CN103402267A - 一种智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法 - Google Patents

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俞凯
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Abstract

本发明提供一种上行资源调度系统和方法，应用于智能电网无线通信中，包括：将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；一用户数据分组单元分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；一基站接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。本发明在不需要额外的开销的前提下，提高了用户和无线资源调度的效率，有效地改善了系统资源的利用率。

Description

一种智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法。
背景技术
智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术来满足用户的电力需求，以及通过优化资源配置来满足电力供应的安全性，可靠性和经济性。智能电网之所以不同于传统的数据或语音通信是因为它对产生的数据有特定的要求，由于长期演进（LTE）提供了低延迟和高带宽，所以LTE是应用于智能电网中的一种有效方法。
LTE资源调度是通过基站端的调度器进行的，在上行资源调度时，基站端的调度器需要获取用户终端（UE）无线承载缓存区待发送数据的相关情况，但同步混合式自动重传请求机制（HARQ）带来的延时发送和无线信道状况的不稳定性，会造成基站端无法得到用户终端的实时信息，对上行资源调度带来一定的误差和影响。因此，用户终端必须采用相关的机制来保证资源的合理分配和使用。同时，UE还必须向基站（eNB）汇报其缓存区数据总量以及优先级最高的无线承载对应的缓存区相关信息等，这些都需要UE在上行资源调度中采用一定的机制来维护，以保证每个无线承载服务质量（QoS）。
上行数据缓冲域状态报告过程（BSR）汇报是UE通过向eNB发送上行信息来汇报终端上行缓存区内待发送的数据量的一种机制。因为这些BSR需要在上行控制信道上传输，在不考虑牺牲调度灵活性的情况下，有必要提出一个反馈机制来提高BSR的传输精度。
在LTE的Rel.11标准中，调度请求（SR）、BSR用于上行链路资源分配调度请求的过程。上行链路资源调度的过程如图1所示。eNB实时监控了解UE是否有数据需要进行传输，每隔一定的时间或受到某一事件激励时，UE通过BSR直接向eNB提供UE上行数据缓存中的待发数据量，eNB收到BSR报告后会根据数据量的大小发送上行授权用以传输UE缓存数据。传输BSR报告至少需要四个字节的上行资源，在无上行共享信道(UL_SCH)资源的情况下触发了BSR报告将不能顺利传输此报告。多次触发BSR报告网络端如果都无应答就会出现链路数据阻塞，为了避免此情况的出现协议中定义先通过向eNB发送SR上行调度请求，以获取少量上行资源用于UE发送BSR信息。
进一步的，如图2和3所示，BSR按类型可分为长BSR、短BSR和截断式BSR。
短BSR/截断式BSR帧格式如下图2所示，其由一个逻辑信道组标识（LCGID）域和一个对应的缓存大小（BS）域组成。长BSR帧格式如下图3所示，其由四个分别对应于四个逻辑信道组的缓存区大小的BS域（Buffer Size#1～#4）组成。其中，LCG ID用于标识当前BSR进行缓存区大小汇报的逻辑信道组ID，该域由2个比特构成，分别对应逻辑信道组1到4。Buffer Size表示缓存大小，BS域用来表明在当前传输时间间隔（TTI）的MAC SDU发送后，对应逻辑信道组内所有逻辑信道缓存待发送的数据量的总和。
在现有的BSR汇报中，由于UE直接汇报缓存大小，比特开销太大，UE缓存数量是通过BSR帧格式中的缓存大小索引字段表示的。LTE规定对缓存大小采用6比特非均匀量化，以保证在整个缓存大小的量化区间内有相同的量化误差。如表1所示，其为BSR缓存大小区间对应换算表。当缓存数据量大小在某一个索引值对应的区域内时，缓存大小就封装为该索引值；而在eNB端对UE缓存的估算则总是取该索引值对应区域的最大上限。LTE支持的缓存大小范围分别是0-150000字节和0-300000字节。对于缓存较小的情况，量化误差对无线资源的浪费不是很明显。但是对于缓存较大的情况，浪费的资源块将非常巨大。
在一个典型的智能电网场景中，一个数据收集器（DA），可以从成百上千个智能电表（SM）中收集数据（SMs）。虽然每个SM发送的数据量很小，而DA的数据量是巨大的。从DA到eNB的BSR的索引值较大，这将导致资源的超额分配。因此，LTE中常规的BSR机制将带来巨大的资源浪费。例如某个DA的缓存大小为109440字节，根据非均匀量化表对应的BSR索引值是61，当分配资源给DA时，eNB取索引值61对应区间的缓存上限，即128125字节，对该UE进行资源分配，浪费的字节数为18685，资源有效利用率仅为85%。从3GPPLTE Rel.11的标准可以知道，每个BSR索引值对应的缓存区域上下限间隔大概是其缓存平均值的20%，即BSR汇报误差应该是在0～20%之间分布。因此有必要提出一种优化上行资源调度的方法去提高智能电网的整体性能。
Figure BDA00003638932500031
表1
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法，以解决现有上行资源利用率不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种上行资源调度方法，应用于智能电网无线通信中，包括：
将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；
一用户数据分组单元分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
一基站接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
进一步的，在所述的上行资源调度方法中，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
进一步的，在所述的上行资源调度方法中，对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表的步骤中，采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
进一步的，在所述的上行资源调度方法中，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告。
同时，发明还提供一种上行资源调度系统，应用于智能电网无线通信中，其特征在于，包括：
分割模块，用于将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
构造模块，用于对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；
用户数据分组单元，用于分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
基站，用于接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
进一步的，在所述的上行资源调度系统中，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
进一步的，在所述的上行资源调度系统中，所述构造模块中采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
进一步的，在所述的上行资源调度系统中，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告。
本发明提供的智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法，具有以下有益效果：本发明在不需要额外的开销的前提下，提高了用户和无线资源调度的效率，有效地改善了系统资源的利用率。
附图说明
图1是现有的上行链路资源调度过程示意图；
图2是现有的短BSR和截断式BSR控制单元格式示意图；
图3是现有的长BSR控制单元格式示意图；
图4是本发明智能电网无线通信中的上行资源调度方法的流程图；
图5是本发明智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法的短BSR/截断式BSR填充比特格式的示意图；
图6是本发明智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法的长BSR填充比特格式的示意图；
图7-图9是现有技术和本发明的对比示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的智能电网无线通信中的上行资源调度系统和方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
一个用户数据分组单元（MAC PDU）由MAC子头部和MAC承载体所构成。其中MAC承载部分包括多个MAC控制单元、MAC SDU和填充比特位(可选)。在MAC PDU中，所有的承载单元都有一个对应的子头部，用于描述承载个体的相关信息。这些子头部信息单元被统一包含在MAC子头部域中，它们的排列顺序与MAC承载体中的承载单元一一对应，依次为MAC控制单元子头部、MAC SDU子头部和填充比特位子头部。这些子头部单元的帧格式中都具有一个R域，为2个比特的预留比特位----happy bits。对于短BSR和截断式BSR，2比特的预留比特位将非均匀量化区域均等划分为四个区间，用于更精细的表示当前LCG的缓存数据量。当实际缓存值在某个索引值对应的范围内时，buffersize域取该索引值。本专利细化了表1中的64个区间，从而可以减少资源块的浪费，然而，它也缩小了索引值所对应的范围，这使得这些范围可能出现交叉。
如图4所示，本发明提供一种上行资源调度方法，应用于智能电网无线通信中，包括：
S41：将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
具体的，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
S42：对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表（BSR表）；
特别的，在此步骤中采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
所述公式为：
Figure BDA00003638932500061
，其中p=1-(Bmax/Bmin)1/(N-1)
具体的，所述Bk表示一个量化组中第k个小分组的存储范围，Bmin表示该量化组最小的存储范围，Bmax表示该量化组最大的存储范围，N表示量化组的数目；符号表示Bk的取值是上限取整的。
在此步骤中，依次对每一组非均匀量化组进行构造BSR表，也就是说对量化值为1,2……M的非均匀量化组依次构造其对应的BSR表。
S43：一用户数据分组单元分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
具体的，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告，不同的缓冲域状态报告表有不同的填充方法。
S44：一基站接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
同时，本发明还提供一种上行资源调度系统，应用于智能电网无线通信中，包括：
分割模块，用于将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
具体的，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
构造模块，用于对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；
特别的，所述构造模块中采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
用户数据分组单元，用于分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
具体的，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告，不同的缓冲域状态报告表有不同的填充方法。
基站，用于接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
【实施例1】
首先，如表2所示，将缓冲区大小的值为0-150000字节分割成16个非均匀量化组；
Quantized value Buffer Size Quantized value Buffer Size
0 0<BS<=640 8 35200<BS<=41600
1 640<BS<=1600 9 41600<BS<=51200
2 1600<BS<=6720 10 51200<BS<=70400
3 6720<BS<=11840 11 70400<BS<=89600
4 11840<BS<=16960 12 89600<BS<=108800
5 16960<BS<=22400 13 108800<BS<=128000
6 22400<BS<=28800 14 128000<BS<=150000
7 28800<BS<=35200 15 BS>150000
表2
接着，根据公式对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表（BSR表）；
，其中p=1-(Bmax/Bmin)1/(N-1)
其中，Bmin=10bytes；Bmax=639bytes；N=64；
据此，构造出量化值为0所对应的BSR表，如表3所示；
Figure BDA00003638932500081
表3
同样的，如表4所示，构造出量化值为1所对应的BSR表；
Figure BDA00003638932500083
，其中p=1-(Bmax/Bmin)1/(N-1)
其中，Bmin=640bytes；Bmax=1599bytes；N=64；
Figure BDA00003638932500082
表4
进一步的，依次对量化值为0-15构造出其对应的BSR表。
紧接着，用户数据分组单元（MAC PDU）分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充；其中，填充的比特是总表中所对应的量化值。这些填充比特与MAC BSR控制单元相联系。
本发明是根据量化值找到所对应的非均匀量化组，然后通过BSR中索引值在相对应的BSR表中找到对应的缓冲区间大小。
如图5所示，其是短BSR/截断式BSR填充比特格式的示意图。图示中是采用4个比特的填充来举例说明的，也就是说其对应的是量化值为4。
如图6所示，其是长BSR填充比特格式的示意图。图示中是采用4个比特的填充来举例说明的，也就是说其对应的是量化值为4。
最后，基站接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
具体的，数据收集器报告带有填充位的缓冲域状态报告表去指明所对应的非均匀量化组；eNB接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和索引值；eNB检查总表，并确定相应的非均匀量化组和BSR表；eNB根据索引值和对应的BSR表来分配资源。MAC PDU中填充比特表示的是总表中所对应的量化值，再根据量化值找到所对应的非均匀量化组。
接下来，通过Matlab我们进行一个数据仿真来确定我们所提方案的性能。在仿真中，数据收集器收集来自SMs的数据。我们可以将数据收集器的数据量设置为0-10000之间的随机数据。我们设置从数据收集器到eNB的数据包的包头大小为5个字节。
我们首先将所提方案与LTE中传统BSR方案比较来分析资源分配的浪费情况，图7中所示的不同方案所对应的超额分配的资源浪费率。我们可以很容易发现，所提方案的资源浪费率远远低于传统BSR方案。因此，所提方案可以提高资源配置效率。
图8中所示的不同方案所对应的超额分配所造成的字节浪费，所提方案的浪费字节数是远低于传统方案。因此，所提方案可以有效减少资源浪费的现象。
BSR中缓存大小是不考虑RLC和MAC包头的大小，因此，基于BSR的来自于eNB的上行链路许可可能会导致没有充分的资源来传输缓冲数据。我们模拟了所提方案与传统BSR方案中，由于没有充分的上行链路许可缓冲数据不能成功传输的次数，结果显示如图9。我们可以清晰地发现所提方案比传统方案次数要多一点，然而，相比较资源节约，这是次要的。
通过上述分析可以看出，本发明在不需要额外的开销的前提下，提高了用户和无线资源调度的效率，有效地改善了系统资源的利用率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种上行资源调度方法，应用于智能电网无线通信中，其特征在于，包括：
将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；
一用户数据分组单元分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
一基站接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
2.如权利要求1所述的上行资源调度方法，其特征在于，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
3.如权利要求1所述的上行资源调度方法，其特征在于，对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表的步骤中，采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
4.如权利要求1所述的上行资源调度方法，其特征在于，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告。
5.一种上行资源调度系统，应用于智能电网无线通信中，其特征在于，包括：
分割模块，用于将一缓冲区大小的值分割成M组非均匀量化组并生成一总表，其中，M是非均匀量化组的对应的量化值，M为正整数；
构造模块，用于对所述总表中的每一组非均匀量化组构造出对应的缓冲域状态报告表；
用户数据分组单元，用于分别对所述对应的缓冲域状态报告表进行填充，其中，填充比特是总表中对应的量化值；
基站，用于接收总表、带有填充位的缓冲域状态报告表和一索引值，并根据所述索引值和对应的带有填充位的缓冲域状态报告表来分配资源。
6.如权利要求5所述的上行资源调度系统，其特征在于，所述缓冲区大小的值包括：0-150000字节或0-300000字节。
7.如权利要求5所述的上行资源调度系统，其特征在于，所述构造模块中采用一预设的公式构造出对应的缓冲域状态报告表。
8.如权利要求5所述的上行资源调度系统，其特征在于，所述缓冲域状态报告表包括：短缓冲域状态报告表、截断式缓冲域状态报告和长缓冲域状态报告。
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