CN107580762B - 分配用于经由频率选择性信道发送数据分组的时间-频率资源的方法 - Google Patents

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Abstract

一种调度器分配用于通过频率选择性信道传送时延约束数据分组和非时延约束数据分组的、预定时间段的时间‑频率资源。该调度器：执行用于传送非时延约束数据的时间‑频率资源的指派；然后可能执行指派的修改，使得时间‑频率资源被分配给时延约束数据分组，而不是被分配给非时延约束数据分组，所述修改通过使该修改对与所述非时延约束数据分组的传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；并且，按照指派将时间‑频率资源分配给未引起指派修改的非时延约束数据分组，而搁置引起指派修改的非时延约束数据分组用于稍后调度。

Description

分配用于经由频率选择性信道发送数据分组的时间-频率资 源的方法
技术领域
本发明总体涉及分配用于通过通信网络的装置之间的频率选择性衰落信道进行的数据传送的时间-频率资源。
背景技术
在通信网络中，某些数据分组的传送需要满足某些传送时延约束，而对于某些其他数据分组有效的传送时延不特别重要。
前者数据分组比如是用于管理通信网络的控制分组或与诸如视频流这样的实时应用有关的数据分组。对于这些数据分组，满足时延约束是重要的。
后者数据分组比如是从通信装置下载或上传到通信装置的文件内容。对于这些数据分组，重要的是为了从应用的角度减少总传送时间而使吞吐量最大化。所述后者数据分组通常被称为尽力而为(best effort)数据分组。
通常，为了将这两个方面考虑在内，调度器装置通过以下方式来调度数据分组：首先服务于时延约束数据分组以保证满足时延约束，然后用剩余的资源来服务于其他数据分组。
发明内容
技术问题
然而，在频率选择性衰落信道的环境中，这会导致为传送时延约束数据分组分配可能更适于传送其他数据分组以其他数据分组的吞吐量最大化的时间-频率资源。这种频率选择性衰落信道可以在与移动电话通信的固定基站的环境中甚至在移动基站的环境中找到，比如在列车或其他移动运输工具中提供电信基础设施的基站。
在另一方面，如果调度器装置通过首先服务于不是时延约束的数据分组来调度数据分组，则会导致不满足针对某些时延约束数据分组的时延约束。
技术方案
期望克服前面提及的在调度通过通信网络的装置之间的频率选择性衰落信道进行的数据分组的传送时发生的问题。
特别地，期望提供一种允许满足传送时延约束数据分组的时延约束而且提高其他数据分组的吞吐量的解决方案。
还期望提供一种在调度通过频率和时间选择性衰落信道进行的数据分组的传送时允许满足传送时延约束数据分组的时延约束而且提高其他数据分组的吞吐量的解决方案。
还期望提供一种进一步允许提高时间-频率分配处理的执行速度并降低其复杂性的解决方案。
为此，本发明涉及一种用于向数据分组分配用于经由通信网络传送所述数据分组的时间-频率资源的方法，在该通信网络中通过频率选择性信道来执行通信，所述方法由所述通信网络的调度器装置来执行，所述方法包括以下步骤：获得要传送的数据分组或其描述，各数据分组为时延约束数据分组或非时延约束数据分组；以及获得表示能够在预定时间段内传送至少一个所获得的数据分组所通过的各信道的传送情况的信息。所述方法包括以下步骤：根据所获得的表示传送情况的信息，执行在所述预定时间段内指派用于传送非时延约束数据分组的数据的时间-频率资源；执行所述指派的修改，使得至少一个时间-频率资源被分配给所述时延约束数据分组的数据的至少一个相应传送而不是被分配给所述非时延约束数据分组的数据，所述修改通过使所述修改对与所述非时延约束数据分组的所述传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；以及按照指派将所述时间-频率资源分配给未引起指派修改的所述非时延约束数据分组，而搁置引起指派修改的所述非时延约束数据分组以在随后时间段中稍后调度。
由此，方法允许满足传送时延约束数据分组的时延约束，而且用成本有效的方案提高其他数据分组的吞吐量。
根据特定特征，非时延约束数据分组属于作为通信网络的两个通信项目之间的通信环境的会话，并且为了执行指派，调度器装置执行以下各项的多个循环迭代：确定所述预定时间段的尚未被指派且尚未被分配的第一时间-频率资源候选；对于各第一时间-频率资源候选：对于各会话，根据所获得的表示传送情况的信息确定第一性能度量；找到根据第一性能度量示出最佳性能时间-频率资源候选加会话的对；并且指派所述对的时间-频率资源候选用于传送所述对的所述会话的非时延约束数据。
由此，通过使用简单算法以低复杂性实现优化，该简单算法在算法的各迭代使时间-频率资源候选与非时延约束数据分组的会话关联。
根据特定特征，为了执行指派的修改和用于传送时延约束数据分组的数据的时间-频率资源的分配，调度器装置执行以下各项的多个循环迭代：确定尚未被分配的所述预定时间段的第二时间-频率资源候选；对于各第二时间-频率资源候选：对于各非时延约束数据分组根据表示传送情况的所获信息确定第二性能度量；在以下约束下找到根据第二性能度量的最佳性能示出一对时间-频率资源候选加非时延约束数据分组：使在之前被指派用于传送非时延约束数据的情况下时间-频率资源的先占对全局性能度量的成本影响最小化；以及为传送所述对的时延约束数据分组的数据分配所述对的时间-频率资源候选。
由此，指派的修改是通过使用简单算法以低复杂性解决的优化问题，该简单算法在算法的各迭代使时间-频率资源候选与时延约束数据分组关联。
根据特定特征：对于所选时间-频率资源候选i，第一性能度量如下定义：
Figure GDA0002461325850000031
其中，k表示所考虑的会话，rk(i)表示根据所获得的表示传送情况的信息对于所述会话经由所述时间-频率资源候选i能够实现的数据速率，Rk表示在执行所述循环迭代时自所述会话的非时延约束数据传送开始以来对于所述会话实现的数据速率，并且α是预定整数参数，使得α≥0。
由此，算法中使用的效用函数计算简单，并且在参数α允许调整服务质量与传送效率之间的折中的意义上是灵活的。
根据特定特征，所述全局性能度量定义如下：
Figure GDA0002461325850000032
其中，Rk是在所述循环迭代在所述预定时间段执行之后的由k识别的所述会话的平均速率，并且其中，fα是依赖所述预定参数α且如下定义的效用函数：
Figure GDA0002461325850000041
其中，f ′α是所述效用函数fα的导函数。
由此，全局性能度量联系到第一性能度量，该第一性能度量涉及可以容易评价利用第一性能度量执行优化之后的最终性能。
根据特定特征：对于所选择的时间-频率资源候选i，所述第二性能度量如下定义：
Figure GDA0002461325850000042
其中，k ′表示所考虑的时延约束数据分组，rk′(i)表示根据所获得的表示传送情况的信息对于所述时延约束数据分组经由所述时间-频率资源候选i能够实现的数据速率，Rk′表示自时延约束数据分组传送的开始以来对于所述时延约束数据分组实现的数据速率，β是预定参数，ρk′表示满足用于所述时延约束数据分组的时延约束的最小数据速率，c(i)表示在之前被指派用于传送非时延约束数据的情况下潜在地先占所述时间-频率资源候选i涉及的对所述全局性能度量的所述成本影响，并且λ表示非空常数。
由此，指派的修改将选择传送时延约束数据的所述时间-频率资源的增益和由潜在先占对非时延约束会话引入的损失这两者考虑在内。
根据特定特征，所述成本影响c(i)表达如下：
Figure GDA0002461325850000046
其中，
Figure GDA0002461325850000043
是在所述时间-频率资源候选i的先占发生的情况下而对于由k表示的所述会话重新计算的平均速率。
由此，容易计算为了传送时延约束数据的益处而先占之前被指派为传送非时延约束数据的时间-频率资源的成本。
根据特定特征，
Figure GDA0002461325850000044
定义如下：
Figure GDA0002461325850000045
其中，μ是预定遗忘因子，使得0<μ<1。
由此，容易地计算所述时间-频率资源的假定先占之后的平均速率的估计。
根据特定特征，所述调度器装置如下对于各时延约束数据分组k ′事先执行将要由所述时延约束数据分组满足的所述时延约束到所述最小数据速率ρk′的转换：
ρk′＝pk′/lk′
其中，pk′表示在所述时延约束下对于所述时延约束分组要传送的数据量，并且lk′表示在到达要由所述时延约束数据分组满足的所述时延约束期限时刻之前的延迟。
由此，时延约束被转换成速率约束，该速率约束是用于将多用户调度环境中的信道质量考虑在内的更相关的度量。
本发明还涉及一种用于向数据分组分配用于经由通信网络传送所述数据分组的时间-频率资源的调度器装置，在该通信网络中通过频率选择性信道执行通信，所述调度器装置包括：用于获得要传送的数据分组或其描述的单元，各数据分组为时延约束数据分组或非时延约束数据分组；以及用于获得表示能够在预定时间段内传送至少一个所获得的数据分组所通过的各信道的传送情况的信息的单元。所述调度器装置还包括：用于根据所获得的表示传送情况的信息，执行在所述预定时间段内指派用于传送非时延约束数据分组的数据的时间-频率资源的单元；用于执行所述指派的修改，使得至少一个时间-频率资源被分配给所述时延约束数据分组的数据的至少一个相应传送而不是被分配给所述非时延约束数据分组的数据的单元，所述修改通过使所述修改对与所述非时延约束数据分组的所述传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；以及用于按照指派将所述时间-频率资源分配给未引起指派修改的所述非时延约束数据分组，而搁置引起指派修改的所述非时延约束数据分组以在随后时间段中稍后调度的单元。
本发明在至少一个实施方式中还涉及一种可以从通信网络下载和/或存储在可以由计算机读取且由处理器运行的介质上的计算机程序。该计算机程序包括指令，这些指令用于在所述程序由处理器执行时在其各种实施方式中的任一个中实施前面提及的方法。
本发明还涉及一种信息存储介质，该信息存储介质存储包括一组指令的计算机程序，在由计算机从信息存储介质读取所存储信息并由处理器运行该信息时，这些指令可以被处理器运行为在其各种实施方式中的任一个中实施前面提及的方法。
因为与调度器装置和计算机程序有关的特征和优点与已经关于前面提及的方法提及的特征和优点相同，所以这里不重复它们。
本发明的特性将从实施方式示例的以下描述的阅读更清楚地显现，所述描述参照附图来产生，附图中：
附图说明
[图1]
图1示意性表示可以实施本发明的无线通信网络的架构。
[图2A]
图2A示意性表示图1的无线通信网络的通信终端的架构。
[图2B]
图2B示意性表示图1的无线通信网络的调度器装置的架构。
[图3]
图3示意性表示用于调度图1的无线通信网络中的通信的时间-频率资源网格。
[图4]
图4示意性表示用于分配用于经由图1的无线通信网络传送数据分组的时间-频率资源的算法。
[图5]
图5示意性表示在本发明的特定实施方式中用于指派用于经由图1的无线通信网络传送非时延约束数据分组的时间-频率资源的算法。
[图6]
图6示意性表示在本发明的特定实施方式中用于分配用于经由图1的无线通信网络传送时延约束数据分组的时间-频率资源的算法。
具体实施方式
虽然以下描述在无线通信网络的范围内执行，但在下文中详细说明的原理可以应用于共享频率选择传输介质的其他种类的通信网络，诸如光通信网络或有线通信网络。在物理层处，传送将通过频率选择性衰落信道来执行，其中信道变化是频率依赖的。在无线通信网络中，这种信道变化主要由于多路径效应而产生。传送还可以通过进一步是由时间选择性衰落信道的信道来执行，其中信道变化是时间依赖的。在无线通信网络中，这种信道变化主要由于通信装置之间的相对移动而产生，该相对移动导致环境变化。
为了以以下这种方式调度在预定时间段内通过频率选择性衰落信道进行的时延约束和非时延约束数据分组的传送：在提高非时延约束数据分组的吞吐量的同时满足传送时延约束数据分组的时延约束，提出：(a)执行时间-频率资源到非时延约束数据分组的指派；然后，(b)可能地(在所述时间段内对于时延约束数据分组没有足够的时间-频率剩余时)执行指派的修改，使得时间-频率资源被分配给时延约束数据分组的数据，而不是被分配给非时延约束数据分组的数据，所述修改通过使该修改对与所述非时延约束数据分组的传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；然后，(c)按照指派对未引起指派修改的非时延约束数据分组分配时间-频率资源，而搁置引起指派修改的非时延约束数据分组以在下一时间段中稍后调度。
图1示意性表示可以实施本发明的无线通信网络100的架构。
无线通信网络100包括调度器装置120和通信装置110a、110b以及110c。通信装置110a、110b以及110c在下文中被称为通信终端。
调度器装置120如关于图4在下文中描述的负责调度无线通信网络100中的通信。换言之，调度器装置120负责分配用于启用经由无线通信网络100进行的数据分组的传送的时间-频率资源。
调度器装置120可以包括在固定或移动的基站中。比如，这种基站可以位于移动运输工具诸如列车中。
在变型例中，调度器装置120可以为在这种基站之外的专用装置。
在另一个变型例中，调度器装置120可以被包括在根据3GPP(第三代合作伙伴项目)标准术语的“演进节点B(eNodeB)”中，该eNodeB在LTE(长期演进)系统和高级LTE的范围内执行无线电资源管理。
在又一个变型例中，调度器装置120还可以被包括在“家庭eNodeB(HeNB)”中，该HeNB连接到现有住宅宽带服务，并且提供家庭内的LTE手机(handset)的 LTE无线覆盖。
在又一个变型例中，调度器装置120可以被包括在中继节点中，并且执行装置间通信的调度。
各通信终端110a、110b、110c然后为根据3GPP标准术语的用户设备(UE)。
经由无线通信网络100发送的数据分组具有两种主要类型：时延约束数据分组和其他数据分组，即，非时延约束数据分组(尽力而为数据分组)。
时延约束数据分组需要在给定时间帧中提供给目的地通信终端。时延约束数据分组比如包括用于无线通信网络100的管理的控制数据或用于游戏应用、VoIP(因特网协议上的语音)应用、音频和/或视频流应用的实时数据。时延约束数据分组具有：小的大小，但该小的大小通常具有高冗余率以避免传送期间的任何会造成破坏的丢失，诸如控制数据分组；或者大的大小，但通常具有非常低的冗余率，因为丢失对于应用的整体性能不严格造成破坏，诸如对于音频和/或视频流数据分组。
相反，不是时延约束的数据分组不需要在给定时间帧中提供给目的地通信终端，但通常需要较高数量的资源。然而，优选的是在尽可能短的时间帧中传送这种数据分组。不是时延约束的这种数据分组比如包括下载到通信终端或从通信终端上传的文件内容数据。不是时延约束的这种数据分组具有大的大小，但通常具有高冗余率以避免传送期间的任何造成破坏的丢失。因此，这种数据分组涉及高的带宽消耗。
无线通信网络100内的通信可以为从调度器装置120到通信终端110a、110b、110c的下行链路通信和/或从通信终端110a、110b、110c到调度器装置120的上行链路通信和/或通信终端110a、110b、110c之间的直接通信。
无线通信网络100内的通信根据时间-频率资源网格由调度器装置120来调度，并且时间-频率资源根据时间-频率资源网格由调度器装置120来分配。
图3示意性表示用于调度无线通信网络100中的通信的这种时间-频率资源网格的示例。
无线通信网络100中的通信优选地使用OFDM(正交频分复用)。通信资源然后可以被分成多个频率或多个频率组fn，其中，n是可以取从0至N的值的编号，其中， N+1表示所述频率或频率组的总数，并且通信资源可以被分成多个时间区间tm，其中，m是可以取从0至M的值的编号，其中，M+1表示预定持续时间的时间段T的所述时间区间的总数。所有时间区间tm具有预定的相同持续时间。
比如，根据LTE要求，各频率组fn可以由十二个子载波构成。
给定频率或频率组fn的各时间区间tm形成还被称为物理资源块PRBn,m的时间- 频率资源。这种时间-频率资源在下文中通常表示为PRB。
因此，对于给定频率或频率组fn，时间-频率资源网格包括被表示为从PRBn,0到PRBn,M的M+1个PRB；并且对于给定时间区间tm，时间-频率资源网格包括被表示为从PRB0,m到PRBN,m的N+1个PRB。
存在填充PRB的多个方案。如将在下文中的描述中清楚的，PRB的有效容量依赖传送所述PRB内的数据所通过的信道。一种方案是数据分组被限定以适合于任何 PRB。然而，可以改善频谱效率。
优选的方案是根据非时延约束数据分组所属的会话将数据分组存储在独立缓冲器中。会话是交换数据分组的两个通信项目之间的通信环境，而无所谓所述数据分组是在无连接模式下传输还是在连接模式下传输。所述会话可以为其中交换控制数据分组的控制会话。所述会话可以为文件传送会话，其中数据分组是控制分组或用户数据分组，其均与要传送的文件或其管理有关。如由本领域普通技术人员已知的，数据分组交换协议中的会话的许多其他示例存在于现有技术中。由此，一旦PRB被分配给会话，则通过从对应的缓冲器拾取所述PRB鉴于其各容量而能够传输的数据量(分段)在所述PRB内发生传送，该容量依赖所述通信项目之间的传播状况。关于时延约束数据，分组属于各会话中的数据流。然而，优选方案是基于每数据分组来操作，这等价于考虑各数据分组是独立会话。该考虑是由于以下事实而产生：各数据分组具有与其他时延约束数据分组独立的要满足的时延约束。
图2A示意性表示可以为任何通信终端110a、110b或110c的通信终端110的架构。
根据所示架构，通信终端110包括由通信总线206互连的以下部件：处理器、微处理器、微控制器或CPU(中央处理单元)200；RAM(随机存取存储器)201；ROM (只读存储器)202；SD(安全数字)读卡器203或适于读取存储在存储装置上的信息的任意其他装置；以及无线通信接口204。
CPU 200能够执行从ROM 202或从外部存储器(诸如HDD(硬盘驱动器)或 SD卡)加载到RAM 201中的指令。在通信终端110通电之后，CPU 200能够从RAM 201读取指令并执行形成一个计算机程序的这些指令。
由通信终端110执行的任意和全部步骤可以通过由可编程计算机(诸如PC(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令或程序在软件中实施，或由机器或专用部件(诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))在硬件中实施。
无线通信接口204使得通信终端110能够与调度器装置120交换信号。无线通信接口204可以使得通信终端110能够与无线通信网络100的其他通信终端交换信号。
图2B示意性表示调度器装置120的架构。
根据所示架构，调度器装置120包括由通信总线306互连的以下部件：处理器、微处理器、微控制器或CPU 300；RAM 301；ROM 302；HDD 303、或适于读取存储在存储装置上的信息的任意其他装置；第一无线通信接口304；以及第二无线通信接口305。
CPU 300能够执行从ROM 302或从诸如HDD 303的外部存储器加载到RAM 301 中的指令。在调度器装置120通电之后，CPU 300能够从RAM 301读取指令并执行这些指令。指令形成使得CPU 300执行下文中关于图4描述的算法的步骤中的一些或全部的一个计算机程序。
下文中关于图4描述的算法的任意和全部步骤可以通过由可编程计算机(诸如PC、DSP或微控制器)执行一组指令或程序在软件中实施；或由机器或专用部件(诸如FPGA或ASIC)在硬件中实施。
第一无线通信接口304使得调度器装置120能够与任意通信终端110a、110b或110c交换信号。
第二无线通信接口305使得调度器装置120能够与另一个通信网络(诸如电话通信系统中的核心网络)的装置交换信号。
图4示意性表示用于分配用于经由无线通信网络100传送数据分组的时间-频率资源(PRB)的由调度器装置120执行的算法。调度器装置120在预定持续时间T的每时间段执行PRB分配。图4的算法可以在连续的这种时间段的预定持续时间T的各时间段内执行，或者可以依赖预定持续时间T的滑动窗。
在步骤S401中，调度器装置120获得要经由无线通信网络100传送的数据分组或其描述，并且存储与所获得的数据分组或其描述有关的信息。
对于下行传送，在调度器装置120被包括在基站中的情况下，调度器装置120 接收要由基站传送的数据分组的描述或所述数据分组本身。数据分组可以经由API (应用编程接口)传送到调度器装置120，并且调度器装置120可以能够解析存在于数据分组中的协议报头，以确定要传送的数据分组的至少类型，即，时延约束数据分组还是其他数据分组。
比如，如果调度器装置120在基站的MAC(媒体访问控制)层处实施，则调度器装置120能够解析从上层接收的数据分组的报头字段，并且确定数据分组是否包括 TCP(传送控制协议，如由标准RFC-793指定的)数据或UDP(用户数据报协议，如由标准RFC-768指定的)数据或SCTP(流控制传送协议，如由标准RFC-4960指定的)数据。调度器装置120甚至可以能够通过确定数据分组是否另外包括应用层协议报头(诸如TFTP(普通文件传送协议，如由标准RFC-1350限定的)报头)来获得更详细的信息。根据该示例，TCP数据分组可以被认为是不是时延约束的数据分组，而UDP数据分组被认为是时延约束数据分组，除了在UDP数据分组封装TFTP数据的时候之外。因此，通过解析数据分组的报头字段，调度器装置120能够将要传送的数据分组在时延约束数据分组与非时延约束数据分组(尽力而为数据分组)之间分类。
对于上行传送，在调度器装置120被包括在基站中的情况下，调度器装置120 从通信终端110a、110b、110c接收要由所述通信终端传送的数据分组的描述。在调度器装置120管理在通信终端之间直接设置的通信时，发生相同的情况。
数据分组描述应包含足够信息使得调度器装置120能够至少确定所考虑的数据分组的类型，即，时延约束数据分组还是其他数据分组(尽力而为数据分组)。
所述数据分组描述可以经由如在比如依赖于UMTS(通用移动通信系统)或LTE 技术的电信系统中实施的无线电载体来获得。实际上，当在这种电信系统内启动服务时，无线电载体允许交换与在所述服务内传送的数据分组的特性有关的信息，并且更具体地为指示所述数据分组是否是时延约束的信息以及表示由所述数据分组(若有的话)满足的时延约束的信息。
在接着的步骤S402中，调度器装置120获得表示传送至少一个数据分组所可以通过的各信道的传送情况的信息。换言之，调度器装置120获得表示集合Ωj中的各 PRB的传送情况的信息，该集合收集具有固定持续时间T且与图4的算法的第j次执行对应的时间段Tj的所有可能PRB，即，时间段Tj内如图3所示的时间-频率资源网格中的所有PRB。
调度器装置120可以获得传送至少一个数据分组可以通过的各信道的CSI(信道状态信息)。CSI由接收器装置来确定。在通信信道是互逆的情况下，对于从第一通信装置到第二通信装置的通信信道确定的CSI可以用作用于从第二通信装置到第一通信装置的通信信道的CSI。在从调度器装置120或其他通信终端接收信号并然后将其传送到调度器装置120时，CSI可以由通信终端110a、110b、110c来确定。在从通信终端110a、110b、110c接收信号时，CSI可以由调度器装置120来确定。
在多个子载波用于各PRB时，诸如对于LTE传送，通过组合对于所述多个子载波获得的CSI确定等价CSI。
通信终端110a、110b、110c可以由对信道执行的短期测量来获得这种信息。这种短期信道状态信息特别适于缓慢变化的信道情况。
通信终端110a、110b、110c还可以基于SINR(信号与干扰加噪声比)由对信道执行的长期测量来获得这种信息。这种长期信道状态信息特别适于快速变化的信道情况。它意味着无线通信网络100中的一些信道在时间段Tj的持续时间T内可以被认为是频率平坦信道。
用于确定CSI的方案基于训练序列或导频序列，在这种情况下，传送已知信号，并且使用如所发送和如所接收的信号的组合知识来估计表示信道情况的信道矩阵。
在进一步时间选择的衰落信道的情况下，可以使用卡尔曼滤波器来基于之前的短期信道状态信息执行对即将到来的信道情况的预测。
在接着的步骤S403中，调度器装置120确定哪些PRB可以用于在时间段Tj内传送非时延约束数据分组的数据。实际上，一些时间-频率资源可能由于之前分配给另一传送而不可用。这种情形在依赖管理连续时间段Tj的滑动窗方法时显著发生。在步骤S403中确定的PRB因此形成在时间段Tj内传送非时延约束数据分组的数据的候选PRB。所述候选PRB是时间段Tj的尚未被分配到任何时延约束数据传送且此外尚未被指派到任何非时延约束数据传送的PRB。
在接着的步骤S404中，调度器装置120在步骤S403所确定的候选PRB中指派用于传送来自在步骤S401中获得的内容或其描述中的非时延约束数据(尽力而为数据分组)的至少一个PRB。这种指派优选地被执行，直到时间段Tj中不再有未指派的PRB或不再有未决定的非时延约束数据分组为止。如下文中关于图5详细说明的，所述指派根据与非时延约束数据分组的传送有关的第一性能度量来执行，使得所述指派根据所述第一性能度量提供最佳性能，该第一性能度量表示服务质量与传送效率 (例如，每个会话的吞吐量、全局吞吐量、频谱占用、能耗、所生成的干扰水平…) 之间的折中准则。
在步骤S404中执行的PRB指派不是所述PRB的决定性的分配。实际上，如在下文中的描述中明显的，所述PRB仍然可以为了时间段Tj内的时延约束数据的传送而被先占，甚至在使用滑动窗方法时，只要所述PRB仍然存在于由所述随后时间段形成的PRB网格中，就可以为了随后时间段内的时延约束数据的传送而被先占。下文中关于图5来详细说明用于执行步骤S404的PRB指派的特定实施方式。
在接着的步骤S405中，调度器装置120确定哪个或哪些PRB可以用于在时间段内传送时延约束数据分组的数据(独立于在步骤S404中所述时间-频率资源是否被指派用于传送非时延约束数据)。实际上，一些PRB可能由于之前分配给其他时延约束数据传送而不可用。这种情形在依赖管理连续时间段Tj的滑动窗方法时显著发生。这种情形也发生在要满足的时延约束导致遭遇所考虑时间段Tj的结束的截止时刻的时候，这意味着晚于所述传送截止时刻的PRB不是传送应满足所述时延约束的时延约束数据的候选PRB。因此，在步骤S405中确定的PRB形成在时间段Tj内传送时延约束数据分组的数据的候选PRB。所述候选PRB是时间段Tj的尚未被分配到任何时延约束数据传送的PRB，即使所述PRB在步骤S404中被指派给非时延约束数据传送，这些PRB也被称为候选PRB。
在接着的步骤S406中，调度器装置120确定用于为了传送时延约束数据而先占在步骤S404中被指派用于传送非时延约束数据的PRB i(若有的话)的成本影响c(i)。因此，调度器装置120在为了在时间段Tj内传送时延约束数据而需要执行PRB先占时确定对与非时延约束数据的传送有关的全局性能度量的成本影响。
在接着的步骤S407中，调度器装置120在步骤S403所确定的候选PRB中分配用于传送来自在步骤S401中获得的内容的时延约束数据或其描述的至少一个PRB。传送时延约束数据的分配需要先占在步骤S404中被指派用于传送非时延约束数据 (尽力而为数据)的至少一个PRB。如下文中关于图6详细说明的，先占优选地通过优化与时延约束数据分组的传送有关的第二性能度量来执行，使得所述分配根据所述第二性能度量提供最佳性能，该第二性能度量表示服务质量与传送效率之间的折中准则。先占如由全局性能度量示出的在以下约束下执行：使先占对非时延约束数据分组的传送的性能的成本影响最小化。下文中关于图6详细说明了用于(连同确定要调查的任何先占的成本影响一起)执行步骤S407的PRB分配的特定实施方式。
然后，调度器装置120将时间段Tj的在步骤S404中被指派给非时延约束数据传送并且在步骤407中不被先占用于传送时延约束数据的PRB分配给非时延约束数据分组的数据的传送，所述非时延约束数据分组的数据在步骤S404中被指派了所述 PRB。换言之，对于在步骤S407中不引起PRB先占的非时延约束数据分组，调度器装置120确认在步骤S404中执行的指派。调度器装置120然后搁置在步骤S407中引起PRB先占的非时延约束数据以稍后传送(在另一时间段Tj′中，j ′≥j)。
图5示意性表示在本发明的特定实施方式中用于指派用于经由无线通信网络100传送非时延约束数据分组的时间-频率资源(PRB)的算法。
如将在以下描述中清楚的，图5的算法包括由(步骤S501与S507之间的)循环的、由编号q表示的多个迭代。如下文中详细说明的，每个循环一个PRB被指派用于传送非时延约束数据。循环迭代优选地执行到在所考虑的时间段Tj中不再有未指派的PRB或不再有未决定的非时延约束数据为止。
在执行图5的算法期间第一次出现步骤S501时，编号q被设置为值“1”，并且编号q在每次重复步骤S501(新循环迭代)时增加一个单位。
在步骤S501中，调度器装置120获得在所考虑的时间段Tj内传送非时延约束数据的候选PRB的描述。在执行图5的算法期间第一次出现步骤S501时，候选PRB 的所述描述因步骤S403的执行而产生。在随后的循环迭代期间，候选PRB由于如下文中详细说明的PRB指派而演变。因此，调度器装置120在各循环迭代处考虑候选 PRB的不同集合Ωq。
在接着的步骤S502中，调度器装置120在候选PRB中选择一个候选PRB，该 PRB的描述已经在步骤S501中获得。比如，选择随机进行或者根据预定准则来进行。
在接着的步骤S503中，调度器装置120对于在步骤S502中选择的候选PRB将各会话的第一性能度量作为在步骤S402中获得的信道状态信息的函数来计算。实际上，特别是在无线通信网络的领域中，一个PRB的性能由于与经由该PRB传送的数据分组所属于的会话有关的装置的不同相对位置而对于用户彼此不同。
在特定实施方式中，第一性能度量定义如下：
Figure GDA0002461325850000141
其中，k表示所考虑的会话，rk(i)表示根据表示在步骤S402中获得的传送情况的信息对于由k识别的所述会话经由集合Ωq中的PRB i可实现的数据速率，其中， Rk表示在执行图5的算法时自其非时延约束数据传送开始以来对于由k识别的所述会话实现(即，如在第q个循环迭代中实现)的数据速率，并且α是预定整数参数，使得α≥0。如以上所表达的第一性能度量表示用于优化全局性能度量的适当PRB选择准则，下文中对于与图5的算法的范围更特别有关的内容定义该全局性能度量。
在接着的步骤S504中，调度器装置120检查是否存在关于第一性能度量仍然需要考虑的至少一个其他PRB。在存在关于第一性能度量仍然需要考虑的至少一个其他PRB时，通过选择一个所述PRB重复步骤S502；否则，执行步骤S505。
在步骤S505中，调度器装置120在候选PRB中且在会话中找到根据第一性能度量示出最佳性能的PRB加会话的对。依赖于第一性能度量的有效定义，示出最佳性能的PRB加会话的对可以为示出第一性能度量的最高值的对或示出第一性能度量的最低值的对。
在接着的步骤S506中，调度器装置120指派所述对的PRB用于传送所述对的会话的非时延约束数据，并且因此更新所有会话的平均速率Rk(向一个会话指派一个 PRB可以提高所述会话的平均速率，并且降低其他会话的平均速率)。
在第一性能度量的所述特定实施方式中，当在步骤S506期间已经为由k识别的会话指派PRB i，则通过用数据速率rk考虑指派来更新平均速率Rk。认为：在由k识别的会话开始(会话建立)时，平均速率Rk为空。更新在步骤S506中已经被指派有提供数据速率rk(i)的PRB i的由k识别的会话的平均速率Rk例如如下来执行：
Rk←Rk+μ(rk(i)-Rk)
其中，μ是预定遗忘因子，使得0<μ<1。
而且，当由k识别的会话在步骤S506期间未被指派有任何PRB时，通过考虑没有指派来更新平均速率Rk，这导致平率速率Rk降低。更新在步骤S506中尚未被指派有任何PRB的由k识别的会话的平均速率Rk比如如下来执行：，
Rk←Rk-μRk
在接着的步骤S507中，调度器装置120检查是否至少一个其他循环迭代待执行。如已经提及的，循环迭代优选地执行到在所考虑的时间段Tj中不再有候选PRB中的未指派PRB或不再有未决定的非时延约束数据为止。代替或另外可以使用的另一准则是对于所考虑的时间段Tj，只要预定处理时间超时自开始执行图5的算法以来未到期，就可以执行循环迭代。在至少一个循环迭代待执行时，用候选PRB的更新列表对于新循环迭代重复步骤S501，在步骤S506刚刚之前的发生中指派的PRB被从候选PRB的所述列表去除；否则，执行步骤S508。
在步骤S508中，调度器装置120计算在所考虑时间段Tj内传送非时延约束数据的全部性能度量。在第一性能度量的所述特定实施方式的范围内，全局性能度量定义如下：
Figure GDA0002461325850000161
其中，Rk是在所考虑时间段Tj内执行图5的算法之后由k识别的会话的平均速率的结果，并且其中，fα是依赖预定参数α且如下定义的效用函数：
Figure GDA0002461325850000162
其中，f ′α是效用函数fα的导函数。
可以注意，由效用函数fα在周围Rk的泰勒展开，基于如以上所表达的第一性能度量的循环迭代得到如以上所表示的全局性能度量最大化，这提供(与时间段Tk中的总吞吐量有关的)系统频谱效率与非时延约束数据的各会话的体验质量之间的折中。换言之，传送非时延约束数据的时间段Tk的PRB指派是使得：
Figure GDA0002461325850000163
其中，
Figure GDA0002461325850000164
表示在第q个循环迭代时的步骤505中找到的PRB(所述PRB 由
Figure GDA0002461325850000165
来识别)加会话(由
Figure GDA0002461325850000166
识别)的对。
图6示意性表示在本发明的特定实施方式中用于分配用于经由无线通信网络100传送时延约束数据分组的时间-频率资源(PRB)的算法。
如将在以下描述中清楚的，图6的算法包括由(步骤S601与S607之间的)循环的、由编号q ′表示的多个迭代。如下文中详细说明的，每个循环一个PRB被分配用于传送时延约束数据。循环迭代优选地被执行到在所考虑时间段中不再有未决定的时延约束数据或已经分配时间段的所有PRB为止。
在执行图6的算法期间第一次出现步骤S601时，编号q被设置为值“1”，并且编号q在每次重复步骤S601(新循环迭代)时增加一个单位。
在步骤S601中，调度器装置120获得在所考虑时间段Tj内传送时延约束数据的候选PRB的描述。在执行图6的算法期间第一次出现步骤S601时，候选PRB的所述描述因步骤S405的执行而产生。在随后的循环迭代期间，候选PRB由于如下文中详细说明的PRB分配而演变。因此，调度器装置120在各循环迭代处考虑候选PRB 的不同集合Ωq′。
在接着的步骤S602中，调度器装置120在候选PRB中选择一个候选PRB，该 PRB的描述已经在步骤S601中获得。比如，选择随机进行或者根据预定准则来进行。
在接着的步骤S603中，调度器装置120对于在步骤S602中选择的候选PRB将各时延约束分组的第二性能度量作为在步骤S402中获得的信道状态信息的函数来计算。实际上，特别是在无线通信网络的领域中，一个PRB的性能由于与经由所述PRB 传送的数据分组所属于的数据流有关的装置的不同相对位置而对于时延约束分组彼此不同。
在特定实施方式中，第二性能度量定义如下：
Figure GDA0002461325850000171
其中，k ′表示所考虑的时延约束数据分组，rk′(i)表示根据表示在步骤S402中获得的传送情况的所获信息对于由k ′识别的所述时延约束数据分组经由集合Ωq′中的 PRBi可实现的数据速率，其中，Rk′表示自时延约束数据分组传送的开始以来对于由k ′识别的所述时延约束数据分组实现的数据速率，其中，β是预定参数，该预定参数允许调整时延约束分组彼此的优先化，并且例如可以被选择为等于“10”以在发送时延约束数据所需的时间-频率资源的量接近所考虑时间段Tj的可用时间-频率资源的量时使丢弃率最小化，ρk′表示满足由k ′识别的时延约束数据分组的时延约束的最小数据速率，c(i)表示在之前被指派用于传送非时延约束数据的情况下潜在地先占 PRB i涉及的对全局性能度量(该度量与非时延约束数据分组的传送有关)的成本影响，并且λ表示避免以上表达式的除数在没有这种先占的情况下为空的非空常数。如以上所表达的第二性能度量表示用于通过将对前面提及的全局性能度量(该度量与非时延约束数据分组的传送有关)的影响考虑在内来优化时延约束数据分组的丢弃率的选择准则。
鉴于如以上在第一性能度量的所述特定实施方式的范围内表达的全局性能度量，先占PRB i的成本影响c(i)表达如下：
Figure GDA0002461325850000181
其中，
Figure GDA0002461325850000182
是在PRB i的先占发生的情况下而重新计算的平均速率，比如计算如下：
Figure GDA0002461325850000183
其中，k表示PRB i之前被指派到且必须被确定成本影响c(i)的会话，Rk是在图5的算法的紧前执行之后的由k识别的会话的平均速率。
在第二性能度量的所述特定实施方式中，为了关于由k ′’识别的时延约束数据分组对于所选PRB i计算所述第二性能度量，调度器装置120优选地执行时延约束(发送对应数据的截止期限)到最小数据速率ρk′的转换，以实现满足所述时延约束。最小数据速率ρk′如下获得：
ρk′＝pk′/lk′
其中，pk′表示在所述时延约束下对于由k ′识别的所述时延约束分组发送的数据量，并且lk′表示在到达由k ′识别的所述时延约束数据分组满足的所述时延约束期限时刻之前的延迟。
在接着的步骤S604中，调度器装置120检查是否存在关于第二性能度量仍然需要考虑的至少一个其他PRB。在存在关于第二性能度量仍然需要考虑的至少一个其他PRB时，通过选择一个所述PRB重复步骤S602；否则，执行步骤S605。
在步骤S605中，调度器装置120在候选PRB中且在非时延约束分组中找到根据第二性能度量示出最佳性能的PRB加非时延约束分组的对。根据第二性能度量的有效定义，示出最佳性能的PRB加非时延约束分组的对可以为示出第一性能度量的最高值的对或示出第一性能度量的最低值的对。
在接着的步骤S606中，调度器装置120分配传送与所述对的非时延约束分组有关的时延约束数据的、所述对的PRB。该分配从现在开始不应被先占(与关于非时延约束数据分组执行的指派相反)。如果需要先占，则搁置引起先占的非时延约束数据以(在另一时间段Tj′中，其中j ′≥j)稍后传送。
在由k ′识别的时延约束数据分组在步骤S606期间已经被分配有PRB i的情况下，通过考虑具有数据速率rk′(i)的分配更新平均数据速率Rk′。在开始传送由k ′识别的所述时延约束数据分组时认为平均速率Rk′为空。更新在步骤S606中已经被分配有提供数据速率rk′(i)的PRB的由k ′识别的时延约束数据分组的平均速率Rk′对于第二性能度量的所述特定实施方式如下：
Rk′←Rk′+μ(rk′(i)-Rk′）
当由k ′识别的时延约束数据分组在步骤S606期间未被分配有PRB的情况下，通过考虑没有分配来更新平均数据速率Rk′，这导致平均数据速率Rk′降低。更新在步骤S606中未分配有任何PRB的、由k ′识别的时延约束数据分组的平均速率Rk′对于第二性能度量的所述特定实施方式比如如下：
Rk′←Rk′-μRk′
在先占最初被指派给传送由k识别的会话的非时延约束数据的PRB i时，因此对于第一性能度量的所述特定实施方式比如如下修正由k识别的会话的平均速率Rk：
Rk←Rk-μrk(i)
而且，调度器装置120然后搁置引起PRB先占的非时延约束数据以(在另一时间段Tj′中，其中j ′≥j)稍后传送。
在接着的步骤S607中，调度器装置120检查是否至少一个其他循环迭代待执行。如已经提及的，循环迭代优选地被执行到在所考虑时间段Tj中不再有未决定的时延约束数据或已经分配时间段Tj的所有PRB为止。代替或另外可以使用的另一个准则是对于所考虑的时间段Tj，只要预定处理时间超时自开始执行图6的算法以来未到期，就可以执行循环迭代。在至少一个循环迭代待执行时，用候选PRB的更新列表对于新循环迭代重复步骤S601，在步骤S606刚刚之前的发生中分配的PRB被从候选PRB的所述列表去除；否则，执行图6的算法结束的步骤S608。

Claims (11)

1.一种用于向数据分组分配用于经由通信网络传送所述数据分组的时间-频率资源的方法，在该通信网络中通过频率选择性信道来执行通信，所述方法由所述通信网络的调度器装置来执行，所述方法包括以下步骤：
-获得要传送的数据分组或其描述，各数据分组为时延约束数据分组或非时延约束数据分组；以及
-获得表示能够在预定时间段内传送至少一个所获得的数据分组所通过的各信道的传送情况的信息；
所述方法的特征在于所述方法包括以下步骤：
-根据所获得的表示传送情况的信息，执行在所述预定时间段内指派用于传送非时延约束数据分组的数据的时间-频率资源；
-执行所述指派的修改，使得至少一个时间-频率资源被分配给所述时延约束数据分组的数据的至少一个相应传送而不是被分配给所述非时延约束数据分组的数据，所述修改通过使所述修改对与所述非时延约束数据分组的所述传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；以及
-按照指派将所述时间-频率资源分配给未引起指派修改的所述非时延约束数据分组，而搁置引起指派修改的所述非时延约束数据分组以在随后时间段中稍后调度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法的特征在于：所述非时延约束数据分组属于作为所述通信网络的两个通信项目之间的通信环境的会话，并且特征在于：为了执行所述指派，所述调度器装置执行以下各项的多个循环迭代：
-确定所述预定时间段的尚未被指派且尚未被分配的第一时间-频率资源候选；
-对于各第一时间-频率资源候选：对于各会话，根据所获得的表示所述传送情况的信息确定第一性能度量；
-找到根据所述第一性能度量示出最佳性能的第一时间-频率资源候选加会话的对；并且
-指派所述对的所述第一时间-频率资源候选用于传送所述对的所述会话的非时延约束数据。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法的特征在于：为了执行所述指派的所述修改和对用于传送所述时延约束数据分组的所述数据的时间-频率资源的所述分配，所述调度器装置执行以下各项的多个循环迭代：
-确定所述预定时间段的尚未被分配的第二时间-频率资源候选；
-对于各第二时间-频率资源候选：对于各时延约束数据分组，根据所获得的表示所述传送情况的信息确定第二性能度量；
-在以下约束下找到根据所述第二性能度量示出最佳性能的第二时间-频率资源候选加时延约束数据分组的对：使在之前被指派用于传送非时延约束数据的所述第一时间-频率资源候选被先占的情况下对所述全局性能度量的所述成本影响最小化；以及
-分配所述对的所述第二时间-频率资源候选用于传送所述对的所述时延约束数据分组的数据。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法的特征在于：对于所确定的第一时间-频率资源候选i，所述第一性能度量定义如下：
Figure FDA0002461325840000021
其中，k表示所考虑的会话，rk(i)表示根据所获得的表示传送情况的信息对于所述会话经由所述第一时间-频率资源候选i能够实现的数据速率，Rk是在所述循环迭代在所述预定时间段执行之后的由k识别的所述会话的平均速率，并且α是预定整数参数，使得α≥0。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法的特征在于：所述全局性能度量定义如下：
Figure FDA0002461325840000022
其中，fα是依赖所述预定整数参数α且如下定义的效用函数：
Figure FDA0002461325840000023
其中，f ′α 是所述效用函数fα的导函数。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法的特征在于：对于所确定的第二时间- 频率资源候选i，所述第二性能度量如下定义：
Figure FDA0002461325840000031
其中，k ′ 表示所考虑的时延约束数据分组，rk′(i)表示根据所获得的表示传送情况的信息对于所述时延约束数据分组经由所述第二时间-频率资源候选i能够实现的数据速率，Rk′表示自时延约束数据分组传送的开始以来对于所述时延约束数据分组实现的数据速率，β是预定参数，ρk′表示满足用于所述时延约束数据分组的时延约束的最小数据速率，c(i)表示在之前被指派用于传送非时延约束数据的所述第一时间-频率资源候选被所述第二时间-频率资源候选i潜在地先占的情况下涉及的对所述全局性能度量的所述成本影响，并且λ表示非空常数。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法的特征在于：所述成本影响c(i)表达如下：
Figure FDA0002461325840000032
其中，
Figure FDA0002461325840000033
是在发生第一时间-频率资源候选被所述第二时间-频率资源候选i先占的情况下而对于由k表示的所述会话重新计算的平均速率。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法的特征在于：
Figure FDA0002461325840000034
定义如下：
Figure FDA0002461325840000035
其中，μ是预定遗忘因子，使得0<μ<1。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，所述方法的特征在于：所述调度器装置如下对于各时延约束数据分组k ′ 事先执行将要由所述时延约束数据分组满足的所述时延约束到所述最小数据速率ρk′的转换：
ρk′＝pk′/ lk′
其中，pk′表示在所述时延约束下对于所述时延约束分组要传送的数据量，并且lk′表示在到达要由所述时延约束数据分组满足的所述时延约束期限时刻之前的延迟。
10.一种信息存储介质，该信息存储介质存储有包括程序代码指令的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1至9中任一项所述的用于向数据分组分配用于经由通信网络传送所述数据分组的时间-频率资源的方法。
11.一种用于向数据分组分配用于经由通信网络传送所述数据分组的时间-频率资源的调度器装置，在该通信网络中通过频率选择性信道执行通信，所述调度器装置包括：
-用于获得要传送的数据分组或其描述的单元，各数据分组为时延约束数据分组或非时延约束数据分组；以及
-用于获得表示能够在预定时间段内传送至少一个所获得的数据分组所通过的各信道的传送情况的信息的单元；
所述调度器装置的特征还在于：所述调度器装置包括：
-用于根据所获得的表示传送情况的信息，执行在所述预定时间段内指派用于传送非时延约束数据分组的数据的时间-频率资源的单元；
-用于执行所述指派的修改，使得至少一个时间-频率资源被分配给所述时延约束数据分组的数据的至少一个相应传送而不是被分配给所述非时延约束数据分组的数据的单元，所述修改通过使所述修改对与所述非时延约束数据分组的所述传送有关的全局性能度量的成本影响最小化来执行；以及
-用于按照指派将所述时间-频率资源分配给未引起指派修改的所述非时延约束数据分组，而搁置引起指派修改的所述非时延约束数据分组以在随后时间段中稍后调度的单元。
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