CN104822181A - 一种无线资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线资源调度方法，其特征在于，包括：将无线接入网划分为三个层次：物理设施层、多级控制层和中心管理层，其中：物理设施层中包括无线接入节点(AP)；多级控制层由至少两级控制模块组成，每个控制模块分别管理对应的AP管理集，处于激活状态的控制模块按照相应的策略分别为其用户集中的用户调度物理资源和无线资源，根据所设置的级别，级别高的控制模块在设置的条件满足时将其资源分配给级别低的控制模块；中心管理层由全局管理实体构成，所述全局管理实体决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作。应用本申请公开的技术方案，能够解决大规模协作网络中的数据传输时延、传输瓶颈等问题，从而增强网络的协作性能，以及进行更加灵活的资源划分和管理。

Description

一种无线资源调度方法

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线资源调度方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，生活水平的不断提高，手机、电脑等数字终端设备已经成为了人们不可缺少的生活工具。然而，无线通信系统中有限的带宽资源、复杂的网络环境、冗余的设备管理等问题制约了移动终端用户的通信体验。

在计算机网络领域中，软件定义网络(Soft-Defined Networking，SDN)定义了一种全新的网络管理理念，将对网络的控制从物理设备中解耦合，并将其可编程化，从而简化网络配置和管理的复杂度。

图1是SDN架构的简化示意图。参见图1，网络控制面通过南向可编程接口(API)对网络转发设备进行灵活的配置和管理，并通过北向接口为应用控制面提供可编程接口，从而简化网络服务的实施和定制(如路由、多播、安全管理、接入控制、带宽管理、QoS、能效等)。

在移动通信领域中，SDN被广泛应用在EPC等有线网络中，从而带来性能和管理的增益。然而，无线接入网(RAN)由于时间、环境的复杂度等原因，难以直接对SDN理论加以应用。

在学术界，关于RAN的“软件化”讨论也是各有千秋，近年来云接入网(C-RAN)概念将SDN推向了风口浪尖，这种集中管理的模式好似为C-RAN架构量身订做。如图2所示，C-RAN将基带处理部分(BBU)进行了集中式的处理，通过中心管理、全局优化，达到对远端射频拉远头(Remote Radio Heads,RRH)的资源管理和基带处理，同时也有效促进了基站间的协作和传输技术的管理实施，如多点协作传输(Coordinated Multipoint,CoMP)。

图3为典型的C-RAN集中式资源管理调度模式示意图，这种资源管理调度模式下，中心处理器需要分别处理并传输每一个RRH每一毫秒的基带信号，对于时延如此敏感的无线信道来说，中央处理器南向接口中数据前向或后向传输的资源带宽、处理器的性能以及处理时延无疑都是巨大挑战。

为了解决上述问题，最简单有效的解决方案就是将大范围的网络量化为小范围的局部网络，如图4所示。这样，局部网络中的基站既能享受协作带来的性能增益，同时又能解决时延、带宽等问题。然而，采用如图4这种局部划分的方案又带来了新的技术问题：

(1)这种小范围的协作网络划分方法如何构建是一个问题；

(2)网络划分一旦确定，那么，分别处于两个局部协作网络中的用户将无法享受到协作增益；

(3)用户通常是动态变化的(用户的地理位置、信道条件、数据传输等都是动态变化的)，尤其对于部署密集、异构的协作网络而言，协作集的划分需要动态自适应，因此，如何动态地划分管理则是另一个潜在问题。

发明内容

本申请提供了一种无线资源调度方法，利用SDN网络的管理架构将资源管理调度的实体分级量化，以解决大规模协作网络中的数据传输时延、传输瓶颈等问题，从而增强网络的协作性能，以及进行更加灵活的资源划分和管理。

本申请提供了一种无线资源调度方法，包括：

将无线接入网划分为三个层次：物理设施层、多级控制层和中心管理层，其中：

物理设施层中包括无线接入节点AP；

多级控制层由至少两级控制模块组成，每个控制模块分别管理对应的AP管理集，处于激活状态的控制模块按照相应的策略分别为其用户集中的用户调度物理资源和无线资源，根据所设置的级别，级别高的控制模块在设置的条件满足时将其资源分配给级别低的控制模块；

中心管理层由全局管理实体构成，所述全局管理实体决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作。

较佳地，该方法还可以包括：

a、用户触发信号集修改流程，将信号集由源AP集合修改为目的AP集合；

b、寻找AP管理集包含目的AP集合的控制模块，如果找到，将所找到的控制模块确定为目的控制模块，继续执行c，否则，跳到e；

c、判断目的控制模块是否处于激活状态，如果已激活，继续执行d，如果未激活，跳到h；

d、目的控制模块进行决策，确定是否接收所述用户，如果接收，继续执行j，否则，跳到f；

e、决策是否添加新的控制模块用于所述目的AP集合，如果不添加，执行f，否则，执行g；

f、决策所述用户的目的控制模块，跳到j；

g、添加新的控制模块，该控制模块的AP管理集为所述目的AP集合，并为该新的控制模块分配资源和配置策略，将其确定为目的控制模块，跳到j；

h、决策是否激活所述目的控制模块，如果是，执行i，否则，返回f；

i、激活该目的控制模块，并为所述目的控制模块分配无线资源；

j、目的控制模块将所述用户添加至所述目的控制模块的用户集中；

k、源AP集合的控制模块将所述用户从所述源AP集合的控制模块的用户集中删除，结束本流程。

较佳地，当移动终端设备初次开机或者当移动终端设备的位置区信号集发生改变时，用户触发信号集修改流程。

较佳地，该方法还包括：中心管理层根据设置的条件发起对多级控制层的各个控制模块进行调整和管理的控制适配流程。

较佳地，所述控制适配流程包括：资源调整、激活/去激活管理和修改配置，其中：

资源调整包括：调整各个控制模块的资源大小，所述资源包括：物理资源和无线资源；

激活/去激活管理包括：根据网络拓扑结构、各个基站资源的构成以及用户的分布数据类型，对效率低于设定门限的控制模块进行去激活处理或合并处理；

修改配置包括：应对突发场景的自适应、自配置。

较佳地，所述AP至少包括：基站、射频拉远头。

较佳地，在用户集内用户的信道信息、配置策略信息、业务传输信息满足设置的条件时，级别高的控制模块将其资源分配给级别低的控制模块。

较佳地，所述全局管理实体是根据全局网络拓扑、服务质量QoS、以及各个AP的状态信息，决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作。

较佳地，所述状态操作至少包括：添加、删除、激活或去激活控制模块；

所述分配操作至少包括：分配物理资源、无线资源。

由上述技术方案可见，本申请提供的无线资源调度方法，通过利用SDN网络的管理架构将资源管理调度的实体分级量化，解决了大规模协作网络中的数据传输时延、传输瓶颈等问题，从而增强了网络的协作性能，并能够进行更加灵活的资源划分和管理。

附图说明

图1为SDN架构的简化示意图；

图2为C-RAN架构示意图；

图3为典型的C-RAN集中式资源管理调度模式示意图；

图4为局部协作资源管理调度的示意图；

图5为本申请分层资源管理架构的示意图；

图6为本发明一较佳多级控制层与物理设施层之间的逻辑关系示意图；

图7为本发明用户端发起信号集修改流程的场景示意图；

图8为本发明用户端发起信号集修改流程的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。

图5为本发明提出的分层资源管理架构示意图，该架构将整个无线接入网划分为三个层次：物理设施层、多级控制层和中心管理层，其中：

物理设施层是包括基站、射频拉远头等无线接入节点(Access Point,AP)在内的实体网络；

多级控制层由至少两级控制模块组成，根据所设置的级别，级别高的控制模块具有更高的权限，可以将其资源分配调整给级别低的控制模块，各个级别的控制模块共同协调完成对物理设施层的控制；

中心管理层由全局管理实体构成，该全局管理实体根据全局网络拓扑、QoS、各个AP的状态等信息，决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作，其中，状态操作包括：添加、删除、激活、去激活控制模块，分配操作包括：分配物理资源、无线资源等。

图6通过一个示例说明本发明多级控制层与物理设施层之间的逻辑关系示意图。在图6所示示例中，多级控制层中设置两级控制模块：1级控制模块和2级控制模块，其中，2级控制模块的级别高于1级控制模块。具体而言：

每个控制模块独立分配使用其物理资源和无线资源，其中：物理资源包括内存、存储器等；无线资源是指无线信道资源，包括时域资源、频域资源、空域资源等多种形式。

每个控制模块分别管理一些AP，本发明将某控制模块所管理的AP的集合称为该控制模块的AP管理集，AP管理集的大小对应着该控制模块的级别。图6中，两个1级控制模块的AP集合分别为{AP1}和{AP2}，而2级控制模块的AP集合为{AP1}和{AP2}的合集{AP1、AP2}。

每个控制模块都拥有一个用户集，该集合表征控制模块的服务用户的信息。

每个控制模块都包含决策控制单元，该决策控制单元根据资源池、用户集、配置策略等信息合理地调度分配其资源，同时也可通过级间控制信道将本控制模块的资源分配给子集控制模块使用。其中，如果控制模块A的AP管理集是控制模块B的AP管理集的子集，则称控制模块A是控制模块B的子集控制模块。

每个控制模块都包含两种状态：激活和未激活。通常，处于未激活状态的控制模块的无线资源和用户集为空，处于激活状态的控制模块按照相应的策略执行对应的调度分配操作。

图6所示逻辑关系下，资源调度流程主要由多级控制层完成，具体包括：

调度：每个已激活的控制模块能够独立的调度其无线资源给用户集内的用户，调度完成后，执行后续的L1/2流程，并将基带信号发送至物理设施层相应的AP射频单元。

分配：每个已激活的控制模块可以根据用户集内用户的信道信息、配置策略信息、业务传输信息等条件将其拥有的部分无线资源“授权”给起子集控制模块来完成调度流程。

根据本发明如图6所示的逻辑关系，本发明采用的是与C-RAN网络架构类似的机制，由多级控制层对物理设施层(由RRH等无线接入点构成)进行集中的协作处理(如CoMP)；本发明与C-RAN网络架构的不同之处在于：本发明的集中处理过程是由多级控制层中的多级控制模块统一协作完成的，从而量化了网络承载的数据处理和传输的负担。

下面描述本发明多级控制层中各级控制模块的管理操作流程，包括以下两种类型：

(1)用户端发起的信号集修改流程

当移动终端设备初次开机或者当移动终端设备的位置区信号集发生改变时，用户端将发起信号集修改流程。如图7所示，当用户端由点A移动到点B时，该用户与集合AP1和集合AP2的接收信号强度将发生变化，信号集(即反映移动终端设备与AP间信号测量关系的集合)由{AP1}改变为{AP1、AP2}，即触发信号集修改流程。具体的流程如图8所示，包括以下步骤：

第1步：用户端触发信号集修改流程，将信号集由源AP集合{AP1}修改为目的AP集合{AP1、AP2}。

第2步：寻找AP管理集包含目的AP集合的控制模块，如果找到，将所找到的控制模块确定为目的控制模块，继续执行第3步，否则，跳到第5步。

第3步：判断目的控制模块是否处于激活状态，如果已激活，继续执行第4步，如果未激活，跳到第8步。

第4步：目的控制模块进行决策，确定是否接收该用户，如果接收，继续执行第10步，否则，跳到第6步。

第5步：决策是否添加新的控制模块用于所述目的AP集合，如果不添加，执行第6步，否则，执行第7步。

第6步：决策该用户的目的控制模块，跳到第10步。

第7步：添加新的控制模块，该控制模块的AP管理集为所述目的AP集合，并为该新的控制模块分配资源和配置策略等信息，将其确定为目的控制模块，跳到第10步。

第8步：决策是否激活该目的控制模块，如果是，执行第9步，否则，返回第6步。

第9步：激活该目的控制模块，并为该目的控制模块分配无线资源。

第10步：目的控制模块将该用户添加至其用户集中。

第11步：源AP集合的控制模块将该用户从用户集中删除，结束本流程。

(2)网络端发起的控制适配流程.

网络端发起的控制适配流程由中心管理层发起，根据特定的网络条件，主动发起对多级控制层的各个控制模块进行调整和管理，主要包含如下几个方面：

1)资源调整：调整各个控制模块的资源大小，包括：物理资源和无线资源；

2)激活/去激活管理：根据网络拓扑结构、各个基站资源的构成以及用户的分布数据类型等条件，对一些低效(即：效率低于设定门限)的控制模块进行去激活处理或合并处理；

3)修改相应配置：如应对突发场景(故障、安全等)的自适应、自配置。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种无线资源调度方法，其特征在于，包括：

将无线接入网划分为三个层次：物理设施层、多级控制层和中心管理层，其中：

物理设施层中包括无线接入节点AP；

多级控制层由至少两级控制模块组成，每个控制模块分别管理对应的AP管理集，处于激活状态的控制模块按照相应的策略分别为其用户集中的用户调度物理资源和无线资源，根据所设置的级别，级别高的控制模块在设置的条件满足时将其资源分配给级别低的控制模块；

中心管理层由全局管理实体构成，所述全局管理实体决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

a、用户触发信号集修改流程，将信号集由源AP集合修改为目的AP集合；

b、寻找AP管理集包含目的AP集合的控制模块，如果找到，将所找到的控制模块确定为目的控制模块，继续执行c，否则，跳到e；

c、判断目的控制模块是否处于激活状态，如果已激活，继续执行d，如果未激活，跳到h；

d、目的控制模块进行决策，确定是否接收所述用户，如果接收，继续执行j，否则，跳到f；

e、决策是否添加新的控制模块用于所述目的AP集合，如果不添加，执行f，否则，执行g；

f、决策所述用户的目的控制模块，跳到j；

g、添加新的控制模块，该控制模块的AP管理集为所述目的AP集合，并为该新的控制模块分配资源和配置策略，将其确定为目的控制模块，跳到j；

h、决策是否激活所述目的控制模块，如果是，执行i，否则，返回f；

i、激活该目的控制模块，并为所述目的控制模块分配无线资源；

j、目的控制模块将所述用户添加至所述目的控制模块的用户集中；

k、源AP集合的控制模块将所述用户从所述源AP集合的控制模块的用户集中删除，结束本流程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

当移动终端设备初次开机或者当移动终端设备的位置区信号集发生改变时，用户触发信号集修改流程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

中心管理层根据设置的条件发起对多级控制层的各个控制模块进行调整和管理的控制适配流程。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制适配流程包括：资源调整、激活/去激活管理和修改配置，其中：

资源调整包括：调整各个控制模块的资源大小，所述资源包括：物理资源和无线资源；

激活/去激活管理包括：根据网络拓扑结构、各个基站资源的构成以及用户的分布数据类型，对效率低于设定门限的控制模块进行去激活处理或合并处理；

修改配置包括：应对突发场景的自适应、自配置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：

所述AP至少包括：基站、射频拉远头。

7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：

在用户集内用户的信道信息、配置策略信息、业务传输信息满足设置的条件时，级别高的控制模块将其资源分配给级别低的控制模块。

8.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：

所述全局管理实体是根据全局网络拓扑、服务质量QoS、以及各个AP的状态信息，决定多级控制层中各个控制模块的状态操作和分配操作。

9.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：

所述状态操作至少包括：添加、删除、激活或去激活控制模块；

所述分配操作至少包括：分配物理资源、无线资源。