CN102595486A - 超高速无线局域网中多业务调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高速无线局域网中多业务调度方法，步骤为：在调度开始时，中心调度节点先统计所有成功反馈调度请求信息的移动台，设移动台总共N个，将它们送入第一缓存中，并获取和记录各移动台中所有业务各自对应的类型和当前服务质量；在业务调度模块中，各业务通过权重变化控制资源的提取和释放；中心调度节点首先依据业务的类型、期望服务质量以及当前服务质量对各移动台业务集合中各元素进行赋权。本方法可以最大化系统吞吐量，并保证各用户的公平性。
Description
技术领域
本发明综合考虑不同业务的类型、期望服务质量（QoS，Quality of Service）以及当前QoS，通过计算各业务对应的权值，衡量其需要被调度的紧迫性，通过块正交化准则确定调度分组，以最大化系统容量，并保证各用户的公平性，应用于超高速无线局域网中基于多业务的调度，属于无线通信的技术领域。
背景技术
在超高速无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）系统的关键技术研究中，如何低成本、高效率地实现大吞吐量的无线通信是其重点之一，而利用无线资源共享与分配技术能够对有限的频谱和网络资源进行合理优化。
WLAN单个小区内的用户数目通常是有限的，用户可以共享的频谱资源也是有限的，现有的WLAN资源分配算法大多把重点放在最大化数据传输速率或最小化用户能耗的目标上，而随着技术的发展，研究的重点逐渐转向如何利用有限的频谱资源，在追求数据传输速率最大化（即系统吞吐量最大化）或用户能耗最小化的同时，尽可能地保证各个用户的服务质量（QoS，Quality of Service）。因此需要提出一种基于中心调度的无线资源公平分配方法，在干扰受限的条件下动态分配频谱资源，最优化数据传输速率，同时又保证资源分配的公平性。
该方法要解决的问题是如何根据各业务的类型、期望QoS、当前QoS和到达业务队列的大小来选择传输质量较高的信道，以及如何在这些信道上分配功率从而获得较高的数据速率，同时节约能耗，减少对其他系统用户的干扰。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种超高速无线局域网中基于多业务的调度方法。本方法可以最大化系统吞吐量，并保证各用户的公平性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种超高速无线局域网中多业务调度方法，该方法用于基于多业务的调度装置，该调度装置包括：
业务调度模块，用以完成对各个移动台业务集合中不同业务的赋权和排序；
移动台分组模块，用于选出本次调度的移动台分组，从而最大化网络容量，并保证网络中各移动台的公平性；
该方法包括如下步骤：
在调度开始时，中心调度节点先统计所有成功反馈调度请求信息的移动台，设移动台总共N个，将它们送入第一缓存中，并获取和记录各移动台中所有业务各自对应的类型和当前服务质量；
在业务调度模块中，各业务通过权重变化控制资源的提取和释放；中心调度节点首先依据业务的类型、期望服务质量以及当前服务质量对各移动台业务集合中各元素进行赋权，以反映其待调度的紧迫性；接着将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排；最后再从所有移动台中根据选择N*个送入第二缓存中，N* ≤ N，在移动台分组模块中，中心调度节点以最大化系统容量和公平性为目标，从第二缓存中选择合适的移动台进行分组。
优选的，所述的业务调度模块中，所述业务当前服务质量包括平均速率和时延，其统计起始时刻均为业务产生时刻；业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也更大；
业务排序用于为后续移动台分组模块提供候选移动台集合；首先中心调度节点将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排，将高权值的业务置于集合前端；最后中心调度节点再从所有移动台中选择首业务权重最高的前N*个送入第二缓存中，N* ≤ N。
优选的，通过权重变化控制资源的提取和释放；当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理；
对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权；而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前服务质量相应调整，可以在保证其服务质量的前提下，提取一部分资源；对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
优选的，所述被调度的紧迫性是从3个方面入手进行衡量的，即
该业务具有较高的优先级，其被调度的紧迫性越高；
该业务的当前时延越接近其允许的最大时延，其被调度的紧迫性越高；
该业务的平均速率是否满足约束，若平均速率超过允许的最大传输速率，则降低其被调度的概率；反之，平均速率越接近允许的最小传输速率，其被调度的概率则越大。
优选的，所述的移动台分组模块中；该移动台分组模块综合考虑各移动台当前被调度时可获得的传输速率、统计平均速率、业务类型，以及所需服务的数据数等信息，通过块正交化准则，计算各效用函数U k ，选出本次调度的移动台分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各移动台的公平性。
有益效果： 本发明充分利用有限的频谱资源，在追求数据传输速率最大化或用户能耗最小化的同时，尽可能地保证各个用户的QoS。所述方法根据各业务的类型、期望QoS、当前QoS，以及到达业务队列的大小，选择传输质量较高的信道，并在这些信道上分配功率从而获得较高的数据速率，同时节约能耗，减少对其他系统用户的干扰。
附图说明
图1是方法的总体工作流程。
图2是赋权排序模块工作流程。
图3是STA分组模块工作流程。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行说明。
超高速无线局域网中一种多业务调度方法采用多用户MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）的中心式调度。所设计的方法主要包括两个部分：第一部分为业务调度模块，用以完成对各个移动台（STA）业务集合中不同业务的赋权和排序；第二部分为STA分组模块，该模块目的在于选出本次调度的STA分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各STA的公平性。在调度开始时，中心调度节点（CAP）先统计所有成功反馈调度请求信息的STA（设总共N个），将它们送入缓存1中，并获取和记录各STA中所有业务各自对应的类型和当前服务质量（QoS）。在业务调度模块中，CAP首先依据业务的类型、期望QoS以及当前QoS以一定规则对各STA业务集合中各元素进行赋权，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高；接着CAP将根据各业务的权重对各STA业务集合中的元素进行重排，将具有较高权值的业务置于集合前端；最后CAP再从所有STA中选择首业务权重最高的前N*（N* ≤ N）个送入缓存2中。在STA分组模块中，CAP从缓存2中选择合适的STA进行分组，以最大化系统容量和公平性为目标。
本发明提供的超高速无线局域网中多业务调度方法，该方法用于基于多业务的调度装置，该调度装置包括
业务调度模块，用以完成对各个移动台STA业务集合中不同业务的赋权和排序；
移动台分组模块，用于选出本次调度的移动台STA分组，从而最大化网络容量，并保证网络中各移动台STA的公平性；
该方法包括如下步骤：
在调度开始时，中心调度节点CAP先统计所有成功反馈调度请求信息的移动台STA，设移动台总共N个，将它们送入第一缓存中，并获取和记录各移动台STA中所有业务各自对应的类型和当前服务质量QoS；在业务调度模块中，中心调度节点CAP首先依据业务的类型、期望服务质量QoS以及当前服务质量QoS对各移动台STA业务集合中各元素进行赋权，接着将根据各业务的权重对各移动台STA业务集合中的元素进行重排，最后再从所有移动台STA中根据选择N*个送入第二缓存中，N* ≤ N，在移动台STA分组模块中，中心调度节点CAP以最大化系统容量和公平性为目标，从第二缓存中选择合适的移动台STA进行分组。
所述的业务调度模块中，所述业务当前服务质量QoS包括平均速率和时延，其统计起始时刻均为业务产生时刻；业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也更大；
业务排序用于为后续移动台STA分组模块提供候选移动台STA集合；首先中心调度节点CAP将根据各业务的权重对各移动台STA业务集合中的元素进行重排，将高权值的业务置于集合前端；最后中心调度节点CAP再从所有移动台STA中选择首业务权重最高的前N*个送入第二缓存中，N* ≤ N。
衡量给定业务紧迫性从3个方面入手，即
该业务具有较高的优先级，其被调度的紧迫性越高；
该业务的当前时延越接近其允许的最大时延，其被调度的紧迫性越高；
该业务的平均速率是否满足约束，若平均速率超过允许的最大传输速率，则降低其被调度的概率；反之，平均速率越接近允许的最小传输速率，其被调度的概率则越大；
通过权重变化控制资源的提取和释放；当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理；
对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权；而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前服务质量QoS相应调整，可以在保证其服务质量QoS的前提下，提取一部分资源；对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
一种超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：该方法用于基于多
业务的调度装置，该调度装置包括：
业务调度模块，用以完成对各个移动台业务集合中不同业务的赋权和排序；
移动台分组模块，用于选出本次调度的移动台分组，从而最大化网络容量，并保证网络中各移动台的公平性；
该方法包括如下步骤：
在调度开始时，中心调度节点先统计所有成功反馈调度请求信息的移动台，设移动台总共N个，将它们送入第一缓存中，并获取和记录各移动台中所有业务各自对应的类型和当前服务质量；
在业务调度模块中，各业务通过权重变化控制资源的提取和释放；中心调度节点首先依据业务的类型、期望服务质量以及当前服务质量对各移动台业务集合中各元素进行赋权，以反映其待调度的紧迫性；接着将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排；最后再从所有移动台中根据选择N*个送入第二缓存中，N* ≤ N，在移动台分组模块中，中心调度节点以最大化系统容量和公平性为目标，从第二缓存中选择合适的移动台进行分组。
所述的业务调度模块中，所述业务当前服务质量包括平均速率和时延，其统计起始时刻均为业务产生时刻；业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也更大；
业务排序用于为后续移动台分组模块提供候选移动台集合；首先中心调度节点将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排，将高权值的业务置于集合前端；最后中心调度节点再从所有移动台中选择首业务权重最高的前N*个送入第二缓存中，N* ≤ N。
通过权重变化控制资源的提取和释放；当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理；
对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权；而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前服务质量相应调整，可以在保证其服务质量的前提下，提取一部分资源；对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
所述的移动台STA分组模块中；该移动台STA分组模块综合考虑各移动台STA当前被调度时可获得的传输速率、统计平均速率、业务类型，以及所需服务的数据数等信息，通过块正交化准则，计算各效用函数U k ，选出本次调度的移动台STA分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各移动台STA的公平性。
本发明是一种超高速无线局域网中基于多业务的中心式的分层调度方法，主要包括两个部分：第一部分为业务调度模块，用以完成对各个移动台（STA，Station）业务集合中不同业务的赋权和排序；第二部分为STA分组模块，该模块目的在于选出本次调度的STA分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各STA的公平性。本方法的总体工作流程如图1所示。
赋权和排序的工作流程如图2所示。在调度开始时，中心调度节点CAP先统计所有成功反馈调度请求信息的STA（设总共N个），将它们送入缓存1中，并获取和记录各STA中所有业务各自对应的类型和当前QoS。在业务调度模块中，CAP首先依据业务的类型、期望QoS以及当前QoS对各STA业务集合中各元素进行赋权，以反映该业务当前被调度的紧迫性，接着将根据各业务的权重对各STA业务集合中的元素进行重排，最后再从所有STA中根据一定准则选择N*（N ≤ N）个送入缓存2中。在STA分组模块中，CAP以最大化系统容量和公平性为目标，从缓存2中选择合适的STA进行分组。
所述的业务调度模块中，业务当前QoS包括平均速率和时延，其统计起始时刻均为业务产生时刻。业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也应该更大。衡量给定业务紧迫性主要从3个方面入手，即
(1) 该业务具有较高的优先级，其被调度的紧迫性越高；
(2) 该业务的当前时延越接近其允许的最大时延，其被调度的紧迫性越高；
(3) 该业务的平均速率是否满足约束，若平均速率超过允许的最大传输速率，则降低其被调度的概率；反之，平均速率越接近允许的最小传输速率，其被调度的概率则越大。
业务排序用于为后续STA分组模块提供候选STA集合。首先CAP将根据各业务的权重对各STA业务集合中的元素进行重排，将具有较高权值的业务置于集合前端；最后CAP再从所有STA中选择首业务权重最高的前N*（N ≤ N）个送入缓存2中。
在所设计的调度算法中，通过权重变化控制资源的提取和释放。当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理。对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权。而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前QoS（如平均速率、时延等）相应调整，可以在保证其QoS的前提下，提取一部分资源。特别地，对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
所述的STA分组模块中。该模块目的在于通过综合考虑各STA当前被调度时可获得的传输速率、统计平均速率、业务类型，以及所需服务的数据数等信息，通过块正交化准则，计算各效用函数U k ，选出本次调度的STA分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各STA的公平性。
本发明是一种超高速无线局域网中基于多种业务的中心式的分层调度方法，主要包括两个部分：第一部分为业务调度模块，用以完成对各个移动台STA业务集合中不同业务的赋权和排序；第二部分为STA分组模块，该模块目的在于选出本次调度的STA分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各STA的公平性。
在调度开始时，中心调度节点CAP先统计所有成功反馈调度请求信息的STA（设总共N个），将它们送入缓存1中，并获取和记录各STA中所有业务各自对应的类型和当前QoS。在业务调度模块中，CAP首先依据业务的类型、期望QoS以及当前QoS以一定规则对各STA业务集合中各元素进行赋权，接着将根据各业务的权重对各STA业务集合中的元素进行重排，最后再从所有STA中根据一定准则选择N*（N ≤ N）个送入缓存2中。在STA分组模块中，CAP以最大化系统容量和公平性为目标，从缓存2中选择合适的STA进行分组。
所述的业务调度模块中，业务当前QoS包括平均速率和时延，其统计起始时
刻均为业务产生时刻。业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也应该更大。衡
量给定业务紧迫性主要从3个方面入手，即
(1) 该业务具有较高的优先级，其被调度的紧迫性越高；
(2) 该业务的当前时延越接近其允许的最大时延，其被调度的紧迫性越高；
(3) 该业务的平均速率是否满足约束，若平均速率超过允许的最大传输速率，则降低其被调度的概率；反之，平均速率越接近允许的最小传输速率，其被调度的概率则越大。
在所设计的调度算法中，通过权重变化控制资源的提取和释放。当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理。对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权。而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前QoS（如平均速率、时延等）相应调整，可以在保证其QoS的前提下，提取一部分资源。特别地，对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
业务排序用于为后续STA分组模块提供候选STA集合。首先CAP将根据各业务的权重对各STA业务集合中的元素进行重排，将具有较高权值的业务置于集合前端；最后CAP再从所有STA中选择首业务权重最高的前N*（N ≤ N）个送入缓存2中。
所述的STA分组模块目的在于选出本次调度的STA分组，其工作流程如图3所示。该模块各STA当前被调度时可获得的传输速率、统计平均速率、业务类型，以及所需服务的数据数等信息，通过块正交化准则，计算各效用函数U k ，选择传输质量较高的信道，并在这些信道上分配功率从而获得较高的数据速率，同时节约能耗，减少对其他系统用户的干扰，从而最大化系统容量，并保证系统中各STA的公平性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (5)
1. 一种超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：该方法用于基于多
业务的调度装置，该调度装置包括：
业务调度模块，用以完成对各个移动台业务集合中不同业务的赋权和排序；
移动台分组模块，用于选出本次调度的移动台分组，从而最大化网络容量，并保证网络中各移动台的公平性；
该方法包括如下步骤：
在调度开始时，中心调度节点先统计所有成功反馈调度请求信息的移动台，设移动台总共N个，将它们送入第一缓存中，并获取和记录各移动台中所有业务各自对应的类型和当前服务质量；
在业务调度模块中，各业务通过权重变化控制资源的提取和释放；中心调度节点首先依据业务的类型、期望服务质量以及当前服务质量对各移动台业务集合中各元素进行赋权，以反映其待调度的紧迫性；接着将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排；最后再从所有移动台中根据选择N*个送入第二缓存中，N* ≤ N，在移动台分组模块中，中心调度节点以最大化系统容量和公平性为目标，从第二缓存中选择合适的移动台进行分组。
2.根据权利要求1所述的超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：所述的业务调度模块中，所述业务当前服务质量包括平均速率和时延，其统计起始时刻均为业务产生时刻；业务赋权用于为各待调度业务分配一个权重，业务的权重越大，表明其需要被调度的紧迫性越高，相对的被调度到的概率也更大；
业务排序用于为后续移动台分组模块提供候选移动台集合；首先中心调度节点将根据各业务的权重对各移动台业务集合中的元素进行重排，将高权值的业务置于集合前端；最后中心调度节点再从所有移动台中选择首业务权重最高的前N*个送入第二缓存中，N* ≤ N。
3.根据权利要求2所述的超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：通过权重变化控制资源的提取和释放；当权重降低时，其被调度的可能性下降，平均速率就降低，资源也就有所空余，反之同理；
对于预留资源的业务，即其权重是不变的，其业务流的最大连续业务速率周期性提供固定长度的授权；而对于不预留资源的业务，其传输速率是会根据其当前服务质量相应调整，可以在保证其服务质量的前提下，提取一部分资源；对于不预留资源业务中的某些尽力而为业务，只能当其他业务的权重降低释放资源时才能获得调度机会。
4.根据权利要求1所述的超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：所述被调度的紧迫性是从3个方面入手进行衡量的，即
该业务具有较高的优先级，其被调度的紧迫性越高；
该业务的当前时延越接近其允许的最大时延，其被调度的紧迫性越高；
该业务的平均速率是否满足约束，若平均速率超过允许的最大传输速率，则降低其被调度的概率；反之，平均速率越接近允许的最小传输速率，其被调度的概率则越大。
5.根据权利要求1所述的超高速无线局域网中多业务调度方法，其特征在于：所述的移动台分组模块中；该移动台分组模块综合考虑各移动台当前被调度时可获得的传输速率、统计平均速率、业务类型，以及所需服务的数据数等信息，通过块正交化准则，计算各效用函数U k ，选出本次调度的移动台分组，从而最大化系统容量，并保证系统中各移动台的公平性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120718 |