之连接的中继节点以及所 服务的宏用户设备接收进行调度所需的信息， 包括回程链路的 CQI、 宏用户设备 的直接链路的 CQI、 中继节点的缓冲状态信息以及接入链路的平均速率； 调度优 先级计算模块 102，用于根据回程链路的 CQI和直接链路的 CQI，估计平均速率， 从而确定调度优先级； 中继节点缓冲信息确定单元 103， 用于根据缓冲状态信息 确定中继节点是否存在缓冲上溢的情况， 并根据估计的回程链路的平均速率和中 继节点反馈的接入链路的平均速率， 确定中继节点是否有缓冲下溢的可能； 调度 优先级调整模块 104， 用于根据预定规则， 调整调度优先级， 在确定存在缓冲上 溢的情况下， 降低回程链路的调度优先级， 而在确定存在缓冲下溢的可能的情况 下， 增加回程链路的调度优先级； 以及资源调度模块 105, 对具有较高优先级的 用户设备进行调度。
在上述示例中， 预定规则是表达式 （2) 所示的缩放因子。
图 3示出了根据本发明实施例的调度方法的流程图。
如图 3所示， 在步骤 S101处， 每个宏用户设备向基站反馈其 CQI。 同时， 在步骤 S102处， 由中继节点服务的用户设备向其服务中继节点反馈 CQI， 然后 在步骤 S103处， 中继节点根据用户设备反馈的 CQI， 估计其接入链路的平均速 率。 在步骤 S104处， 中继节点向基站反馈针对该用户所估计的接入链路的平均 速率， 以及其关于该用户的缓冲状态、 回程链路的 CQI。 在步骤 S105处， 基站 根据回程链路的 CQI， 估计用户设备的回程链路的平均速率， 确定调度优先级。 针对宏用户设备， 基站根据其反馈的' CQI来估计其直接链路的平均速率， 并确定 其调度优先级。
针对宏用户设备， 在步骤 S106处， 基站根据缓冲状态信息确定中继节点是 否存在缓冲上溢的情况， 并根据估计的回程链路的平均速率和中继节点反馈的接 入链路的平均速率， 确定中继节点是否有缓冲下溢的可能。
在步骤 S107处， 基站根据预定规则， 调整调度优先级， 在确定存在缓冲上 溢的情况下， 降低回程链路的调度优先级， 而在确定存在缓冲下溢的可能的情况 下， 增加回程链路的调度优先级。
· 在步骤 S108处， 基站根据最后确定的调度优先级， 对具有较高调度优先级 的用户设备进行调度。
可以通过系统级仿真而给出根据本发明实施例的考虑了中继节点上的业务 量平衡的调度方法的下行链路性能。 作为比较， 同时也给出不考虑中继节点上的 业务量平衡的现有方案。 这里， 下表表 1示出了仿真参数。 这里， 假设 eNB及其 协作中继节点的半静态资源分配与用户接入相关联， 并且采用逐跳比例公平调度 方案。 表 1 系统级仿真参数
图 4示出了在表 1所示的仿真参数下根据本发明的调度方法和现有调度方法 的仿真结果的比较图。 在图.4中， 系统性能示出为归一化单用户吞吐量的累计分 布函数 CDF。 下表表 2概括了比较结果。 从图 4中可见， 与不考虑中继节点上业 务量平衡的现有调度方案相比， 根据本发明的调度方案的小区平均用户吞吐量大 约提高 4.67%。 '
表 2 系统性能比较 因此， 根据本发明的调度方法可灵活地应用于 LTE-A中继网络中， 以提高系 统性能。
本领域技术人员应该很容易认识到， 可以通过编程计算机实现上述方法的不 同步骤。 在此， 一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备 (如， 数字数据存储介质） 以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令， 其 中， 该指令执行上述方法的一些或全部步骤。 例如， 程序存储设备可以是数字存 储器、 磁存储介质 （如磁盘和磁带）、 硬件或光可读数字数据存储介质。 实施方 式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。
描述和附图仅示出本发明的原理。 因此应该意识到， 本领域技术人员能够建 议不同的结构， 虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出， 但体现了本发明 的原理并包括在其精神和范围之内。 此外， 所有此处提到的示例明确地主要只用 于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构 思， 并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。 此外， 此处所有提 到本发明的原则、 方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。
以上所描述的实施例仅用于示例的目的， 而非要限制本发明的范围。 本领域 技术人员应当理解， 可以对这些实施例进行形式和细节上的多种修改和改变， 而 不脱离本发明的范围和精神。 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

  1. 权 利 要 求
    1、 一种调度方法， 包括步骤- 从每个中继节点接收回程链路的信道质量指示符、与该中继节点所服务的每 个用户设备相对应的缓冲状态信息和接入链路的平均速率；
    根据回程链路的信道质量指示符，估计回程链路的平均速率，确定回程链路 的调度优先级；
    根据缓冲状态信息确定中继节点是否存在缓冲上溢的情况，并根据估计的回 程链路的平均速率和接入链路的平均速率， 确定中继节点是否有缓冲下溢的可 能；
    根据预定规则， 调整调度优先级， 使得在确定存在缓冲上溢的情况下， 降低 回程链路的调度优先级， 而在确定存在缓冲下溢的可能的情况下， 增加回程链路 的调度优先级； 以及
    对具有较高优先级的回程链路进行调度。
  2. 2. 根据权利要求 1所述的调度方法， 其中， 根据估计的回程链路的平均速 率和接入链路的平均速率来确定中继节点是否有缓冲下溢的可能的步骤包括： 在回程链路在基站的可用带宽上的平均传输流量小于接入链路在中继节点 的可用带宽上的平均传输流量时， 确定中继节点有缓冲下溢的可能。
  3. 3、 根据权利要求 1所述的调度方法， 其中， 针对每个资源分区进行该调度 方法。
  4. 4、 根据权利要求 1所述的调度方法， 其中， 所述预定规则包括： 在确定存 在缓冲上溢的情况下， 将调度优先级调整为零。
  5. 5、 根据权利要求 1所述的调度方法， 其中， 所述预定规则包括： 在确定存 在缓冲下溢的可能的情况下， 使调度优先级与回程链路的平均速率和接入链路的 平均速率相关联地成指数增加。
  6. 6、 根据权利要求 1所述的调度方法， 其中， 所述预定规则包括： 在确定不 存在缓冲上溢且不存在缓冲下溢的情况下， 不调整调度优先级。
  7. 7、 根据权利要求 1-6之一所述的方法， 其中按照比例公平准则或轮询准则 来确定调度优先级。
  8. 8. 根据权利要求 1-6所述的方法， 其中， 从每个中继节点接收的与该中继 节点所服务的每个用户设备相对应的接入链路的平均速率是由该中继节点根据 用户设备反馈的接入链路的信道质量指示符估计得到的。
  9. 9、 一种调度器， 包括：
    调度信息接收模块，用于从与之连接的中继节点接收调度所需信息，包括回 程链路的信道质量指示符、与该中继节点所服务的每个用户设备相对应的缓冲状 态信息和接入链路的平均速率；
    调度优先级计算模块， 用于根据回程链路的信道质量指示符， 计算回程链 路的调度优先级；
    中继节点缓冲信息确定单元， 用于根据缓冲状态信息， 确定中继节点是否 存在缓冲上溢的情况， 并根据估计的回程链路的平均速率和接入链路的平均速 率， 确定中继节点是否有缓冲下溢的可能；
    调度优先级调整模块， 用于根据预定规则， 调整调度优先级， 使得在确定 存在缓冲上溢的情况下， 降低回程链路的调度优先级， 而在确定存在缓冲下溢的 可能的情况下， 增加回程链路的调度优先级； 以及
    资源调度模块， 用于对具有较高优先级的回程链路进行调度。
  10. 10、 根据权利要求 9 所述的调度器， 其中， 所述预定规则包括： 在确定存 在缓冲上溢的情况下， 调度优先级调整模块将调度优先级调整为零。
    11、 根据权利要求 9 所述的调度器， 其中， 所述预定规则包括： 在确定存 在缓冲下溢的可能的情况下， 调度优先级调整模块使调度优先级与回程链路的平 均速率和接入链路的平均速率相关联地成指数增加。.
  11. 12、 根据权利荽求 9 所述的调度器， 其中， 所述预定规则包括： 在确定不 存在缓冲上溢且不存在缓冲下溢的情况下， 调度优先级调整模块不调整调度优先 级。
  12. 13、 根据权利要求 9-12之一所述的调度器， 其中调度优先级计算模块按照 比例公平准则或轮询准则来确定调度优先级。
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