CN109361431B - 一种切片的调度方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切片的调度方法，包括：1)在当前调度周期内，选择权重最大的一个切片作为被调度的切片，其中，所述权重与相应切片对在切片之间的通信协作的贡献度相关；2)由被调度的切片的终端传输数据。通过为切片之间的D2D协作引入了激励机制，使得切片在各个调度周期被选择的概率与其对在切片之间的通信协作的贡献度呈正比，为其他切片提供协作越多的切片越容易在下一个调度周期被调度以传输其终端的数据。

Description

一种切片的调度方法与系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域的激励协作，尤其涉及在移动网络切片间的协作方法。

背景技术

在5G移动通信网络中，允许虚拟网络运营商(VNP)向移动网络运营商(NP)租用无线资源以构成虚拟网络(VN)，并通过该虚拟网络为用户提供通信服务。实现这种虚拟网络的技术被称作为切片技术，一个虚拟网络对应于一个切片，NP通过调度切片来为VNP提供服务。目前存在许多知名的虚拟网络运营商，包括：优酷、腾讯、京东等，它们的存在使得在5G网络覆盖范围内可能存在多个重叠覆盖的虚拟网络。发明人认为可以利用这些重叠覆盖的虚拟网络进行用户之间的D2D协作。例如，当一名通信网络的用户的信道条件较差时，通过中继算法选择另一名用户作为中继用户，以对前一名用户的通信进行转发。转发其他用户的信息会消耗资源，因而在调度时需要提供一定的激励手段。

然而，现有的激励协作算法均未考虑5G移动通信中虚拟运营商的存在，这些现有技术仅对参与协作的终端进行激励，不能激励与各个切片对应的虚拟网络运营商参与到协作中。若D2D只能在同一虚拟网络运营商之内进行，那么极有可能无法实现最佳的中继。比如，当一个虚拟网络运营商在同一接入节点的用户稀疏时，D2D中继性能会很差甚至无法选择到D2D中继，又例如，在为一个终端选择中继时，在同一个虚拟网络运营商内最优终端的信道条件比其他虚拟网络运营商的终端的信道条件差。

基于上述考虑，期望提供一种实现激励切片间协作的调度方案。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种切片的调度方法，包括：

1)在当前调度周期内，选择权重最大的一个切片作为被调度的切片，其中，所述权重与相应切片对在切片之间的通信协作的贡献度相关；

2)由被调度的切片的终端传输数据。

优选地，根据所述方法，其中步骤2)包括：

2-1)在所述被调度的切片中存在需要协作的终端时，从各个切片中选择提供协作的终端，并调度所述提供协作的终端的资源为所述需要协作的终端传输数据；或者

2-2)对于所述提供协作的终端与所述需要协作的终端不属于同一个切片的情况，在完成协作之后降低所述需要协作的终端所对应的切片对切片之间的通信协作的贡献度、和/或提高所述提供协作的终端所对应的切片对切片之间的通信协作的贡献度。

优选地，根据所述方法，其中步骤2-2)包括：

根据所述被调度的切片的管理器中所记录的属于该切片的终端的信息，来判断所述提供协作的终端是否属于所述被调度的切片；或者

根据针对所述提供协作的终端的标识来判断所述提供协作的终端是否属于所述被调度的切片。

优选地，根据所述方法，其中步骤2-1)基于以下方式从各个切片中选择提供协作的终端：从各个切片中选择使得所述需要协作的终端的传输速率最高、或吞吐量最大的终端作为所述提供协作的终端。

优选地，根据所述方法，其中采用下式来确定在第j+1个调度周期针对切片g的所述权重：

其中，c_g,j是在调度周期j切片g对在切片之间的通信协作的贡献度，

是系统为切片g传输数据提供的时间资源的参考值，

是截止到调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源的平均值，

是在调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源，β是历史对

的影响量，β＝1表示历史对

没有影响，b_g,j用于指示切片g在时隙j是否被调度，j>0。

优选地，根据所述方法，其中所述切片对在切片之间的通信协作的贡献度与所述切片为其他切片提供协作的次数和/或被其他切片协作的次数相关。

优选地，根据所述方法，其中基于下式来更新切片g在第i个调度周期的贡献度c_g,i：

c_g,i＝c_g,i-1+b_g,i-1c₀+μ_g,i-1c₁，

其中，c_g,i-1是切片g在第i-1个调度周期的贡献度；b_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否被调度，若是则b_g,i-1＝1，否则b_g,i-1＝0；μ_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否为其他切片提供了协作，若是则μ_g,i-1＝1，否则μ_g,i-1＝0；c₀与c₁为设置的常数，i＞1。

优选地，根据所述方法，其中所述切片对在切片之间的通信协作的贡献度被设置为与所述切片为其他切片提供协作的意愿度相关。

优选地，根据所述方法，其中基于下式来更新切片g在第i个调度周期的贡献度c_g,i'：

c_g,i＝c_g,i-1+b_g,ic₀+μ_g,ic₁，

c^temp＝max(min(N·c_g,i,c^max),c^min)，

c_g,i′＝ct^emp，

其中，c_g,i-1是切片g在第i-1个调度周期的贡献度；b_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否被调度，若是则b_g,i-1＝1，否则b_g,i-1＝0；μ_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否为其他切片提供了协作，若是则μ_g,i-1＝1，否则μ_g,i-1＝0；c₀与c₁为设置的常数，i＞1；N表示切片g的协作意愿是最大协作意愿的1/N；c^max是设置的针对贡献度的上限值；c^min是设置的针对贡献度的下限值。

一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现上述任意一项所述的方法。

一种切片的调度系统，包括：

存储装置、以及处理器；

其中，所述存储装置用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现上述任意一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明的实施例的优点在于：

为切片之间的D2D协作引入了激励机制，使得切片在各个调度周期被选择的概率与其对在切片之间的通信协作的贡献度呈正比。为其他切片提供协作越多的切片越容易在下一个调度周期被调度以传输其终端的数据。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的切片的调度方法的流程图；

图2～图5为对本发明及现有技术对切片参与切片之间的协作的激励效果的仿真测试结果：其中，

图2(a)为场景C1，切片1和切片2中的每个终端均参与协作，

图2(b)为与场景C1对应的各个终端的吞吐量；

图3(a)为场景C2，在不同的切片之间进行协作，其中由切片2中的UE5为切片1中的UE3提供协作，

图3(b)为与场景C2对应的各个终端的吞吐量；

图4(a)为场景C3，仅在同一切片内进行协作，其中由切片1中的UE2为切片1中的UE3提供协作，

图4(b)为与场景C3对应的各个终端的吞吐量；

图5是比较在场景C1～C3下，切片1、切片2、UE3在后续的多个调度周期内的平均吞吐量。

具体实施方式

发明人在研究了现有技术的基础上，提出可以利用重叠覆盖的虚拟网络进行用户之间的D2D协作，对为其他虚拟网络提供协作的虚拟网络提供一定的奖励，即提升其在切片调度时的权重，使得该虚拟网络可以优先被调度以尽快传输属于该虚拟网络的终端的数据。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

参考图1示出的一个实施例，提供一种切片的调度方法，包括：

步骤1.在当前调度周期内各个切片均向NP请求通信资源，由NP根据各个切片的权重，选择权重最大的一个切片作为在本调度周期内传输自身数据的切片。

本发明的所述权重和与其对应的切片对在切片之间的通信协作的贡献度有关，例如该切片是否曾为其他切片提供协作、或者该切片是否曾接收过其他切片所提供的协作。作为对为其他切片提供帮助的奖励，切片对在切片之间的通信协作的贡献度越高则为其设置越高的权重，以激励切片之间的通信协作。

根据本发明的一个实施例，基于下式为切片g设置其在第j+1个调度周期的权重值：

其中，c_g,j是在调度周期j切片g对在切片之间的通信协作的贡献度。

表示为切片g传输数据提供的时间资源的参考值，该值小于等于一个调度周期的时长，其根据NVS架构NP与VNP签订切片的SLA(service level agreement)以及NP需要为VNP提供的服务质量与收取的费用而决定。

是截止到调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源的平均值，其与调度历史相关，在历史上切片g被调度的次数越多，则该值越大，其作为权重值的分母越大，权重值越小，使得不会出现永远调度同一个切片的情况。

是在调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源，β是历史对

的影响量，在β＝1时表示历史对

没有影响，b_g,j用于指示切片g在时隙j是否被调度。

在一些实施例中，

可以是归一化的值，例如将一个调度周期的总时长定义为1，根据

在一个调度周期中的占比来调整它们的取值。

步骤2.判断在通过步骤1所选择的切片中是否存在需要其他终端协作的终端(即“CS用户”，cooperative user)，针对需要其他终端协作的终端在多个切片中选择为其分配的提供协作的终端(即“CR用户”，cooperative relay)。

根据本发明的一个实施例，基于下式确定用户k能否作为切片g中的用户p的CR用户。

其中，

为在用户k的协作下用户p的传输速率，用户k与用户p可以属于同一切片也可以不属于同一切片，P_bs、P_k和P_noise分别为基站、用户k的传输功率和噪声功率，h_i,bs为基站与用户p之间的信道增益，h_i,k为用户p和用户k之间的信道增益。

根据本发明的一个实施例，在为用户p选择CR用户时，针对全部切片中的每一个终端均采用上式计算在其协作下用户p的传输速率，选择使得该传输速率最大的终端作为用户p的CR用户。

可以理解，根据本发明的其他实施例，也可以采用任意其他现有的算法来确定CR用户，例如选择使得当前被调度的切片的平均吞吐量最好的用户，所述选择不仅限于当前被调度的切片内部，是在多个切片中寻找最符合上述标准的终端作为针对该CS用户的CR用户。

步骤3.判断CS用户与CR用户是否处于同一切片中，若是则继续步骤4，若否则继续步骤5。

在现阶段，5G技术中尚未明确规定采用何种具体方式来标识一个用户隶属于哪一个切片。然而已可以确定的一种实施方式为，利用切片的内部管理器记录属于这个切片的所有用户的信息，如果CS用户和CR用户属于同一切片，那么在CS用户所属的切片中应当同时具有这两个用户的信息，因而可以通过上述方式判断它们是否隶属于同一切片。

步骤4.在当前切片内调度CR用户为CS用户提供协作。此时，CS用户与CR用户处于同一切片中，可以采用现有技术以D2D的方式使得CR用户为CS用户的信息进行中继。

步骤5.在当前切片和CR用户所处的切片之间进行配置，从而调度CR用户为CS用户提供协作。

目前尚未制定一个统一的标准协议来规定如何使得不同切片的用户能够实现彼此的协作。根据本发明，只要能够使得CR用户获知其需要参与为CS用户提供协作即可，例如，所述配置方式可以包括：通知被协作的当前切片为CS用户提供协作的CR用户的身份信息(例如ID)，并由被协作切片通知CS用户与CR用户建立连接；又或者，将CR用户的身份信息以及CS用户的身份信息通知给提供协作的切片，由提供协作的切片将CS用户的身份信息提供给CR用户，使得CR用户能够与CS用户建立连接。

在建立了上述连接之后，在切片之间实现的D2D协作与传统的在同一个切片内实现的D2D协作方式一致。

CR用户所处的切片在完成配置之后，可以向调度当前切片的NP进行反馈，以确定完成了配置。

步骤6.对于在不同切片间完成了协作的情况，降低CS用户所属切片的权重和/或增加CR用户所述切片的权重。所述权重的计算式可以参考步骤1中为切片g设置其在当前调度周期的权重值。

根据本发明的一个实施例，可以增加CR用户所属切片对在切片之间的通信协作的贡献度，和/或减少CS用户所属切片的对在切片之间的通信协作的贡献度。

例如，可以将切片g在第i个调度周期的贡献度表示为：

c_g,i＝c_g,i-1+b_g,i-1c₀+μ_g,i-1c₁，

其中，c_g,i-1是切片g在第i-1个调度周期的贡献度；b_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否被调度，若是则b_g,i-1＝1，否则b_g,i-1＝0；μ_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否为其他切片提供了协作，若是则μ_g,i-1＝1，否则μ_g,i-1＝0；c₀与c₁为设置的常数，i＞1。

根据本发明的又一个实施例，还可以在对在切片之间的通信协作的贡献度中引入VNP的协作意愿。例如，NP规定了其所调度的各个切片为其他切片提供通信协作的上限为9次，某一VNP的协作意愿较低，其希望为最多为其他切片提供3次通信协作，可以在该VNP与NP签署协议时，增加该VNP的付费以换取该VNP有相对公平的机会被调度。在本实施例中，该VNP的协作意愿是默认值的1/3，可以将该VNP的对在切片之间的通信协作的贡献度乘以3以计算其权重，这使得该VNP在贡献度低时可以优先被选择，在贡献了3次协作之后也不会由于其他切片贡献的协作次数更高而降低其被选择的优选程度。这样可以为NP和与其合作的VNP提供更灵活的商业合作模式。

例如，可以采用以下方式来更新针对具有非默认协作意愿的切片而调整的贡献度，即切片g在第i个调度周期的贡献度：

首先，基于前文中的计算式c_g,i＝c_g,i-1+b_g,ic₀+μ_g,ic₁得到针对切片g的贡献度的参考值；

然后，基于c^temp＝max(min(N·c_g,i,c^max),c^min)计算针对切片g的贡献度的中间值，其中，N表示切片g的协作意愿是最大协作意愿的1/N，c^max是设置的针对贡献度的上限值，c^min是设置的针对贡献度的下限值。例如，可以将c^min设置为1。其中，min(a,b)等于a和b中的较小值，max(a,b)等于a和b中的较大值。

最后，将切片g在第i个调度周期的贡献度设置为c_g,i'＝c^temp。

通过上述实施例，为切片之间的D2D协作引入了激励机制，即使得切片在各个调度周期被选择的概率与其对在切片之间的通信协作的贡献度呈正比。为其他切片提供协作越多的切片越容易在下一个调度周期被调度以传输其终端的数据。

为了验证本发明调度方法的效果，发明人做了仿真实验。表1示出了仿真所采用的相应参数。

表1仿真参数

图2示出了场景C1及其终端在当前调度周期内的吞吐量情况，如图2(a)所示，场景C1中切片1和切片2中的每个终端均不参与协作。图3示出了场景C2及其终端在当前调度周期内的吞吐量情况，如图3(a)所示，场景C2依据本发明的上述方式在切片之间进行协作，由切片2的UE5为切片1中的UE3提供协作，即基站不仅直接向UE3传输数据、还将针对UE3的数据经由UE5中继至UE3。图4示出了场景C3及其终端在当前调度周期内的吞吐量情况，如图3(a)所示，场景C3依据现有方法，仅在切片内进行协作，由切片1的UE2为切片1中的UE3提供协作。

通过比较图2(b)和图4(b)可以看出，在切片内部寻找最优的CR用户可以将UE3的吞吐量从小于0.5的数值提升到大约0.8的数值。相比之下，通过对比图3(b)和图4(b)可以看出，采用本发明的方法在切片之间寻找最优的CR用户，不仅可以进一步将UE3的吞吐量提升至接近1.5，还可以将切片2中UE4和UE5的吞吐量从不到2.5提升到超过2.5的数值。

这是由于，基于本发明的方法，以使得切片在各个调度周期被选择的概率与其对在切片之间的通信协作的贡献度呈正比，切片2为切片1提供协作，使得切片2在随后的多个调度周期内被优先选择作为被调度切片的概率大大提升，因而能够提升其整体吞吐量。

这一点还可以从图5中看出，图5是比较在场景C1～C3下，切片1、切片2、UE3在后续的多个调度周期内的平均吞吐量。如图5所示，在不进行协作的场景C1中，切片2在1秒内(约几百个调度周期)的平均吞吐量略高于切片1，均为接近5bps/Hz。在仅在切片1内部进行协作的场景C3中，切片1的平均吞吐量得到了很大的提升而切片2的吞吐量下降到了5bps/Hz以下。在采用本发明的方法由切片2为切片1提供协作的场景C2中，切片1和切片2的平均吞吐量均得到了提升。可见，采用本发明的方法可以给其他切片提供协作的切片提供提升随后一段时间的平均吞吐量以作为激励，避免出现场景C3中以牺牲切片2为代价来为切片1提供协作的情况。

通过上述仿真结果可以看出，在切片之间进行协作不仅会提升被协作的切片的吞吐量，其还会提升提供协作的切片在未来多个调度周期内的平均吞吐量，采用本发明的方式可以实现对切片间协作的激励。

需要说明的是，上述实施例中介绍的各个步骤并非都是必须的，本领域技术人员可以根据实际需要进行适当的取舍、替换、修改等。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管上文参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种切片的调度方法，包括：

1)在当前调度周期内，选择权重最大的一个切片作为被调度的切片，其中，所述权重与相应切片对在切片之间的通信协作的贡献度相关；

2)由被调度的切片的终端传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2)包括：

2-1)在所述被调度的切片中存在需要协作的终端时，从各个切片中选择提供协作的终端，并调度所述提供协作的终端的资源为所述需要协作的终端传输数据；

2-2)对于所述提供协作的终端与所述需要协作的终端不属于同一个切片的情况，在完成协作之后降低所述需要协作的终端所对应的切片对切片之间的通信协作的贡献度、和/或提高所述提供协作的终端所对应的切片对切片之间的通信协作的贡献度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤2-2)包括：

根据所述被调度的切片的管理器中所记录的属于该切片的终端的信息，来判断所述提供协作的终端是否属于所述被调度的切片；或者

根据针对所述提供协作的终端的标识来判断所述提供协作的终端是否属于所述被调度的切片。

4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤2-1)基于以下方式从各个切片中选择提供协作的终端：从各个切片中选择使得所述需要协作的终端的传输速率最高、或吞吐量最大的终端作为所述提供协作的终端。

5.根据权利要求1所述的方法，其中采用下式来确定在第j+1个调度周期针对切片g的所述权重：

其中，c_g,j是在调度周期j切片g对在切片之间的通信协作的贡献度，

是系统为切片g传输数据提供的时间资源的参考值，

是截止到调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源的平均值，

是在调度周期j实际为切片g传输数据提供的时间资源，β是历史对

的影响量，β＝1表示历史对

没有影响，b_g,j用于指示切片g在时隙j是否被调度，j>0。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的方法，其中所述切片对在切片之间的通信协作的贡献度与所述切片为其他切片提供协作的次数和/或被其他切片协作的次数相关。

7.根据权利要求6所述的方法，其中基于下式来更新切片g在第i个调度周期的贡献度c_g,i：

c_g,i＝c_g,i-1+b_g,i-1c₀+μ_g,i-1c₁，

其中，c_g,i-1是切片g在第i-1个调度周期的贡献度；b_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否被调度，若是则b_g,i-1＝1，否则b_g,i-1＝0；μ_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否为其他切片提供了协作，若是则μ_g,i-1＝1，否则μ_g,i-1＝0；c₀与c₁为设置的常数，i＞1。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述切片对在切片之间的通信协作的贡献度被设置为与所述切片为其他切片提供协作的意愿度相关。

9.根据权利要求8所述的方法，其中基于下式来更新切片g在第i个调度周期的贡献度c_g,i'：

c_g,i＝c_g,i-1+b_g,ic₀+μ_g,ic₁，

c^temp＝max(min(N·c_g，i，c^max)，c^min)，

c_g,i′＝c^temp，

其中，c_g,i-1是切片g在第i-1个调度周期的贡献度；b_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否被调度，若是则b_g,i-1＝1，否则b_g,i-1＝0；μ_g,i-1表示切片g在第i-1个调度周期是否为其他切片提供了协作，若是则μ_g,i-1＝1，否则μ_g,i-1＝0；c₀与c₁为设置的常数，i＞1；N表示切片g的协作意愿是最大协作意愿的1/N；c^max是设置的针对贡献度的上限值；c^min是设置的针对贡献度的下限值。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1～9中任意一项所述的方法。

11.一种切片的调度系统，包括：

存储装置、以及处理器；

其中，所述存储装置用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1～10中任意一项所述的方法。

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