CN102752873B - 无线网络混合业务包调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络混合业务包调度方法，AP-MTPS在保证实时业务分组能够在超时期限内得到及时传输的前提下，尽量在调度策略中考虑用户的信道条件，使用户吞吐量得到提高，从而缩短用户数据包的平均等待时间。AP-MTPS算法中的可调参数可以根据用户的信道条件和业务类型分布半静态配置，它一方面能够使系统中所有用户的分组超时率、平均等待时间等实时应用的主要性能指标得到明显改善，另一方面对于非实时用户来说，可以在实时用户等待时间较短时为信道条件较好的非实时用户分配资源，这样能够很大程度上提升系统效率。

Description

无线网络混合业务包调度方法

技术领域

本发明是一种应用于移动通信系统的混合业务包调度方法，属于移动通信网络技术领域。

背景技术

包调度作为无线资源管理的关键技术，对于系统性能的发挥起着至关重要的作用。包调度的作用就是在用户的QoS、系统效率和公平性这三个指标之间取得最佳的平衡。通过设计有效的包调度算法，不仅能够充分利用无线信道的时频选择性提高频谱效率、增加系统容量，而且还能够根据不同业务的特点，确定合理的资源分配策略，以满足不同用户的QoS，并提供一定程度的公平性；此外，在功率受限的情况下，还能够显著节省移动终端的功率损耗、延长其使用时间。

在现有网络中，以下两种调度方法比较常用。

最大加权时延优先（Maximum-LargestWeightedDelayFirst，M-LWDF）用于支持多数据业务用户的不同QoS需求。该方法是基于比例公平（PF）的实时业务包调度方法，在每次调度前，基于下式选择用户：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }{a}_i{W}_i\left(t\right)\frac{r_i^{\′}(t+1)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i\left(t\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{R}}_i\left(t\right)=(1-\frac{1}{T}){\stackrel{\‾}{R}}_i(t-1)+\frac{1}{T}*r_i\left(t\right)*{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)---\left(2\right)$

其中W_i(t)是用户i在时刻t的包头堵塞延迟(HeadOfLine,HOL)，其中，r_i′(t+1)表示在时刻t+1的预测速率，这是根据上报的信道条件得到的，r_i(t)表示用户i在时隙t的实际传输速率，表征用户i在时隙t的获得的吞吐量，它通常由一个指数平滑过程进行实时更新，T表示时间窗的大小，δ_i(t)表示在时刻t用户i如果被调度器选中，则为1，否则为0。a_i可根据用户的QoS要求取值，下面给出一种常用取值：

$a_i=-\frac{\left(\log {\mathrm{\δ}}_i\right)}{{\mathrm{\τ}}_i}---\left(3\right)$

τ_i是用户i包的最大延时期限，超过该值包将被丢弃，δ_i是用户i的超时率要求，仅针对实时用户。

指数（Exponential，EXP）调度算法同样也是基于PF的，它的调度优先级表达式是：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\exp \left(\frac{a_i{W}_i\left(t\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{aW}\left(t\right)}}{1+\sqrt{\stackrel{\‾}{\mathrm{aW}\left(t\right)}}}\right)\frac{r_i(t+1)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i\left(t\right)}---\left(4\right)$

其中的表达式为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{aW}\left(t\right)}=\frac{1}{N_{\mathrm{RT}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{RT}}}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{W}_i\left(t\right)---\left(5\right)$

公式(4)和(5)中的字母含义均和M-LWDF的调度等式(1)的意义相同。

尽管M-LWDF和EXP方法在调度判决时考虑了用户信道条件和与实时用户传输性能密切相关的队首分组等待时间这两方面的因素，但这两种方法却无法获得很好的性能，这是因为它们在选择用户进行调度时偏重于队首分组等待时间长的用户，这样的结果是使得具有较大队首分组等待时间的用户获得较多的调度机会，却忽视了用户信道条件优劣的影响，而如果充分的利用信道条件的变化可以在很大程度上解决减小分组传输时延的问题。

研究表明，用户的平均分组等待时间直接由其获得的吞吐量决定，如果利用与用户信道条件相关的机会调度使每个用户均获得较高的吞吐量，则能够使用户的平均分组等待时间降低，显然，每一个特定队首分组的等待时间也会随之降低，从而使算法能够更加从容的依赖用户信道条件进行调度判决，使整个系统进入良性循环状态，显著提高用户的分组传输时延性能。本发明中提出的包调度方法将根据此思想进行设计。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种LTE系统中用于实时业务和非实时业务的混合业务包调度算法-可调参数混合业务包调度（AdjustedParametersMixedTrafficPacketScheduling，APMTPS）方法。

本发明采用的技术方案为：一种无线网络混合业务包调度方法，包括以下步骤：

1）、eNB（演进型基站）根据各用户的信息，根据下面公式（6）计算各用户的调度优先级；

$m_{i,c}\left(t\right)={\mathrm{\ρ}}_{i,\mathrm{traffic}}\·\frac{r_{i,c}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{\mathrm{\α}}}\·\exp {\left(\frac{D_{i,\mathrm{HOL}}}{D_{i,\max }}\right)}^{\mathrm{\ξ}}---\left(6\right)$

m_i,c(t)的表示用户i在时刻t和子信道c对应的RB（资源块）上的调度优先级值。上式由三个乘积项组成：

第一项的ρ_i,traffic是用户i的调度优先权参数，属于同一业务的用户的此参数相同，用它可以区分不同QoS要求用户的优先等级，它可以类似EXP调度算法，如令ρ_i,traffic=-log(δ_i)；设置区分相对调度优先权的参数ρ_i,traffic，相同的信道条件下能够给予实时用户相对高的调度优先级。

第二项也是基于PF调度准则的，在其分母项上加入了参数α。

第三项D_i,HOL是实时用户i的数据包的HOL延时，D_i,max则是其要求的最大时限，这一项与延时有关的，在此称为用户的紧急度因子。紧急度因子这一项考虑了用户的数据包等待时间和其最大超时期限。

AP-MTPS算法能通过调节参数α,ξ在无线资源的有效性和公平性和用户的QoS之间进行折衷，运营商可以按需配置。α的取值关系到系统的效率和用户公平性，一般在[1,2]区间中取值，ξ可以根据系统内实时用户的信道状况分布在[0.5,2]区间中选择一个合适的值。

2）、根据计算到的调度优先级，根据优先级的高低，对各用户进行调度。

有益效果：AP-MTPS在保证实时业务分组能够在超时期限内得到及时传输的前提下，尽量在调度策略中考虑用户的信道条件，使用户吞吐量得到提高，从而缩短用户数据包的平均等待时间。AP-MTPS算法中的可调参数可以根据用户的信道条件和业务类型分布半静态配置，它一方面能够使系统中所有用户的分组超时率、平均等待时间等实时应用的主要性能指标得到明显改善，另一方面对于非实时用户来说，可以在实时用户等待时间较短时为信道条件较好的非实时用户分配资源，这样能够很大程度上提升系统效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的说明。

一种无线网络混合业务包调度方法，包括以下步骤：

1）、eNB根据各用户的信息，根据下面公式（6）计算各用户的调度优先级；

$m_{i,c}\left(t\right)={\mathrm{\ρ}}_{i,\mathrm{traffic}}\·\frac{r_{i,c}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{\mathrm{\α}}}\·\exp {\left(\frac{D_{i,\mathrm{HOL}}}{D_{i,\max }}\right)}^{\mathrm{\ξ}}---\left(7\right)$

m_i,c(t)的表示用户i在时刻t和子信道c对应的RB上的调度优先级值，上式由三个乘积项组成：

第一项的ρ_i,traffic是用户i的调度优先权参数，属于同一业务的用户的此参数相同，用它可以区分不同QoS要求用户的优先等级；

第二项也是基于PF调度准则的，在其分母项上加入了参数α；

第三项D_i,HOL是实时用户i的数据包的HOL延时，D_i,max则是其要求的最大时限，这一项与延时有关的，在此称为用户的紧急度因子；

2）、根据计算到的调度优先级，根据优先级的高低，对各用户进行调度。

所述公式（6）中α在[1,2]区间中取值。所述公式（6）中ξ在[0.5,2]区间中取值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种无线网络混合业务包调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、eNB根据各用户的信息，根据下面公式(6)计算各用户的调度优先级；

$m_{i,c}\left(t\right)={\mathrm{\ρ}}_{i,trafilc}\·\frac{r_{i,c}\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{\mathrm{\α}}}\·\exp {\left(\frac{D_{i,HOL}}{D_{i,\max }}\right)}^{\mathrm{\ξ}}---\left(6\right)$

m_i,c(t)表示用户i在时刻t和子信道c对应的资源块上的调度优先级值，上式由三个乘积项组成：

第一项的ρ_i,traffic是用户i的调度优先权参数，属于同一业务的用户的此参数相同，用它区分不同QoS要求用户的优先等级；

第二项也是基于比例公平调度准则的，在其分母项上加入了参数α；

第三项中的D_i,HOL是实时用户i的数据包的对头包阻塞延时，D_i,max则是实时用户i的数据包的对头包阻塞延时要求的最大时限，这一项与延时有关的，在此称为用户的紧急度因子；

r_i,c(t)是指用户i在t时刻在第c个资源块上的预测速率，表征用户i在时隙t的获得的吞吐量；

所述公式(6)中α在[1,2]区间中取值；

所述公式(6)中ξ在[0.5,2]区间中取值；

2)、根据计算到的调度优先级，根据优先级的高低，对各用户进行调度。