CN107426822A - 一种无线网络中免开销的资源再分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线网络中免开销的资源再分配方法，本发明涉及通信技术领域，在第一次资源分配时，以最大化网络吞吐率、或保证用户资源分配公平性、或保障用户业务QoS为目的进行资源分配，并通过集中式或分布式的方式进行发送，当资源再分配时，根据其所持有的RB情况，动态的改变接收节点，在该RB上发送的数据包的目的地址中，指明该数据包的接收节点已被动态改变，本发明无需将资源再分配的结果下发给接收端节点，节省了信令开销，提高了网络效率，无线网络资源RB的持有节点，根据其业务动态性，将所持有的RB重分配给其他节点，增加无线网络中资源分配的灵活度，在资源利用率、用户间的公平性、用户QoS保障方面取得折中。

Description

一种无线网络中免开销的资源再分配方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种资源再分配方法。

背景技术

无线网络在人们的日常生活中得到了广泛应用，典型的无线网络包括蜂窝网络，比如第二代蜂窝网络2G、第三代蜂窝网络3G、第四代蜂窝网络4G、第五代蜂窝网络5G，无线局域网，比如WiFi网络，无线自组织网络，比如无线Ad Hoc网络。

在无线网络中，可用于承载用户业务的无线资源块(Resource Block，RB)，包括单信道下的时间资源块、多信道下的时频二维资源块、多天线环境和定向环境下的空时频三维资源块。传统的RB资源分配方法包括：(1)基于随机竞争多址接入方式的接入即传输方法，比如基于IEEE 802.11a/b/g/n/ac标准规范无线局域网中的资源使用方法，在这种方法中，RB直接被成功接入网络的节点占用；(2)基于随机竞争多址接入方式或固定多址接入方式的资源分配方法，比如蜂窝网络、基于IEEE 802.11ax标准规范的无线局域网、基于时分多址接入(Time Division Multiple Access，TDMA)的无线自组织网络中的资源使用方法，在这种方法中，RB由中心控制节点集中分配或分布式协调的由多个节点分布式协调分配，之后无线用户根据资源分配的结果进行数据传输，即在这种方法中，无线数据传输通常包括RB分配和用户业务传输两个阶段。

在由中心控制节点集中进行资源分配的方法中，由于用户业务的动态特性，后到达的业务可能会具有较高的优先级，比如非常低的时延容忍度，因此为了保证业务的服务质量(Quality of Service，QoS)，通常需要对已分配的RB进行再次分配，提出了如何进行资源再分配的需求和问题。在多个节点分布式协调进行资源分配的方法中，由于不同节点或链路预约RB的先后顺序不同，有可能造成先预约的节点或链路占用了较多的RB，而后预约的节点或链路只能占用较少的RB、甚至无RB可用的资源分配不公平问题，为了解决这种不公平问题，同样提出了如何进行资源再分配的需求和问题。

为了解决资源再分配问题，现有技术大致可分为三类：(1)每个用户预留一定比例的RB从而应对用户业务的动态性，该方法的缺点是由于用户业务的动态性，如果该用户没有产生相应的业务，则会造成这些预留的RB浪费，从而降低网络效率；(2)限定每个用户分配获得RB的上限从而保证用户间RB占用的公平性，该方法的缺点是同样由于用户业务的动态性，可能会造成业务需求量较大的用户没有足够的RB可用，而业务需求量较小的用户不能充分使用所分配的RB，从而降低了网络效率；(3)根据用户业务动态变化之后的情况，重新进行资源分配，该方法的缺点是需要将再次分配之后的结果发送给用户，带来了信令开销，降低了网络效率；其次，用户业务动态变化情况是一个连续变化的过程，仍有可能无法适应用户业务的动态性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种免开销的无线网络资源再分配方法，将发送节点所持有的RB进行动态再分配，只需要在该RB上发送数据时指明该数据包的接收节点地址，而不需再次发送资源再分配结果信息，降低了网络开销，提高了网络效率，增加了无线网络中资源分配的灵活度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

步骤1、根据第一次资源分配算法执行的结果，持有RB的节点S将资源分配结果信息(Resource Allocation reSults，RAS)发送给该RB的接收节点D，转步骤2；

所述的第一次资源分配算法性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

所述的节点S将资源分配结果发送给该RB的接收节点D的发送方法包括：

a)集中式的信息发送；

b)分布式的以握手信息的方法进行节点间协调；

步骤2、接收节点D接收到该RB的资源分配结果信息之后，进行记录，之后选择性的向节点S回复应答信息(REsPonse，REP)，转步骤3；

所述选择性指节点D根据具体的网络通信协议决定是否回复应答信息，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息；

步骤3、当目的节点为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，而节点S已无足够的RB可分配时，则再次调用资源分配算法将所持有的RB动态的再分配给节点D’，转步骤4；

所述的资源再分配算法的性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

步骤4、节点S根据其资源再分配结果在其所持有的RB上进行数据传输，并在其所传输的数据包(PacKeT，PKT)中指明该包的目的地址，转步骤5；

所述的数据包指承载节点S数据业务的、服从所采用无线网络通信协议指定包格式的数据包，且该数据包的格式中有明确的该数据包的目的节点地址域；

步骤5、RB的原接收节点D和RB的新接收节点D’接收该RB所承载的数据业务，并根据数据包中的目的节点地址域，判断是否接收该数据包以及是否回复应答信息(ACKnowledge，ACK)，流程结束；

所述的判断是否接收该数据包的方法为：当接收节点的地址与该数据包的目的节点地址域中所指定的地址相匹配，则该接收节点接收该数据包，否则不接收；

所述的匹配指单播情况下接收节点的地址与数据包目的地址相同，多播情况下接收节点的地址在数据包目的地址所指定的多播组中，广播情况下则直接接收该数据包；

所述是否回复应答信息的方法，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息。

本发明的有益效果在于在进行资源再分配之后，无需将资源再分配的结果下发给接收端节点，节省了信令开销，提高了网络效率；无线网络资源RB的持有节点，即该RB的发送端节点，可以根据其业务动态性，动态的将所持有的RB重分配给其他节点，增加无线网络中资源分配的灵活度，根据资源再分配算法的具体目的，在资源利用率、用户间的公平性、用户QoS保障方面取得折中。

附图说明

图1为本发明免开销的资源再分配方法的基本步骤示意图，图中，RAS指的是RB的资源分配结果，REP指的是应答资源分配结果的信息，PKT指的是数据包，ACK指的是回复是否成功接收到数据的应答数据包。

图2为本发明实施例一的工作场景示意图，图2(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，其中，节点S为中心控制节点，节点D和节点D’是网络中的两个用户；图2(b)给出了该网络所采用的TDMA时帧结构。

图3为本发明实施例二的工作场景示意图，图3(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，图3(b)给出了该网络中波束B所采用的TDMA时帧结构。

图4为本发明实施例三的工作场景示意图，图4(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，图4(b)给出了该网络中波束B所采用的多信道TDMA时帧结构。

图5为本发明实施例四的工作场景示意图，图5(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，图5(b)给出了该网络中波束B所采用的多信道TDMA时帧结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提出了一种免开销的资源再分配方法：在第一次资源分配时，根据系统设计目的，以最大化网络吞吐率、或保证用户资源分配公平性、或保障用户业务QoS为目的进行资源分配，并通过中心节点广播的方式或节点间分布式握手协调的方式，达到在通信的数据收发双方对资源分配结果认知一致的目的；称在所分配的RB上进行数据发送的节点为该RB的持有节点，进行数据接收的节点称为该RB的接收节点。当需要进行资源再分配时，每个节点根据其所持有的RB情况，可动态的改变其所持有RB的接收节点，之后在数据传输阶段只需要在该RB上发送的数据包的目的地址中，指明该数据包的接收节点已被动态改变即可，而不需要将该RB的再分配结果信息通知给原RB的接收节点。该方法可为通信系统带来两方面的性能增益：第一，降低网络开销，提高网络效率；第二，增加无线网络中资源分配的灵活度，根据资源再分配算法的具体目的，在资源利用率、用户间的公平性、用户QoS保障方面取得折中。

图1给出了免开销的资源再分配方法基本步骤的示意图，其中节点S为资源块RB的持有节点，节点D为RB的原接收节点，节点D’为RB改变接收节点之后的新接收节点或新的接收节点集。

步骤1、根据第一次资源分配算法执行的结果，持有RB的节点S将资源分配结果信息(Resource Allocation reSults，RAS)发送给该RB的接收节点D，转步骤2；

所述的第一次资源分配算法性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

所述的节点S将资源分配结果发送给该RB的接收节点D的发送方法包括：

a)集中式的信息发送；

b)分布式的以握手信息的方法进行节点间协调；

步骤2、接收节点D接收到该RB的资源分配结果信息之后，进行记录，之后选择性的向节点S回复应答信息(REsPonse，REP)，转步骤3；

所述选择性指节点D根据具体的网络通信协议决定是否回复应答信息，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息；

步骤3、当目的节点为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，而节点S已无足够的RB可分配时，则再次调用资源分配算法将所持有的RB动态的再分配给节点D’，转步骤4；

所述的资源再分配算法的性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

步骤4、节点S根据其资源再分配结果在其所持有的RB上进行数据传输，并在其所传输的数据包(PacKeT，PKT)中指明该包的目的地址，转步骤5；

所述的数据包指承载节点S数据业务的、服从所采用无线网络通信协议指定包格式的数据包，且该数据包的格式中有明确的该数据包的目的节点地址域；

步骤5、RB的原接收节点D和RB的新接收节点D’接收该RB所承载的数据业务，并根据数据包中的目的节点地址域，判断是否接收该数据包以及是否回复应答信息(ACKnowledge，ACK)，流程结束；

所述的判断是否接收该数据包的方法为：当接收节点的地址与该数据包的目的节点地址域中所指定的地址相匹配，则该接收节点接收该数据包，否则不接收；

所述的匹配指单播情况下接收节点的地址与数据包目的地址相同，多播情况下接收节点的地址在数据包目的地址所指定的多播组中，广播情况下则直接接收该数据包；

所述是否回复应答信息的方法，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息。

实施例一

本实施例侧重于描述在一个含有中心控制节点的无线网络中，中心控制节点S以TDMA多址接入的方式，第一次将若干个数据传输时隙分配给用户D进行数据传输，之后又将其中的部分时隙分配给用户D’进行数据传输的过程。

图2为实施例一的工作场景示意图，图2(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，其中，节点S为中心控制节点，节点D和节点D’是网络中的两个用户；图2(b)给出了该网络所采用的TDMA时帧结构，该时帧结构中包含两个阶段：资源分配阶段和数据传输阶段，其中数据传输阶段共计包含有16个时隙。

步骤1.根据业内公知的或科研人员自行设计的资源分配算法执行的结果，RB持有节点S在资源分配阶段将数据传输阶段的第1-4个时隙分配给接收节点D，并将该分配结果通知给节点D，转步骤2；

步骤2.节点D收到RB的资源分配结果信息之后，进行记录，但并不向节点S回复应答信息；转步骤3；

步骤3.当目的节点为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，而节点S已无足够的RB可分配时，则将数据传输阶段的第3-4时隙再分配给节点D’；转步骤4；

步骤4.节点S根据资源分配结果，在第1-2时隙向节点D发送数据业务，在第3-4时隙向节点D’发送数据业务；转步骤5；

步骤5.节点D和节点D’在第1-4时隙接收节点S发送的数据，并在第1-2时隙识别出该数据是发送给节点D的，而第3-4时隙该数据是发送给节点D’的；因此节点D只接收第1-2时隙发送的业务，而节点D’接收第3-4时隙发送的业务；流程结束。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，侧重于描述节点S使用定向波束与用户进行通信时，进行资源再分配的场景。与实施例一不同的是，此时的无线资源RB是一个含有波束方向的空时资源块，即某个定向波束下的时隙资源块。

图3为本发明实施例二的工作场景示意图，图3(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，其中，节点S为中心控制节点，节点D和节点D’是波束B覆盖区域内的两个用户；图3(b)给出了该网络中波束B所采用的TDMA时帧结构，该时帧结构中包含两个阶段：资源分配阶段和数据传输阶段，其中数据传输阶段共计包含有16个时隙。

如图3所示，当用户D和用户D’位于同一个波束的覆盖范围下时，用户D和用户D’可以使用相同的RB，从而，将分配给用户D的RB可以再分配给用户D’。当目的地址为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，且节点S无RB可分配时，节点S可以把原来分配给节点D的RB再分配给节点D’，具体实施步骤与实施例一相同。

然而，当用户D和用户D’不位于同一个波束的覆盖范围下时，用户D和用户D’不可以使用相同的RB，则不能将用户D的RB再分配给用户D’。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上，侧重于描述节点S使用基于多信道的定向波束与用户进行通信时，进行资源再分配的场景。与实施例二不同的是，此时的无线资源RB是一个给定波束方向下、给定工作信道频率下的空时频资源块。

图4为本发明实施例三的工作场景示意图，图4(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，其中，节点S为中心控制节点，节点D和节点D’是波束B覆盖区域内的两个用户；图4(b)给出了该网络中波束B所采用的多信道TDMA时帧结构，其中信道个数为C，C≥2，该时帧结构中包含两个阶段：资源分配阶段和数据传输阶段，其中数据传输阶段共计包含有16个时隙。

如图4所示，当用户D和用户D’位于同一个波束的覆盖范围下，且工作在同一个信道上时，用户D和用户D’可以使用相同的RB，从而，将分配给用户D的RB可以再分配给用户D’。当目的地址为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，且节点S无RB可分配时，节点S可以把原来分配给节点D的RB再分配给节点D’，具体实施步骤与实施例一相同。

然而，当用户D和用户D’不位于同一个波束的覆盖范围下，或者位于同一个波束的覆盖范围而不工作在同一个信道上时，用户D和用户D’不可以使用相同的RB，则不能将用户D的RB再分配给用户D’。

实施例四

本实施例在实施例一、二、三的基础上，侧重于描述用户组D’是一个包含有多个节点的节点集。

图5为本发明实施例四的工作场景示意图，图5(a)给出了一个含有中心控制节点的无线网络拓扑图，其中，节点S为中心控制节点，节点D和节点集D’是波束B覆盖区域内的用户，节点集D’为包含多个用户的节点集；图5(b)给出了该网络中波束B所采用的多信道TDMA时帧结构，其中信道个数为C，C≥2，该时帧结构中包含两个阶段：资源分配阶段和数据传输阶段，其中数据传输阶段共计包含有16个时隙。

如图5所示，当用户D和用户组D’位于同一个波束的覆盖范围下，且工作在同一个信道上时，用户D和用户组D’可以使用相同的RB，从而，将分配给用户D的RB再分配给用户组D’。当目的地址为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，且节点S无RB可分配时，节点S可以把原来分配给节点D的RB再分配给用户组D’，具体实施步骤与实施例一相同。

然而，当用户D和用户组D’不位于同一个波束的覆盖范围下，或者位于同一个波束的覆盖范围而不工作在同一个信道上时，用户D和用户组D’不可以使用相同的RB，则不能将用户D的RB再分配给用户组D’。

Claims (1)

1.一种无线网络中免开销的资源再分配方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1、根据第一次资源分配算法执行的结果，持有RB的节点S将资源分配结果信息发送给该RB的接收节点D，转步骤2；

所述的第一次资源分配算法性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

所述的节点S将资源分配结果发送给该RB的接收节点D的发送方法包括：

a)集中式的信息发送；

b)分布式的以握手信息的方法进行节点间协调；

步骤2、接收节点D接收到该RB的资源分配结果信息之后，进行记录，之后选择性的向节点S回复应答信息，转步骤3；

所述选择性指节点D根据具体的网络通信协议决定是否回复应答信息，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息；

步骤3、当目的节点为D’的高优先级、低时延要求的数据业务到达，而节点S已无足够的RB可分配时，则再次调用资源分配算法将所持有的RB动态的再分配给节点D’，转步骤4；

所述的资源再分配算法的性能指标包括但不仅限于最大化网络吞吐率、保证用户资源分配公平性和保障用户业务QoS；

步骤4、节点S根据其资源再分配结果在其所持有的RB上进行数据传输，并在其所传输的数据包中指明该包的目的地址，转步骤5；

所述的数据包指承载节点S数据业务的、服从所采用无线网络通信协议指定包格式的数据包，且该数据包的格式中有明确的该数据包的目的节点地址域；

步骤5、RB的原接收节点D和RB的新接收节点D’接收该RB所承载的数据业务，并根据数据包中的目的节点地址域，判断是否接收该数据包以及是否回复应答信息，流程结束；

所述的判断是否接收该数据包的方法为：当接收节点的地址与该数据包的目的节点地址域中所指定的地址相匹配，则该接收节点接收该数据包，否则不接收；

所述的匹配指单播情况下接收节点的地址与数据包目的地址相同，多播情况下接收节点的地址在数据包目的地址所指定的多播组中，广播情况下则直接接收该数据包；

所述是否回复应答信息的方法，包含但不仅限于在分布式握手方法中选择回复应答信息，或在集中式的资源分配方法中选择不回复应答信息。