CN108322913A - 基于小分组借用的快速动态信道分配方法 - Google Patents

基于小分组借用的快速动态信道分配方法 Download PDF

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祁彦庆
徐玺翔
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杨淼
李辰
艾扎提
马博洋
马向前
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Abstract

本发明涉及无线通信系统信道分配技术领域，是一种基于小分组借用的快速动态信道分配方法，第一步：设定系统中的数据业务缓存区的列队长度；第二步：分别对语音业务两个时隙中的基本资源单元进行分组；第三步：系统对是否有信道处于空闲状态进行判断；第四步：当无空闲信道进行数据业务的传输时，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候；第五步：系统判断语音信道中空闲信道的数量，控制数据业务缓存区内排队的数据业务借用空闲信道。本发明增加了数据业务接入的可能性，降低了总的数据业务的丢包率，增加了数据业务传输的可靠性，满足了实时控制类数据业务在时延和可靠性方面的高要求，提高了系统性能和用户的满意度。

Description

基于小分组借用的快速动态信道分配方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统信道分配技术领域，是一种基于小分组借用的快速动态信道分配方法。
背景技术
移动通信系统的信道分配问题实际上就是最优化问题，在同信道干扰限制、邻信道干扰限制等约束条件下寻找最优解的问题，用最有效的方法给所有通信设备尽量分配多的可用信道资源。
随着社会的发展，对于数字集群通信系统不仅要承载语音业务的各种要求，同时还要承载一些实时控制类数据业务，以便实现数据调度功能。比如，在指挥调度过程中，用户能够通过使用手持的那些终端对业务的相关数据进行接收、发送和查询；调度台还能够通过向用户批量发送文字指示，用户根据实际情况回复确认。这样的实时控制类数据业务在时延和可靠性方面要求都很高，但在TD-SCDMA网络通信系统中现有的动态信道分配策略多使用在数据业务时隙忙时如果此时有其他数据业务到达，则能够暂时借用闲置的语音业务时隙进行数据的传输，在借用前先检查语音业务时隙有多少空闲不用的基本资源单元，以便使用，若空闲的基本资源单元数大于8个，则这些空闲时隙就可以被借用来传输数据业务。如果不足8个BRU则继续等待；当有语音呼叫到达需要使用这些被借用的信道时，可以随时要回被占用的信道，数据业务就需回到缓存区继续等待，因此数据业务接入率低，不能满足实时控制类数据业务在时延和可靠性方面的高要求。
发明内容
本发明提供了一种基于小分组借用的快速动态信道分配方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的动态信道分配策略不能满足实时控制类数据业务在时延和可靠性方面的高要求的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于小分组借用的快速动态信道分配方法，包括以下步骤：
第一步：设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K，之后进入第二步；
第二步：分别对语音业务两个时隙中的基本资源单元进行分组，每个分组中基本资源单元为八个，其中一个基本资源单元即为一个信道，之后进入第三步；
第三步：当有数据业务到达系统时，系统自动判断数据业务信道中是否有空闲信道，若有空闲信道，则使用空闲信道进行数据业务传输；若无空闲信道，则进入第四步；
第四步：当无空闲信道进行数据业务的传输时，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候，之后进入第五步；
第五步：系统判断语音信道中空闲信道的数量，控制数据业务缓存区内排队的数据业务借用空闲信道，具体如下：
a、若一个分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用此分组中的所有信道传输流类数据业务；
b、若两个以上的分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用这些分组内的所有信道传输流类数据业务或浏览类数据业务；
c、若语音信道中空闲信道的数量大于等于八，且位于不同的时隙内，则将所有空闲信道调整集中至一个时隙，供数据业务缓存区内排队的数据业务借用。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述第一步中，设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K后，可将数据业务缓存区的最后L个位置预留给VIP数据业务。
上述第四步中，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候时，可判断数据业务缓存区的排队队列长度，具体如下：
a、若排队队列长度小于K-L，则新到达系统的数据业务继续进行排队；
b、若排队队列长度等于K，则数据业务缓存区已满，新到达系统的数据业务都进行丢包处理；
c、若排队队列长度等于K-L，则判断新到达系统的数据业务是否为VIP数据业务，若是VIP数据业务，则排入数据业务缓存区的最后L个位置中继续排队等候，若不是VIP数据业务，则进行丢包处理。
本发明在现有算法的基础上，考虑了非实时性业务—数据业务的快速动态信道分配策略，针对数据业务类别不同则速率不一样的问题，采用小分组借用算法，使数据业务灵活借用语音信道进行传输，增加了数据业务接入的可能性，并且针对数据业务的不同优先级，通过划出VIP数据业务预留区，使高优先级VIP数据业务的接入率大于普通数据业务的接入率，降低了总的数据业务的丢包率，增加了数据业务传输的可靠性，满足了实时控制类数据业务在时延和可靠性方面的高要求，提高了系统性能和用户的满意度。
附图说明
附图1为本发明的模型图。
附图2为本发明的流程图。
附图3为本发明实施例2的markov模型图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1、2所示，该基于小分组借用的快速动态信道分配方法，包括以下步骤：
第一步：设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K，之后进入第二步；
第二步：分别对语音业务两个时隙中的基本资源单元进行分组，每个分组中基本资源单元为八个，其中一个基本资源单元即为一个信道，之后进入第三步；
第三步：当有数据业务到达系统时，系统自动判断数据业务信道中是否有空闲信道，若有空闲信道，则使用空闲信道进行数据业务传输；若无空闲信道，则进入第四步；
第四步：当无空闲信道进行数据业务的传输时，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候，之后进入第五步；
第五步：系统判断语音信道中空闲信道的数量，控制数据业务缓存区内排队的数据业务借用空闲信道，具体如下：
a、若一个分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用此分组中的所有信道传输流类数据业务；
b、若两个以上的分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用这些分组内的所有信道传输流类数据业务或浏览类数据业务；
c、若语音信道中空闲信道的数量大于等于八，且位于不同的时隙内，则将所有空闲信道调整集中至一个时隙，供数据业务缓存区内排队的数据业务借用。
这里系统指现有的TD-SCDMA网络通信系统；第一步中数据业务缓存区的列队长度K可根据实际情况进行设定。数据业务包括流类数据业务和浏览类数据业务，由于流类数据业务需用64kbit/s的速率传输，浏览类数据业务需用144kbit/s的速率传输，并且2个基本资源单元能够满足12.2kbit/s的语音业务通信要求，7个基本资源单元能够传输速率为64kbit/s的数据流类数据业务，16个基本资源单元能够传输速率144kbit/s的数据浏览类数据业务，因此在对语音业务时隙分组时，每个分组中的基本资源单元需为八个。第二步中语音业务每个时隙中的基本资源单元数量由TD-SCDMA上行链路的扩频因子决定，若扩频因子取16，则每个时隙中有16个基本资源单元，1个基本资源单元为1个信道，分组时可将每个时隙分成2组，两个时隙共分为4小分组，每个分组中有8个基本资源单元。
本发明在现有算法的基础上，考虑了非实时性业务—数据业务的快速动态信道分配策略，针对数据业务类别不同则速率不一样的问题，采用小分组借用算法，使数据业务灵活借用语音信道进行传输，增加了数据业务接入的可能性，增加了数据业务传输的可靠性，满足了实时控制类数据业务在时延和可靠性方面的高要求，提高了系统性能和用户的满意度。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，第一步中，设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K后，将数据业务缓存区的最后L个位置预留给VIP数据业务。
这里将数据业务缓存区的最后L个位置预留给VIP数据业务，即最后L个位置只允许VIP数据业务占用，VIP数据业务指在集群系统中用于调度的数据业务。L的具体数值可根据实际情况设定。
如附图1、2所示，第四步中，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候时，判断数据业务缓存区的排队队列长度，具体如下：
a、若排队队列长度小于K-L，则新到达系统的数据业务继续进行排队；
b、若排队队列长度等于K，则数据业务缓存区已满，新到达系统的数据业务都进行丢包处理；
c、若排队队列长度等于K-L，则判断新到达系统的数据业务是否为VIP数据业务，若是VIP数据业务，则排入数据业务缓存区的最后L个位置中继续排队等候，若不是VIP数据业务，则进行丢包处理。
这里VIP数据业务指在集群系统中用于调度的数据业务，其余数据业务为普通数据业务，通过上述步骤针对数据业务的不同优先级，使高优先级VIP数据业务的接入率大于普通数据业务的接入率，降低了总的数据业务的丢包率，增加实时控制类数据业务对于可靠性方面的高要求，进一步提高了系统性能和用户的满意度。
实施例2：如附图3所示，具体仿真实施时，将TD-SCDMA上行链路的扩频因子取16，则每个时隙中有16个基本资源单元，1个基本资源单元为1个信道，分组时可将每个时隙分成2组，两个时隙共分为4小分组，每个分组有8个基本资源单元；k取100；然后根据本发明的方法建立一个二维markov模型，其中横向为语音业务在信道分配中的状态转移，纵向为数据业务信道分配中的状态转移，i为排队队长，即在数据业务缓存区内排队等候的数据业务数量，j为在线语音呼叫数，即需进行通信的语音业务数量，λ为数据业务个数，P为数据业务传输信道。
如图3所示，具体分析过程如下：
(1)上图第一列为j＝0，表示此时在线语音呼叫数为0，那么数据业务就能够借用所有语音信道，则可用数据信道最大为3。根据Markov模型图，当i＜3时，从状态(i，0)到(i-1，0)的输出速率为iμd；当3≤i≤100时，从状态(i，0)到(i-1，0)的输出速率都为3μd。但由于从100-L到100之间只允许VIP数据业务进入缓存区排队，那么从(100-L，0)到(100，0)之间的输入为λd1，从(0，0)到(100-L-1，0)的输入都为λd＝λd1+λd2。通过上述分析则j＝0，i＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＜3时，
(iμd+λv+λd)P(i，0)＝λdP(i-1，0)+μvP(i，1)+(i+1)μdP(i+1，0) (5-1)
当3≤i≤100-L时，
(3μd+λv+λd)P(i，0)＝λdP(i-1，0)+μvP(i，1)+3μdP(i+1，0) (5-2)
当100-L＜i＜100时，
(3μd+λv+λd1)P(i，0)＝λd1P(i-1，0)+μvP(i1)+3μdP(i+1，0) (5-3)
当i＝100时，
(3μd+λv)P(i，0)＝λd1P(i-1，0)+μvP(i，1) (5-4)
(2)上图中1≤j≤4，表示此时在线语音呼叫数低于4个，那么数据业务就能够借用的语音信道数至少有1.5个时隙，则可用数据信道最大为2.5。此时系统就要根据不同速率的数据业务使用不同的时隙大小来传输数据业务了。对于在数据缓存器预留L个排队位置的分析同上，通过上述分析1≤j≤4，i＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＜2时，
(iμd+jμv+λv+λd)P(i，j)
＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+(i+1)μdP(i+1，j) (5-5)
当i＝2时，
(2μd+jμv+λv+λd)P(i，j)
＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+2.5μdP(i+1，j) (5-6)
当3≤i≤100-L时，
(2.5μd+jμv+λv+λd)P(i，j)
＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+2.5μdP(i+1，j) (5-7)
当100-L＜i＜100时，
(2.5μd+jμv+λv+λd1)P(i，j)
＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+2.5μdP(i+1，j) (5-8)
当i＝100时，
(2.5μd+jμv+λv)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1) (5-9)
(3)同理上图中5≤j≤8，表示此时在线语音呼叫数5至8，那么数据业务能够借用的空闲语音信道数至少有1个时隙，则可用数据信道最大为2。此时系统就要根据不同速率的数据业务使用不同的时隙大小来传输数据业务了。其余同上，通过上述分析则5≤j≤8，i＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＜3时，
(iμd+jμv+λv+λd)P(i，j)
＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+(i+1)μdP(i+1，j) (5-10)
当3≤i≤100-L时，
(2μd+jμv+λv+λd)P(i，j)
＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+2μdP(i+1，j) (5-11)
当100-L＜i＜100时，
(2μd+jμv+λv+λd1)P(i，j)
＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+2μdP(i+1，j) (5-12)
当i＝100时，
(2μd+jμv+λv)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1) (5-13)
(4)当9≤j≤12，表示此时在线语音呼叫数9至12，那么数据业务能够借用的语音信道数至少有0.5个时隙，则可用数据信道最大为1.5。此时系统就要根据不同速率的数据业务使用不同的时隙大小来传输数据业务了。其余同上，通过上述分析则9≤j≤12，i＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＝0时，
(jμv+λv+λd)P(i，j)＝(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+(i+1)μdP(i+1，j) (5-14)
当i＝1时，
(iμd+jμv+λv+λd)P(i，j)＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+1，5μdP(i+1，j)
(5-15)
当2≤i≤100-L时，
(2μd+jμv+λv+λd)P(i，j)＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+1.5μdP(i+1，j)
(5-16)
当100-L＜i＜100时，
(2μd+jμv+λv+λd1)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(ii，j+1)+λvP(i，j-1)+2μdP(i+1，j)
(5-17)
当i＝100时，
(1.5μd+jμv+λv)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1) (5-18)
(5)当13≤j＜16，表示此时在线的语音呼叫数13至16之间，那么数据业务就不能够借用的语音信道数，则可用数据信道数为1。其余同上，通过上述分析则13≤j＜16，i＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＝0时，
(jμv+λv+λd)P(i，j)＝(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+(i+1)μdP(i+1，j) (5-19)
当1≤i≤100-L时，
(μd+jμv+λv+λd)P(i，j)＝λdP(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+μdP(i+1，j) (5-20)
当100-L＜i＜100时，
(μd+jμv+λv+λd1)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1)+μdP(i+1，j)
(5-21)
当i＝100时，
(μd+jμv+λv)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+(j+1)μvP(i，j+1)+λvP(i，j-1) (5-22)
(6)当j＝16时，表示此时在线的语音呼叫数达到16，那么数据业务就不能够借用的语音信道数，则可用数据信道数为1。其他同上，则j＝16，j＝0，1，......100的稳态平衡方程为：
当i＝0时，
(jμv+λd)P(i，j)＝λvP(i，j-1)+μdP(i+1，j) (5-23)
当1≤i≤100-L时，
(μd+jμv+λd)P(i，j)＝λdP(i-1，j)+λvP(i，j-1)+μdP(i+1，j) (5-24)
当100-L＜i＜100时，
(μd+jμv+λd1)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+λvP(i，j-1)+μdP(i+1，j) (5-25)
当i＝100时，
(jμv+λv)P(i，j)＝λd1P(i-1，j)+λvP(i，j-1) (5-26)
状态归一化条件
由上面对于二维markov方程稳态方程的研究分析，其状态方程数有(16+1)×(100+1)＝1717个，共有1718个方程需要求解，通过求解状态方程得出稳态解，确认借用语音信道传输的数据业务类型、个数及速率。
同时如图3所示，可对语音业务的阻塞率、VIP数据业务的掉包率和普通数据业务的掉包率进行计算，计算过程如下：
对于语音业务16个信道都为忙时则会发生阻塞，所以则语音业务的阻塞率Pvd为：
对于VIP数据业务在缓存器已有100个数据排队时，也就是缓存器已满时就会发生掉包，则VIP数据业务的掉包率Pdd1为：
对于普通数据业务在缓存器已有100-L个数据排队时，若再有数据业务到达就会发生掉包，则普通数据业务的掉包率Pdd2为：
由式5-29到5-30可得系统总数据业务的丢包率为：
仿真中，可将具体数值带入得出相应结果。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (3)

1.一种基于小分组借用的快速动态信道分配方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K，之后进入第二步；
第二步：分别对语音业务两个时隙中的基本资源单元进行分组，每个分组中基本资源单元为八个，其中一个基本资源单元即为一个信道，之后进入第三步；
第三步：当有数据业务到达系统时，系统自动判断数据业务信道中是否有空闲信道，若有空闲信道，则使用空闲信道进行数据业务传输；若无空闲信道，则进入第四步；
第四步：当无空闲信道进行数据业务的传输时，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候，之后进入第五步；
第五步：系统判断语音信道中空闲信道的数量，控制数据业务缓存区内排队的数据业务借用空闲信道，具体如下：
a、若一个分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用此分组中的所有信道传输流类数据业务；
b、若两个以上的分组内的所有信道均处于空闲状态，则在数据业务缓存区内排队的数据业务借用这些分组内的所有信道传输流类数据业务或浏览类数据业务；
c、若语音信道中空闲信道的数量大于等于八，且位于不同的时隙内，则将所有空闲信道调整集中至一个时隙，供数据业务缓存区内排队的数据业务借用。
2.根据权利要求1所述的基于小分组借用的快速动态信道分配方法，其特征在于第一步中，设定系统中的数据业务缓存区的列队长度为K后，将数据业务缓存区的最后L个位置预留给VIP数据业务。
3.根据权利要求2所述的基于小分组借用的快速动态信道分配方法，其特征在于第四步中，到达系统的数据业务进入数据业务缓存区进行排队等候时，判断数据业务缓存区的排队队列长度，具体如下：
a、若排队队列长度小于K-L，则新到达系统的数据业务继续进行排队；
b、若排队队列长度等于K，则数据业务缓存区已满，新到达系统的数据业务都进行丢包处理；
c、若排队队列长度等于K-L，则判断新到达系统的数据业务是否为VIP数据业务，若是VIP数据业务，则排入数据业务缓存区的最后L个位置中继续排队等候，若不是VIP数据业务，则进行丢包处理。
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