CN105246166B

CN105246166B - 一种移动终端协议软件中无线资源调度的实现方法

Info

Publication number: CN105246166B
Application number: CN201510535053.8A
Authority: CN
Inventors: 段红光; 郑建宏; 林毅; 张满军
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: CN105246166A

Abstract

本发明请求保护一种移动终端设备实现技术，移动终端协议软件中无线资源调度的实现方法，解决移动终端处理无线资源激活时间以及无线资源调度规划的方法。该发明基本思想是将无线资源激活时间和无线资源调度控制进行统一处理，由MAC层进行时间规划，然后发送规划调度信号到专用调度控制(简称：SCHEDULE)模块，专用调度控制模块等时间到之后，再通知MAC层，由MAC层进行具体的任务处理。本发明将无线资源激活时间以及无线资源规划调度进行统一实现，简化了协议栈的设计。降低了发送帧中断调度信号到MAC层的频度。然后，使无线资源激活时间、DCH信道调度、PDCH信道调度上更加灵活方便。

Description

一种移动终端协议软件中无线资源调度的实现方法

技术领域

本发明属于移动终端设备实现技术，主要用于解决移动终端中高层协议开发和设计，具体给出了一种移动通信协议软件的调度机制。

背景技术

在移动通信中，终端和网络之间通信都是依靠空中无线信号承载信息来完成的。为了满足不同终端以及承载不同业务的需求，将无线资源分成了许多无线信道，不同无线信道类型可以承载不同的信息内容。由于在同一区域，相同的无线资源不能同时分配给不同的用户，所以每个用户使用无线信道资源都有严格的时间要求。

一般的无线通信系统，例如全球移动通信系统(简称：GSM)、中国提出的时分同步码分多址系统(简称TD-SCDMA)，以及目前长期演进系统(简称：LTE)，新一代静止地球卫星移动通信系统(简称：GMR)，都是采用频点(简称Frequency)、无线帧(简称：Frame)、时隙(简称Ts)来划分物理层信道。物理层信道可以分成两大类，一类是所有终端都需要监听的下行信道，称为公共控制信道，例如广播公共控制信道(简称：BCCH)，寻呼信道(简称：PCH)，另外一类是业务信道，例如专用信道(简称：DCH)，分组数据信道(简称：PDCH)。

移动通信系统中的无线资源都是由网络控制使用，网络将根据终端能力以及终端申请的业务类型分配不同的物理资源。终端再根据网络的资源分配，分时复用这些物理信道。具体如图1所示。移动终端开机到启动无线资源数据传输过程

具体过程描述如下，

步骤1，移动终端开机上电后，完成终端硬件以及软件初始化过程。

步骤2，网络侧进行系统消息广播，(特别说明：无论终端处于什么状态，网络都将进行该过程)。网络侧在公共信道上循环广播小区基本公共信息，例如小区的位置区、随机接入参数、小区网络号、邻近小区列表以及小区下行无线帧号等。

步骤3和步骤4，移动终端开机之后，终端首先监听同步的下行信道，解读公共控制信道(简称：CCCH)上的广播信息，然后正常驻留到小区中，完成正常的开机注册过程。

步骤5、6，终端发起业务请求。首先终端发起随机接入过程，获取上行同步，并且向网络提出业务请求。

步骤7，网络根据终端请求的业务类型，分配不同的无线资源，通常分为DCH和PDCH无线信道，其中DCH主要用于话音数据传输，PDCH主要用于分组数据传输。在网络分配的无线资源中，相应DCH或PDCH信道启动时间是不确定的，通常有两种情况，一种是立即启动，也就是终端收到无线资源配置消息之后，在接收完该消息的下一帧就可以使用分配的无线资源，另外一种是激活时间指示，也就是终端只有等激活时间到的时候才可以使用分配的无线资源。在激活时间到之前，网络虽然将该无线资源分配给了终端，但是其他终端可能正在使用该无线资源，或是网络还没有准备好。

步骤8、9，当激活无线资源时间定时器超时，终端开始将网络侧分配的物理层新物理资源配置到物理层，然后在规定的帧上完成数据传输。

在实际的工程实现中，关于无线资源激活时间以及无线资源调度问题，终端高层协议栈对此有各种各样的设计方法。

关于无线资源激活时间，最常用的方式就是根据当前终端的帧号，以及无线资源激活时间帧号，计算两者的时间差值，然后根据这个时间差设置一个定时器，等定时器超时之后，终端才开始启用该无线资源。采用这种方式存在一个问题，就是协议栈定时器的时间基准和帧号是不存在直接关联的，即定时器的超时时刻与无线帧号不对齐，导致实现过程中存在无线资源启用时间不精确的问题。

关于规划无线资源的使用，一般通过媒体控制层(简称：MAC层)实现，也有厂家是在物理层实现的。如果采用物理层实现方式，由于物理层通常采用数字信号(简称：DSP)处理器实现，而DSP处理器不善于处理高层的逻辑计算，这样会影响到DSP处理器的实际使用性能。另外一种方式，也是目前最常用的就是通过MAC层进行规划无线资源的使用，而MAC层的无线资源规划是由终端的帧定时器发送中断信号到MAC层或是发送规划信号到物理层。在实际的协议栈运行中，帧中断是定时产生的，无论MAC层进行无线资源调度频度如何，都会产生帧定时中断到MAC层，这造成了协议栈无谓的处理定时器帧中断。

由于在工程实现中存在以上两个问题，该发明提出了一种解决方案，既达到了实现目的，同时又简化了终端设计，降低了终端功耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种解决移动终端处理无线资源激活时间以及无线资源调度规划的方法。该发明基本思想是将无线资源激活时间和无线资源调度控制进行统一处理，由MAC层进行时间规划，然后发送规划调度信号到专用调度控制(简称：SCHEDULE)模块，专用调度控制模块等时间到之后，再通知MAC层，由MAC层进行具体的任务处理。

该发明具体的实现框架如图2所示，无线资源控制(简称RRC)模块主要完成无线资源的分配和协调；媒体接入控制模块(简称MAC模块)完成无线资源映射、无线资源调度、以及无线资源调度规划。通过专用调度控制模块(简称：SCHEDULE模块)，提供调度时基到高层协议栈。专用调度控制模块初始时基来自终端无线帧中断信号。物理层(简称：PhysicalLayer层)主要完成空中接口上无线信号的收发功能。

本发明的技术方案如下：一种移动终端协议软件中无线资源调度的实现过程，其包括以下步骤：

步骤一、移动终端开机上电时候，首先正常驻留到一个小区中，并且在该小区中完成注册过程，最终进入到空闲模式，等待网络或移动终端发起业务请求；

步骤二、网络分配无线资源过程。终端或者网络发起业务请求，触发终端RRC层进行随机接入过程，网络将根据终端请求的业务类型，给终端分配对应的无线资源，同时给定具体的无线资源激活时间；

步骤三：RRC层配置无线资源过程。终端RRC模块收到无线资源以及无线资源激活时间，RRC层使用MAC_RB_CONFIG_REQ将具体的无线资源以及激活时间配置到MAC层。该MAC_RB_CONFIG_REQ信号中包括无线资源具体的频率(简称：Frequency)、时隙(简称：Ts)参数，以及无线资源激活时间(简称：activeTime)，物理层资源信道标识(简称：physicalChannelId)。

步骤四：MAC层调度无线资源过程。MAC层根据配置的无线资源激活时间，使用MAC_SCHEUDLE_REQ信号通知SCHEUDLE模块，在无线资源激活时间到的时候，SCHEUDLE模块再通知MAC层进行无线资源数据传输调度。在MAC_SCHEUDLE_REQ信号中包括了SCHEUDLE模块发送MAC_SCHEUDLE_IND时间、信道类型(简称：ChannelType)以及物理层资源信道标识(简称：physicalChannelId)。

SCHEDULE模块收到MAC_SCHEUDLE_REQ信号之后，每当终端帧计数变化的时候，SCHEDULE模块通过比较MAC_SCHEUDLE_REQ中请求时间来判断是否时间到时。如果时间到时，则发送MAC_SCHEDULE_IND到MAC层，否则继续等待。

SCHEUDLE模块可以收到多个MAC_SCHEUDLE_REQ信号，所以在SCHEUDLE模块中，将采用SCHEUDLE_QUEUE队列的方式保存来自MAC层的时间调度请求。在实际设计中，如果MAC层出现异常，需要停止已经发送的MAC_SCHEDULE_REQ原语，MAC可以调用SCHEDULE模块函数，清除SCHEUDLE_QUEUE该队列即可。

步骤五：物理层建立信道过程。MAC层收到来自SCHEUDLE模块的激活时间调度指示信号，则使用MAC_PHY_DCH_SETUP_REQ信号将无线资源配置到物理层，等待物理层进行无线信道建立。在MAC_PHY_DCH_SETUP_REQ原语中，包括了物理资源的频点、时隙，信道类型以及物理信道标识。

MAC发送MAC_PHY_DCH_SETUP_REQ原语到物理层，一次可以配置一条或多条物理层信道。

步骤六：物理层反馈信道建立情况。物理层使用MAC_PHY_DCH_SETUP_CNF上报无线资源信道建立完成到MAC层，MAC层将根据无线资源类型进行时间调度控制。在MAC_PHY_DCH_SETUP_CNF原语中包括了physicalChannelId.

如果网络分配的无线资源是DCH信道，那么MAC层将自动收到来自SCHEDLE模块的调度指示信号，则发送一个调度请求到SCHEDULE模块，SCHEDULE模块在下一帧到来时刻发送DCH调度指示到MAC层。

如果网络分配的无线资源是PDCH信道，那么MAC层将根据PDCH动态调度时间发送调度请求到SCHEDULE模块。

步骤七：MAC层发送数据过程。MAC层收到SCHEUDLE模块的MAC_SCHEUDLE_IND原语，在该原语中，如果收到的是DCH信道指示，则在规划的DCH信道上发送数据，如果收到的是PDCH信道指示，则在规划的PDCH信道上的发送数据。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明首先将无线资源激活时间以及无线资源规划调度进行统一实现，简化了协议栈的设计。其次，规划无线资源调度的时候，取消了原来需要帧定时器发送规划调度时基到MAC层，改为根据MAC层有调度需求的时候，才发送调度时基给MAC层，大大降低了发送帧中断调度信号到MAC层的频度。然后，使无线资源激活时间、DCH信道调度、PDCH信道调度上更加灵活方便。

附图说明

图1是现有技术中移动终端开机到启动无线资源数据传输过程；

图2是本发明优选实施例的移动终端调度模块框架图；

图3是本发明优选实施例无线资源激活时间的实现方法；

图4是本发明优选实施例DCH信道无线资源调度实现方法；

图5是本发明优选实施例PDCH信道无线资源调度实现方法。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

本发明提出了一种解决移动终端处理无线资源激活时间以及无线资源调度规划的方法。该发明基本思想是将无线资源激活时间和无线资源调度控制进行统一处理，由MAC层进行时间规划，然后发送规划调度信号到专用调度控制(简称：SCHEDULE)模块，专用调度控制模块等时间到之后，再通知MAC层，由MAC层进行具体的任务处理。

该发明具体的实现框架如图2所示，无线资源控制(简称RRC)模块主要完成无线资源的分配和协调；媒体接入控制模块(简称MAC模块)完成无线资源映射、无线资源调度、以及无线资源调度规划。通过专用调度控制模块(简称：SCHEDULE模块)，提供调度时基到高层协议栈。专用调度控制模块初始时基来自终端无线帧中断信号。物理层(简称：PhysicalLayer层)主要完成空中接口上无线信号的收发功能。MAC层的调度规划时间颗粒度可以和帧长相同，也可以不同。如果MAC的时间规划颗粒度和帧长不同，那么根据设计将帧长度划分成多个微帧长度。最后，MAC无线资源规划和SCHEUDLE模块调度时基都将采用微帧进行调度。

MAC层进行规划调度的时候，考虑到协议栈处理时间，可以请求SCHEUDLE模块提前一定时间量通知MAC模块，具体的时间提前量由不同的协议栈平台确定。

该发明具体工作流程如下：

步骤一：正常开机注册过程。终端开机之后，正常驻留到一个小区中，并且进入到空闲模式，完成了附着过程，等待网络或是终端发起业务请求。

步骤二：网络分配无线资源过程。终端或者网络发起业务请求，触发终端RRC层进行随机接入过程，网络将根据终端请求的业务类型，给终端分配对应的无线资源，同时给定具体的无线资源激活时间。

在实际的移动软件设计中，该发明首相将无线资源激活时间以及无线资源规划调度进行统一实现，简化了协议栈的设计。其次，规划无线资源调度的时候，取消了原来需要帧定时器发送规划调度时基到MAC层，改为根据MAC层有调度需求的时候，才发送调度时基给MAC层，大大降低了发送帧中断调度信号到MAC层的频度。然后，使无线资源激活时间、DCH信道调度、PDCH信道调度上更加灵活方便。

具体实施例一：

为了更加清晰说明该发明在具体GMR移动终端产品中的应用，首先举例说明该发明关于无线资源激活时间的实现方法，其实现软件框架如图2所示，整个软件架构是运行在一个实时操作系统上，在该实施例中采用RTOS-NucleusPLUS。具体流程如图3所示：

步骤1：终端发起业务过程或是网络发起业务过程。首先，终端进行随机接入过程；然后网络为业务分配无线资源。具体可以使用立即指配(immediate assignment)消息、无线承载建立(简称：RADIO BEARER SETUP)消息、无线资源重配(简称：RADIO BEARERRECONFIGURATION)消息或是小区更新证实(简称：CELL UPDATE CONFIRM)消息。

步骤2、3：终端无线资源控制模块(简称RRC)收到无线资源分配消息，解析该消息中具体的内容，其中网络将可选携带无线资源激活时间(简称：Activation Time)，具体无线资源启用的19比特的无线帧号。最后RRC使用MAC_DCH_CONFIG_REQ原语将无线资源和激活时间配置到MAC层。

步骤4、5：MAC层收到来自RRC的MAC_DCH_CONFIG_REQ无线资源配置原语，保存新的无线资源参数，并且将使用MAC_SCHEDULE_REQ配置到SCHEDULE模块，在MAC_SCHEDULE_REQ中指明该请求属于无线资源激活时间请求。在无线资源激活时间未到之前，终端依然在原来的无线资源上进行收发处理。

如果网络配置的无线资源没有激活时间，那么无线资源将立即起效，也就是MAC层不需要发送MAC_SCHEDULE_REQ信道到SCHEDULE模块，而是立即将新物理资源配置到物理层。

步骤6、7：在SCHEUDLE模块中，将来自MAC层的MAC_SCHEDULE_REQ的请求保存在一个SCHEDULE队列中，采用单向链表进行管理，链表每个节点保存有MAC请求的原因以及具体帧号。每次帧中断到来的时候，检查在SCHEDULE队列中是否存在过期的调度请求，如果存在，则通知MAC层进行异常处理。如果存在正常的调度请求到，那么SCHEDULE模块使用MAC_SCHEDULE_IND指示MAC层。该MAC_SCHEDULE_IND原语中指明MAC请求的原因。

在SCHEDULE模块中，检查SCHEDULE队列的最小时间间隔是无线帧的帧长，在实际设计中，也可以采用更小的时间间隔。

为了提供SCHEDULE模块的响应和处理速度，在SCHEDULE模块中不能使用内存申请和释放，如果判定SCHEDULE队列中存在MAC请求时间到，则直接发送消息到操作系统队列中，该消息使用的内容，在系统初始化的时候预先分配完成，在MAC层收到和处理完MAC_SCHEDULE_IND消息也不释放该信号占用的内容。

进一步，由于SCHEDULE模块和MAC模块属于不同实时操作系统进程，将存在SCHEDLE模块在同一帧内发送多个MAC_SCHEDULE_IND的情况，所以在SCHEDULE模块初始化中，需要预先分配多个MAC_SCHEDULE_IND信号，在该实施例中分配8个。SCHEDULE模块则依次轮流使用MAC_SCHEDULE_IND通知MAC层。

步骤8、9：MAC层收到正常MAC_SCHEDULE_IND原语，并且指明是无线资源激活时间请求，则将删除原来的物理资源，将新物理资源配置物理层。

以上几个步骤就是使用该发明方法完成无线资源激活时间控制的整个过程。

具体实施例二：

该发明也可以使用在DCH无线信道的资源调度上，其实现软件框架如图2所示，整个软件架构是运行在一个实时操作系统上，在该实施例中采用RTOS-NucleusPLUS。具体流程如图4所示：

步骤1、2：终端进行业务过程中，并且网络在无线资源建立或是重配的时候，分配了DCH信道资源。根据实例1的描述，MAC收到了SCHEDULE模块的MAC_SCHEUDLE_IND原语，并且指明是无线资源激活请求，

步骤3、4：MAC层立即配置物理信道，并且组装业务数据块(简称：RLC/MAC块)，使用MAC_PHY_DCH_DATA_REQ原语发送给物理层，物理层在该DCH信道上发送给网络。在MAC_PHY_DCH_DATA_REQ原语中指明具体的物理信道参数，包括频点、信道类型、调制方式，以及该信道需要发送的RLC/MAC数据块。

步骤5：MAC发送MAC_PHY_DCH_DATA_REQ原语之后，发送MAC_SCHEDULE_REQ原语到SCHEDULE模块，请求下一帧的DCH调度。在MAC_SCHEDULE_REQ原语中DCH信道标识，以及具体帧号时间。

以上几个步骤就是使用该发明方法完成DCH无线信道的调度过程。

具体实施例三：

该发明也可以使用在PDCH无线信道的资源调度上，PDCH无线资源和DCH无线资源的最大差异在于DCH分配无线资源是固定的，并且是周期性，但是PDCH无线资源则是上行方向是通过动态调度来完成，下行是通过共享物理信道来实现，其实现软件框架如图2所示，整个软件架构是运行在一个实时操作系统上，在该实施例中采用RTOS-NucleusPLUS。具体流程如图5所示：

步骤1：终端进行业务过程中，并且网络在无线资源建立或是重配的时候，分配了PDCH信道资源。根据实例1的描述，MAC收到了SCHEDULE模块的MAC_SCHEUDLE_IND原语，并且指明是无线资源激活请求。

步骤2：MAC收到来自SCHEDULE模块的MAC_SCHEUDLE_IND原语之后，则发送MAC_PHY_PDCH_SETUP_REQ原语进行PDCH物理信道配置。在该原语中指明了PDCH信道的物理层参数。

步骤3、4：在物理层收到MAC_PHY_PDCH_SETUP_REQ，监视下行PDCH信道，并且将收到的动态调度信息(简称：PUI信息)，通过MAC_PHY_PUI_INFO_IND上报给MAC层。

步骤5：MAC层使用MAC_PHY_PUI_INFO_IND原语中PUI信息中的USF(上行链路状态标志，简称：USF标识)参数，搜索网络是否动态调度本终端的上行PDCH资源。如果USF和终端保存上行PDCH的USF相同，则表明网络动态调度了该上行PDCH无线资源。

步骤6：网络动态调度了PDCH信道，则MAC层根据调度计算具体的无线资源启用时间，通过MAC_SCHEDULE_REQ原语发送到SCHEDULE模块。在MAC_SCHEDULE_REQ原语中含有PDCH信道标识，以及具体帧号时间。

步骤7：SCHEUDLE模块监视PDCH的无线资源启用时间是否到，如果启用时间到，则发送MAC_SCHEDULE_IND到MAC层。在该原语中指明了请求的PDCH信道标识。

步骤8，9：MAC层根据PDCH信道特点，即信道类型以及调制编码方式(简称：MCS),组装RLC/MAC数据，通过MAC_PHY_PDCH_DATA_REQ信号发送到物理层，与此同时，规划下一块无线资源的调度，通过MAC_SCHEDULE_REQ原语发送到SCHEDULE模块。

以上几个步骤就是使用该发明方法完成PDCH无线信道的调度过程。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种移动终端协议软件中无线资源调度的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

101、涉及无线资源调度的模块包括无线资源控制RRC模块、媒体接入控制MAC模块、专用调度控制SCHEDULE模块及终端物理层；其中无线资源控制RRC模块主要完成无线资源的分配和协调；媒体接入控制MAC模块完成无线资源映射、无线资源调度、以及无线资源调度规划；专用调度控制SCHEDULE模块用于提供调度时基到高层协议栈；专用调度控制SCHEDULE模块初始时基来自终端无线帧中断信号；终端物理层主要完成空中接口上无线信号的收发功能；

102、移动终端开机上电时，首先正常驻留到一个小区中，并且在该小区中完成注册过程，最终进入到空闲模式，等待网络或移动终端发起业务请求；

103、网络分配无线资源给步骤102中的移动终端；RRC层根据网络分配给移动终端的无线资源进行无线资源配置到MAC层；

104、MAC层对无线资源进行调度控制，具体为：MAC层根据配置的无线资源激活时间，使用MAC_SCHEUDLE_REQ信号通知专用调度控制SCHEDULE模块，在无线资源激活时间到的时候，SCHEUDLE模块再通知MAC层进行无线资源数据传输调度；SCHEDULE模块收到MAC_SCHEUDLE_REQ信号之后，每当移动终端帧计数变化的时候，SCHEDULE模块通过比较MAC_SCHEUDLE_REQ中的请求时间来判断时间是否到时，如果时间到时，则发送MAC_SCHEDULE_IND到MAC层，否则继续等待；

105、根据无线资源启用时间，MAC层启动物理层建立信道过程，具体为；

MAC层收到来自SCHEUDLE模块的激活时间调度指示信号，则使用MAC_PHY_DCH_SETUP_REQ信号将步骤103分配的无线资源配置到物理层，等待物理层进行无线信道建立，在MAC_PHY_DCH_SETUP_REQ信号的原语中，包括了物理资源的频点、时隙，信道类型以及物理信道标识；

106、物理层反馈信道建立，物理层使用MAC_PHY_DCH_SETUP_CNF上报无线资源信道建立完成到MAC层，MAC层将根据无线资源类型进行时间调度控制，在MAC_PHY_DCH_SETUP_CNF原语中包括了physicalChannelId；

107、MAC层发送数据过程：MAC层收到SCHEUDLE模块的MAC_SCHEUDLE_IND原语，在该原语中，如果收到的是DCH信道指示，则在规划的DCH信道上发送数据，如果收到的是PDCH信道指示，则在规划的PDCH信道上发送数据。

2.根据权利要求1所述的一种移动终端协议软件中无线资源调度的实现方法，其特征在于：终端RRC模块收到无线资源以及无线资源激活时间，RRC层使用MAC_RB_CONFIG_REQ将具体的无线资源以及激活时间配置到MAC层，该MAC_RB_CONFIG_REQ信号中包括无线资源具体的频率、时隙参数，以及无线资源激活时间，物理层资源信道标识。