CN104994588B - 一种gmr-1 3g终端rlc/mac数据调度方法 - Google Patents

一种gmr-1 3g终端rlc/mac数据调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GMR‑1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，包括MAC‑Dedicated，MAC‑Idle，MAC‑Share，以及MAC‑DTM的状态调度；在MAC‑Idle状态下，终端不需要进行任何调度操作；在MAC‑Dedicated状态下，终端以帧为单位，调度每个DCH信道上行链路的数据发送；在MAC‑Share状态下，终端以帧为单位，调度PDCH信道上行链路数据的发送；在MAC‑DTM状态下，是MAC‑Dedicated状态和MAC‑Share状态调度的综合。本发明提出的这些算法不仅保证了调度优先级的需要，同时兼顾了系统时延、系统吞吐量以及系统公平性等因素。

Description

一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法
技术领域
本发明属于宽带无线通信协议栈领域，具体涉及一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法。
背景技术
在GMR-1 3G系统中，对于上行数据调度，根据协议规定，主要是控制块和数据块的调度。本专利设计中RLC/MAC层简称层2，控制块主要是层2根据协议需求本层所产生的消息；数据块是指来自上层的信令数据或者业务数据，经由层2进行相关分段打包处理之后的数据。协议规定，数据传输需建立TBF（临时块流，Temporary Block Flow）。TBF根据业务需要可以具有单向或双向的链路资源。在GMR-1 3G协议中， RLC/MAC层调度的终端资源包括两种：DCH(Dedicated Channel)信道和PDCH(Packet Data Channel)信道。
DCH信道：DCH物理信道分为DACCH逻辑信道和DTCH逻辑信道。按照协议相关规定，在DACCH信道上传输的RLC/MAC块，仅仅只能承载一条MAC控制消息或者一个RLC数据块；而映射到DTCH信道的TBF采用TCH TBF模式进行传输，不需要添加任何报头直接按照载荷大小传递给物理层。在实际资源分配中，DACCH信道和DTCH信道可能会映射到同一物理信道上，DACCH逻辑信道上的数据传输优先级较高。数据以及控制消息优先级别从高到低依次为：RLC/MAC控制消息，DACCH数据，DTCH数据。因此，在DCH信道调度中，不仅需要考虑终端系统中每个DCH信道中的数据块和控制消息发送优先级问题，而且由于不同的DCH信道占用的时隙个数不同，RLC/MAC块总载荷大小不同，还需要调度数据块或控制消息满足载荷的要求。
PDCH信道：PDCH物理信道分为PACCH逻辑信道和PDTCH逻辑信道。通常，PACCH用来承载信令，PDTCH用来承载业务。映射到PDCH信道上的TBF采用标准TBF模式进行传输。
GMR-1 3G网络中釆用的是基于上行状态标识（USF, Uplink State Flag ) 的上行资源分配方式。网络在建立上行 TBF时，给终端分配一个USF，终端监视下行PDCH上的无线块，如果某个无线块的头部中携带的USF与分配给自己的USF是相同的，则表明该终端可以在该下行PDCH对应的上行PDCH的下一个或多个无线块进行数据传输。
GMR-1 3G网络中采用的是基于未请求的上行链路允许（UUG, UnsolicitedUplink Grant）字段进行轮询确认。针对PDCH，UUG不仅指示了相应的终端需要回复确认，而且和USF_ACK一起确定了需要发送确认的终端的资源分配情况。
PDCH引入包括多个USF值的ULMAP（Uplink Map）以支持更多的上行链路同时发送。因此，在PDCH信道调度中，终端需要根据下行链路RLC/MAC块结构中的公共信息（PUI,Public Information)、ULMAP中的USF、USF_ACK或RLC/MAC报头中的UUG字段决定是否进行发送并决定在哪个TBF的上行链路进行发送数据。此外，在发送时，终端要保证TBF上发送数据的优先级为：RLC控制块高于MAC控制块高于数据块，且满足一个TBF上的载荷要求和一个TBF上最多可以有两个控制块和一个数据块的发送需求。
MAC状态：在GMR-1 3G网络中，根据终端系统中分配得到的资源情况不同，可将终端分为不同的MAC状态：无业务资源的MAC-Idle状态，只有DCH信道的MAC-Dedicated状态，只有PDCH信道的MAC-Share状态以及具有DCH信道和PDCH信道的MAC-DTM状态。
与本方案接近的现有技术中，公开的专利有：申请号：200810104607，“一种无线城域网络媒体接入控制中数据调度的方法及系统”； 申请号： 201010512523，”一种用于多业务分组数据调度的装置和方法”；申请号：200510097927，“一种用于多业务分组数据调度的装置和方法”。但是这些方案不是针对GMR-1 3G终端相关系统的研究；而且提到的数据调度方法不适用于GMR-1 3G系统。
发明内容
本发明基于MAC状态对DCH和PDCH信道上的调度进行研究，提出一套切实可行的数据调度方法。
本发明采取的技术方案是：一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，包括MAC-Dedicated，MAC-Idle，MAC-Share，以及MAC-DTM的状态调度；
在MAC-Idle状态下，终端不需要进行任何调度操作；
在MAC-Dedicated状态下，终端以帧为单位，调度每个DCH信道上行链路的数据发送，调度步骤为：
（2.1）终端依次遍历每个上行DCH信道，
（2.2）根据上行DCH信道类型，调度数据发送使其符合优先级以及载荷大小的要求，
（2.3）重复（2.1）、（2.2），直至所有DCH信道上数据都调度发送给物理层；
在MAC-Share状态下，通过设置链路标志valid或者unvalid来决定共享信道能否在此帧进行调度，终端首先需要判断哪些信道的上行链路可以发送数据，之后才能组织数据去发送，终端通过USF和UUG两种方式获得发送数据的资源使用权，步骤如下：
（3.1）终端依次遍历每个PDCH信道，若信道是valid，转向（3.2）；
（3.2）按照控制消息优先级别，轮询当前ACK发送状态标识，是发送CTRL ACK，还是DATA ACK，还是其他控制消息；
（3.3）计算MAC控制消息填充后，可用于填充数据块的剩余载荷，进行数据块的填充；
（3.4）伪控制块的填充；
在MAC-DTM状态下，不仅具有DCH信道资源，而且具有PDCH信道资源，MAC-DTM状态下的调度是MAC-Dedicated状态和MAC-Share状态调度的综合，其中，终端上行调度根据下行接收过程中设置的标志，以帧为单位，分别遍历信道，其中上行DCH信道的调度方式与MAC-Dedicated状态的调度相同，上行PDCH信道的调度方式与MAC-Share状态的调度相同。
进一步的，在MAC-Dedicated状态下，终端RLC/MAC需要根据来自基站的UUG轮询比特发送相应的CTRL_ACK或者DATA_ACK,当无数据可发时，需要发送DUMMY DATA进行链路保持。
进一步的，在MAC-Dedicated状态下，执行调度步骤（2.2）时，调度算法需要根据下行接收过程中的状态标志优先决定发送控制消息，若上行链路中不需要发送控制消息，则调度合适大小的数据块发送，否则按照帧号决定是否调度伪控制块。
进一步的，在MAC-Share状态下，网络下发的无线块携带PUI报头，根据该报头中的USF标识，如果终端解码出与自己相匹配的USF值，那么终端将对应的信道或者对应的TBF可调度标识valid设置为有效，终端将根据该值进行上行数据发送；下行接收过程中设置信道valid标志的步骤为：
步骤一：终端解析来自基站的下行无线块，解析pui报头，获取USF，根据该USF值匹配下一个可发送数据的信道或者TBF，设置该信道或者TBF valid值为有效；
步骤二：解复用下行无线块，如果接收到UUG=1的控制块，设置相应的CTRL ACK发送标识，在相应信道上发送该控制块，进入步骤五；
步骤三：解复用下行无线块，如果接收到属于该终端的UUG=1的数据块，那么设置相应的DOWNLINK ACK发送标识，在相应信道上发送该数据块，进入步骤五；否则，进入步骤四；
步骤四：解复用下行无线块，如果接收到不属于该终端的UUG=1的数据块，报头PUI仍然有效，设置相应的valid值，进行相应数据的发送；
步骤五：结束。
进一步的，在MAC-Share状态下，终端根据该USF未匹配到相关TBF，但是该终端存在多个TBF并有数据需要发送，那么进入多TBF数据调度算法，其步骤如下：
步骤1：多TBF按照调度次数升序排列，当满足触发该算法条件，取出当前调度次数最少的TBF，判断该TBF是否有数据发送，如果有则进入步骤2，否则继续取下一个TBF，直至该TBF升序队列全部轮询完毕；
步骤2：当新数据发送，即UD>0，那么进入步骤4；
步骤3：当无新数据发送，仅有等待确认的数据，UD=0，那么结束继续取下一个TBF，重复步骤1~步骤3的流程；
步骤4：发送该数据。
本发明的有益效果是：
1、本发明是基于GMR-1 3G终端系统的，现有技术没有针对相关系统的研究；而且其他方案中提到的数据调度方法不适用于GMR-1 3G系统中。
2、本发明根据MAC状态进行调度，根据不同的MAC状态提出了不同的调度算法，避免了不必要的在其他状态下可能出现的逻辑判断，提高设计效率；再者，增强了程序的逻辑性和可读。
3、本发明提出的这些算法不仅保证了调度优先级的需要，同时兼顾了系统时延、系统吞吐量以及系统公平性等因素。
附图说明
图1是数据调度方案设计图。
图2是MAC-Dedicated状态下调度流程图。
图3是MAC-Dedicated状态下DCH信道调度算法流程图。
图4是MAC-Share状态下行接收流程图。
图5是MAC-Share状态上行调度流程图。
图6是多个上行TBF调度算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
1、基于MAC状态转换的总调度方案。
如图1所示，按照MAC状态进行上行数据调度， MAC状态主要有四种MAC-Dedicated，MAC-Idle，MAC-Share，以及MAC-DTM状态调度过程。在不同时刻，MAC只能处于一个状态下，有效避免了在其他状态下可能出现的逻辑判断，提高设计效率。
1.1、MAC-Idle状态调度算法。
在MAC-Idle状态下，终端不需要进行任何调度操作。
1.2、MAC-Dedicated状态调度算法。
1.2.1 MAC-Dedicated状态调度流程：
在MAC-Dedicated状态下，终端以帧为单位，调度每个DCH信道上行链路的数据发送，调度流程如图2所示。终端RLC/MAC需要根据来自基站的UUG轮询比特发送相应的CTRL_ACK或者DATA_ACK,当无数据可发时，需要发送DUMMY DATA进行链路保持。本设计使用状态标识，用于标识终端根据通信需求，在当前帧应发送哪条消息，以及根据当前信道上的数据状态对是否发送伪数据块/伪控制块进行有效控制，具体发送方案如图3所示。
调度流程如下：
（1）终端依次遍历每个上行DCH信道；
（2）根据上行DCH信道类型，调度数据发送使其符合优先级以及载荷大小的要求；
（3）重复（1）、（2）直至所有DCH上都调度发送给物理层。
1.1.3 MAC-Dedicated状态的上行链路发送：
步骤（2)中调度算法需要根据下行接收过程中的状态标志优先决定发送控制消息，若上行链路中不需要发送控制消息，则调度合适大小的数据块发送，否则按照帧号决定是否调度伪控制块。
2、MAC-Share状态调度算法。
在MAC-Share状态下，终端以帧为单位，调度PDCH信道上行链路数据的发送。
在MAC-Share状态下，终端首先需要判断哪些信道的上行链路可以发送数据，之后才能组织数据去发送。在MAC-Share状态下，终端有两种方式获得发送数据的资源使用权：USF和UUG，流程如图4所示：网络下发的无线块携带PUI报头，根据该报头中的USF标识，如果终端解码出与自己相匹配的USF值，那么终端将对应的信道或者对应的TBF可调度标识valid设置为有效，终端将根据该值进行上行数据发送。相关流程如下：
（1）终端解析来自基站的下行无线块，解析pui报头，获取USF，根据该USF值匹配下一个可发送数据的信道或者TBF，设置该信道或者TBF valid值为有效；
（2）解复用下行无线块，如果接收到UUG=1的控制块，设置相应的CTRL ACK发送标识，在相应信道上发送该控制块，进入流程（5）；
（3）解复用下行无线块，如果接收到属于该终端的UUG=1的数据块，那么设置相应的DOWNLINK ACK发送标识，在相应信道上发送该数据块，进入（5）；否则，进入（4）；
（4）解复用下行无线块，如果接收到不属于该终端的UUG=1的数据块，报头PUI仍然有效，设置相应的valid值，进行相应数据的发送；
（5）结束。
如图5所示，终端上行调度根据下行接收过程中的信道valid标志、上行链路起始发送帧号、连续发送帧数以及上行TBF valid标志决定上行链路的资源情况，从而调度上行链路中合适的数据进行传输。调度步骤为：
（1）终端依次遍历每个PDCH信道，若信道是valid，转向（2）；
（2）按照控制消息优先级别，轮询当前ACK发送状态标识，是发送CTRL ACK，还是DATA ACK，还是其他控制消息；
（3）计算MAC控制消息填充后，可用于填充数据块的剩余载荷，进行数据块的填充；
（4）伪控制块的填充。
在实际调度中，若存在一个上行TBF是valid，那么终端将首先调度该上行TBF的数据；若该信道上不存在任何TBF是valid，那么该调度哪个TBF发送数据块？ RLC/MAC块一般只能发送一个数据块，倘使没有使用USF指定，原则上可以选择调度或者不调度数据块，以及可以任意去调度任意一个该信道的TBF数据块。本发明给出在这种特殊情况下的上行调度策略，在可以调度数据块的情况下，尽量调度数据块，提高系统的吞吐量；在可以任意去调度一个TBF的情况下，应该兼顾发送的公平性，增强用户体验。
因此，多个上行TBF数据调度算法流程如图6所示，本发明采用计数器的方法，计数终端未指定USF调度时，上行链路调度过程中某个信道对应的上行TBF数据块发送数目，并在每个未指定USF调度数据块起始，将上行TBF按照调度次数升序排列，从而保证调度的公平性。此外，在数据块调度发送前，通过判断UD字段，决定上行TBF是否有数据发送，从而避免对不能发送数据块的TBF的调度，提高程序运行效率，并提高了系统吞吐量。流程如下：
（1）多TBF按照调度次数升序排列，当满足触发该算法条件，取出当前调度次数最少的TBF，判断该TBF是否有数据发送，如果有则进入（2），否则继续取下一个TBF，直至该TBF升序队列全部轮询完毕；
（2）当新数据发送，即UD>0，那么进入（4）；
（3）当无新数据发送，仅有等待确认的数据，UD=0，那么结束继续取下一个TBF，重复（1）~（3）的流程；
（4）发送该数据。
3、MAC-DTM状态调度算法。
在MAC-DTM状态，单个TBF的信道资源分配可能存在以下几种情况：
上行DCH，下行PDCH；
上行DCH，下行DCH；
上行PDCH，下行PDCH；
下行DCH；
下行PDCH。
因此，终端在MAC-DTM状态下，不仅具有DCH信道资源，而且具有PDCH信道资源。MAC-DTM状态下的调度，应该是MAC-Dedicated状态和MAC-Share状态调度的综合。终端上行调度根据下行接收过程中设置的标志，以帧为单位，分别遍历信道，其中上行DCH信道的调度方式与MAC-Dedicated状态的调度相同，上行PDCH信道的调度方式与MAC-Share状态的调度相同。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，其特征在于：包括MAC-Dedicated，MAC-Idle，MAC-Share，以及MAC-DTM的状态调度；
在MAC-Idle状态下，终端不需要进行任何调度操作；
在MAC-Dedicated状态下，终端以帧为单位，调度每个DCH信道上行链路的数据发送，调度步骤为：
(2.1)终端依次遍历每个上行DCH信道，
(2.2)根据上行DCH信道类型，调度数据发送使其符合优先级以及载荷大小的要求，
(2.3)重复(2.1)、(2.2)，直至所有DCH信道上数据都调度发送给物理层；
在MAC-Share状态下，通过设置链路标志valid或者unvalid来决定共享信道能否在此帧进行调度，终端首先需要判断哪些信道的上行链路可以发送数据，之后才能组织数据去发送，终端通过USF和UUG两种方式获得发送数据的资源使用权，步骤如下：
(3.1)终端依次遍历每个PDCH信道，若信道是valid，转向(3.2)；
(3.2)按照控制消息优先级别，轮询当前ACK发送状态标识，是发送CTRL ACK，还是DATAACK，还是其他控制消息；
(3.3)计算MAC控制消息填充后，可用于填充数据块的剩余载荷，进行数据块的填充；
(3.4)伪控制块的填充；
在MAC-DTM状态下，不仅具有DCH信道资源，而且具有PDCH信道资源，MAC-DTM状态下的调度是MAC-Dedicated状态和MAC-Share状态调度的综合，其中，终端上行调度根据下行接收过程中设置的标志，以帧为单位，分别遍历信道，其中上行DCH信道的调度方式与MAC-Dedicated状态的调度相同，上行PDCH信道的调度方式与MAC-Share状态的调度相同。
2.根据权利要求1所述的一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，其特征在于：在MAC-Dedicated状态下，终端RLC/MAC需要根据来自基站的UUG轮询比特发送相应的CTRL_ACK或者DATA_ACK,当无数据可发时，需要发送DUMMY DATA进行链路保持。
3.根据权利要求1所述的一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，其特征在于：在MAC-Dedicated状态下，执行调度步骤(2.2)时，调度算法需要根据下行接收过程中的状态标志优先决定发送控制消息，若上行链路中不需要发送控制消息，则调度合适大小的数据块发送，否则按照帧号决定是否调度伪控制块。
4.根据权利要求1所述的一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，其特征在于：在MAC-Share状态下，网络下发的无线块携带PUI报头，根据该报头中的USF标识，如果终端解码出与自己相匹配的USF值，那么终端将对应的信道或者对应的TBF可调度标识valid设置为有效，终端将根据该值进行上行数据发送；下行接收过程中设置信道valid标志的步骤为：
步骤一：终端解析来自基站的下行无线块，解析PUI报头，获取USF，根据该USF值匹配下一个可发送数据的信道或者TBF，设置该信道或者TBF valid值为有效；
步骤二：解复用下行无线块，如果接收到UUG＝1的控制块，设置相应的CTRL ACK发送标识，在相应信道上发送该控制块，进入步骤五；
步骤三：解复用下行无线块，如果接收到属于该终端的UUG＝1的数据块，那么设置相应的DOWNLINK ACK发送标识，在相应信道上发送该数据块，进入步骤五；否则，进入步骤四；
步骤四：解复用下行无线块，如果接收到不属于该终端的UUG＝1的数据块，报头PUI仍然有效，设置相应的valid值，进行相应数据的发送；
步骤五：结束。
5.根据权利要求1所述的一种GMR-1 3G终端RLC/MAC数据调度方法，其特征在于：在MAC-Share状态下，终端根据该USF未匹配到相关TBF，但是该终端存在多个TBF并有数据需要发送，那么进入多TBF数据调度算法，其步骤如下：
步骤1：多TBF按照调度次数升序排列，当满足触发该算法条件，取出当前调度次数最少的TBF，判断该TBF是否有数据发送，如果有则进入步骤2，否则继续取下一个TBF，直至该TBF升序队列全部轮询完毕；
步骤2：当新数据发送，即UD>0，那么进入步骤4；
步骤3：当无新数据发送，仅有等待确认的数据，UD＝0，那么结束继续取下一个TBF，重复步骤1～步骤3的流程；
步骤4：发送该数据。
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