CN109874174A - Lte系统mac层下行调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LTE系统MAC层下行调度方法，包括：将LTE系统MAC层下行调度的过程划分为多个子流程，其中每个子流程实现至少一个功能；以及，将所述多个子流程映射到多个线程以并行执行。本发明提高了LTE系统MAC层下行调度的并行度，能够应对大连接低时延场景的挑战。

Description

LTE系统MAC层下行调度方法

技术领域

本发明涉及移动通讯技术领域，具体而言，涉及一种LTE系统MAC层下行调度方法。

背景技术

LTE系统中的MAC层下行调度是整个LTE协议栈软件正常工作不可或缺的一环，下行调度的过程通常是串行的，参见图1，该过程包括：针对本次调度周期，从物理层接收用户下行HARQ反馈以确定本次调度周期内的重传用户；根据下行调度算法执行下行调度，以确定在本次调度周期内需要调度的用户；进行寻呼、广播(如paging、MIB和SIB消息等)的发送周期判断，如果本次调度周期内需要发送寻呼或者广播，则针对本次调度周期插入一个用户，以表示需要为寻呼或者广播分配无线资源；随后，进行本次调度周期的资源分配(包括RB资源分配和CCE资源分配)；最后，构造DCI信息(即下行控制信息，包含诸如RB资源分配信息、调制方式MCS、HARQ-ID等若干相关内容)以及构造并缓存MAC PDU数据，这些信息和数据用于递送至L1API以完成下行调度。

串行的下行调度过程易于实现和调试，在具备单核计算资源的基站设备中表现良好，并且一旦调试通过，协议栈运行也会比较稳定。然而，这种串行的下行调度过程在多核计算资源运行环境下无法发挥出并行计算的优势，因而会造成计算资源的浪费。在单个调度周期内，由于串行的下行调度过程的时间损耗较高，导致单个调度周期内调度的用户数量较少，基站吞吐量不高(谱效较低)，所占用的无线资源难以占满整个基站拥有的带宽，从而造成无线资源的浪费。由此可见，串行的下行调度过程并不适用于用户数量较多的大规模连接场景。

为了提高资源利用率，现有的解决方案是采用下行预调度(或称新传预调度)的方法，其利用一个下行用户预调度队列提前调度本次调度周期的新传用户(本领域技术人员应理解，每个用户在FDD模式下拥有8个HARQ进程，并且每个调度周期内可以使用一个HARQ进程，如果用户的HARQ进程之前没有传输过，则该用户称为新传用户)，在接收到用户下行HARQ反馈之后再更新该下行用户预调度队列。这种方法并非在接收到用户下行HARQ反馈之后才开始调度本次调度周期内的新传用户，因此提高了下行调度的速率，并且解耦了下行调度与接收用户下行HARQ反馈这两个步骤。然而，这种方法的资源利用率仍然比较低，并且不适用于大规模连接场景。另外，在使用这种方法时，本次调度周期内没有得到资源分配的新传用户在下一调度周期将重新进行新传预调度，因此存在计算资源上的浪费。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种LTE系统MAC层下行调度方法，包括：将LTE系统MAC层下行调度的过程划分为多个子流程，其中每个子流程实现至少一个功能；以及，将所述多个子流程映射到多个线程以并行执行。

上述方法中，所述多个子流程包括：

新传预调度子流程，其根据预调度算法输出新传用户；

接收用户下行HARQ反馈子流程，其接收用户的下行HARQ反馈并且输出反馈为NACK的用户作为重传用户；

寻呼、广播发送周期判断子流程，其在确定需要发送寻呼或者广播时，输出关于为寻呼或者广播进行无线资源分配的通知；

更新调度队列子流程，其根据所述新传预调度子流程、所述接收用户下行HARQ反馈子流程以及所述寻呼、广播发送周期判断子流程的输出更新调度队列，以得到需要调度的用户以及用户的优先级；

RB资源分配子流程，其为需要调度的用户分配RB资源；

CCE资源分配子流程，其为需要调度的用户分配CCE资源；以及

数据构造子流程。

上述方法中，所述多个子流程之间的数据交互采用TLV格式，并且所述多个子流程的执行时间的差值在预定范围内；其中，将所述多个子流程映射到多个线程包括：将能够构成一个事务的一个或多个子流程映射到一个线程。

上述方法中，所述新传预调度子流程映射到第一线程，所述接收用户下行HARQ反馈子流程和所述更新调度队列子流程映射到第二线程，所述寻呼、广播发送周期判断子流程映射到第三线程，所述RB资源分配子流程和所述CCE资源分配子流程映射到第四线程，以及所述数据构造子流程映射到第五线程。

上述方法中，所述第二线程还执行当所述调度队列中的用户数量超过第一阈值时通知所述第一线程停止所述新传预调度子流程的操作；所述第一线程还执行当所述调度队列中的用户数量低于第二阈值时重启所述新传预调度子流程的操作。

上述方法中，针对未得到无线资源分配的新传用户，所述调度队列缓存该新传用户作为缓存用户。其中，所述缓存用户的优先级高于由所述新传预调度子流程输出的新传用户，并且低于由所述接收用户下行HARQ反馈子流程输出的重传用户。

上述方法中，对于所述寻呼、广播发送周期判断子流程输出的关于为寻呼或者广播进行无线资源分配的通知，所述更新调度队列子流程在所述调度队列中插入一个用户，以表示需要为寻呼或者广播进行无线资源分配，该用户的优先级高于由所述接收用户下行HARQ反馈子流程输出的重传用户。

本发明实施例提供如下的有益效果：

1.本发明对LTE系统MAC层下行调度过程进行了分析，将下行调度过程划分为多个子流程，并且将多个子流程映射到多个并行执行的线程，从而提高了LTE系统MAC层下行调度的并行度，能够应对大连接低时延场景的挑战。

2.每个子流程实现至少一个功能，子流程之间的运行时间差距在预定的可容忍范围内，并且子流程之间的数据交互格式可以抽象为TLV(Type、Value、Length)格式。这样，不同子流程之间的接口依赖性较低，并且便于扩展。

3.为调度队列设置高/低水位阈值，当调度队列中的用户数量超过高水位阈值时，停止新传预调度子流程，当等到调度队列中的用户数量低于低水位阈值时重新开启该新传预调度子流程，从而减少了新传预调度子流程的时间损耗，节省了资源消耗。

4.本次调度周期内没有得到无线资源分配的已调度新传用户被缓存在调度队列中(当为下一调度周期分配无线资源时其可以直接取出)，因此无需重新进入新传预调度子流程进行调度，进而节省了计算资源。

附图说明

将通过参考附图对示例性实施例进行详细描述，附图意在描绘示例性实施例而不应被解释为对权利要求的预期范围加以限制。除非明确指出，否则附图不被认为依比例绘制。

图1示出了串行执行的LTE系统MAC层下行调度方法的流程图；

图2示出了根据本发明一个实施例的LTE系统MAC层下行调度方法的流程图；

图3示出了根据本发明一个实施例的各子流程在多个线程中执行的示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的调度队列的高/低水位阈值的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的一个实施例，提供一种LTE系统MAC层下行调度方法。概括而言，该方法包括：将LTE系统MAC层下行调度的过程划分为多个独立的子流程，其中每个子流程实现至少一个功能；以及，将划分得到的多个子流程映射到多个线程上，并行地执行所述多个线程。

现参照图1，详细描述该LTE系统MAC层下行调度方法的具体步骤：

步骤1.将LTE系统MAC层下行调度的过程划分为七个独立的子流程，其中每个子流程实现一种功能。这七个子流程可以分别为：新传预调度子流程，接收用户下行HARQ反馈子流程，寻呼、广播发送周期判断子流程，更新调度队列子流程，RB资源分配子流程，CCE资源分配子流程和构造数据子流程。

针对每个调度周期(通常为1ms)，新传预调度子流程负责根据预调度算法输出该调度周期内的新传用户；接收用户下行HARQ反馈子流程负责从物理层接收用户的下行HARQ反馈，并且输出反馈为NACK的用户作为该调度周期内的重传用户；寻呼、广播发送周期判断子流程负责执行寻呼或广播发送周期的确定，如果确定在该调度周期内需要发送寻呼或者广播，则输出关于在该调度周期内为寻呼或广播进行无线资源分配的通知。更新调度队列子流程负责根据新传预调度子流程输出的新传用户，接收用户下行HARQ反馈子流程输出的重传用户，和/或寻呼、广播发送周期判断子流程输出的通知，对调度队列(应理解，调度队列可以是一个DPDK无锁环形队列)进行更新，从而得到该调度周期内需要调度的用户以及用户的优先级。具体而言，更新调度队列子流程将新传预调度子流程输出的该调度周期内的新传用户插入调度队列，并且将接收用户下行HARQ反馈子流程输出的该调度周期内的重传用户插入到新传用户之前；另外，当接收到关于在该调度周期内为寻呼、广播进行无线资源分配的通知时，还在调度队列的头部插入一个用户以指示该调度周期内需要为寻呼或者广播进行无线资源分配。在调度队列中，用户如果越靠近队列的头部，则其优先级也就越高，也就能越早地得到RB资源以及CCE资源的分配。

当调度队列中插入一个调度周期内需要调度的用户之后，RB资源分配子流程负责从调度队列获取该调度周期内需要调度的用户，并且为该调度周期内需要调度的用户分配无线空口时频资源RB块。在RB资源分配子流程分配了RB资源之后，CCE资源分配子流程为已分配了RB资源的用户分配CCE资源，从而完成该调度周期内的无线资源分配。其中，如果在为用户分配CCE资源时发现CCE资源不够，则还要对该用户已分配的RB资源进行分配回退。在分配了一个调度周期内的无线资源之后，构造数据子流程负责构造DCI消息(即下行控制信息，包含诸如RB资源分配信息、调制方式MCS、HARQ-ID等若干相关内容)、构造并缓存下行MAC PDU数据，其包括MAC PDU数据头部的构造以及尾部填充的添加。随后所构造的消息和数据将被递送给LTE系统中的L1API以进行后续处理。

上述七个子流程中的每个子流程的执行时间不会相差太大(例如，时间差距在一个预定的可容忍范围内)，这使得其中一些子流程可以并行地执行(并行执行将在下文中进行描述)，进而减少LTE系统MAC层下行调度的时间损耗。

此外，上述七个子流程之间的数据交互可以抽象为TLV格式，这种子流程的划分方式降低了子流程之间的数据接口依赖性，方便进一步的扩展。

步骤2.将划分得到的七个子流程映射到五个线程上，这五个线程并行地执行，线程间的交互如图3所示。

具体地，首先，根据子流程之间是否具有逻辑不可分性(逻辑不可分性指的是：多个子流程能够形成一个事务，即完成一个完整的任务)，将子流程组合成非原子流程。在本实施例中，新传预调度子流程与更新调度队列子流程之间具有逻辑不可分性，接收用户下行HARQ反馈子流程与更新调度队列子流程之间具有逻辑不可分性，寻呼、广播发送周期判断子流程与更新调度队列子流程之间具有逻辑不可分性，RB资源分配子流程与CCE资源分配子流程之间具有逻辑不可分性。因此，可以将接收用户下行HARQ反馈子流程与更新调度队列子流程组合成非原子流程(应理解，也可以将新传预调度子流程与更新调度队列子流程组合成非原子流程，或者将寻呼、广播发送周期判断子流程与更新调度队列子流程组合成非原子流程)，并且将RB资源分配子流程与CCE资源分配子流程组合成非原子流程，剩下的每个子流程本身构成一个事务，并且作为一个非原子流程。

随后，将每个非原子流程映射到不同的线程上，线程与线程之间可以利用互斥锁技术实现并发执行。其中，新传预调度子流程映射到线程1，接收用户下行HARQ反馈子流程和更新调度队列子流程映射到线程2，寻呼、广播发送周期判断子流程映射到线程3，RB资源分配子流程和CCE资源分配子流程映射到线程4，并且构造数据子流程映射到线程5，图3示出了各线程中执行的子流程以及线程间的交互。

参照上文对每个子流程的描述，针对每个调度周期，线程1根据预调度算法，对该调度周期内的新传用户进行预调度，并且输出一定数量的该调度周期内的新传用户。线程3负责进行寻呼或者广播发送周期的确定，如果确定在该调度周期内需要发送寻呼或者广播，则输出相关的通知。线程2从物理层接收用户的下行HARQ反馈，反馈可能分为ACK和NACK，从而获知反馈为NACK的用户，即该调度周期内的重传用户。线程2还根据线程1和线程3(如果线程3输出相关的通知)的输出，并且根据所获知的该调度周期内的重传用户来更新调度队列。具体地，在调度队列中插入该调度周期内的新传用户，并且在新传用户之前插入该调度周期内的重传用户，此外，如果接收到关于为寻呼或者广播进行无线资源分配的通知，则还要在调度队列的头部插入一个用户以指示该调度周期内需要为寻呼或者广播进行资源分配。据此，调度队列中具有该调度周期内需要调度的用户。另外，在调度队列中，表示该调度周期内需要为寻呼或者广播进行资源分配的用户的优先级最高，该调度周期内重传用户的优先级次之，该调度周期内新传用户的优先级最低。对于该调度周期内需要调度的用户，线程4进行RB资源和CCE资源的分配。在线程4中，RB资源分配操作和CCE资源分配操作是串行执行的，如果为用户分配了RB资源之后发现CCE资源不够，则还要对其已分配的RB资源进行分配回退，具体地，分配回退是将已分配的RB标记由已分配状态设置为未分配状态。线程5负责构造DCI消息，构造并缓存下行MAC PDU数据，本领域技术人员应理解，这些消息和数据将被递送给LTE系统中的L1API。

在上述五个线程中，线程1、2和3可以并行地执行。线程4可以持续地从调度队列中取出用户并且为该用户分配无线资源，因此线程4可以与线程1-3并行地执行，即线程4为本次调度周期内需要调度的用户分配无线资源时，线程1-3可以为下一调度周期执行用户调度以确定需要调度的用户和用户的优先级。此外，线程4每完成一个用户的无线资源分配，线程5就可以开始针对该用户进行数据的构造。因此，线程5在针对某个用户执行数据构造的同时，线程4可以继续进行调度队列中下一个用户的无线资源分配。由此可见，上述五个线程能够并行地执行。这样，假设新传预调度子流程的时间消耗为T1，接收用户下行HARQ反馈子流程的时间消耗为T2，寻呼、广播发送周期判断子流程的时间消耗为T3，更新调度队列子流程的时间消耗为T4，RB资源分配子流程以及CCE资源分配子流程的时间消耗为T5，并且构造数据子流程的时间消耗为T6。在串行的下行调度过程中，MAC层执行10次调度的总时间表示为：10*(T1+T2+T3+T4+T5+T6)，而使用本发明提供的LTE系统MAC层下行调度方法，MAC层执行10次调度的总时间表示为：10*max{T1,T2,T3}+10*T4+T5+10*T6。

由此可见，通过执行(对LTE系统MAC层下行调度过程的)子流程的划分以及子流程与线程的映射，LTE系统MAC层下行调度可以达到很高的并行度，并且能够充分发挥并行计算的优势。在大连接场景中，可以显著提高每个调度周期内的调度用户数量，尽可能占满基站所拥有的无线带宽，提高了基站频谱利用率，增加了基站下行吞吐量，减少了用户的平均传输时延，并且为用户提供更好的QoS保障。

在上述的实施例中，划分(LTE系统MAC层下行调度的过程)得到的七个子流程中的每个子流程实现一种功能。然而，在其他实施例中，也可以采用如下的子流程划分方式：即，使得划分得到的子流程可以实现多个功能。举例而言，可以将RB资源分配子流程与CCE资源分配子流程合并为一个子流程(即无线资源分配子流程)。在上述的实施例中，将具有逻辑不可分性的子流程组合成非原子流程，进而映射到多个线程，而在其他实施例中，也可以将每个子流程映射到不同的线程进行执行。

在上述的实施例中，先为用户分配RB资源，再分配CCE资源，并且在CCE资源不够的情况下进行RB资源的分配回退。本领域技术人员应理解，在其他实施例中，也可以为用户事先判断CCE资源是否足够，若足够再进行RB资源的分配，否则不进行RB资源的分配。

在上述的实施例中，在对一个调度周期进行无线资源分配之后，可能会存在该调度周期内的一些新传用户得不到无线资源的情况(例如无线资源不够分配)，则新传预调度子流程(映射到线程1)根据预调度算法，可能会将该调度周期内得到调度但未得到资源分配的新传用户作为下一调度周期内的新传用户进行输出，这样导致了计算资源的浪费。在一个优选的实施例中，对于已调度但未得到无线资源分配的新传用户，可以在调度队列中缓存这些未得到资源分配的新传用户(又称缓存用户)，并且针对下一调度周期设置这些缓存用户的优先级，例如，使得缓存用户的优先级位于下一调度周期内的重传用户之后，并且位于下一调度周期内的新传用户之前，如图4所示。

此外，为了降低调度队列中用户数量过多导致的计算压力，在一个优选的实施例中，为调度队列设置高/低水位阈值，参见图4。其中，线程2还执行以下操作：判断调度队列中的用户数量是否超过高水位阈值，如果超过，则线程2使用信号量通知线程1停止新传预调度子流程。线程1在停止新传预调度子流程之后还执行如下操作：判断调度队列中的用户数量是否低于低水位阈值，如果低于低水位阈值，则线程1重新开启新传预调度子流程。这样，可以减少新传预调度子流程的时间损耗，并且进一步节省计算资源。

应注意到一些示例性方法被描绘为流程图。虽然流程图将操作表述为顺序执行，但可以理解的是，许多操作可以并行、同时或同步地执行。另外，可以重新排列操作的顺序。处理可以在操作完成时终止，但是也可以具有并未包括在图中或实施例中的另外的步骤。

上述方法可以通过硬件、软件、固件、中间件、伪代码、硬件描述语言或者它们的任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或伪代码实施时，用来执行任务的程序代码或代码分段可以被存储在计算机可读介质中，诸如存储介质，处理器可以执行该任务。

应理解，软件实现的示例性实施例通常在一些形式的程序存储介质上进行编码或者在一些类型的传输介质上实现。程序存储介质可以是任意的非瞬态存储介质，诸如磁盘(例如，软盘或硬盘)或光盘(例如，紧凑盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读的或者随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴线缆、光纤，或者本领域已知的一些其它适用的传输介质。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种LTE系统MAC层下行调度方法，包括：

将LTE系统MAC层下行调度的过程划分为多个子流程，其中每个子流程实现至少一个功能；

将所述多个子流程映射到多个线程以并行执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个子流程包括：

新传预调度子流程，其根据预调度算法输出新传用户；

接收用户下行HARQ反馈子流程，其接收用户的下行HARQ反馈并且输出反馈为NACK的用户作为重传用户；

寻呼、广播发送周期判断子流程，其在确定需要发送寻呼或者广播时，输出关于为寻呼或者广播进行无线资源分配的通知；

更新调度队列子流程，其根据所述新传预调度子流程、所述接收用户下行HARQ反馈子流程以及所述寻呼、广播发送周期判断子流程的输出更新调度队列，以得到需要调度的用户以及用户的优先级；

RB资源分配子流程，其为需要调度的用户分配RB资源；

CCE资源分配子流程，其为需要调度的用户分配CCE资源；以及

数据构造子流程。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个子流程之间的数据交互采用TLV格式，并且所述多个子流程的执行时间的差值在预定范围内；

其中，将所述多个子流程映射到多个线程包括：将能够构成一个事务的一个或多个子流程映射到一个线程。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述新传预调度子流程映射到第一线程，所述接收用户下行HARQ反馈子流程和所述更新调度队列子流程映射到第二线程，所述寻呼、广播发送周期判断子流程映射到第三线程，所述RB资源分配子流程和所述CCE资源分配子流程映射到第四线程，以及所述数据构造子流程映射到第五线程。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二线程还执行当所述调度队列中的用户数量超过第一阈值时通知所述第一线程停止所述新传预调度子流程的操作；所述第一线程还执行当所述调度队列中的用户数量低于第二阈值时重启所述新传预调度子流程的操作。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中，针对未得到无线资源分配的新传用户，所述调度队列缓存该新传用户作为缓存用户。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述缓存用户的优先级高于由所述新传预调度子流程输出的新传用户，并且低于由所述接收用户下行HARQ反馈子流程输出的重传用户。

8.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中，对于所述寻呼、广播发送周期判断子流程输出的关于为寻呼或者广播进行无线资源分配的通知，所述更新调度队列子流程在所述调度队列中插入一个用户，以表示需要为寻呼或者广播进行无线资源分配，该用户的优先级高于由所述接收用户下行HARQ反馈子流程输出的重传用户。

9.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。