CN102665282B - 无线异构网络多用户并行传输资源的分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线异构网多用户并行传输资源分配的方法，主要解决现有异构网资源分配技术无法给并发分流用户分配资源的问题，其实现步骤有：(1)资源分配周期到来时，用户将检测到的信道质量指示信息上报给各无线接入网络，并将速率统计信息和资源请求上报给联合无线资源管理模块；(2)无线接入网络计算各个资源单元能够提供给用户的资源量，并将该资源量和信道质量指示信息上报给联合无线资源管理模块；(3)联合无线资源管理模块计算各用户的优先级，按优先级由高到低的顺序依次给用户分配资源；(4)联合无线资源管理模块将资源分配结果下发给各无线接入网络，无线接入网络完成用户资源配置。本发明具有网络资源利用效率高的优点。

Description

无线异构网络多用户并行传输资源的分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及无线异构网络中多用户并行传输时的资源分配，提出的方法可用于无线异构网络中多用户并行传输情况下的资源分配。

技术背景

随着无线通信技术的发展，在未来的无线通信系统里将会出现一个区域由多种接入技术共同覆盖的情况，而用户终端也将具有接入多种不同的通信系统的能力，如何在多种无线通信系统覆盖的区域里实现资源的高效管理成为了一个研究热点，联合无线资源管理JRRM技术正是为了处理这种异构网络环境下多种接入技术的异构特性、协调和管理各个接入网、从整体的角度实现接纳控制、负载均衡、资源分配从而提高系统资源利用率。联合无线资源管理的主要设计原则是不同的无线接入技术采用紧耦合的方式进行统一管理，在不同的无线接入网络上有一个集中的联合控制实体进行联合的接纳控制、资源调度和负载均衡。联合无线资源管理的主要目标是在不同的接入技术下实现智能的互操作；最优化频谱的使用效率；有效地处理各种载体的类型；有效地满足不同用户所要求的不同业务的服务质量QoS要求。

联合无线资源管理技术同时提出了将数据业务进行“分流”的思想，即用户终端可以同时接入多种不同的系统，通过并发分流将业务数据同时承载在不同的接入系统，以此提高业务速率和资源的利用率，这样的资源使用方式使得异构网资源利用更加充分，能够为用户提供更加优质的服务体验。对于这种支持并发分流的无线异构网系统，已经有大量的资源管理方法的研究成果，这些方法按照考虑的用户数目总结起来可分为两类：单用户并发分流、多用户并发分流。对于单用户并发分流而言，目前已经提出的资源管理方法不仅给出了接入选择方法，同时还有资源分配的具体算法。对于多个用户并发分流的情况，目前只提出了用户接入选择的方法，从多种角度给出了用户该选择哪些系统接入的方法，由于多用户资源分配涉及到复杂的优化问题，因此目前还没有进一步提出具体的信道资源分配的方法。当多个支持并发分流的用户同 时处于异构网覆盖的情况下，如何决定某个用户是接入一种系统还是同时接入多个系统通过并发分流接受服务，如何从整体上把握哪些用户该接入哪些系统，如何将不同系统的不同资源统一起来分配给用户？这些问题都是异构网资源分配面临的极大挑战。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现状，提出了一种无线异构网络多用户并行传输资源的分配方法，以根据现有的网络状态信息将不同网络的资源分配给多个并行传输用户，实现异构网络资源的高效合理利用，有效地满足不同用户不同业务的服务质量要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)在无线异构网络中，当资源分配调度周期到来时，等待接受服务的用户检测所有无线接入网络RAN的信道质量，将信道质量指示CQI分别上报给各无线接入网络RAN；

(2)等待接受服务的用户更新自己的历史平均传输速率，并将历史平均传输速率和资源请求信息上报给联合无线资源管理JRRM模块；

历史平均传输速率 使用下式进行更新：

$\stackrel{\‾}{R_j}\left(n\right)=R_j(n-1)+(1-\frac{1}{n-1})\stackrel{\‾}{R_j}(n-1)+{\mathrm{DRA}}_j\left(n\right)$

式中， 表示用户U_j当前的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配调度周期，R_j(n-1)表示第n-1个分配周期内用户U_j的实际传输速率，DRA_j(n)为动态速率调整因子，用于调整用户的优先级，由用户业务特点和网络状态所决定，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数；

(3)各无线接入网络RAN收到用户上报的信道质量指示CQI后，利用信道质量指示CQI计算本网络的各资源单元能够提供给用户的资源量r，并将该资源量r和用户的信道质量指示CQI上报给联合无线资源管理JRRM模块；

(4)联合无线资源管理JRRM模块收到来自各无线接入网络RAN的信息后，根据CQI信息计算出各个待服务用户的优先级值P，按照P值由大到小的顺序对用户进 行排序，按序选取等待资源分配的用户U_j，j∈{1、2、3...N}，其中N为总的用户数；

(5)对于每一被选取的用户U_j，先将该用户可用的信道资源单元按照信道质量指示CQI由大到小进行排序，按序依次选取可用的资源单元分配给该用户U_j，并将该资源单元标记为已被占用，直到用户已分配到的资源单元速率之和RA_j满足 则结束该用户资源分配，联合无线资源管理JRRM模块将资源分配结果下发给各无线接入网络RAN，

式中， r_ij表示第i个资源单元提供给用户U_j的速率值，这里i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络RAN具有的资源单元的数目之和，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数；Req_j代表用户U_j所请求的业务最小速率， 表示当前资源分配周期之前用户U_j的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配周期；

(6)各无线接入网络RAN收到来自联合无线资源管理JRRM模块的资源分配结果信息后，依据该信息完成对各用户的资源配置。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

1)解决了不同无线接入网络信道资源差异性问题、实现多用户资源分配，

目前的多用户异构网资源管理的方法均未考虑到“多接入网并行传输”用户的资源分配，原因是不同无线接入网络的信道资源存在差异性，本发明提出的资源分配方法采用周期式的分配调度，在每一个分配周期内，将所有无线接入网络的信道资源单元统一起来为用户分配，解决了不同接入系统的信道资源的差异性问题，实现了异构网络中“多接入网并行传输”用户的资源分配。

2)有效地满足用户的业务质量需求、资源利用效率高，

本发明根据用户需求和历史传输速率这两个因素来控制给用户分配的资源量，这样能够在满足用户的业务质量需求的前提下提高资源利用的高效性。

3)在用户的公平性和资源利用效率之间取得更好的折中，

本发明在分配方法中引入用户优先级，按照优先级的高低顺序对用户进行资源分 配，优先级的计算方法充分考虑了不同无线接入网络的信道条件和用户的历史传输速率，使得本发明能够在用户的公平性和资源利用的高效性之间取得很好的折中。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的应用场景图。

具体实施方式

参照图2，本发明使用的场景包含M个不同的无线接入网络RAN，即接入网络RAN₁、接入网络RAN₂......接入网络RAN_M，其中M≥2，M个接入网络均与联合无线资源管理JRRM模块相连接，共同构成无线异构网络系统；在该异构网络系统中有N个等待服务的用户终端，即用户U₁、用户U₂......用户U_N，其中N≥2，这N个用户终端均具有同时接入到多个无线接入网络接受服务的能力。

参照图1，本发明针对图2使用场景进行异构网多用户资源分配的方法，其具体实施步骤如下：

步骤一、确定异构网络的资源分配调度周期，在资源分配调度周期到来时，等待接受服务的用户检测并上报信道质量指示CQI。

(1a)在由M个无线接入网络组成的异构网系统，取一个适合所有无线接入网络统一进行资源分配调度的时间周期，将该时间周期作为异构网络的资源分配调度周期；每一个无线接入网络将该时间周期内自己可分配的信道资源的最小粒度作为待分配的下行信道资源单元，联合无线资源管理JRRM模块将在每一个分配调度周期到来时对所有信道资源进行一次分配调度；

(1b)在资源分配调度周期到来时，异构网系统内N个等待服务的用户终端检测所有资源单元的信干噪比SINR，这里将信干噪比SINR直接作为信道质量指示CQI，或者将检测到的信干噪比SINR做计算处理生成信道质量指示CQI，本实例选择后者，即将信干噪比SINR做计算处理生成信道质量指示CQI，并将该信道质量指示CQI上报给对应的无线接入网络RAN；用户终端计算信道质量指示CQI通过如下公式计算：

CQI_ij＝ln(SINR_ij+1)

上式中，CQI_ij代表用户U_j计算得到的第i个信道资源单元的信道质量指示信息， SINR_ij代表用户U_j检测到的第i个信道资源单元的信干噪比，i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络具有的资源单元数目之和，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数。

步骤二，用户终端更新自己的历史平均传输速率，将当前需要系统为其提供的传输速率作为资源请求信息，并将历史平均传输速率和资源请求信息上报给联合无线资源管理JRRM模块。

历史平均传输速率 使用如下公式更新：

$\stackrel{\‾}{R_j}\left(n\right)=R_j(n-1)+(1-\frac{1}{n-1})\stackrel{\‾}{R_j}(n-1)+{\mathrm{DRA}}_j\left(n\right),$

式中， 表示用户U_j当前的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配调度周期，R_j(n-1)表示第n-1个分配周期内用户U_j的实际传输速率，DRA_j(n)为动态速率调整因子，用于调整用户的优先级，由用户业务特点和网络状态所决定，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数。

步骤三，M个无线接入网络RAN收到用户终端上报的信道质量指示CQI后，使用自己系统的算法计算出本系统的各个资源单元能够给用户提供的速率值r，速率值r是所有的r_ij值的集合，其中r_ij表示第i个资源单元提供给用户U_j的速率值，这里i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络RAN具有的资源单元的数目之和；并将该速率值r和信道质量指示CQI上报给联合资源管理模块JRRM。

步骤四，联合无线资源管理JRRM模块计算用户的优先级，并按该优先级顺序选取等待资源分配的用户。

(4a)联合无线资源管理JRRM模块收到来自各个RAN上报的信道质量指示CQI和资源单元速率信息后，采用如下公式计算N个用户的优先级值：

$P_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CQI}}_{\mathrm{ij}}}{S\×\stackrel{\‾}{R_j}\left(n\right)}$

上式中，P_j为用户U_j的优先级值，CQI_ij代表用户U_j计算得到的第i个信道资源单元的信道质量指示信息， 表示用户U_j上报的历史平均传输速率， j∈{1、2、3...N}，i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络具有的资源单元数目之和；

(4b)联合无线资源管理JRRM模块将优先级值P按照由大到小的顺序对用户进行排序，按序选取等待资源分配的用户U_j，其中j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数。

步骤五，对步骤四选取的用户进行信道资源分配

(5a)对于每一个被选取的用户U_j，先将该用户可用的信道资源单元按照信道质量指示CQI由大到小进行排序，按序依次选取可用的资源单元分配给该用户，并将分配给该用户的资源单元标记为被占用，直到用户U_j分配到的资源单元速率之和RA_j满足 则结束该用户资源分配，

式中， r_ij表示第i个资源单元提供给用户U_j的速率值，这里i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络RAN具有的资源单元的数目之和，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数；Req_j代表用户U_j所请求的业务最小速率， 表示当前资源分配周期之前用户U_j的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配周期；

(5b)如果网络资源单元已经全部被占用，没有可以分配的资源单元，则结束对该被选取用户以及后续用户的资源分配。

步骤六，联合无线资源管理JRRM模块将资源分配的结果信息下发给各个无线接入网络RAN，各无线接入网络RAN根据该信息完成用户的信道资源配置。

相关术语解释

QoS：Quality of Service，服务质量

JRRM：Joint Radio Resource Management，联合无线资源管理

RAN：Radio Access Network，无线接入网络

CQI：Channel Quality Indication，信道质量指示

SINR：Signal Interference Noise Rate，信号干扰噪声比。

Claims (6)

1.一种异构网多用户并行传输资源分配的方法，包括如下步骤：

(1)在无线异构网络中，当资源分配调度周期到来时，等待接受服务的用户检测所有无线接入网络RAN的信道质量，将信道质量指示CQI分别上报给各无线接入网络RAN；

(2)等待接受服务的用户更新自己的历史平均传输速率，并将历史平均传输速率和资源请求信息上报给联合资源管理JRRM模块；

历史平均传输速率使用下式进行更新：

式中，表示用户U_j当前的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配调度周期，R_j(n-1)表示第n-1个分配周期内用户U_j的实际传输速率，DRA_j(n)为动态速率调整因子，用于调整用户的优先级，由用户业务特点和网络状态所决定，j∈{0、1、2、......N}，N为总的用户数；

(3)各无线接入网络RAN收到用户上报的信道质量指示CQI信息后，利用信道质量指示CQI信息计算本网络的各资源单元能够提供给用户的资源量r，并将该资源量r和用户的信道质量指示CQI信息上报给联合资源管理JRRM模块；

(4)联合资源管理JRRM模块收到来自各接入网络RAN的信息后，根据信道质量指示CQI信息计算出各个等待接受服务的用户的优先级值P，按照P值由大到小的顺序对用户进行排序，按序选取等待接受服务的用户U_j，j∈{1、2、3...N}，其中N为总的用户数；

(5)对于每一被选取的用户U_j，先将该用户可用的信道资源单元按照信道质量指示CQI由大到小进行排序，按序依次选取可用的资源单元分配给该用户U_j，并将该资源单元标记为已被占用，直到用户已分配到的资源单元速率之和RA_j满足则结束该用户资源分配，联合资源管理JRRM模块将资源分配结果下发给各无线接入网络RAN，

式中，r_ij表示第i个资源单元提供给用户U_j的速率值，这里i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络RAN具有的资源单元的数目之和，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数； Req_j代表用户U_j所请求的业务最小速率，表示当前资源分配调度周期之前用户U_j的历史平均传输速率，n表示当前为第n个资源分配调度周期；

(6)各无线接入网络RAN收到来自联合资源管理JRRM模块的资源分配结果信息后，依据该信息完成对各用户的资源配置。

2.根据权利要求1所述的异构网多用户并行传输资源分配的方法，其中所述步骤(1)中的资源分配调度周期，是指联合资源管理JRRM模块进行资源统一分配调度的时间周期。

3.根据权利要求1所述的异构网多用户并行传输资源分配的方法，其中所述步骤(1)中的信道质量指示CQI信息，是用户检测到的各信道资源单元的信噪比，或用户终端对信噪比进行计算处理生成的信息。

4.根据权利要求1所述的异构网多用户并行传输资源分配的方法，其中所述步骤(2)中的资源请求信息，是指用户当前需要系统为其提供的传输速率。

5.根据权利要求1所述的异构网多用户并行传输资源分配的方法，其中步骤(3)所述的利用信道质量指示CQI信息计算本网络的各资源单元能够提供给用户的资源量r，由各无线接入网络RAN使用自己系统的算法计算得到的所有的r_ij值的集合，其中r_ij表示第i个资源单元提供给用户U_j的速率值，这里i∈{1、2、3...S}，S为所有无线接入网络RAN具有的资源单元的数目之和。

6.根据权利要求1所述的异构网多用户并行传输资源分配的方法，其中步骤(4)所述的根据信道质量指示CQI信息计算出各个等待接受服务的用户的优先级值P，通过如下公式计算：

P_j为用户U_j的优先级值，CQI_ij代表用户U_j上报的第i个信道资源单元的信道质量指示信息，i∈{1、2、3...S}，S为所有接入网络具有的资源单元数目之和，j∈{1、2、3...N}，N为总的用户数；代表用户U_j统计上报的历史平均传输速率。