CN110612767B - 用于在无线电接入网络中分配无线电资源的技术 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于在无线电接入网络中分配无线电资源以用于操作多个设备的技术。关于该技术的方法方面，由第一无线电协调器确定多个第二无线电协调器中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组。此外，由所述第一无线电协调器基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器中的每一个，以及向所述多个第二无线电协调器中的至少一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。由第二资源协调器从第一无线电协调器接收分配消息，以及根据所接收的分配消息，基于分配给所述第二无线电协调器的无线电资源而将所述无线电资源指派给所述第二无线电协调器的关联的设备组中的设备。

Description

用于在无线电接入网络中分配无线电资源的技术

技术领域

本公开总体上涉及一种用于在无线电接入网络中分配无线电资源的技术。更具体地说，但不限于，提供了用于在无线电接入网络中分配和指派无线电资源的方法和设备，特别是用于工业自动化应用。

背景技术

下一代蜂窝网络标准5G的关键目标是支持非常高的可靠性和低延迟的机器型通信，即关键MTC或超可靠低延迟通信(URLLC)。工业自动化应用(也称为工业物联网(IIOT))要求具有极低延迟范围的高度可靠的通信。工业自动化和控制通常涉及将数据报告给可编程逻辑控制器(PLC)的传感器。PLC根据感测数据指示致动器(例如机器人)执行特定动作。

当今的工业自动化应用主要依靠现场总线标准。与有线通信相比，无线通信可以为工业自动化应用提供多个优势，例如安装更快、易于维护、灵活性和可扩展性、显著降低因移动机器部件而导致的电缆损坏以及有效降低总体运营成本。此外，某些交叉路径或自由移动或旋转设备仅通过无线通信来启用。

尽管无线通信为自动化应用带来了若干好处，但现有的无线技术都无法满足超低延迟和非常高可靠性的通信需求。为工业应用中的任务关键通信实现通信要求是未来5G蜂窝通信系统的重要方面。

对于无线通信系统，关键限制条件之一是系统容量，其取决于可用频谱带宽。对于工厂车间中的大量现场设备(例如传感器和致动器(例如机器人))及其变化的业务需求(例如分组大小、数据分组的到达时间、优先级、实时要求等)，由于容量限制，在工厂车间仅部署服务或管理大量设备的单个基站(BS)可能是不切实际的，即，在具有一定频谱带宽的情况下，只能支持有限的特定数量的设备。换句话说，指派给现场设备子集的专用无线电资源可能成为满足其延迟和可靠性要求的瓶颈。

在用于工业自动化的多小区部署方案中，必须以满足所有设备的服务质量(QoS)要求的方式执行无线电资源指派。如果设备之间造成频谱干扰，则无法满足严格的QoS要求。与无线通信系统可以从小区间干扰协调(ICIC)方案及其变体中受益的传统移动宽带应用不同，工业自动化应用通常没有延迟预算，无法从这些方案中受益。由于源自许多金属表面、移动机器部件、移动性和高设备密度的强大的多径效应，工业应用中的传播环境可能非常恶劣。

因此，迄今为止，没有一种现有的无线技术能够满足工业自动化应用中设备的通信要求。虽然已经证明了一些早期的原型可以在链路级别实现低延迟和高可靠性通信，但是尚未开发管理用于工厂车间中大量设备的资源的架构和方法。没有这样的架构、资源管理和干扰协调方案，用于工业应用中的任务关键通信的无线技术将变得不可行。

然而，现有的无线技术已经被设计为处理宽带业务。对于具有极低延迟的实时通信要求，现有的无线技术和资源分配方案是不合适的。没有协调和无线电资源管理，跨多个小区的无线频谱的任意使用会导致小区间干扰和QoS下降。但是，由于通信需求具有严格的延迟约束和极高的可靠性，因此经典的小区间干扰方案(例如ICIC、eICIC和FeICIC)不适用于工业自动化应用。

发明内容

因此，需要一种在无线电接入网络中分配无线电资源的技术，该技术也适用于工业自动化应用。备选地或另外地，需要一种满足低延迟和高可靠性通信需求的分配无线电资源的技术，特别是对于工业应用中的操作关键的通信。

根据第一总体方面，提供了一种在无线电接入网络(RAN)中分配无线电资源以用于操作多个设备的方法。该方法包括或触发以下步骤：由第一无线电协调器(FRC)确定多个第二无线电协调器(SRC)中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组。所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。该方法还包括或触发以下步骤：由所述第一无线电协调器基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器中的每一个；以及向所述多个第二无线电协调器中的至少一个发送指示所分配无线电的资源的分配消息。

根据第一总体方面的方法的实施例可以包括以下方面和/或特征中的一个或多个。

通过确定每个SRC对无线电资源的需求，FRC可以确定每个SRC所需的无线电资源。通过分配无线电资源并发送分配消息，可以使每个SRC能够控制和协调它的设备组中的设备的无线电通信。

术语“与SRC中的一个相关联”可以涵盖SRC负责向它的关联设备组中的设备指派无线电资源。指派无线电资源可以包括在不同设备之间协调无线电资源，以及控制它的关联设备组中的设备的介质访问。

该技术可以体现在两层架构和/或两层协调层次结构中。在第一层中，单个FRC可以管理更广泛的操作区域上的无线电资源的粗粒度协调，以便将无线电资源分配给多个SRC。例如，FRC不直接管理现场设备的介质访问，即FRC不直接处理任务关键或操作关键通信。在第二层中，每个SRC可以为它的关联设备组中的设备指派无线电资源和/或管理任务关键或操作关键通信。每个SRC都可以依靠FRC进行无线电资源分配。

SRC可以针对它的关联设备组中和/或它的无线电小区中的设备执行无线电资源的细粒度协调，例如以用于指派无线电资源。无线电资源的细粒度协调或指派可能会受到以下约束：每个SRC只能指派已由FRC分配给它的无线电资源。FRC可以覆盖比每个SRC的操作区域更大的操作区域。备选地或另外地，FRC可以在比SRC的功能性(例如，指派)的时间尺度更长的时间尺度上(即，大于1ms和/或大于一个传输时间间隔)处理功能性(例如分配)。

可以实施该技术以在逻辑上将任务关键或操作关键通信(例如，指派)与协调功能性(例如，分配)相分离，以向操作例如部署在工厂车间内的大量设备的RAN提供具有有效资源利用的可伸缩性，并且满足非常低的延迟和非常高的可靠性的通信需求，尤其是对于工业应用中的任务关键或操作关键通信。此外，多小区架构和协调机制能够通过避免需要使用高发射功率水平在更长的距离上进行发射来节省功率消耗，从而减少能耗。

RAN和/或前导码可以与标准系列IEEE802.11(例如IEEE 802.11ax)、第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)、高级LTE(例如3GPP LTE版本10)、LTE Advanced Pro(例如3GPP LTE版本13)或第五代(5G)的3GPP新无线电(NR)兼容。可以实现该技术以用于在宽带RAN中的窄带信道上发送数据，例如用于机器型通信(MTC)和/或窄带物联网(IoT)设备。由于严格的QoS需求，某些IIoT(或关键机器型通信(C-MTC))应用可能不像在大规模机器型通信(M-MTC)或传统物联网应用中那样使用窄带频谱。

该方法可以由LTE中的eNodeB或基于新无线电(NR)的网络的gNodeB的数字单元执行，可以使用异步数据传输与多个SRC通信，或者可以在周期性或计划的时刻与多个SRC通信。

FRC和/或SRC可以称为无线电网络(例如RAN)的节点。如本文所使用的，术语“第一无线电协调器”和“第二无线电协调器”用于在所提出的两层架构的两个不同逻辑单元之间进行区分。

“第一无线电协调器”可以由一种设备和/或装置体现，该设备和/或装置尤其被设置以便将RAN中的无线电资源分配给多个第二无线电协调器(例如表示RAN的节点)。例如，FRC可以驻留在基站(例如LTE中的eNodeB或NR中的gNodeB)的数字单元中。

“第二无线电协调器”可以由一种设备和/或装置来体现，该设备和/或设备尤其被设置以便将RAN中的无线电资源指派给多个设备，例如，指派给工业自动化应用的多个现场设备。

在物理上，一个、一些或每个SRC可以由与FRC相同的物理设备(例如无线电基站(例如eNodeB或NR基站)的数字单元)来体现(例如在其上运行)。因此，FRC和一个、一些或每个SRC可以被体现在单个装置中，例如作为RBS或作为RBS的一部分。备选地或另外地，一个、一些或每个SRC可以由在空间上分隔的设备(例如由不同的RBS)来体现(例如在其上运行)。因此，FRC和一个、一些或每个SRC可以分别体现为第一装置和至少一个第二装置。

不同的SRC(以及可选的一个或多个SRC和FRC)可以使用不同的无线电技术或使用相同的无线电技术。不同的SRC可以在无线电技术仅使用所分配的无线电资源的约束下应用它们的无线电技术。备选地或另外地，不同的SRC可以在设备组(例如由SRC协调的自动化小区)内使用的无线电技术能够满足低延迟和高可靠性通信需求的约束下应用它们的无线电技术。

在本文中，术语“分配”和“指派”无线电资源可以具有相同的含义，例如包括协调、控制和/或调度无线电资源的使用。为了清楚地区分FRC和SRC的不同功能或任务，最好使用两个不同的术语。术语“分配”优选地用于由第一无线电协调器向多个第二无线电协调器中的每一个进行的无线电资源的分配。术语“指派”优选地用于由所述第二无线电协调器向它的关联设备组中的设备进行的无线电资源的分配(指派)。

以上关于术语“第一无线电协调器”、“第二无线电协调器”、“分配”和“指派”的示例性定义可以应用于整个文档以及例如以下阐述的方面。

FRC发送的分配消息可以指示分配给所有SRC的无线电资源。所述分配消息可以被广播或多播到所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器。备选地，可以将专用的分配消息分别发送到所述多个SRC中的至少一个SRC，或者在将专用的分配消息仅发送到一个SRC的情况下，可以将专用的分配消息单播到该SRC。

可以将分配消息发送到所述多个SRC中的所有SRC。备选地，可以仅向所述多个SRC的子集发送分配消息。举例来说，可以不向已经(例如先前)分配的无线电资源上没有任何更改的SRC发送分配消息。因此，作为另一方面，FRC可以仅向其分配的无线电资源与其先前分配的无线电资源相比已经改变(例如作为FRC处的确定步骤或分配步骤的结果)的那些SRC发送分配消息。举例来说，可以向需要被告知无线电资源的更改的分配(例如更改的无线电资源指派设置)或者受无线电资源的更改的分配(例如更改的无线电资源指派设置)影响的SRC发送(例如多播)分配消息。其先前的无线电资源分配足够或其无线电资源分配(例如其无线电资源指派设置)未被更改的那些SRC可以如之前一样例如以半持久的方式继续使用已经分配的无线电资源。

由FRC向多个SRC中的每一个SRC分配无线电资源的步骤可以取决于在FRC处有多少无线电资源可用于分配给SRC。无线电资源可以被分配用于(即，“分配”可以指代)上行链路(例如从设备到关联SRC的数据传输)、下行链路(例如从SRC到它的至少一个关联设备的数据传输)和/或副链路(例如与同一SRC相关联的至少两个设备之间的数据传输)无线电通信。

FRC可以充当对多个设备所在的整个区域(例如工厂车间)具有全局视图的无线电资源协调器。FRC可以负责或执行诸如认证、准入控制，全局资源管理、不同小区之间的干扰协调(例如在授权的无线电频谱中)和/或共存管理(例如在非授权的无线电频谱中)的通用功能。

根据另一方面，所分配的无线电资源按照时间资源、频率资源以及空间资源中的至少一项来指定。举例来说，所分配的无线电资源可以包括时间资源和频率资源，优选还包括空间资源。换句话说，所分配的无线电资源可以按照时间、频率、空间或其任意组合来指定。例如，所分配的无线电资源可以按照允许由特定SRC和/或与给定SRC相关联的设备在每个频率信道中使用的时隙来指定。分配空间资源可以包括选择发射功率水平。分配空间资源还可以包括要应用于资源分配方案的方向方面和/或空间复用。

该技术的特定但非穷举的应用在于例如包括一个或多个涉及多个设备的无线通信的控制回路的工业自动化应用。为了清楚起见，该技术主要参考工业自动化中的应用来描述，但不以任何方式限制其范围。

根据又一方面，所述多个设备可以包括被配置用于无线通信的致动器、被配置用于无线通信的传感器、以及被配置用于工业自动化应用的无线通信的可编程逻辑控制器中的至少一个。工业自动化应用可以是任何工业应用方案，包括制造和工厂自动化、机器控制和/或工业控制方案。这些设备可以被称为物联网(IOT)设备，特别是工业物联网(IIOT)设备和/或无线现场设备。

每个SRC可以在多个设备所在的局部区域的一部分中操作。该部分可以称为本地小区。该部分或本地小区可以包括特定SRC的关联设备组中的所有设备。与可以称为全局资源协调器(GRC)的FRC相比，SRC也可以称为本地资源协调器(LRC)，例如因为FRC在更广泛的操作区域(例如跨越整个工厂车间)上管理资源分配以便将无线电资源分配给SRC。

根据另一方面，确定对无线电资源的需求的步骤可以包括：由所述FRC接收无线电资源请求，其中，所述无线电资源请求指示由所述多个SRC中的至少一个SRC将无线电资源指派给它的关联设备组所需的无线电资源。所述对无线电资源的需求可以基于所接收的无线电资源请求来确定。基于所述无线电资源请求(以下也称为资源请求)，可以例如在对应的SRC和/或它的一个或多个关联设备的级别上向FRC通知改变的资源需求。

每个资源请求可以指示所述SRC之一所需的无线电资源。FRC可以接收多个这样的资源请求以确定SRC所需的无线电资源。FRC可以从单个SRC、从SRC的子集或从所有SRC接收这样的资源请求。FRC可以直接从至少一个SRC中接收一个或多个无线电资源请求。资源请求可以由SRC(自动)触发。无线电请求可以不一定源自多个SRC中的至少一个，而是也可以手动地例如从系统设计员、操作员或现场工程师发送到FRC。FRC可以在异步时间间隔或在处理这些资源请求的同步时间间隔来接收资源请求。

无线电资源请求可以包括服务质量(QoS)要求，例如指示特定SRC的关联设备组中的设备的延迟和/或可靠性要求的信息。本领域技术人员熟悉指定总体上QoS要求以及尤其是无线电通信的延迟和可靠性要求的合适参数或度量。

备选地或另外地，无线电资源请求可以包括指示SRC的关联组中的设备的数量的信息和/或包括例如指定特定SRC和/或它的设备组的定位或位置的位置信息的信息。

备选地或另外地，无线电资源请求可以(例如包括度量)指示对应的SRC处的业务负载。对于周期性业务，在所述无线电资源请求中包括的指示业务负载的信息可以是例如数据大小和周期性间隔，例如根据非限制性示例每10ms生成300字节的数据。

确定对无线电资源的需求的步骤可以包括基于包含在所述无线电资源请求中的信息来确定定量度量。对无线电资源的需求的定量度量可以基于关于业务负载、QoS要求(例如可靠性和/或延迟)和设备的数量的信息中的至少一项。

可选地，可以直接从所述多个设备中的至少一个设备接收一些或全部无线电资源请求或者附加无线电请求。直接接收的无线电资源请求可以指示一个或多个相应设备对无线电资源的需求。

根据另一方面，确定对无线电资源的需求的步骤可以包括由所述FRC从所述多个SRC中的至少一个SRC接收反馈信息。所述反馈信息可以与先前分配给对应的SRC的无线电资源有关。所述反馈信息可以指示所述多个第二无线电协调器中至少一个第二无线电协调器的关联组中的设备的先前分配的无线电资源的状态(例如信道状态信息)、资源利用、频谱干扰情况以及可靠性指标中的至少一者。

对无线电资源的需求可以基于所接收的反馈信息来确定。例如，基于所述反馈信息，所述FRC可以评估当前资源分配在多大程度上或多好地起作用或足够。FRC可以例如在必要时改变无线电资源的分配以优化资源利用水平和/或满足QoS要求。

关于资源利用的反馈信息可以指示所分配的无线电资源已被关联组中的设备在多大程度上和/或多好地利用和/或在多大程度上关联组中的设备的QoS要求已被满足的比率。关于干扰情况的反馈信息可以指示特定组的设备遇到了多少总频谱干扰。

另外地或备选地，可以从外部传感器(即，除了SRC之外)接收关于干扰情况的反馈信息。外部专用频谱传感器可以用于测量频谱干扰水平和/或设备本身可以测量遇到的干扰。因此，FRC可以通过接收反馈信息经由SRC收集每个设备组或本地小区中的设备的QoS要求。

可靠性指标可以指示或包括分组错误率和/或重传计数。混合自动重传请求(HARQ)(例如每HARQ进程的自动重传请求(ARQ)的速率)可以用作对重传计数(例如在LTE或NR中)的度量。

此外，确定对无线电资源的需求的步骤可以包括：由所述FRC向所述多个SRC中的至少一个SRC发送消息。所述消息可以触发所述多个SRC或所述多个SRC中的对应一个SRC以发送所述无线电资源请求和所述反馈信息中的至少一者。

根据另一方面，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器的步骤可以包括机器学习过程。所述机器学习过程可以用于确定无线电资源的分配。举例来说，所述机器学习过程可以被配置为确定多个SRC的无线电资源的分配，该分配满足多个SRC中的每一个SRC的QoS要求和/或不超过在FRC处可用于分配给SRC的可用无线电资源的总量。

机器学习过程可以体现为自动将部署条件、动态业务特性和时变环境行为(例如频谱干扰)中的至少一项并入无线电资源分配中。机器学习过程可以显著减少或避免为系统级模型付出大量努力。分析工作能够减少和/或能够更快地调整分配。

作为机器学习过程的替代或附加，还可以使用其他过程(例如启发式技术、控制逻辑、基于决策树的方法等)来确定无线电资源的分配。

根据另一方面，用于确定无线电资源的分配的机器学习过程可以基于遗传算法(GA)。GA可以包括生成群体(population)的多个成员的步骤。每个成员可以定义或可以对应于对所述多个SRC中的每个SRC的无线电资源的分配。GA可以包括基于适合度函数(fitness function)评估成员的步骤。适合度函数可以被配置为评估群体的成员，即，联合地(即，不是针对每个SRC单独地)评估针对多个SRC的无线电资源的分配。GA的目标可以是找到适合度函数的最佳值(例如最小值)并且保持较低的干扰水平，该最佳值指示最佳无线电资源指派，例如满足工厂车间内所有设备的QoS并有效利用资源的最佳无线电资源指派。

例如，可以使用包括有利于无线电资源的给定分配在SRC级别上的最少数量的频率切换的度量的适合度函数。根据该方面，适合度函数可以包括确定和/或指示从给定或分配的时间和频率资源分配产生的每个SRC所需的频率切换的数量的度量。因此，遗传算法可以优先考虑SRC处的连续时隙和/或减少SRC的无线电通信的开启和关闭(其可能导致通信开销并且由此能够被减少)。

另外地或备选地，可以使用有利于导致针对SRC处的通信的更高资源利用、更少频谱干扰和/或更高可靠性指标的无线电资源分配的适合度函数。因此，遗传算法可以优先考虑例如在所有SRC的聚合级别上的无线电资源分配，从而导致针对SRC处的通信的更高资源利用、更少频谱干扰以及更高可靠性指标。根据此方面，适合度函数可以包括基于上述反馈信息评估用于SRC的无线电资源分配的度量。如上所述，在FRC处接收的反馈信息可以指示针对给定SRC的给定资源分配在该SRC处的关联组中的设备的资源利用、频谱干扰情况和可靠性指标中的至少一者。

FRC可以例如针对不同的资源分配随时间推移收集反馈信息。可以使用(例如借助适合度函数或在适合度函数中)针对不同资源分配的反馈信息来优先考虑导致最佳或至少有利的资源利用、频谱干扰情况和可靠性指标中的至少一者的资源分配。通过随着时间的推移收集越来越多的此类反馈信息，GA能够随着时间的推移进行学习，从而能够选择最合适的(即最佳)资源分配。

可以实现机器学习过程(例如GA)以随着时间推移(例如在多次迭代中)学习鉴于可用无线电资源的总量而言哪种资源指派最能满足QoS要求。备选地或另外地，机器学习过程(例如GA)可以自动地适应任何运行时间变化(例如如果需要)。

GA生成群体中的多个成员的步骤以及基于适合度函数来评估成员的步骤可以进一步包括以下任何步骤：

(a)生成初始群体的多个成员，每个成员确定向多个第二无线电协调器中的每一个的无线电资源分配，其中每个无线电资源分配由针对多个SRC的至少时间和频率无线电资源的分配来定义，该时间和频率无线电资源的分配不超过无线电资源的可用总量和/或满足SRC将无线电资源指派给其关联设备组所需的QoS要求；

(b)使用适合度函数来确定初始群体中每个成员(即每个资源分配)的适合度值；

(c)通过从初始群体中选择具有取决于(例如正比于)其适合度值的概率的成员(即资源分配)来生成复制群体(reproduction population)；

(d)从所述复制群体中生成后继群体(successor population)，所述后继群体包括多个成员(即资源分配)，所述多个成员被创建为基于其适合度值从复制群体中选择的成员(即资源分配)的重组和/或突变(mutation)；

(e)使用所述适合度函数为后继群体中的每个成员(即资源分配)生成适合度值；以及

(f)重复生成复制群体、生成后继群体、以及为后继群体中的每个成员生成适合度值的步骤，直到后继群体达到阈值，例如直到后继群体包括具有超过阈值的适合度值的成员。

具有由适合度函数确定的最佳适合度值的后继群体的群体成员(或满足基线适合度标准的群体成员)可以被选择作为最佳解决方案，即作为给定GA迭代中的资源指派。

根据又一方面，确定对无线电资源的需求的步骤包括：针对每个所述SRC，确定所述多个第二无线电协调器中的每个第二无线电协调器确保传输可靠性要求所需的冗余无线电资源的数量和/或度量。可以决定和/或选择资源的冗余性，以使其符合所指示的QoS要求中的延迟范围。传输可靠性要求可以从QoS要求(例如包括在由FRC接收的无线电资源请求中的信息)中得出。

该方法可以进一步包括或触发以下步骤：基于所确定的对无线电资源的需求，确定所述FRC分配给多个第二无线电协调器可用的无线电资源是否足以满足指示所述多个设备的服务质量要求的标准；以及如果不足以满足，则由所述FRC向频谱管理系统请求更多的无线电资源。

频谱管理系统可以指拥有频谱的可以按照FRC的要求为工业自动化应用提供更多带宽的运营商。备选地，FRC可以直接访问频谱管理系统的数据库(像许可共享访问(LSA))，在该数据库中它可以在给定的时间和位置租用或贮存(hoard)更多的频谱带宽。根据另一种选项，FRC可以向系统操作员(例如网络工程师)指示SRC对更多频谱资源的需要。基于此，操作员(工程师)可以手动使更多资源针对FRC可用。

根据另一方面，将所述无线电资源分配给所述多个SRC的步骤可以包括：基于在从所述SRC接收的资源请求中指示的延迟约束，确定允许由特定的第二资源协调器在每个频率信道中使用的时隙数。

根据第二总体方面，提供了一种在无线电接入网络(RAN)中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法，该方法包括或触发在第二无线电协调器(SRC)处从第一无线电协调器(FRC)接收分配消息的步骤，所述分配消息指示分配给所述SRC的无线电资源。在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法还包括或触发由所述SRC根据所接收的分配消息，基于分配给所述SRC的无线电资源而将无线电资源指派给所述SRC的关联设备组中的设备的步骤。所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。

根据第二总体方面的方法的实施例可以包括以下方面和/或特征中的一个或多个。

该方法可以由基于LTE或NR的网络中的基站或eNodeB的数字单元执行。如上所述，在物理上，特定SRC可以在与FRC相同的物理设备(例如eNodeB或NR基站的数字单元)上运行。备选地，SRC也可以在完全不同的设备(例如RBS)上运行。

根据另一方面，所述分配无线电资源的步骤可以包括将时隙和频率信道和/或空间无线电资源中的至少一者指派给所述关联的设备组中的所述设备。SRC可以被配置为控制它的关联设备组中的设备的介质访问。将空间资源分配给所述多个设备可以包括控制发射功率水平和/或除了发射功率水平还可以包括例如在空间复用的情况下控制方向性传输参数，例如方向性增益、天线波束及其宽度等。

如上所述，所述多个设备可以包括工业自动化应用的致动器、传感器以及可编程逻辑控制器中的至少一个，每个均被配置用于无线通信。每个设备组可以对应于覆盖一个或多个工业自动化过程的设备的本地小区。SRC可以被配置为支持用于设备间通信的副链路或设备到设备(D2D)通信，即，SRC的指派可以允许网络辅助D2D。

与FRC覆盖的区域相比，SRC可以在称为本地小区的较小区域中运行。单个FRC可以管理更广泛的操作区域上的无线电资源的粗粒度协调，而多个SRC可以为其本地无线电小区中的现场设备执行无线电资源的细粒度协调。

在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法可以进一步包括或触发从SRC向FRC发送无线电资源请求的步骤。所述无线电资源请求可以指示所述SRC向它的关联的设备组中的设备指派无线电资源所需的无线电资源。通过发送无线电资源请求，SRC可以将其无线电资源需求通知给FRC。

在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法可以进一步包括或触发由SRC确定分配给所述SRC的无线电资源是否足以满足所述SRC的关联设备组中的设备的服务质量要求的步骤。如果不足以满足，则该方法可以包括或触发发送所述无线电资源请求的步骤。通过发送无线电资源请求，SRC可以将其无线电资源需求通知给FRC。无线电资源请求可以响应于SRC处对无线电资源的需求的变化而发送。无线电资源请求可以响应于从FRC接收到的对应请求而发送。

在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法可以进一步包括或触发从所述SRC向所述FRC发送反馈信息的步骤。所述反馈信息可以指示所述SRC的关联设备组中的所述设备的资源利用和频谱干扰情况中的至少一者。

在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法可以进一步包括或触发由所述SRC从它的关联设备组中的所述设备取得信息的步骤。所述信息可以指示它的关联设备组中的所述设备的QoS要求、资源利用以及频谱干扰情况中的至少一者。该方法可以进一步包括或触发基于所取得的信息来确定所述无线电资源请求和所述反馈信息中的至少一者的步骤。根据此方面，SRC可以被配置为主动地取得针对它的关联设备组中的设备的反馈信息。

根据另一方面，SRC(例如每个所述SRC)可以在比SRC从FRC接收分配消息的时间尺度更快的时间尺度上向它的关联设备组中的设备指派无线电资源。举例来说，SRC可以在1个TTI、1ms或更短的时间尺度上向它的关联设备组中的设备指派无线电资源。通过将无线电资源指派给设备，SRC可以管理介质访问以确保在1个TTI、1ms或更短时间内成功递送分组。

在物理上，特定SRC可以在与FRC相同的物理设备(例如eNodeB或NR基站的数字单元)上实现(例如运行)。备选地，SRC也可以在完全不同的设备(例如RBS)上运行。SRC和/或FRC可以例如在由SRC协调的自动化小区和/或设备组内使用的无线电技术能够满足低延迟和高可靠性通信要求的约束下，使用不同的无线电技术或使用相同的无线电技术。不同的SRC可以使用相同的或不同的无线电技术。

根据第三总体方面，提供了一种在RAN中分配和指派无线电资源以用于操作多个设备的方法，该方法包括根据第一总体方面的在RAN中分配无线电资源以用于操作多个设备的方法和根据第二总体方面的在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法。

第二总体方法方面和/或第三总体方法方面可以进一步包括第一总体方法方面的任何特征或步骤或与之对应的任何特征或步骤。

根据另一方面，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括程序代码部分，当所述计算机程序产品由一个或多个计算设备执行时，所述程序代码部分用于执行本文公开的方法方面的任何一个步骤。所述计算机程序产品可以存储在计算机可读记录介质上。所述计算机程序产品还可以被提供以通过数据网络(例如通过无线电网络和/或通过互联网)下载。备选地或另外地，所述方法可以被编码在现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)中，或者功能可以被提供以借助于硬件描述语言来下载。

根据装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中分配无线电资源以用于操作多个设备的第一无线电协调器(FRC)。所述FRC被配置为执行如本文中所描述的用于在RAN中分配无线电资源以用于操作多个设备的方法。备选地或另外地，所述FRC可以包括确定单元，被配置为确定多个SRC中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。所述FRC可以进一步包括分配单元，被配置为基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个SRC中的每一个。所述FRC还可以包括发送单元，被配置为向所述多个SRC中的至少一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

根据另一装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中指派无线电资源以用于操作多个设备的第二无线电协调器(SRC)。所述SRC被配置为执行本文档中所述的用于在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法。备选地或另外地，所述SRC可以包括接收单元，被配置为从FRC接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述SRC的无线电资源。所述SRC还可以包括指派单元，被配置为根据所接收的分配消息，基于分配给所述SRC的无线电资源而将无线电资源指派给所述SRC的关联设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。

根据另一装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中分配无线电资源以用于操作多个设备的第一无线电协调器(FRC)。所述FRC包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包括能够由所述至少一个处理器执行的指令，由此FRC可操作以确定多个第二无线电协调器(SRC)中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组都与所述SRC中的一个相关联。所述FRC还可操作以基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个SRC中的每一个。所述FRC还可操作以向所述多个SRC中的至少一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

根据另一装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中指派无线电资源以用于操作多个设备的第二无线电协调器(SRC)。所述SRC包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包括能够由所述至少一个处理器执行的指令，由此所述SRC可操作以从第一无线电协调器(FRC)接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述SRC的无线电资源。所述SRC还可操作以根据所接收的分配消息，基于分配给所述SRC的无线电资源而将无线电资源指派给它的关联设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。

根据又一装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中分配无线电资源以用于操作多个设备的第一无线电协调器(FRC)。所述FRC可以包括用于执行第一总体方法方面的一个或多个模块。备选地或另外地，FRC可以包括确定模块，用于确定多个第二无线电协调器(SRC)中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源分配给关联的设备组，其中，多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述第二无线电协调器中的一个相关联。所述FRC可以进一步包括分配模块，用于基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个SRC中的每一个。所述FRC可以进一步包括发送模块，用于向所述多个SRC中的至少一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

根据又一装置方面，提供了一种用于在无线电接入网络(RAN)中指派无线电资源以用于操作多个设备的第二无线电资源协调器(SRC)。所述SRC可以包括用于执行第二总体方法方面的一个或多个模块。备选地或另外地，所述SRC可以包括接收模块，用于从第一无线电协调器(FRC)接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述SRC的无线电资源。所述SRC还可以包括指派模块，用于根据所述分配消息，基于分配给所述SRC的无线电资源而将所述无线电资源指派给它的关联设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述SRC中的一个相关联。

所述装置中的任何装置(即，所述FRC和SRC中的任何FRC和SRC)可以进一步包括在方法方面的上下文中公开的任何特征。特别地，单元或模块中的任何一个或另一单元或模块可以被配置为执行或发起方法方面中的任一个的一个或多个步骤。

根据又一方面，提供了一种系统，其包括所述FRC和所述多个SRC。

附图说明

参考附图描述了该技术的实施例的更多细节，其中：

图1示出了用于在无线电接入网络中分配无线电资源的第一无线电资源协调器的示意性框图；

图2示出了用于在无线电接入网络中指派无线电资源的第二无线电资源协调器的示意性框图；

图3示出了能够由图1的无线电资源协调器实现的在无线电接入网络中分配无线电资源的方法的流程图；

图4示出了能够由图2的无线电资源协调器实现的在无线电接入网络中指派无线电资源的方法的流程图；

图5示意性地示出了根据实施例的两层通信和协调架构；

图6示意性地示出了涉及现场设备的无线通信的控制回路自动化场景；

图7示出了用于实现图4的方法的流程图；

图8示出了用于实现图3的方法的流程图；

图9示意性地示出了根据简单的非限制性示例的用于两个SRC的时间和频率无线电资源的分配；

图10示意性地示出了两个本地无线电小区的非同构资源要求；

图11示意性地示出了根据实施例的从第二无线电协调器发送到第一无线电协调器的消息格式；

图12示意性地示出了根据实施例的分配消息的示例性消息格式；

图13示出了根据实施例的用于确定资源分配的遗传算法的流程图；

图14示出了第一无线电资源协调器的实施例的示意性框图；以及

图15示出了第二无线电资源协调器的实施例的示意性框图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了具体细节，例如具体的网络环境以提供对本文公开的技术的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在背离这些具体细节的其他实施例中实践该技术。

尽管已经使用来自3GPP LTE和NR的术语来举例说明可能的实现，但这不应视为将本发明的范围仅限于上述系统。其他无线系统也可以从利用本公开所涵盖的思想中受益。此外，尽管以下实施例主要是针对5G新无线电实现而描述的，但显而易见的是，本文描述的技术也可以在包括长期演进(LTE)或其后续版本、根据标准系列IEEE 802.11和/或基于IEEE802.15.4的ZigBee的无线局域网(WLAN)的任何其他无线电网络中实现。

此外，本领域技术人员将理解，可以使用结合编程微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或通用计算机(例如包括高级RISC机器(ARM))工作的软件来实现本文说明的功能、步骤、单元和模块。还应当理解，虽然以下实施例主要在方法和设备的上下文中描述，但是本发明也可以体现在计算机程序产品以及包括计算机处理器和耦合到该处理器的存储器的系统中，其中用一个或多个程序对该存储器进行编码，所述一个或多个程序可以执行功能和步骤或实现本文公开的单元和模块。

以下实施例不是互相排斥的。可以默认地假设来自一个实施例的组件存在于另一实施例中，并且这些组件可如何用于其他示例性实施例中对于本领域技术人员而言是显而易见的。

图1示出了用于在无线电接入网络中分配无线电资源以用于操作多个设备的第一无线电资源协调器(FRC)100的示意性框图。FRC包括确定模块104，用于确定多个第二无线电协调器(SRC)200中的每一个对无线电资源的需求以用于将无线电资源分配给关联的设备组。多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与第二无线电协调器中的一个相关联。FRC包括：分配模块106，用于基于所确定的对无线电资源的需求，将无线电资源分配给多个SRC中的每一个；以及发送模块108，用于向多个SRC中的每一个发送指示已分配的无线电资源的分配消息。

FRC可以包括用于接收无线电资源请求的接收模块102，其中，这样的无线电资源请求指示多个SRC中的至少一个用于将无线电资源分配给它的关联设备组和/或用于从多个SRC中的至少一个接收反馈信息所需的无线电资源，该反馈信息指示多个中SRC的至少一个的关联组中的设备的资源利用、频谱干扰情况以及可靠性指标中的至少一项。然后可以基于所接收的资源请求和反馈信息来确定对无线电资源的需求。FRC可以体现在LTE或新无线电(NR)中的eNodeB的数字单元中。

所分配的无线电资源可以按照时间、频率、空间及其任意组合来指定。例如，可以按照允许由特定SRC在每个频率信道中使用的时隙来指定所分配的无线电资源。空间资源的分配可以包括选择发射功率水平。对于定向传输和波束成形系统，根据该方法的空间资源的分配可以包括但不限于波束的选择、波束宽度以及支持空间复用。

图2示出了用于在无线电接入网络中指派无线电资源以用于操作多个设备的第二无线电资源协调器(SRC)200的示意性框图。SRC 200包括：接收模块208，用于从第一无线电协调器接收分配消息，该分配消息指示分配给第二无线电协调器的无线电资源；以及指派模块210，用于根据所述分配消息，基于分配给所述第二无线协调器的无线电资源而将无线电资源指派给它的关联设备组中的设备。如上所述，多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与第二无线电协调器中的一个相关联。

SRC可以由与FRC相同的物理设备(例如eNodeB或NR基站的数字单元)来体现。备选地，SRC可以由RAN的不同节点(例如无线电基站(RBS))来体现。SRC和FRC可以使用不同的或相同的无线电技术。

可选地，SRC可以包括取得模块202，被配置为从它的关联设备组中的设备取得信息，其中该信息指示它的关联设备组中的设备的服务质量要求、资源利用以及频谱干扰情况中的至少一者。SRC 200可以进一步包括确定模块204，被配置为基于所取得的信息来确定无线电资源请求和反馈信息中的至少一者。SRC 200可以进一步包括发送模块206，用于向FRC发送反馈信息和/或无线电资源请求，该资源请求指示由SRC将无线电资源指派给它的关联设备组中的设备所需的无线电资源。

设备100和设备200的任何模块可以由被配置为提供对应功能的单元来实现。

图3示出了用于在RAN中分配无线电资源以用于操作多个设备的方法的流程图。方法300包括或触发由FRC 100确定302多个SRC 200中的每一个对无线电资源的需求的步骤。SRC需要这些无线电资源以便将它们指派给关联设备组中的设备。

确定对无线电资源的需求可以涉及以下一项或两项：由一个或多个SRC接收资源请求；以及从一个或多个SRC接收有关资源利用和频谱干扰的反馈。

方法300还包括或触发基于所确定的对无线电资源的需求，由FRC将无线电资源分配304给多个SRC中的每一个的步骤。无线电资源的分配不仅影响已从其接收无线电资源请求或反馈信息的SRC，而且影响其资源分配仅受新的资源分配影响的其他SRC。

方法300还包括或触发向多个第二无线电协调器200中的至少一个发送306指示所分配的无线电资源的分配消息120的步骤。

方法300可以由设备100执行，例如由体现FRC的装置执行。例如，模块102、104和106可以分别执行步骤302、304和306。

图4示出了用于在RAN中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法的流程图。方法400包括或触发在SRC 200从FRC 100接收408分配消息的步骤，该分配消息指示分配给SRC 200的无线电资源。此外，方法400包括或触发由所述SRC 200根据所接收的分配消息，基于分配给所述SRC 200的无线电资源而将无线电资源指派410给它的关联设备组中的设备的步骤。

可选地，该方法还可以包括或触发由SRC从它的关联设备组中的设备取得402信息的步骤，其中该信息指示它的关联设备组中的设备的服务质量要求、资源利用以及频谱干扰情况中的至少一项。可选地，该方法可以进一步包括或触发基于所取得的信息来确定404无线电资源请求和反馈信息中的至少一者的步骤。该方法可以进一步包括或触发从SRC200向FRC100发送406反馈信息和无线电资源请求的步骤，该资源请求指示SRC 200向它的关联设备组中的设备指派无线电资源所需的无线电资源。

方法400可以由设备200执行，例如在体现SRC的装置200处执行。例如，模块202、204、206、208和210可以分别执行步骤402、404、406、408和410。

图5示意性地示出了根据用于工业自动化应用的实施例的两层通信和协调架构。两层架构由如图1和2所述的第一和第二无线电协调器得到和/或由如图3和4所述的方法得到。

在图6中以高度简化的方式示出了工业自动化应用，该图示意性地示出了涉及工业自动化应用的现场设备的无线通信的控制回路自动化场景。这种控制回路涉及从传感器505到PLC 504以及从PLC 504到致动器506的无线通信。这种自动化场景通常具有极高的可靠性和超低延迟的通信要求。这样的控制场景被认为对鲁棒性和实时数据通信需求非常严格。例如，在涉及包装机、印刷机和码垛站的离散制造过程中，最大通信延迟要求可以低于1毫秒，而可靠性需求则可能高达十亿次传输仅丢失一条已传输的消息。

在具有在工厂车间中运行并被配置为进行无线通信的许多现场设备的工业自动化场景中满足容量要求的直观解决方案是部署由本地基站管理的多个小型小区。这种设计方法要求在本地基站之间建立适当的协调机制，以便执行覆盖大型工厂车间的部署。该通信架构的缺点在于，如果没有协调和无线电资源管理，则在多个小区中任意使用无线频谱会导致小区间干扰和QoS下降。为了保证每个设备的QoS要求(即可靠性和延迟要求)并在整个工厂车间内实现所需的覆盖范围和连接性，必须在整个工厂范围内协调无线电资源(诸如发射功率水平以及用户在时间和频率上的分配)。特别是，必须将设备之间的频谱干扰保持为低，以确保满足针对自动化过程的QoS要求。

因此，如图5所示并由所提出的方法和装置方面所体现的，提出了用于无线电资源协调的两层协调层次结构和通信架构500。

在第一层中，也称为全局无线电协调器(GRC)的单个第一无线电协调器(RFC)100在更广泛的操作区域上管理无线电资源的粗粒度协调。FRC 100充当具有整个工厂车间501的全局视图的无线电资源协调器，并负责将无线电资源分配给SRC 200。

从FRC到SRC的资源分配优选地包括时间资源、频率资源以及空间资源。基于来自SRC的业务QoS需求，从总可用系统资源池中进行FRC 100处的资源的分配。FRC 100旨在向最终满足SRC 200协调的每个本地小区中的设备要求的SRC 200分配资源。FRC 100可以负责通用功能，诸如授权频谱中的不同小区间的认证、准入控制、全局资源管理、干扰协调或非授权频谱中的共存管理。例如，它可以驻留在LTE或新无线电(NR)中的eNodeB的数字单元中。FRC 100覆盖较大的操作区域并在较长的时间尺度上(即，大于1ms)处理功能。此外，在具有对设备的服务要求的全局知识以及对资源利用的反馈(即，关于所分配的资源被良好利用的程度以及QoS要求已被良好满足的程度的反馈)的情况下，FRC 100适当地向SRC 200分配资源。

在第二层中，也称为本地无线电协调器(LRC)的一组第二无线电协调器(SRC)200对其无线电小区中的现场设备504、505、506进行无线电资源的细粒度协调。每个SRC 200为它的关联设备组中的设备504、505、506指派无线电资源并管理任务关键通信，其中，SRC200依靠FRC 100进行无线电资源分配。因此，每个SRC 200直接负责在它的关联设备组(即，本地小区)中在它的控制下的设备的资源指派和介质访问。资源指派是以满足设备的QoS要求的方式执行的，这隐式地产生尽可能少的频谱干扰。为此，SRC 200指派时隙、频率信道以及控制设备的发射功率水平。

因此，提出了可扩展的两层架构，其中设备由多个本地无线电协调器(SRC)200管理。SRC 200依赖于第一/全局无线电协调器(FRC)100。在工业自动化小区中，设备通常位置很近，这自然有利于小型蜂窝部署并支持两层层次结构。这种两层协调层次结构可以在逻辑上将任务关键功能与通用功能区分隔开，并为工厂车间中部署的大量设备提供可伸缩性。这些功能在下面描述。

多个设备是被配置用于工业自动化过程的无线通信的现场设备504、505、506。这些设备被分组成多个设备组507、508，每个设备组都与第二个无线电协调器200中的一个相关联。例如，区域A 502中的SRC 200负责向它的关联设备组507中的设备指派无线电资源，而区域B 503中的SRC 200负责向它的关联设备组508中的设备指派无线电资源。

如上所述，SRC 200最终将资源指派给设备504、505、506并管理介质访问，从而能够满足设备的服务要求。所有SRC 200(和/或备选地，各个设备504、505、506)可以对FRC100处用于资源指派和更新的知识库(KB)做出贡献，如将在下面进一步解释的。

在第二层中，SRC 200在称为本地小区的较小区域(例如区域A 502或区域B503)中操作。本地小区可以覆盖一个或多个自动化过程并包含多个设备，例如可编程逻辑控制器(PLC)504、传感器505和致动器506。SRC在更精细的时间尺度(大约1毫秒或更短)上管理它们的关联设备的无线电资源。SRC 200是直接负责在现场设备504、505、506处进行时间关键且可靠的通信的实体。SRC 200涵盖整个时间关键自动化应用及其现场设备的原理是最小化附加通信跳，并因此将处理和通信延迟保持为低。只要满足诸如范围、业务QoS和容量之类的整体通信要求，单个SRC 200就能够协调多个时间关键自动化应用。

相比之下，FRC 100通过在较高级别上管理不同本地小区之间的资源来协调多个SRC 200，以便协调并最小化本地小区之间的干扰。在物理上，特定SRC 200能够在与FRC100相同的物理设备(例如eNodeB或NR基站的数字单元)上运行。备选地，SRC 200也能够在完全不同的设备(例如无线电基站(RBS))上运行。在自动化小区502或503(由SRC 200协调)内使用的无线电技术能够满足低延迟和高可靠性通信要求的约束下，SRC 200和FRC 100能够使用不同的或相同的无线电技术。不同的SRC 200可以使用相同的或不同的无线电技术。

无线电资源的分配/指派包括用于使用两层架构的设备的时间资源、频率资源以及空间资源，其中顶层的FRC 100将资源分配给低层的多个SRC 200。然后，每个SRC 200直接负责本地小区中在它的控制下的设备的资源指派和介质访问。FRC 100不直接管理现场设备的介质访问，即，FRC不直接处理任务关键通信。FRC 100可以从多个SRC收集QoS需求，并且可以接收关于资源利用和干扰情况的反馈。借助此全局知识，FRC 100能够以最佳方式将资源分配给SRC 200。所分配的资源相应地由本地小区中的SRC 200使用，以便以满足设备的QoS需求的方式来管理它的关联设备组中的设备的介质访问。

SRC 200能够支持用于设备间通信的设备到设备(D2D)通信范例，即，SRC可以允许网络辅助D2D。只要满足总体通信要求(例如范围、业务QoS以及容量)，单个SRC 200就能够协调多个任务关键自动化应用。相比之下，FRC通过在较高级别上管理不同本地小区之间的资源来协调多个SRC，以便协调并最小化本地小区之间的干扰。

所提出的用于由FRC 100和SRC 200进行的时间-频率-空间资源分配的方法允许在FRC 100和SRC 200之间的信息交换的同步和异步模式。

图7示出了作为图4的方法的示例性实现的另一实施例的流程图。花括号指示图7中的哪些步骤表示图4中所示的步骤的示例性实现。在图7中，全局资源指示符的缩写GRC用于FRC(第一资源协调器)。

在步骤702中，SRC从它的关联设备组中的设备(例如如图5所示的设备504、505、506)收集QoS要求以及有关资源利用和频谱干扰的反馈。该步骤可以在周期性的时刻或基于显式请求的事件进行。它也可以在诸如以下的事件时触发：频谱干扰超过某个阈值时、设备上出现新的业务要求时或资源利用下降超过特定余量时。

在步骤704中，SRC 200基于经由分配消息从FRC 100接收的资源分配，评估对设备的资源指派和设备的介质访问。下面将结合图12进一步描述这种分配消息的可能格式。步骤704涉及例如计算关于在它的设备组中的设备处的QoS要求满足的良好程度的度量。用于例如基于QoS参数值来评估QoS要求的方法和技术是本领域技术人员所公知的。

基于步骤704中的评估，SRC 200在步骤706中检查由FRC 100分配给该SRC 200的无线电资源是否足以满足它的设备的QoS要求。如果所分配的无线电资源足以满足它的设备的QoS要求，则在步骤714中继续使用当前资源分配方案。如果在步骤706中发现所分配的资源不足，则在步骤708中创建新的资源请求并连同有关当前资源利用的反馈一起发送到FRC 100。资源请求可以包括反馈信息，该反馈信息指示关联组中的设备的资源利用、频谱干扰情况以及可靠性指标中的至少一项。该反馈信息可以例如包括所确定的QoS参数值或由关于设备处QoS要求的满足程度的度量所确定的值。下面结合图11进一步描述用于该资源请求的示例性消息。

如果在步骤710中从FRC 100接收到新的资源分配消息，则在步骤712中，由SRC200对它的设备组中的设备进行新的资源指派。否则，已经分配的资源继续被用于资源到设备的相同指派。

在操作过程中，SRC 200继续从它的设备组中的设备收集有关新QoS要求的任何更新，并继续监视资源利用行为。SRC 200还可以从FRC 100异步地接收可能由于另一个SRC200上的行为所导致的新的资源分配。

图8示出了作为图3的方法的示例性实现的另一实施例的流程图。特别地，图8示出了在FRC 100处执行的功能步骤。花括号指示图8中的哪些步骤表示图3所示步骤的示例性实现。在图7中，用于本地资源指示符的缩写LRC用于SRC(第二资源协调器)。

在步骤802，FRC 100从SRC 200接收新的资源请求和/或关于SRC200处的资源利用的反馈信息。资源请求或反馈信息可以单独到达或耦合在一起。来自SRC 200的资源请求可以在已知的时刻(针对瞬时、周期性或调度的间隔)或异步到达。FRC 100还可以显式地请求一个或多个SRC200提供最近的资源请求。关于频谱条件的反馈也可以来自外部传感器，而不一定来自SRC 200。

在步骤804中，FRC 100编辑来自SRC 200的最新资源请求的列表，FRC 100应该基于该列表来分配无线电资源。在步骤806，FRC 100识别QoS约束，这最终导致确定冗余资源的数量和时隙的总数。

在步骤808中，FRC 100计算冗余时频资源的数量以及源自时间约束边界的时隙的总数。在此步骤中，FRC 100可以识别最受时间约束的资源请求以便确定分配中的时隙总数。

此外，FRC 100计算每个SRC确保可靠性要求(例如被提供为特定SRC 200的QoS要求的一部分)所需的冗余资源的数量。注意，所需冗余资源的数量还取决于信道质量以及所分配的发射功率限制。一方面，较高的发射功率会产生较高的信噪比，从而导致较低的误比特率(从而提高可靠性)，但另一方面，较高的发射功率可能会对其他设备造成更大的干扰，从而倾向于降低传输可靠性。

在步骤810中，FRC 100检查可用于FRC分配给SRC的无线电资源是否足以满足由SRC管理的设备的QoS要求。

如果可用资源足以满足设备的QoS要求，则FRC 100基于所编辑的资源请求列表和所确定的反馈信息，确定由第一无线电协调器向多个第二无线电协调器中的每一个第二无线电协调器的无线电资源的分配。

举例来说，FRC 100在步骤812中例如通过创建如下文更详细描述的“资源分配模板”来确定针对SRC 200的初始资源分配。然后，在步骤814中使用例如遗传算法的机器学习过程以用于基于可用无线电资源的总量、无线电资源请求和来自SRC的反馈信息来确定最佳无线电资源分配。例如，确定导致满足多个设备的QoS要求的最佳时间-频率-空间资源分配。下面结合图13进一步描述更多细节。

在步骤816中，将更新后的资源分配发送到SRC 200。图12描述了可用于步骤816中发送的分配消息的消息格式的示例。

在步骤810中，如果FRC 100确定可用无线电资源不足，则它可以在步骤818中向频谱管理系统请求更多资源。

如果在步骤820中使更多资源可用，则FRC 100重新计算如上所述在步骤808中约束的QoS。如果在步骤820中没有更多的资源可用于FRC以足以满足QoS要求，则FRC 100只能基于已经可用的无线电资源来找到针对SRC的最佳可能资源分配。

如上所述，在步骤802中，FRC 100经由SRC收集包括每个本地小区中的设备的QoS要求的无线电资源请求以及包括有关干扰情况的信息的反馈信息。在具有QoS需求和干扰情况的全局知识的情况下，FRC 100能够在步骤812和814中相应地从可用的无线电资源池向SRC 200分配资源。通常，FRC 100向SRC 200分配冗余时频资源以便满足高可靠性要求。此外，资源分配和时隙总数考虑了延迟约束。

在下文中，出于说明的目的，给出了具有两个SRC(ID“1”和“2”)以及两个频率信道(f1和f2)的非常简单且非限制性的示例。考虑两种可能的资源分配：

第一资源分配：[f1：1，1；f2：2，2]；

第二资源分配：[f1：1，1，2；f2：2，2，1]。

在第一资源分配中，定时约束允许在给定信道中重复两个时隙，而在底层资源分配中，相对宽松的定时约束在分配中允许三个时隙。如果两个频率信道的质量不同，则底层分配允许两个SRC潜在地受益于质量更好的频率信道。对设备和介质访问的资源的确切指派由SRC管理，它能够实现关于在给定分配的情况下如何最好地调度其节点的多种机制。

FRC 100分析所有的资源请求以确定最严格的定时约束，并基于此来决定时隙的总数(T)。FRC 100知道总的可用频率信道(F)，并且因此，时频无线电资源的总数(R)＝T×F。无线电资源的总数以SRC 200请求的比率分发给SRC 200。如将结合图12描述的，可以按照业务负载、QoS要求(参见可靠性和延迟)和设备数量来量化来自SRC 200的无线电资源请求。上述资源分配被称为指派模板。

出于说明目的，描述了一个具有导致T＝4的时隙约束和两个频率信道即F＝2和两个SRC即N＝2的简单例子。假设对无线电资源请求进行量化揭示了与ID＝2的SRC相比，ID＝1的第一SRC需要三倍的资源。这意味着在资源总数R＝4x2＝8中，六个资源分配给ID＝1的SRC，两个资源分配给ID＝2的SRC。此示例的资源模板可以表示为[1，1，1，1，1，1，2，2]。FRC100还可以确定可用资源是否足以满足现场设备的QoS要求，如果不足以满足，则FRC 100能够潜在地请求更多资源。

图9示意性地示出了在具有两个SRC的系统中的时间和频率无线电资源的分配。

在工业自动化应用场景中，业务通常是动态且不可预测的，而干扰情况和部署条件是唯一的并且随时间变化。由于工业应用的复杂性和时变行为，选择最佳系统参数需要从大型子集中选择参数。资源分配的可能性可以很大，并且分析方法可能难以轻易地对业务特性、干扰情况和时变行为进行建模以实现最佳资源指派。鉴于前述内容，只能以有限的精度预先对用于这种工业自动化应用场景的通信系统及其运行时行为进行建模。可以使用用于确定资源分配的已知技术，诸如使用查找表、启发式技术或分析性封闭形式表达式来分配无线电资源。但是，鉴于较大的解空间，此类技术可能不会导致最佳资源分配和参数设置。在这种情况下，机器学习和自我优化方法优于分析方法。

在下文中，给出了简单的非限制性示例以突出显示资源指派。出于说明目的，假设一个简单的示例，其中存在两个SRC(SRC 1和SRC 2，以下称为1和2)，它们的本地小区或设备组中的设备具有相同的QoS要求。假设可用的总系统资源包括三个时隙(T)和两个频率信道(F)。为了简单起见，没有考虑空间资源(即，发射(TX)功率)。在此示例中，总共可以将六个资源分配给两个SRC，每个SRC在给定时间将具有三个资源。这在图9A中示出。

在图9B中，列出了所有20种可能的时频资源分配。当本地小区中的设备使用这些资源时，每种组合可能会对干扰情况产生独特的影响。可以将时频分配限制为较小的子集。例如，分配时频资源，以使切换次数最少，即对连续时隙的偏好。经常开启和关闭无线电会产生开销，这可以通过施加此约束来消除。产生的可能性是两个，在图9C中突出显示/圈出，即，将专用频率信道分配给两个小区。但是，如下文进一步所述，经常会分配不相等的资源。

在实际的部署方案中，通常SRC的数量(N)大于两个。例如，N＝{4，6，8，10，…}，可用频率信道数F＝{4，6，8，…}，以及时隙T＝{5，10，15，……}。基于F＝4，T＝5，N＝4的更现实的示例，可能性总数为11732745024，这是可供选择的相当大的解空间。但是，在施加最少信道切换次数的约束时，在此示例中，可能性的数量减少到24。

通常，资源分配可能性的数量(Num_resources)可以用数学表示。令R表示时频资源的数量，而L1，L2，...LN表示指派给每个SRC的资源的数量。然后，

(公式1)Num_resources＝R！/(L1！L2！..LN！)

对于以上两个示例，

(公式2)Num_resources＝(((3x2)！)/3！3！＝20

(公式3)Num_resources＝(((5x4)！)/5！5！5！5！＝11732745024。

上面的示例涉及出于说明目的而提供的简化情况，其中未考虑发射功率水平并且所有SRC具有相同的业务特性。

根据所提出的方法和系统架构的一个示例性实现，每个设备的可能发射功率水平为64。由于与SRC相关联的设备数量不同，非同构业务QoS要求以及不断变化的频率信道质量，资源分配可能性变得非常大，因此简单的分析方法变得越来越不适合寻找最佳资源分配集。鉴于前述内容，基于机器的学习技术特别适合于找到最佳资源分配集。下面将进一步说明基于遗传算法的示例。

图10示意性地示出了两个本地无线电小区的非同构资源要求。在上面结合图9描述的示例中，已经假设了跨本地小区的同构资源要求。在实际部署中，不同数量的设备可以与不同的SRC相关联，并且这也可能随着时间而改变。此外，不同本地小区或设备组中的业务QoS要求在不同时刻可能会有所不同。再次假设具有不相等资源要求的两个本地小区A和B的简单示例，如图10A所示。如图10B所示，专用频率资源分配(即，对小区A的信道1(Ch.1)和对小区B的信道2(Ch.2))与该分配相比是次优的，无法满足小区B中业务的X毫秒的时间约束。有效的资源分配将是在X ms时间约束内，将Ch.1的一部分分配给小区B，如图10C所示。

图11示意性地示出根据实施例的从SRC发送到FRC的消息格式220。该消息对应于如上所述的在图4的步骤406或在图7的步骤708中发送的消息。

FRC 100优选地从所有SRC 200收集QoS要求以便执行资源分配。此外，当确定无线电资源的分配时，FRC优选地还考虑关于当前资源利用在每个本地小区中的良好程度的反馈。这允许FRC 100相应地重新分配资源，并将该信息发送到SRC 200。SRC 200与FRC 100之间的双向信息交换可以异步发生，也可以在周期性的瞬间进行。信息交换间隔也可以在运行时重新配置。资源分配遵循半永久性行为，即，除非接收到有关资源分配的新的更新，否则SRC会继续在它们各自的本地小区中使用先前的资源分配。当SRC 200之一处的服务要求已经改变和/或关于SRC处资源利用的反馈保证无线电资源的重新分配时，通常从FRC 100发送新的资源分配。可以注意，当确定无线电资源分配时，如果可能，FRC倾向于在特定SRC的QoS要求得到满足时为该特定SRC保持相同的资源分配。但是，全局上下文(即关于所有SRC的整体系统视图)尤其是另一SRC处的改变也可能会影响针对其他SRC的资源分配。

在下文中，描述了在所提出的方法和SRC装置的示例性实现中使用的信息交换和数据结构。但是要强调的是，信息交换和特定的数据结构不应被视为该方法的唯一实现可能性。可以使用其他数据结构、数据字段大小和附加度量作为资源请求的格式。

如图11所示，在示例性实现中，由SRC 200生成并发送到FRC 100的消息包括以下数据字段：

第一数据字段221，其包括寻址信息，例如设备地址。仅作为示例，这可以是16比特地址。它也可以是IP地址。第二数据字段222，其包括关联现场设备的数量：例如指示有多少现场设备与SRC相关联。仅作为示例，可以使用范围0-255内的任何数字或大于255的数字来提供此信息。第三数据字段223，其包括有关业务负载尤其是SRC处或本地小区中的总体业务负载的信息。这可以使用例如平均数据速率来提供。第四数据字段224，其包括业务QoS要求。仅作为示例，使用16比特来指示延迟以及可靠性要求。第五数据字段225，其包括位置信息，例如地理环境信息。第六数据字段226，其包括QoS反馈指标。该度量(仅作为示例使用16比特)本质上指示已实现的(即过去的)QoS要求。第七数据字段227，其包括干扰水平。该度量指示遇到了多少总体干扰。当设备未使用给定的频率-时间资源时，它们可以测量接收信号强度指示符(RSSI)。也可以使用专用频谱传感器或无线电环境图(REM)来监视频谱条件。

因此，第二至第五数据字段222-225指示SRC所需的无线电资源并且对应于无线电资源请求。第六至第七数据字段226和227对应于反馈信息。

图12示意性地示出了根据实施例的由FRC发送给一个或多个SRC的分配消息的示例性消息格式。

以下描述基于示例性实现。所提出的方法不限于本文所述的消息格式。分配消息120包括确定时隙和频率指派以及由SRC使用的发射功率水平的数据。为此目的，例如对于每个时隙和频率组合，分配消息120可以指示频率(f)、时隙数(t)、SRC地址(id)以及发射功率水平(s)，参见图12A。所提出的数据结构是动态的，并且可以处理任何数量的SRC、任何数量的频率信道和/或时隙。发射功率以0-100的尺度设置并映射到dBm尺度。

因此，示例性消息格式(用于FRC到SRC的通信)可以具有以下如图12B所示的形式，其中f1、f2、f3对应于不同的频带(频率信道)以及列(用逗号分隔的项目)对应于时隙，时隙可以被特定SRC用于在它的相应覆盖区域或小区内进行接收和/或发送。因此，在图12B所示的示例消息格式中，前两个时隙(在频率信道f1中)被指派给具有频率信道1中ID或地址为“1”的SRC，接下来的两个时隙被指派给具有频率信道f1中ID“2”的SRC，然后再次将ID为“1”的SRC指派为使用频率信道f1中的时隙。在频率信道f3中，前四个时隙被指派给ID为“3”的SRC，第五个时隙被再次指派给ID为“1”的另一个SRC。

用于FRC到SRC的通信的另一示例性消息格式具有如图12C所示的形式。括号中的第一项表示频带，第二项表示指派给相应FRC的时隙数，第三项表示相应SRC的ID。第四项表示允许的发射功率。当然，项目的顺序可以改变。因此，第一行中的第一括号将频率f1中的两个连续时隙指派给ID为“1”的SRC，其中这两个时隙的发射功率限制均为54。如果两个时隙的发射功率不同，例如发射功率应例如从54改变到55。代替形式为{1，2，1，54}的一条消息，使用了形式为{1，1，1，54}、{1，1，1，55}的两条指派消息(随后(作为两个指派消息)，或在一个指派消息之内)到相应的SRC，从而指示发射功率改变。第一指派消息指示发射功率为54，第二指派消息指示发射功率为55。发射功率、频带和时隙数的其他值也是可能的。通过发射功率设置(TX)获得的所分配的时频和/或空间资源可以以持久的方式使用，即，SRC可以一直使用它们直到接收到新的更新。可以发送包含用于所有SRC的信息的单个分配消息120。SRC随后可以使用此信息将资源相应地指派给它们的关联过程/现场设备。根据另一方面，分配消息可以包括指定空间资源的其他信息，例如，包括定向通信和空间复用方面，其中对SRC的资源分配将另外适当地包括波束覆盖区域。

此外，允许由特定SRC在每个频率信道中使用的时隙的数量可以被动态地选择和/或可以基于在来自所述SRC的业务QoS需求中指示的延迟约束。这意味着，例如基于在由SRC管理的小区中控制的工业应用，可以在第一频率信道中分配多个(连续)时隙，例如以便保证针对所述工业应用的定时要求。此外，频率信道可以基于频率信道的信道特性(也就是说，经由该信道实现的信号质量)来选择。

图13示出了根据实施例的用于确定资源分配的遗传算法的流程图。

如上所述，基于机器的学习技术特别适合于发现必须从较大的解空间中选择的最佳资源分配集。将更详细地讨论基于遗传算法(GA)的示例。GA的使用是本领域公知的技术。遗传算法是一种基于达尔文“适者生存”原理的生物学启发的演进算法。在GA实现中，对系统参数的候选解的群体向着最佳解演进。每个候选者都具有无线电资源分配的属性，该无线电资源分配在资源使用反馈周期上进行迭代以产生最佳解，即导致满足现场设备的QoS要求的最佳时间-频率-空间资源分配。

最佳解(即，最佳无线电资源分配)可能基于被认为最重要的因素(例如减少通信开销(时频切换)、频谱干扰、满足QoS要求、能源效率等)而有所不同。如下所述，可以使用针对适合度函数的多变量加权函数，其中，将不同的影响因子或参数及其对应的加权因子进行组合以定义被认为是最佳的解。

根据一个实施例的用于在FRC处确定资源分配的GA包括图13所示的步骤。

在步骤1302，初始化群体，即，生成初始群体的多个成员(个体)。每个成员确定对多个SRC 200中的每一个的无线电资源的分配。根据该实施例，每个无线电资源分配由时间和频率以及优选地空间无线电资源的分配来定义。在生成初始群体时，仅考虑那些不超过可用于FRC以便将无线电资源分配给SRC的无线电资源总量并满足SRC(参见结合图8的对应段落)将无线电资源分配给它的关联设备组所要求的QoS要求(可靠性和延迟约束)的成员(即，无线电资源分配)。

在非限制性示例实现中，使用如图8的步骤812中所述的“模板资源分配”来随机地初始化GA群体。在示例性实施例中，初始群体的最大允许发射功率限制被设置为75％。

在步骤1304中，评估群体成员的适合度。使用适合度函数确定当前群体中每个成员(即每个资源分配)的适合度值。每个成员的适合度值意味着适合度函数联合地评估所有SRC的资源分配，以评估群体成员的适合度。

作为适合度函数，定义了也称为效用函数的多变量加权函数(W)以用于评估无线电资源分配。

(公式4)W＝w1*P1+w2*P2+w3*P3+w4*P4+…+wi*Pi

在此，参数P1，P2…Pi是影响因子或参数，而w1，w2…wi是它们的指示参数的重要性或不重要性的对应权重。加权因子可以基于网络场景本身预先选择，也可以稍后根据部署设置和信道特性进行调整。加权因子的值在范围[0，1]内并被归一化，以使其总和等于1，∑_iw_i＝1。

作为非限制性示例，这些参数(Pi)包括以下内容：

-第一参数P1，其是指示发射功率水平的倒数(inverse)的参数，即，其对覆盖范围建模；

-第二参数P2，其评估针对SRC的时频分配。例如，参数P2可以是有利于对于给定资源分配在SRC级别的最少数量的频率切换的度量。例如，该参数可以确定针对多个SRC的给定资源分配的时频切换的数量。例如，在图9c的简化示例中，群体包括全部满足QoS要求的20个不同的时频分配成员。然而，因为对于每个SRC“1”和“2”不需要信道切换，所以仅被圈出的时频无线电资源分配具有P2为零的参数值。图9C所示的其他可能的无线电资源分配也满足QoS要求，但是导致更多的信道切换。例如，图9C中的第二时频分配(f1：112；f2：122)对于P2具有值2。因此，适合度函数W将针对图9C中的非圈出的时频分配计算出参数P2的较高值，以便有利于对于给定资源分配在SRC级别的最少数量的频率切换。然而，由于W中的其他影响因子P1、P3和P4，图9C的一个或多个未圈出的时频分配仍可以产生较高的总体适合度值，具体取决于适合度函数的其他参数P1、P3和P4的值。

-第三参数P3，其指示用当前分配达到QoS要求的良好程度。例如，可以使用可靠性指标(例如分组错误率，即期望较低的值)。应当注意，由于适当地引入了资源冗余，所以总体可靠性可以保持很高。由于工业自动化应用的任务关键性质，在超过延迟约束的间隔内不调度传输，因此在示例性实施例中不对延迟的中断进行计数；

-第四参数P4，其指示频谱干扰水平。FRC的协调目标之一是最小化本地小区之间的频谱干扰，这隐含地支持满足QoS要求。

对于本领域技术人员显而易见的是，可以根据需要以灵活的方式包括其他因子。

然而，示例性实施例使用以上四个因子的效用函数，这四个因子包括基于参数P1和P2的时间-频率-空间无线电资源分配本身的评估/度量以及基于将由给定的无线电资源分配产生的参数P3和P4来评估当前资源利用和频谱条件的反馈度量。

参数值P3和P4的计算在可用的情况下是基于包括在来自SRC的反馈信息中的有关资源利用和频谱条件的反馈信息。FRC可以访问数据库，其中对于每个可能的资源分配，存储了已经从SRC接收的参数P3和P4的对应值(或者至少是可以基于其计算参数值的反馈信息)。随着时间的推移，FRC收到越来越多的反馈信息，这些信息用于更新数据库，以便GA随时间学习(在多次迭代中)哪种资源指派鉴于可用无线电资源的总量而言最能满足QoS要求，并且如有必要，能够自动适应部署条件的任何运行时改变以及业务特性的变化。

当数据库尚未包括给定无线电资源分配的各个参数值时，存在两种选择来确定这种情况下的适合度值。

首先，在初始化阶段，针对不同的无线电资源分配执行测试业务传输以便生成反馈数据。可以使用此反馈数据，直到它被替换为基于系统中的实际业务生成的反馈数据为止。其次，使用针对当前应用的无线电资源分配设置的所接收的关于资源利用和频谱干扰水平的反馈信息。再次地，通过随着时间的推移收集越来越多的反馈数据，GA将随着时间的推移了解哪些无线电资源分配可能会生成哪些反馈信息，以使得群体成员的适合度随着时间的推移变得越来越准确。

注意，对于初始化阶段，可以使用来自用于无线电资源分配的一组有效值的随机初始化。GA随着时间的推移在后续迭代中学习并收敛到最佳解。备选地，代替随机初始化，可以基于合适的规则或启发而使用针对无线电资源分配的经教育的初始化。

可以在规则的周期性时刻计算加权函数，或者它可以基于事件，即，每当在FRC处接收到新的无线电资源请求或来自SRC的反馈时计算加权函数。如果不需要重新分配无线电资源，则SRC以持久方式继续使用最新的无线电资源分配更新。

作为非限制性示例原型实现，权重w1、w2、w3和w4被分别选择为0.1、0.4、0.25和0.25。GA的目标是最小化适合度函数。

在步骤1306中，确定当前群体是否包括满足适合度约束的成员，即，是否已经找到最佳解或适合度值高于预定阈值的解。如果是，则在步骤1312中选择该成员(即，无线电资源分配)，并使用分配消息将其发送到SRC 200。

如果否，则根据步骤1304-1312生成新的群体，直到满足适合度约束。

根据任何GA的一般原理，使用更合适的父代(parents)来复制子代(后代)并去除最不适合的群体成员。这就是GA所依据的适者生存的达尔文主义原理。

因此，在步骤1308中，通过以与其适合度值成正比的概率从初始群体中选择成员(即资源分配)来生成复制群体。不满足适合度约束的个体(群体的成员)不会被向前递送。

因此，在步骤1310中，从所述复制群体中产生后继群体，所述后继群体包括被创建为后代的多个成员(即资源分配)。新成员是通过从现有成员(即，从基于其适合度值而选自复制群体的资源分配)的重组(交叉)和/或突变的过程来创建的。

举例来说，对于后代群体，可以从最适合的父代中挑选两个父代且偏向较适合的父代(适合度函数的较高值)，以通过交叉(即在其中组合父代的基因(即特性))过程来产生两个后代。父代的特性包含时间-频率-空间无线电资源。将后代插入新的群体中以代替旧的最不适合的群体成员。

举例来说，假设图9C中描绘的前两个时频分配(成员1-f1：111；f2：222；成员2-f1：112；f2122)具有高适合度值并且已被选择“父成员”来创造新的后代。然后，对于重组过程，可以在后代中选择两个时频分配中的任何一个。可以从另一父代选择其中可以应用“突变”的空间资源分配。基于所定义的突变率以随机方式应用突变。对于0.01％的突变率，仅在0.01％的情况下，将例如通过更改发射功率水平和/或空间复用作为空间资源分配的一部分来应用对资源分配的突变。

作为替代或补充，可以按以下方式实现GA。

根据GA的示例性实现，解空间包括用于无线电资源分配的有效离散值(参数设置)。从该解空间挑选的任何解都可以应用于系统。GA旨在从可能非常大的解空间中找到给出最佳性能并满足QoS要求的解。

在产生新的群体成员时，它们会以突变率对基因(无线电资源分配)进行随机改变。仅作为示例，针对根据图13的GA的示例性实现已经使用了0.01％的突变率。

在步骤1308和1310中产生了多少新的群体成员以及从总群体集中去除了多少老群体成员可以因实施例而异。根据图13的GA的示例性实现，从使用为1000的群体大小的最适合群体成员(父代)中产生50％的新群体成员。在每次迭代中，新的群体成员将替换50％最不适合的群体成员。

用于发射功率限制、突变率、替换率和群体大小的初始值的上述示例性值应被理解为示出和解释实施例而不是限制实施例的非限制性示例。

在产生新的群体成员时，根据步骤1310，它们以所应用的突变率对基因(即无线电资源分配)进行随机改变。

重组和/或突变可以基于以下方面：时间和频率分配由测量给定资源分配的时频切换的所谓的“秩(rank)”来管理。例如，在图9的简化示例中，对于第一行第一列和第一行第二列中的组合的秩分别为0和2。在更实际的情况下，存在更高的值，例如10或15。

组合两个父代的两个资源分配可以导致具有包括新的秩值(例如秩11)的资源分配的后代。对该秩应用附加突变意味着，代替来自从两个父代的后代成员中的复制过程的秩11，可以将其改变/突变为另一个有效秩值。发生这种情况的机会很小并且与突变率相对应。因此，根据该示例性实现，经历了突变导致另一个秩值，其对应于另一个时频分配。注意，对于给定的有效秩，可能存在多个时间和频率分配选项。根据示例性实施例，简单地随机地挑选针对给定秩的时频分配。

然后，GA再次进行步骤1304，以使用所述适合度函数为后继群体中的每个成员(即资源分配)生成适合度值；并重复生成复制群体、生成后继群体以及为后继群体中的每个成员生成适合度值的步骤，直到后继群体达到阈值为止。

在周期结束时，挑选最适合的群体成员作为解。该解包括使得满足QoS要求并且干扰最小的时间-频率-空间资源分配。由于资源分配框架基于演进算法，因此它固有地能够适应不断变化的业务特性、干扰情况和其他系统动态。

具有由适合度函数确定的最佳适合度值的后继群体的群体成员或者可能满足基线适合度标准的成员被选作最佳解，即作为给定GA迭代中的资源分配。

图14示出了在本文中被称为第一无线电资源协调器1400的设备的实施例的示意性框图。第一无线电资源协调器1400包括用于执行方法300的一个或多个处理器1404和耦合到处理器1404的存储器1406。例如，可以使用实现模块104、106和108中的至少一个的指令对存储器1406进行编码。第一无线电资源协调器设备100还可以包括用于与第二无线电协调器1500进行无线电通信的接口1402。

一个或多个处理器1404可以是微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列中的一个或多个的组合或任何其他合适的计算设备、资源，或可操作以单独地或与第一无线电协调器的其他组件(例如存储器1406)一起提供发送站的功能的硬件、微码和/或编码逻辑的组合。例如，一个或多个处理器1404可以执行存储在存储器1406中的指令。这种功能可以包括提供本文所讨论的各种特征和步骤，包括本文所公开的任何益处。表述“第一无线电协调器可操作以执行动作”可以表示第一无线电资源协调器1400被配置为执行该动作。

图15示出了在本文中称为第二无线电资源协调器1500的设备的实施例的示意性框图。第二无线电资源协调器200包括用于执行方法400的一个或多个处理器1504和耦合到处理器1504的存储器1506。例如，可以使用实现模块208和210中的至少一个的指令来对存储器1506进行编码。第二无线电资源协调器1500还可以包括用于与第一无线电协调器1400及其关联设备组中的设备进行无线电通信的接口1502。

一个或多个处理器1504可以是微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列中的一个或多个的组合，或任何其他合适的计算设备、资源，或可操作以单独地或与第二无线电协调器的其他组件(例如存储器1506)一起提供接收站的功能的硬件、微码和/或编码逻辑的组合。例如，一个或多个处理器1504可以执行存储在存储器1506中的指令。这种功能可以包括提供本文所讨论的各种特征和步骤，包括本文所公开的任何益处。表述“所述设备可操作以执行动作”可以表示第二无线电协调器1500被配置为执行该动作。

从示例性实施例的以上描述中显而易见的是，该技术能够提供一种用于分配无线电资源的方法，该方法允许满足工业自动化应用中的低延迟和高可靠性无线电通信的QoS要求。可以实现该技术，以区分管理第一层中较宽的操作区域的无线电资源的粗粒度协调(由第一无线电协调器负责)和管理第二层中的多个现场设备的无线电资源的细粒度指派(由第二无线电协调器负责)。实施例能够减少系统级模型和分析工作原本需要的大量工作并实现更快的解。

从前面的描述中将充分理解本发明的许多优点，并且显而易见的是，在不脱离本发明的范围和/或不牺牲其所有优势的情况下，可以对单元和设备的形式、构造和布置进行各种改变。由于本发明可以以多种方式变化，因此将认识到本发明应仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (29)

1.一种在无线电接入网络中分配无线电资源以用于操作多个设备的方法，所述方法包括或触发以下步骤：

由第一无线电协调器确定多个第二无线电协调器中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述多个第二无线电协调器中的一个相关联，其中，确定对无线电资源的需求的步骤包括：由所述第一无线电协调器从所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器接收无线电资源请求，其中，所述无线电资源请求指示由所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器将所述无线电资源指派给它的关联的设备组所需的无线电资源；

由所述第一无线电协调器基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器中的每一个；以及

向所述多个第二无线电协调器中的至少一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所分配的无线电资源按照时间资源、频率资源以及空间资源中的至少一项来指定。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个设备包括被配置用于无线通信的致动器、被配置用于无线通信的传感器、以及被配置用于工业自动化应用的无线通信的可编程逻辑控制器中的至少一个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述对无线电资源的需求基于所接收的无线电资源请求来确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定对无线电资源的需求的步骤或将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器的步骤包括：基于在从特定的第二无线电协调器接收的所述资源请求中指示的延迟约束，确定允许由所述第二无线电协调器在每个频率信道中使用的时隙数。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定对无线电资源的需求的步骤包括：由所述第一无线电协调器从所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器接收反馈信息，所述反馈信息指示所述多个第二无线电协调器中的所述至少一个第二无线电协调器的所述关联的组中的所述设备的资源利用、频谱干扰情况以及可靠性指标中的至少一者，其中，所述对无线电资源的需求基于所接收的反馈信息来确定。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器的步骤包括用于确定所述无线电资源的分配的机器学习过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述机器学习过程包括或基于遗传算法，包括：

生成群体的多个成员，每个成员对应于向所述多个第二无线电协调器中的每一个的无线电资源分配；以及

基于适合度函数来评估所述成员，所述适合度函数可选地基于以下至少一项来评估与成员相对应的所述无线电资源分配：

(a)有利于在所述第二无线电协调器的级别上的最少数量的频率切换的度量，以及

(b)有利于导致针对在所述多个第二无线电协调器处的通信的更高资源利用、更少频谱干扰和/或更高可靠性指标的无线电资源分配的度量。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定所述对无线电资源的需求的步骤包括：针对每个所述第二无线电协调器，确定所述多个第二无线电协调器中的每个第二无线电协调器确保传输可靠性要求所需的冗余无线电资源的数量。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括或触发以下步骤：基于所确定的对无线电资源的需求，确定所述第一无线电协调器分配给所述多个第二无线电协调器可用的无线电资源是否足以满足指示所述多个设备的服务质量要求的标准，以及如果不足以满足，则由所述第一无线电协调器向频谱管理系统请求更多的无线电资源。

11.一种在无线电接入网络中指派无线电资源以用于操作多个设备的方法，所述方法包括或触发以下步骤：

从第二无线电协调器向第一无线电协调器发送无线电资源请求，所述资源请求指示所述第二无线电协调器向它的关联的设备组中的设备指派无线电资源所需的无线电资源；

在所述第二无线电协调器处从所述第一无线电协调器接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源；以及

由所述第二无线电协调器根据所接收的分配消息，基于分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源而将所述无线电资源指派给所述第二无线电协调器的关联的设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述第二无线电协调器中的一个相关联。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，分配无线电资源的步骤包括：将时隙和频率信道和/或空间无线电资源中的至少一者指派给所述关联的设备组中的所述设备。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个设备包括被配置用于无线通信的致动器、被配置用于无线通信的传感器、以及被配置用于工业自动化应用的无线通信的可编程逻辑控制器中的至少一个。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，每个所述设备组与覆盖一个或多个工业自动化过程的设备的本地小区相对应。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：由所述第二无线电协调器确定分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源是否足以满足所述第二无线电协调器的关联的设备组中的设备的服务质量要求，以及如果不足以满足，则发送所述无线电资源请求。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，还包括或触发以下步骤：

从所述第二无线电协调器向所述第一无线电协调器发送反馈信息，所述反馈信息指示所述第二无线电协调器的所述关联的设备组中的所述设备的资源利用、频谱干扰情况以及可靠性指标中的至少一者。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括或触发以下步骤：

由所述第二无线电协调器从它的关联的设备组中的所述设备取得信息，其中，所述信息指示它的关联的设备组中的所述设备的服务质量要求、资源利用以及频谱干扰情况中的至少一者；以及

基于所取得的信息，确定所述无线电资源请求和所述反馈信息中的至少一者。

18.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述第二无线电协调器向它的关联的设备组中的所述设备指派所述无线电资源的时间尺度比所述第二无线电协调器从所述第一无线电协调器接收分配消息的时间尺度更快。

19.一种根据权利要求1至10中任一项的方法，所述方法用于在无线电接入网络中分配和指派无线电资源。

20.一种根据权利要求11至18中任一项的方法，所述方法用于在无线电接入网络中分配和指派无线电资源。

21.一种计算机可读记录介质，在其上存储有程序代码部分，当所述程序代码部分在一个或多个计算设备上执行时，所述程序代码部分用于执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法的步骤。

22.一种第一无线电协调器，用于在无线电接入网络中分配无线电资源以操作多个设备，所述第一无线电协调器包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包括能够由所述至少一个处理器执行的指令，由此所述第一无线电协调器可操作以：

确定多个第二无线电协调器中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源指派给关联的设备组，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述多个第二无线电协调器中的一个相关联，其中，确定对无线电资源的需求包括：由所述第一无线电协调器从所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器接收无线电资源请求，其中，所述无线电资源请求指示由所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器将所述无线电资源指派给它的关联的设备组所需的无线电资源；

基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器中的每一个；以及

向所述多个第二无线电协调器中的每一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

23.根据权利要求22所述的第一无线电协调器，还被配置为执行根据权利要求2至10中任一项所述的方法的步骤。

24.一种第二无线电协调器，用于在无线电接入网络中指派无线电资源以操作多个设备，所述第二无线电协调器包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包括能够由所述至少一个处理器执行的指令，由此所述第二无线电协调器可操作以：

从所述第二无线电协调器向第一无线电协调器发送无线电资源请求，所述资源请求指示所述第二无线电协调器向它的关联的设备组中的设备指派无线电资源所需的无线电资源；

从所述第一无线电协调器接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源；以及

根据所述分配消息，基于分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源而将所述无线电资源指派给所述第二无线电协调器的关联的设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述第二无线电协调器中的一个相关联。

25.根据权利要求24所述的第二无线电协调器，还被配置为执行根据权利要求12至18中任一项所述的方法的步骤。

26.一种第一无线电协调器，用于在无线电接入网络中分配无线电资源以操作多个设备，所述第一无线电协调器包括：

确定模块，用于确定多个第二无线电协调器中的每一个对无线电资源的需求以用于将所述无线电资源分配给关联的设备组，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述多个第二无线电协调器中的一个相关联，其中，确定对无线电资源的需求包括：由所述第一无线电协调器从所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器接收无线电资源请求，其中，所述无线电资源请求指示由所述多个第二无线电协调器中的至少一个第二无线电协调器将所述无线电资源指派给它的关联的设备组所需的无线电资源；

分配模块，用于基于所确定的对无线电资源的需求，将所述无线电资源分配给所述多个第二无线电协调器中的每一个；以及

发送模块，用于向所述多个第二无线电协调器中的每一个发送指示所分配的无线电资源的分配消息。

27.根据权利要求26所述的第一无线电协调器，还包括：用于执行根据权利要求2至10中任一项所述的方法的步骤的一个或多个模块。

28.一种第二无线电协调器，用于在无线电接入网络中指派无线电资源以操作多个设备，所述第二无线电协调器包括：

发送模块，用于从所述第二无线电协调器向第一无线电协调器发送无线电资源请求，所述资源请求指示所述第二无线电协调器向它的关联的设备组中的设备指派无线电资源所需的无线电资源；

接收模块，用于从所述第一无线电协调器接收分配消息，所述分配消息指示分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源；以及

指派模块，用于根据所接收的分配消息，基于分配给所述第二无线电协调器的所述无线电资源而将所述无线电资源指派给所述第二无线电协调器的关联的设备组中的设备，其中，所述多个设备被分组成多个设备组，每个设备组与所述第二无线电协调器中的一个相关联。

29.根据权利要求28所述的第二无线电协调器，还包括：用于执行根据权利要求12至18中任一项所述的方法的步骤的一个或多个模块。

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