CN105282848A

CN105282848A - 一种资源调度方法和装置

Info

Publication number: CN105282848A
Application number: CN201410309485.2A
Authority: CN
Inventors: 左雯; 鲁晓牧; 王宁; 陈雨辰; 刘贵忠
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-27
Also published as: WO2016000366A1

Abstract

本发明公开了一种资源调度方法，包括：根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类；根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；分别计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值，计算所得各用户终端的调度指标取值形成调度矩阵；在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的资源块(RB)分配给所选的用户终端。本发明还公开了一种资源调度装置。

Description

一种资源调度方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种资源调度方法和装置。

背景技术

持续增高的网络传输速率和日益提高的无线终端性能为提供高质量视频服务提供了可能。在当今无线网络中，视频数据已经成为一种主要的数据来源。为了满足这种需求，第三代合作伙伴计划(3GPP，3rdGenerationPartnershipProject)提出了长期演进(LTE，LongTermEvolution)标准。这种标准的物理层基于正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)传输技术实现，并采用了多输入多输出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Output)等多种传输增强技术，可以有效的提高物理层的传输速率。具体来说，LTE中上行传输速率可以达到50Mbit/s，下行可以达到100Mbit/s。

然而，由于无线信道的固有特性，信道质量会随时间波动。这种波动最终会影响到应用层的有效数据传输速率。当应用层数据传输速率不能满足视频连续播放的所需码率时，视频流的播放会出现中断。频繁或长时间的视频播放中断会严重影响视频流用户得到的服务体验(QoE，QualityofExperience)。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明期望提供一种资源调度方法和装置。

本发明提供的一种资源调度方法，所述方法包括：

根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类；

根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；

根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；

分别计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值，计算所得各用户终端的调度指标取值形成调度矩阵；

在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的资源块RB分配给所选的用户终端。

其中，在将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端后，所述方法还包括：

更新所选的用户终端的视频播放缓存信息，并根据更新后的视频播放缓存信息，对所选的用户终端进行重新分类。

其中，在对所选的用户终端进行重新分类后，所述方法还包括：

判断网络中是否还有未分配的RB，如果有，则重新执行所述根据用户终端的分类结果确定网络的工作状态、以及后续流程；如果无，则结束流程。

其中，所述根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类，包括：

将用户终端的视频播放缓存的视频帧数与预设的第一门限和第二门限进行比较，如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数小于第一门限，则将对应的用户终端分入第一集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第一门限、且小于第二门限，则将对应的用户终端分入第二集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第二门限，则将对应的用户终端分入第三集合。

其中，所述根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态，包括：

当所述第一集合不为空时，确定网络处于第一状态；

当所述第一集合为空、且第二集合不为空时，确定网络处于第二状态；

当所述第一集合和第二集合都为空时，确定网络处于第三状态。

其中，所述根据网络的工作状态，确定相应的调度集包括：

网络处于第一状态时，确定相应的调度集为所述第一集合；网络处于第二状态时，确定相应的调度集为所述第二集合；网络处于第三状态时，确定相应的调度集为所述第三集合。

其中，通过以下方式确定调度集相对应的调度指标：

其中，r(k,n)表示调度集中第k个用户终端在第n个RB上的传输能力，r_min(k)表示用户终端需要保证播放过程连续所需的最低平均传输码率，RS(k)表示帧F(k)正确解码所需要的视频信息的大小，F(k)表示调度集中第k个用户终端还未解码的所有视频帧中最紧急的帧，示用户终端k的缓存中视频数据能够支撑的连续播放时间，B(k)表示调度集中第k个用户终端的视频播放缓存信息。

其中，通过以下方式计算调度集中的用户终端的调度指标取值：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

其中，S表示调度集，表示当前可以使用的RB集合；M(k,n)表示调度集中的第k个用户终端在第n个RB上的调度指标取值；FI(k)表示公平性参数，用以表征用户终端之间的公平性，IT(k)表示第k个用户终端的过去总中断时长；*表示相乘。

其中，所述在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端，包括：

将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

其中，*表示相乘。

本发明提供的一种资源调度装置，所述装置包括：

分类单元，用于根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类；

状态确定单元，用于根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；

调度集和调度指标确定单元，用于根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；

调度指标取值计算单元，用于分别计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值，计算所得各用户终端的调度指标取值形成调度矩阵；

分配单元，用于在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的资源块RB分配给所选的用户终端。

其中，所述装置还包括更新单元，用于在所述分配单元将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端后，所述更新单元更新所选的用户终端的视频播放缓存信息，并通知所述分类单元根据更新后的视频播放缓存信息，对所选的用户终端进行重新分类。

其中，所述装置还包括判断单元，用于在所述分类单元对所选的用户终端进行重新分类后，所述判断单元判断网络中是否还有未分配的RB，并在判断结果为有时，通知所述状态确定单元、调度集和调度指标确定单元、调度指标取值计算单元、分配单元；

所述状态确定单元重新根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；所述调度集和调度指标确定单元重新根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；所述调度指标取值计算单元重新计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值；所述分配单元重新在调度指标取值形成的调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端；

直至网络中的所有RB都分配完毕。

其中，所述分类单元进一步用于，将用户终端的视频播放缓存的视频帧数与预设的第一门限和第二门限进行比较，如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数小于第一门限，则将对应的用户终端分入第一集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第一门限、且小于第二门限，则将对应的用户终端分入第二集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第二门限，则将对应的用户终端分入第三集合。

其中，所述状态确定单元进一步用于，在所述第一集合不为空时，确定网络处于第一状态；在所述第一集合为空、且第二集合不为空时，确定网络处于第二状态；在所述第一集合和第二集合都为空时，确定网络处于第三状态。

其中，所述调度集和调度指标确定单元进一步用于，在网络处于第一状态时，确定相应的调度集为所述第一集合；在网络处于第二状态时，确定相应的调度集为所述第二集合；在网络处于第三状态时，确定相应的调度集为所述第三集合；

并通过以下方式确定调度集相对应的调度指标：

其中，调度指标取值计算单元进一步用于，通过以下方式计算调度集中的用户终端的调度指标取值：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

其中，所述分配单元进一步用于，将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

其中，*表示相乘。

本发明所提供的一种资源调度方法和装置，综合考虑了每个用户终端在RB上的信道质量、用户终端播放缓存中的视频帧数和用户之间的公平性等因素，既可以有效地避免视频播放中断的发生或缩短中断的持续时间，还能保证系统的频谱效率不发生明显下降。

附图说明

图1为本发明实施例的一种资源调度方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种资源调度装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中六种算法在用户请求视频码率差异较大的情况下的平均中断时长对比图；

图4为本发明实施例中六种算法在用户请求视频码率差异较小的情况下的平均中断时长对比图；

图5为本发明实施例中六种算法下每个用户随播放帧数的累积中断时长图；

图6为本发明实施例中六种算法下系统吞吐量随时间的变化图；

图7为本发明实施例的算法采用不同的缓存信息反馈周期的性能图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

作为一个具体的LTE网络，其中包括一个基站和K个视频流用户，基站可以分配的RB数目为N。用户终端通过基站向核心网请求视频流服务，视频数据到达基站后会首先被存入用户对应的发送缓存，然后根据基站调度的结果，被发送给用户终端。为了方便传输，视频数据在网络中是被切分成多个小数据包进行传输的。本发明实施例假设只有一个视频帧的所有数据包都被正确接收时，该视频帧才能被成功解码并放入播放缓存等待播放。

假设网络中用户都是在时间0发出视频流服务请求。本发明实施例中的时间是以传输时间间隔(TTI，TransmissionTimeInterval)为单位计算的，那么可以定义用户终端k在时刻t时的累积中断时长表示为：

IT (k, t) = \{\begin{matrix} IT (k, t - 1) + 1 & if & B (k, t) = 0 \\ IT (k, t - 1) & if & B (k, t) &NotEqual; 0 \end{matrix}

其中，IT(k,t)表示用户终端k在时刻t时的累积中断时长，IT(k,t-1)表示用户终端k在时刻t-1时的累积中断时长，B(k,t)表示用户终端在时刻t上报的缓存中待播放的视频帧数。由于算法中只考虑当前时刻的缓存状态，所以后文以B(k)代替B(k,t)。当B(k,t)＝0时，说明用户终端在时刻t上报的缓存中待播放的视频帧数为0，待播放的视频帧为空，那么在时刻t视频流的播放会中断，此时累积的IT(k,t)需要在IT(k,t-1)的基础上加1；当B(k,t)≠0时，说明用户终端在时刻t上报的缓存中待播放的视频帧数不为0，待播放的视频帧不为空，那么在时刻t视频流的播放不会中断，此时累积的IT(k,t)不需在IT(k,t-1)的基础上加1，IT(k,t)与IT(k,t-1)相等。

那么，本发明实施例的优化目标即可以表示为：

也就是说，实施本发明实施例的目的是为了使IT_k尽量达到最小化，即使用户终端k的累积中断时长尽量最小化，从而有效地避免视频播放中断的发生或缩短中断的持续时间。

为达上述目的，本发明实施例提供了一种资源调度方法，如图1所示，该方法主要包括：

步骤101，根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类。

用户终端的视频播放缓存信息，主要是指用户终端的视频播放缓存中的视频帧数；用户终端可以周期性的上报各自的视频播放缓存信息。

本发明实施例提出两个门限B_DownTH和B_UpTH，其中，B_DownTH表示设定的播放缓存下限，简称第一门限，B_UpTH表示设定的播放缓存上限，简称第二门限。本发明实施例中，将各用户终端的上报的视频播放缓存中的视频帧数与所述B_DownTH和B_UpTH进行比较，并根据比较结果对用户终端进行分类。具体可以根据比较结果将用户终端分入以下三个集合中：

S_D＝{k|B(k)<B_DownTH}

S_M＝{k|B_DownTH≤B(k)≤B_UpTH}

S_U＝{k|B(k)>B_UpTH}

其中，B(k)表示用户终端k的视频播放缓存信息，即用户终端k的视频播放缓存中的视频帧数。

第一集合S_D为B(k)<B_DownTH的用户终端的集合，即将B(k)小于B_DownTH的用户终端分入第一集合S_D中，第一集合S_D中的用户终端的B(k)小于B_DownTH，表示第一集合S_D中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数很少，所述第一集合S_D中的用户终端存在播放过程中断的可能性很大；

第二集合S_M为B_DownTH≤B(k)≤B_UpTH的用户终端的集合，即将B(k)大于等于B_DownTH、且小于等于B_UpTH的用户终端分入第二集合S_M中，第二集合S_M中的用户终端的B(k)大于等于B_DownTH、且小于等于B_UpTH，表示第二集合S_M中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数较少，所述第二集合S_M中的用户终端存在播放过程中断的一定可能性，但可能性比第一集合S_D中的用户终端小；

第三集合S_U为B(k)>B_UpTH的用户终端的集合，即将B(k)大于B_UpTH的用户终端分入第三集合S_U中，第三集合S_U中的用户终端的B(k)大于B_UpTH表示第三集合S_U中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数较多，第三集合S_U中的用户终端在一段时间内不会出现播放过程的中断。

步骤102，根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态。

根据网络内的用户终端在各类(即前述第一集合S_D、第二集合S_M、第三集合S_U)中的分布情况，确定当前网络的工作状态，以便采取不同的调度策略。具体的网络工作状态可以分为：

Casea：

Casea表示第一状态，当第一集合S_D不为空时，确定网络处于第一状态下，第一状态表示S_D中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数很少，S_D中的用户终端即将或已经出现播放过程的中断，为了提高视频流用户的服务体验，此种情况下的调度优化目标是避免播放中断的出现或减少播放中断的持续时间；

Caseb：and

Caseb表示第二状态，当第一集合S_D为空、且第二集合S_M不为空时，确定网络处于第二状态下，第二状态表示S_M中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数较少，S_M中的用户终端易于出现播放过程的中断，此种情况下的调度优化目标是一方面要避免播放中断的出现，另一方面要保证系统频谱效率不会因为单一考虑用户体验而出现严重下降；

Casec：and

Casec表示第三状态，当第一集合S_D为空、且第二集合S_M也为空时，确定网络处于第三状态下，第三状态表示网络中的所有用户终端都属于第三集合S_U中，即第三集合S_U中的用户终端的视频播放缓存中的视频帧数都较大，一段时间不会出现播放过程的中断，此种情况下的调度优化目标是提高系统频谱效率。

步骤103，根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标。

在网络处于不同工作状态下的调度集为：

S = \{\begin{matrix} S_{D}, & Case a \\ S_{M}, & Case b \\ S_{U}, & Case c \end{matrix}

也就是说，当网络处在第一状态Casea时，确定的相应调度集为第一集合S_D；当网络处在第二状态Caseb时，确定的相应调度集为第二集合S_M；当网络处在第三状态Casec时，确定的相应调度集为第三集合S_U。

与所述调度集相对应的调度指标为：

m (k, n) = \{\begin{matrix} r_{\min} (k), & Case a \\ r (k, n) + (1 - e^{- (r (k, n) - r_{\min} (k))}), & Case b \\ r (k, n), & Case c \end{matrix}

也就是说，当网络处在第一状态Casea时的调度指标为r_min(k)，r_min(k)针对第一集合S_D中的用户终端；当网络处在第二状态Caseb时的调度指标为针对第二集合S_M中的用户终端；当网络处在第三状态Casec时的调度指标为r(k,n)，r(k,n)针对第三集合S_U中的用户终端。

其中，r(k,n)表示第k个用户终端在第n个RB上的传输能力(即传输码流)；r_min(k)表示用户终端需要保证播放过程连续所需的最低平均传输码率，可以表示为假设F(k)是用户终端k还未解码的所有视频帧中最紧急的帧，RS(k)表示帧F(k)正确解码所需要的视频信息的大小(单位是比特数或字节数)，为经验值，表示用户终端k的缓存中视频数据能够支撑的连续播放时间，FR表示帧率，是系统初始化时的已知变量。

步骤104，分别计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值，计算所得各用户终端的调度指标取值形成调度矩阵。

以S_ava表示当前可以使用的RB集合，对k∈S,n∈S_ava计算调度指标，调度指标的计算方法为：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

其中，S表示调度集，M(k,n)表示调度集中的第k个用户终端在第n个RB上的调度指标的取值；FI(k)表示公平性参数，用以表征用户终端之间的公平性，IT(k)表示第k个用户终端的过去总中断时长；

m (k, n) = \{\begin{matrix} r_{\min} (k), & Case a \\ r (k, n) + (1 - e^{- (r (k, n) - r_{\min} (k))}), & Case b \\ r (k, n), & Case c \end{matrix};

*表示相乘。

步骤105，在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端。

具体的，将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

即将FI(k)*m(k,n)最大的第n^*个RB分配给第k^*个用户，其中，用以表征用户终端之间的公平性，IT(k)表示第k个用户终端的过去总中断时长。

步骤106，根据资源分配结果，更新被调度用户终端(即步骤105中所选的用户终端)的视频播放缓存信息，并根据更新后的视频播放缓存信息，对所述用户终端进行重新分类。

当一个RB被分配给用户终端后，需要根据RS(k)和R(k)更新相应用户终端的视频播放缓存信息，其中，R(k)为当前所有分配给用户终端k的RB所能提供的传输能力；如果R(k)>RS(k)，则B(k):＝B(k)+1，B(k):表示更新后的视频播放缓存信息(即更新后的视频播放缓存中的视频帧数)，B(k)表示更新前的视频播放缓存信息(即更新前的视频播放缓存中的视频帧数)。假设F(k)是用户终端k还未解码的所有视频帧中最紧急的帧，RS(k)表示帧F(k)正确解码所需要的视频信息的大小。

步骤107，判断网络中是否还有未分配的RB，如果有，返回步骤102；否则，结束流程。

在执行完网络中一RB的分配后，如果判断网络中还有其他未分配的RB，则按照步骤102～106同样的操作进行下一RB的分配，直到网络中所有的RB都分配完毕。

需要说明的是，本发明实施例的资源调度方法可应用于基站，如可以应用于家庭基站中。

对应本发明实施例的资源调度方法，本发明实施例还提供了一种资源调度装置，如图2所示，所述装置包括：

分类单元10，用于根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类；

状态确定单元20，用于根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；

调度集和调度指标确定单元30，用于根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；

调度指标取值计算单元40，用于分别计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值，计算所得各用户终端的调度指标取值形成调度矩阵；

分配单元50，用于在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端。

较佳的，所述装置还包括更新单元60，用于在分配单元50将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端后，所述更新单元60更新所选的用户终端的视频播放缓存信息，并通知分类单元10根据更新后的视频播放缓存信息，对所选的用户终端进行重新分类。

较佳的，所述装置还包括判断单元70，用于在分类单元10对所选的用户终端进行重新分类后，判断单元70判断网络中是否还有未分配的RB，并在判断结果为有时，通知状态确定单元20、调度集和调度指标确定单元30、调度指标取值计算单元40、分配单元50、更新单元60；状态确定单元20会重新根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；调度集和调度指标确定单元30会重新根据状态确定单元20确定的网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；调度指标取值计算单元40会重新根据调度集和调度指标确定单元30确定的调度集和调度指标，计算调度集中的所有用户终端的调度指标取值；分配单元50会重新在调度指标取值形成的调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端；更新单元60会重新更新所选的用户终端的视频播放缓存信息，并通知分类单元10根据更新后的视频播放缓存信息，对所选的用户终端进行重新分类；

上述各模块执行，直至网络中的所有RB都分配完毕。

较佳的，分类单元10进一步用于，将用户终端的视频播放缓存的视频帧数与预设的第一门限和第二门限进行比较，如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数小于第一门限，则将对应的用户终端分入第一集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第一门限、且小于第二门限，则将对应的用户终端分入第二集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第二门限，则将对应的用户终端分入第三集合。

较佳的，状态确定单元20进一步用于，在所述第一集合不为空时，确定网络处于第一状态；在所述第一集合为空、且第二集合不为空时，确定网络处于第二状态；在所述第一集合和第二集合都为空时，确定网络处于第三状态。

较佳的，调度集和调度指标确定单元30进一步用于，在网络处于第一状态时，确定相应的调度集为所述第一集合；在网络处于第二状态时，确定相应的调度集为所述第二集合；在网络处于第三状态时，确定相应的调度集为所述第三集合；

并通过以下方式确定调度集相对应的调度指标：

较佳的，调度指标取值计算单元40进一步用于，通过以下方式计算调度集中的用户终端的调度指标取值：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

较佳的，分配单元50进一步用于，将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

其中，*表示相乘。

需要说明的是，上述分类单元、状态确定单元20、调度集和调度指标确定单元30、调度指标取值计算单元40、分配单元50、更新单元60和分配单元可以由资源调度装置的中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)、微处理器(MPU，MicroProcessingUnit)、数字信号处理器(DSP，DigitalSignalProcessor)或可编程逻辑阵列(FPGA，Field－ProgrammableGateArray)实现。

需要说明的是，本发明实施例的资源调度装置可应用于基站，如可以应用于家庭基站中。从而，本发明实施例还提供一种包括所述资源调度装置的基站，所述基站中资源调度装置的内部结构和功能参见前述实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的针对LTE网络下视频流的资源调度方法和装置，首先给出了最小化网络中所有用户终端播放中断时间和的优化目标式，并根据此目标确定用户的调度顺序和无线资源的分配策略。根据用户终端周期性反馈的播放缓存信息(具体为播放缓存中待播放的视频帧数)，可以将用户终端分成三类：即将或已经出现播放中断的用户终端；有较大概率出现播放中断的用户终端和短期内不会出现播放中断的用户终端。网络中三类用户终端的分布情况可以用来说明当前网络的工作状态。为了有效提高网络中视频流用户的QoE，所采用的策略会根据不同的网络状态动态调整。

具体来说，网络状态可以分为三类：a.网络中存在视频播放过程即将或已经出现中断的用户终端，b.网络有部分用户终端的缓存中视频帧数较少，有较高概率出现播放过程中断，c.网络中所有用户终端的缓存视频帧数都较大，能够有效抵抗网络传输能力的波动，一段时间内不会出现播放过程的中断。在每一种情况下，都会确定具体的调度集合和调度指标。

然后，对于调度集中的每一个用户终端计算其在每一个可用RB上的调度指标值，形成调度矩阵。接着，在调度矩阵中搜索具有最大调度指标值的用户终端和对应的RB，并将该RB分配给该用户终端。之后，需要根据分配情况更新该用户终端的播放缓存信息。

重复上述过程，直至网络中所有的RB都被分配，进而结束该过程。

最后，根据分配结果，本发明实施例中可以采用先入先出(FIFO，FirstInFirstOut)的方式进行队列包调度。

本发明实施例的资源调度方法和装置，综合考虑了每个用户终端在RB上的信道质量、用户终端播放缓存中的视频帧数和用户之间的公平性等因素，既可以有效地避免视频播放中断的发生或缩短中断的持续时间，还能保证系统的频谱效率不发生明显下降。

下面给出本发明实施例的仿真设置和实验结果分析。

1、小区仿真参数设置

网络中随机生成用户位置、移动速度(0，3km/h)和用户使用的业务类型，其中，宏基站用户上随机生成语音或数据业务，家庭基站用户随机生成数据或视频业务。对于数据业务用户，在(0，10M)区间内随机生成其所需下载数据量的大小，精确到1k。对于视频用户，其动态因子α_i在集合{2，5，10，15}内随机选取，编码速率REQ_i在集合{0.8Mbps，0.9Mbps，1Mbps，1.1Mbps，1.2Mbps}中随机选取。对于宏小区的仿真测试环境参照TR25.814协议实现，家庭基站的仿真测试环境采用TS36.814中对于家庭基站的仿真环境设置，详细的仿真参数设置如表2、表3、表4所示。实验结果中，现存的算法为MOSMax算法，本发明实施例对应的算法为proposed算法。

表1LTE网络仿真参数对照表

参数

设定值

RB数目	10
		物理层传播模型	Macro-Cell Urban Mode
可选调制方式	QPSK，16QAM，64QAM
		可选Turbo编码码率	1/2，3/4
基站总发射功率	43dbm，平均分配在每个RB上
		CQI反馈模式	全频带CQI
CQI反馈周期	1TTI

表2视频流仿真参数对照表

参数	设定值
		视频编码软件及版本	JM16.2
帧率	30帧/秒
		GOP长度	12帧
视频序列长度	3000帧
		播放缓存上限B_UpTH	6帧
播放缓存下限B_DownTH	2帧

表3视频流请求配置表1

	视频序列	分辨率	量化参数	比特率(kbps)
					用户1	Highway	CIF	28	266.936
用户2	Coastguard	QCIF	28	220.0776
					用户3	Highway	CIF	29	223.1672
用户4	Foreman	CIF	32	235.1504
					用户5	Highway	QCIF	28	90.552
用户6	Coastguard	QCIF	32	113.6112

表4视频流请求配置表2

	视频序列	分辨率	量化参数	比特率(kbps)
					用户1	Highway	CIF	28	266.936
用户2	Foreman	CIF	32	235.1504
					用户3	Highway	CIF	29	223.1672
用户4	Foreman	CIF	32	235.1504
					用户5	Highway	CIF	32	137.1416
用户6	Highway	CIF	31	162.3952

2、实验结果和分析

图3比较了在视频流请求配置表1所示环境下采用六种算法时各自的总中断时长，这六种算法分别是：RR(轮询)算法、MAXCI(最大载干比)算法、PF(比例公平)算法、RG(均衡)算法、PB算法、以及本发明实施例提出的PBA算法。从图3中可以看出，RR可以有效保证用户之间资源分配的公平性，但是因为所请求的视频序列不同，同时每个用户的信道质量也不同，造成了用户得到的服务质量出现了较大差异。其中，请求大码率视频或者信道质量差的用户在观看视频时会出现更长的播放中断。相较于RR，MAXCI会放大信道质量差异对于用户服务体验的影响：信道条件好的用户几乎没有发生中断，而信道条件较差的用户几乎没有机会获得资源的使用权，带来了很大的等待时长。PF算法在前四个用户(请求相近码率的视频序列)中表现出较好的公平性，但对于最后两个请求码率较小视频的用户，表现出了明显的偏袒。RG算法通过考虑每个视频流具体的传输速率需求，可以有效避免PF算法的缺陷，能够获得不错的性能；然而，RG保证的是长期的传输速率，并没有考虑视频流畅播放的实时码率要求，仍然会造成视频播放出现中断。PB考虑了缓存的实时状态，可以更好的满足视频流畅播放的实时码率需求。但PB考虑缓存内数据是以bit为单位，而并不是以视频帧为单位，这样会使PB与PF有相同的缺陷，即会对小码率用户造成偏袒。

从图3中可以看出，本发明实施例提出的PBA算法，能够得到很好的性能，不仅能够有效降低中断时长，还能够保证用户之间的公平性。

图4比较了在视频流请求配置表2所示环境下采用六种算法时各自的总中断时长。由于此种配置条件下，用户请求的码率差异较小，所以性能提升不如配置1环境下明显。但从图4中仍可以看出，PBA的性能仍然优于其他对比算法的。

图5说明了在视频流请求配置表1所示环境下，采用六种算法时各个用户的随播放时间的累积中断时长。RR算法中，各用户的中断时间连续增长，说明了RR资源分配的公平性。在MAXCI算法，可以看到明显的资源分配偏向，即信道条件较差的用户等待了很长时间之后才会得到服务。同时，可以看到PF和PB对于小码率用户的偏向。本发明实施例提出的PBA算法可以保证各用户得到服务的公平性，并将中断时间控制在一个较低的水平上。

图6说明了在视频流请求配置表1所示环境下，六种算法的吞吐量情况。可见，虽然PBA的吞吐量性能不如MAXCI，PF和RR，但比RG和PB要好。这个结果可以说明，PBA在保证用户QoE的同时，并没有使系统的吞吐量严重下降。

图7说明了采用不同的缓存状态反馈周期时，PBA算法的性能变化。因为视频播放的帧率通常选为30帧/秒或更低，那么，一帧播放的时长就是33ms或更长。相对于CQI反馈周期1ms来说，用户终端播放缓存状态改变是很慢的。这样，为了减少缓存状态信息反馈带来的开销，可以适当放大反馈周期。具体的实验结果可见图7，反馈周期为1个TTI，11个TTI和22个TTI时，性能差异不大。但当超过33个TTI后，就随着反馈周期变长而恶化。所以，缓存反馈周期确实可以选择一个较大的值，以此来减少信令反馈的开销。

综上所述，本发明实施例的资源调度方法和装置，综合考虑了每个用户终端在RB上的信道质量、用户终端播放缓存中的视频帧数和用户之间的公平性等因素，既可以有效地避免视频播放中断的发生或缩短中断的持续时间，还能保证系统的频谱效率不发生明显下降。

与传统的RR算法、MAXCI算法、PF算法和考虑用户缓存信息的PB算法相比，本发明实施例可以有效降低视频流用户观看视频过程中的中断时长，同时还能解决对比算法中对于特定用户的偏袒问题，例如PF和PB会偏袒请求小码率视频的用户，MAXCI会偏袒具有较好信道质量的用户。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种资源调度方法，其特征在于，所述方法包括：

根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类；

根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态；

根据网络的工作状态，确定相应的调度集和调度指标；

2.根据权利要求1所述资源调度方法，其特征在于，在将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端后，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述资源调度方法，其特征在于，在对所选的用户终端进行重新分类后，所述方法还包括：

4.根据权利要求1、2或3所述资源调度方法，其特征在于，所述根据用户终端的视频播放缓存信息，对用户终端进行分类，包括：

5.根据权利要求4所述资源调度方法，其特征在于，所述根据用户终端的分类结果，确定网络的工作状态，包括：

当所述第一集合不为空时，确定网络处于第一状态；

6.根据权利要求5所述资源调度方法，其特征在于，所述根据网络的工作状态，确定相应的调度集包括：

7.根据权利要求6所述资源调度方法，其特征在于，通过以下方式确定调度集相对应的调度指标：

其中，r(k,n)表示调度集中第k个用户终端在第n个RB上的传输能力，r_min(k)表示用户终端需要保证播放过程连续所需的最低平均传输码率，RS(k)表示帧F(k)正确解码所需要的视频信息的大小，F(k)表示调度集中第k个用户终端还未解码的所有视频帧中最紧急的帧，表示用户终端k的缓存中视频数据能够支撑的连续播放时间，B(k)表示调度集中第k个用户终端的视频播放缓存信息。

8.根据权利要求7所述资源调度方法，其特征在于，通过以下方式计算调度集中的用户终端的调度指标取值：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

9.根据权利要求8所述资源调度方法，其特征在于，所述在调度矩阵中选择最大调度指标取值所对应的用户终端，并将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端，包括：

将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

其中，*表示相乘。

10.一种资源调度装置，其特征在于，所述装置包括：

11.根据权利要求10所述资源调度装置，其特征在于，所述装置还包括更新单元，用于在所述分配单元将最大调度指标取值所对应的RB分配给所选的用户终端后，所述更新单元更新所选的用户终端的视频播放缓存信息，并通知所述分类单元根据更新后的视频播放缓存信息，对所选的用户终端进行重新分类。

12.根据权利要求10所述资源调度装置，其特征在于，所述装置还包括判断单元，用于在所述分类单元对所选的用户终端进行重新分类后，所述判断单元判断网络中是否还有未分配的RB，并在判断结果为有时，通知所述状态确定单元、调度集和调度指标确定单元、调度指标取值计算单元、分配单元；

直至网络中的所有RB都分配完毕。

13.根据权利要求10、11或12所述资源调度装置，其特征在于，所述分类单元进一步用于，将用户终端的视频播放缓存的视频帧数与预设的第一门限和第二门限进行比较，如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数小于第一门限，则将对应的用户终端分入第一集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第一门限、且小于第二门限，则将对应的用户终端分入第二集合；如果用户终端的视频播放缓存的视频帧数大于第二门限，则将对应的用户终端分入第三集合。

14.根据权利要求13所述资源调度装置，其特征在于，所述状态确定单元进一步用于，在所述第一集合不为空时，确定网络处于第一状态；在所述第一集合为空、且第二集合不为空时，确定网络处于第二状态；在所述第一集合和第二集合都为空时，确定网络处于第三状态。

15.根据权利要求14所述资源调度装置，其特征在于，所述调度集和调度指标确定单元进一步用于，在网络处于第一状态时，确定相应的调度集为所述第一集合；在网络处于第二状态时，确定相应的调度集为所述第二集合；在网络处于第三状态时，确定相应的调度集为所述第三集合；

并通过以下方式确定调度集相对应的调度指标：

16.根据权利要求15所述资源调度装置，其特征在于，调度指标取值计算单元进一步用于，通过以下方式计算调度集中的用户终端的调度指标取值：

M(k,n)＝FI(k)*m(k,n),k∈S,n∈S_ava

17.根据权利要求16所述资源调度装置，其特征在于，所述分配单元进一步用于，将调度矩阵中满足以下条件的第n^*个RB分配给第k^*个用户：

(k^{*}, n^{*}) = \underset{k &Element; S, n &Element; S_{ava}}{\arg \max} FI (k) * m (k, n)

其中，*表示相乘。