CN103889066B - 一种智能电网通信中精细上行资源调度方法 - Google Patents

一种智能电网通信中精细上行资源调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种智能电网通信中精细上行资源调度方法。UE端缓存数据量大小是通过BSR帧格式中的缓存大小索引字段表示的，对于缓存较大的情况，资源块的浪费情况非常严重。为有效改善资源浪费情况，本专利提出发送上行数据缓冲域状态报告的过程如下：对较大索引值所对应的缓存大小区间进行细化，将其分别设置成一个带有64个索引值的二代表，使用MAC控制单元子头部中的其中一个预留比特位来指定是否需要查询二代表，通过一定的映射规则，更加精细的反映了UE上行缓存状态信息。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利用率。

Description

一种智能电网通信中精细上行资源调度方法
技术领域
本发明涉及无线通信中资源分配问题，提高了系统的资源利用率。
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、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能电网不同于传统的数据通信，它产生的数据有特定的要求，如数据量大且数据包很小，而LTE低延迟和高带宽的特点，使其成为应用于智能电网中的一种有效方法。
在上行资源调度过程中，LTE通过基站端的调度器获取用户终端无线承载缓存区待发送数据的相关情况，但是同步混合式自动重传请求机制带来的延时情况和无线信道状况的不稳定性，会造成基站无法得到用户终端的准确信息，对上行资源调度带来一定的误差。因此，用户终端必须采用相关的机制和算法来保证资源的合理分配使用。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，这些都需要用户终端在上行资源调度中采用一定的机制和算法来维护，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）汇报是被UE用来通知eNB当前逻辑信道组中缓存的上行数据大小，eNB收到UE的BSR之后根据相应的调度算法为UE分配上行资源，并通过在下行控制信令中携带的上行授权通知UE对应的上行资源，以便UE进行上行数据发送。所以，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.12标准中，SR（调度请求）/BSR用于上行链路资源分配调度请求的过程。SR用来向网络端请求上行共享信道资源，BSR向服务基站提供UE的上行缓冲区里需要发送的数据量。上行链路资源调度的过程如图1所示。UE在向eNB发送缓冲区状态报告(BSR)时如果没有上行资源，则立即触发调度请求SR进程向eNB申请少量的(至少四字节)上行资源，用于在上行共享信道(UL-SCH)上发送包含BSR和MAC子头的信息单元，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。SR只负责告知eNB有资源请求，具体需要多少资源的上行授权需要BSR进程来实现。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。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，协议中规定先通过向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信息正是为了避免此情况的出现。
BSR按类型可分为长BSR、短BSR和截断式BSR。
短BSR/截断式BSR帧格式如图2所示：由一个逻辑信道组标识（LCG ID）域和一个对应的缓存大小（BS）域组成；
长BSR帧格式如图3所示：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。
LCG ID和Buffer Size域的定义如下：
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：缓存大小，BS域用来表明在当前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。该域由6个比特构成，其索引值从0到63分别对应一个缓存数据量区间，缓存的数据以字节为单位，对应换算表如表1所示。
Index Buffer Size(BS)value[bytes] Index Buffer Size(BS) value[bytes]
0 BS=0 32 1132＜BS ＜=1326
1 0 ＜BS＜=10 33 1326＜BS ＜=1552
2 10 ＜BS<=12 34 1552＜BS ＜=1817
3 12＜BS＜=14 35 1817＜BS ＜=2127
4 14＜BS<=17 36 2127＜BS ＜=2490
5 17＜BS＜=19 37 2490＜BS ＜=2915
6 19＜BS<=22 38 2915 ＜BS ＜=3413
7 22＜BS<=26 39 3413＜BS ＜=3995
8 26＜BS<=31 40 3995＜BS ＜=4677
9 31＜BS<=36 41 4677＜BS ＜=5476
10 36＜BS<=42 42 5476＜BS ＜=6411
11 42＜BS<=49 43 6411＜BS ＜=7505
12 49＜BS<=57 44 7505＜BS ＜=8787
13 57＜BS<=67 45 8787＜BS ＜=10287
14 67＜BS＜=78 46 10287＜BS＜=12043
15 78＜BS<=91 47 12043<BS ＜=14099
16 91＜BS＜=107 48 14099＜BS ＜=16507
17 107＜BS<=125 49 16507＜BS ＜=19325
18 125＜BS＜=146 50 19325＜BS ＜=22624
19 146＜BS<=171 51 22624<BS ＜=26487
20 171＜BS<=200 52 26487＜BS＜=31009
21 200＜BS<=234 53 31009＜BS ＜=36304
22 234＜BS<=274 54 36304＜BS ＜=42502
23 274＜BS<=321 55 42502＜BS ＜=49759
24 321＜BS＜=376 56 49759＜BS ＜=58255
25 376＜BS<=440 57 58255＜BS<=68201
26 440＜BS<=515 58 68201＜BS ＜=79846
27 515＜BS<=603 59 79846＜BS<=93479
28 603＜BS＜=706 60 93479＜BS ＜=109439
29 706＜BS<=826 61 109439＜BS ＜=128125
30 826＜BS<=967 62 128125＜BS ＜=150000
31 967＜BS ＜=1132 63 BS>150000
表l BSR缓存大小区间对应换算表
值得注意的是这里的buffer size的含义是指包含从PDCP发送到RLC的业务数据部分以及由RLC产生的RLC控制信息部分，不包含RLC以及MAC的头部信息所要占用的字节数，因此我们在给这个逻辑信道组分配资源的时候需要考虑到这一点，可以适当的多分配一些，以达到节约资源的目的。
在LTE的现有BSR汇报中，由于直接汇报buffer大小，比特开销太大，UE缓存数据量是通过BSR帧格式中的Buffer Size索引字段表示的。LTE规定对buffer大小采用6比特非均匀量化，以保证在整个buffer大小的量化区间内有相同的量化误差。当缓存数据量大小在某一个索引值对应的区域内时，Buffer Size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是0～150000字节，对于buffer较小的情况，浪费的资源不是很明显。但是对于buffer较大的情况，量化误差对无线资源的浪费将非常巨大。
在一个智能电网场景中，一个数据收集器（DA），会收集成百上千个智能电表中的数据（SMs）。虽然每个SM发送的数据量很小，但是DA的数据量应该是很大的。从DA到eNB的BSR的索引值应该较大，这会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buffer大小为109440字节，根据非均匀量化表1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buffer上限，即128125字节，对该UE进行资源分配，浪费的字节数为18685，资源的有效利用率仅为85%。由3GPP LTE Rel.12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，调度器获得的UE上行待发送数据缓存量就会和实际情况出现一些偏差，这种偏差就会影响了资源分配的精度，造成无线资源的浪费。针对LTE标准中上行资源调度系统BSR汇报偏差较大的现状，在尽量不增加额外信令开销的前提下，提高BSR信息汇报的精度对提高LTE资源调度整体性能有着重要的作用，提高了无线资源的利用率。
本发明提高了资源配置效率，降低了资源浪费率。
发明内容
本发明提出了在智能电网中一个优化上行资源调度的方法，针对我们所提出的问题，虽然每个SM的数据量小，然而通过DA收集到成百上千乃至数以万计的SM后的数据量很大。采用现有LTE中的BSR机制会对这些大数据量信息的资源分配造成极大浪费，所以我们通过对BSR汇报机制的功能扩充，增强LTE资源调度算法的性能，提高系统的效率。
step1)中，DA报告带有预留比特位标识的BSR去指明所对应的非均匀量化组。对于数据量较小的情况，在表1中，例如索引值为0-25之间所对应的缓存区间很小，资源浪费不是太大，我们就不需要细化这些缓存区间。对于数据量较大的情况，需要对较大索引值所对应的缓存大小区间进行细化，将其分别设置成一个带有64个索引值的二代表并预先存储在eNB中。
对于这些由较大索引值所对应的BSR二代表，我们使用【1,2】中的公式来确定每个BSR表中索引值所对应的缓存大小的区间范围，公式如下：
当中p=1-(Bmax/Bmin)1/(N-1)，Bmin表示的是该表格中最小缓存大小，Bmax表示的是该表格中最大缓存大小，N表示索引值的数目。
下面我们取量化值为62来举例说明：
Bmin=128125bytes；
Bmax=150000bytes；
N=64；
其中p=1-(Bmax/Bmin)1/(N-1).
基于上面的公式和参数，我们可构造出量化值为62所对应的BSR二代表，如表2所示：
表2量化值为62所对应的BSR表
对于构造其它较大索引值所对应的BSR二代表可运用同样的方法来确定缓冲区间的大小。
Step2)中eNB接收BSR，解码预留比特位和索引值，并确定其所相应的非均匀量化组和BSR二代表。
一个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。一个MAC PDU头部可能有一个或多个子头部（subheader），每一个对应一个控制信息单元(control element)、SDU或者填充位。MACPDU子头部的顺序跟MAC控制信息单元，MAC SDU以及填充部分出现的顺序是一一相应的，如图4所示。
固定长度的MAC控制信息单元只包含四个域（R/R/E/LCID），大小可变，如图5所示，各个域的含义如下：
LCID：逻辑信道ID域，标识每个MAC SDU对应的逻辑信道、MAC控制单元的类型或填充，UL-SCH的LCID参见表3。MAC PDU中每个MAC SDU、MAC控制单元或者填充对应一个LCID域。LCID域长度为5比特。
表3：UL-SCH的LCID值
E：扩展域，扩展域是一个标志位，指示MAC头中是否还有其他的域。如果E域设定为“1”，则表示其后至少有另一组的R/R/E/LCID域。如果E域设置为“0”，表示从其后的字节起为MACSDU或者MAC控制单元或者填充。
R：为2个比特的预留比特位，设置为“0”,暂时没有使用。
本发明使用R域中其中一个预留比特位来表示是否需要查询二代表。当比特位显示为0时，说明资源浪费不大，只需查询表1。当比特位显示为1时，需查询BSR二代表，即在MAC控制单元中连续发送了2个BSR控制单元，第一个BSR中的索引值用于查询表1中的缓存大小区间，第二个BSR中的索引值用于查询对应缓存大小区间细化后的二代表。通过一定的映射规则，更加精细的反映了UE上行缓存状态信息。
在智能电网中，本发明提出了一种优化上行资源调度的方法。发送BSR信息的过程如下：对较大索引值所对应的缓存大小区间进行细化，将其分别设置成一个带有64个索引值的二代表，使用MAC控制信息单元子头部中的其中一个预留比特位来指定是否需要查询二代表，通过一定的映射规则，更加精细的反映了UE上行缓存状态信息。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利用率。
附图说明
图1上行链路资源调度过程；
图2短BSR和截断式BSR控制单元格式；
图3长BSR控制单元格式；
图4具有头部、控制信息单元、SDUs以及填充部分的MAC PDU例子；
图5 R/R/E/LCID MAC字头部。
具体实施方式
例如：某个DA所搜集的SM的数据量比较小，只有430个字节，根据非均匀量化表对应的BSR索引值是25，当分配资源给DA时，eNB取索引值25对应区间的缓存上限，即440字节,因为这些缓存区间大小不包含RLC以及MAC的头部信息所要占用的字节数，因此我们在给这个逻辑信道组分配资源的时候需要适当的多分配一点，此时资源浪费很小，所以不需要查询二代表。
如果某个DA所搜集的SM的数据量比较大，有129000字节，根据非均匀量化表对应的BSR索引值是62，而此时分配资源给DA，eNB取索引值62对应区间的缓存上限，即150000字节,浪费的字节数为21000，资源有效利用率仅为86%。而本发明所提出的方法，通过设置MACPDU的控制单元的子头部的R域，将其设置为1，在MAC控制单元中连续发送了2个BSR控制单元，根据表1可知第一条BSR的索引值为62，根据表2可知第二条BSR的索引值为2，此时分配资源给DA，eNB根据二代表中索引值2对应区间的缓存上限，即129086字节,浪费的字节数为86，资源有效利用率为99%。本发明有效地提高了资源配置效率，降低了资源浪费率。
[1]R2-051957,Scheduling Information Contents,Qualcomm.
[2]R2-050968,E-DCH Transport Block Size Tables,Qualcomm.

Claims (2)

1.一种智能电网通信中精细上行资源调度方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、数据收集器DA报告带有预留比特位标识的BSR去指明所对应的基于二代表的非均匀量化组；
步骤2、基站eNB接收BSR，解码MAC控制信息单元子头部的预留比特位和索引值；
步骤3、基站eNB检查并确定其所相应的非均匀量化组和BSR二代表；
步骤4、基站eNB根据索引值和对应的BSR二代表来分配资源；
在步骤1中，对于索引值为0-25之间所对应的缓存区间，不需要细化这些缓存区间；对于索引值大于25的情况,所对应的缓存大小区间进行细化，将其分别设置成一个带有64个索引值的二代表，使用MAC控制信息单元子头部中的其中一个预留比特位来指定是否需要查询二代表。
2.根据权利要求1所述的智能电网通信中精细上行资源调度方法，其特征在于：
在步骤3中，当比特位显示为0时，说明资源浪费不大，只需查询BSR缓存大小区间对应换算表；当比特位显示为1时，需查询BSR二代表，即在MAC控制单元中连续发送了2个BSR控制单元，第一个BSR中的索引值用于查询BSR缓存大小区间对应换算表中的缓存大小区间，第二个BSR中的索引值用于查询对应缓存大小区间细化后的二代表。
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