CN111083796B - 一种基于数据大小包业务的混合调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数据大小包业务的混合调度方法，包括以下步骤：1)根据各用户待传输数据包的大小将各用户划分为大包用户、多播用户及小包用户，再通过各大包用户构建大包用户组，通过各多播用户构建多播用户组，通过各小包用户构建各小包用户组；2)计算大包用户组内各大包用户的优先级、多播用户组内各多播用户的优先级以及小包用户组内各小包用户的优先级；3)按照大包用户组、多播用户组及小包用户组的顺序依次为大包用户组内的各大包用户、多播用户组内的多播用户及小包用户组内的小包用户进行调度，该方法能够有效解决物联网中设备数量波动时，现有固定分配频段进行调度不同业务用户带来的资源浪费问题。

Description

一种基于数据大小包业务的混合调度方法

技术领域

本发明属于无线传感网及物联网技术领域，涉及一种基于数据大小包业务的混合调度方法。

背景技术

5G中重要的概念之一为万物互联，无线传感网乃至物联网为这一概念提供了可行性。物联网的设备多种多样，对于数据业务的需求也不尽相同；而另一方面，物联网的设备成百上千，在较小区域内成密集部署；除此之外，部分物联网设备还具备移动性。与传统的无线数据传输环境相比，物联网中设备庞大的数量以及业务的多样性为基站等节点的数据传输带来了很大的困难，因此有必要研究这些环境下，如何利用有限的频谱资源尽量为更多的设备提供服务，并保证通信质量。

四、现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题

由于设备的多样性，其数据业务的需求也不尽相同：如家电等设备，不仅指令传递周期较长，而数据包传输体量也较低；对于简易智能终端，如iWatch等，仍对微信、邮件等业务有需求，这些数据包虽然小，但出现周期相对密集；同时还要兼容手机终端，不能对视频等高传输速率需求的业务造成影响。因此，在物联网的无线传输中需协调这些业务，考虑其业务速率需求。然而在现有的物联网中，对于大小数据包的业务的场景，现有技术更常将不同数据包的业务放在不同的频带，当传输周期差异较大、数据包大小明显不同以及不同类型设备数目频繁变化时，固定的频带分配将导致资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于数据大小包业务的混合调度方法，该方法能够有效解决物联网中设备数量波动时，现有固定分配频段进行调度不同业务用户带来的资源浪费问题。

为达到上述目的，本发明所述的基于数据大小包业务的混合调度方法包括以下步骤：

1)根据各用户待传输数据包的大小将各用户划分为大包用户、多播用户及小包用户，再通过各大包用户构建大包用户组，通过各多播用户构建多播用户组，通过各小包用户构建各小包用户组；

2)计算大包用户组内各大包用户的优先级、多播用户组内各多播用户的优先级以及小包用户组内各小包用户的优先级；

3)按照大包用户组、多播用户组及小包用户组的顺序依次为大包用户组内的各大包用户、多播用户组内的多播用户及小包用户组内的小包用户进行调度，其中，同一大包用户组内的各大包用户根据其优先级依次进行调度，同一多播用户组内的各多播用户根据其优先级依次进行调度，同一小包用户组内的各小包用户根据其优先级依次进行调度。

还包括调节多播用户组内的用户数，具体为：

在同一多播用户组内的任一多播用户在调度过程中，当发生传输失败时，传输失败的多播用户通过控制信道上传自己所在多播用户组的组号，同时基站对该多播用户组内的多播用户数目减少1，否则，基站对该多播用户组内的多播用户数目增加1。

根据已发送数据包大小计算用户的优先级，设用户k此时传输的MCS等级为m,其对应的数据包大小为D_m，则依据PF优先级计算方法，利用t-1时刻的速率R_k(t-1)、调节因子

以及D_m计算t时刻的统计速率R_k(t)，即

设无数据传输的时长为ΔT，则用户k的优先级p_k为：

对于多播用户，设映射操作：

I_g,i为g多播用户组中第i个多播用户的实际编号，则对于K_g个的多播用户，设对角的导频矩阵为Φ_g，噪声为n，其基站侧接收到的信道估计信号y为：

设信道估计误差为e，则估计的信道结果

为：

得考虑组内用户数目的信道估计结果

为：

大包用户调度的具体过程为：

a)获取各大包用户的优先级，再将优先级最高的大包用户加入到调度集合中；

b)以大包用户相关性的平方作为评判是否加入调度集合的标准，其中，计算任意两大包用户i,j的相关性ρ_i,j；

设定阈值α，将定阈值α与调度集合中的各大包用户逐一判断，当

则将该大包用户加入调度集合，否则，将该大包用户不加入到调度集合；

c)采用迫零预编码计算预编码，令在调度集合中大包用户的信道向量排列成用户乘以天线数的矩阵H，得预编码W；

对预编码W进行归一化，假设功率均分，则对于调度集合中任意大包用户k，利用该大包用户的预编码

路损η_k及功率p_k计算该大包用户的信干噪比γ_k；

d)对于每个大包用户k，比较γ_k与γ_B，当调度集合中所有大包用户都满足时，则转至步骤b)，否则，则调度结束。

任意两大包用户i,j的相关性ρ_i,j为：

预编码W为：

W＝H(HH^H)^-1。

多播用户的信干噪比γ_k为：

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于数据大小包业务的混合调度方法在具体操作时，基于物联网中部分设备点播内容相同的特性，将引入多组多播用户，按照大包用户组、多播用户组及小包用户组的顺序依次进行调度，这既有益于降低复杂度，也有益于增加基站服务能力，同时设计在相同资源上的大小包业务传输方案，有利于实现频谱效率的更大化，对于多种业务配比不同的场景，具有更加灵活。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的系统框图；

图2为多播用户的上行信道估计流程图；

图3为本发明在调度时的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参考图1及图3，本发明所述的基于数据大小包业务的混合调度方法包括以下步骤：

1)根据各用户待传输数据包的大小将各用户划分为大包用户、多播用户及小包用户，再通过各大包用户构建大包用户组，通过各多播用户构建多播用户组，通过各小包用户构建各小包用户组；

2)计算大包用户组内各大包用户的优先级、多播用户组内各多播用户的优先级以及小包用户组内各小包用户的优先级；

3)按照大包用户组、多播用户组及小包用户组的顺序依次为大包用户组内的各大包用户、多播用户组内的多播用户及小包用户组内的小包用户进行调度，其中，同一大包用户组内的各大包用户根据其优先级依次进行调度，同一多播用户组内的各多播用户根据其优先级依次进行调度，同一小包用户组内的各小包用户根据其优先级依次进行调度。

具体的，本发明针对物联网中部分业务相同的特点，比如天气预报、道路实况和新闻推送固定向一群用户推送的特点，提出将这些多播用户采用相同导频进行信道估计，具体流程图在图2中给出。

设多播用户数为K_MC，能够分给多播用户的导频数目为n_p，每组内的多播用户数目为K_g，且g∈{1,2,…,G}，则即便用户传输相同的数据，也可以分成若干组，这样的好处是为了信道向量方向上的集中，进而避免多播组内性能的大幅下降。

此外，可能出现的情况是多播用户众多，甚至会与单播用户争抢资源，此时由于可估计的多播用户数目有限，如何选择出此刻多播用户为重要问题，本发明还包括调节多播用户组内的用户数，具体为：

在同一多播用户组内的任一多播用户在调度过程中，当发生传输失败时，传输失败的多播用户通过控制信道上传自己所在多播用户组的组号，同时基站对该多播用户组内的多播用户数目减少1，否则，基站对该多播用户组内的多播用户数目增加1。

其中，计算各用户优先级的过程为：根据已发送数据包大小计算用户的优先级，设用户k此时传输的MCS等级为m,其对应的数据包大小为D_m，则依据PF优先级计算方法，利用t-1时刻的速率R_k(t-1)、调节因子

以及D_m计算t时刻的统计速率R_k(t)，即

设无数据传输的时长为ΔT，则用户k的优先级p_k为：

另外，对K_MC个多播用户的优先级进行排序，选择前n_pK_g个多播用户进行信道估计，在选择过程中，优先令之前组内传输都成功的用户先成组，其中，设映射操作：

I_g,i为g多播用户组中第i个多播用户的实际编号，则对于K_g个的多播用户，设对角的导频矩阵为Φ_g，噪声为n，其基站侧接收到的信道估计信号y为：

设信道估计误差为e，则估计的信道结果

为：

得考虑组内用户数目的信道估计结果

为：

采用迫零预编码，用户为单天线，大包用户最低MCS要求对应的SINR为γ_B，多播用户最低MCS要求对应的SINR为γ_M，小包用户最低MCS对应的SINR为γ_S，其中，大包用户调度的具体过程为：

a)获取各大包用户的优先级，再将优先级最高的大包用户加入到调度集合中；

b)以大包用户相关性的平方作为评判是否加入调度集合的标准，其中，计算任意两大包用户i,j的相关性ρ_i,j；

设定阈值α，将定阈值α与调度集合中的各大包用户逐一判断，当

则将该大包用户加入调度集合，否则，将该大包用户不加入到调度集合；

c)采用迫零预编码计算预编码，令在调度集合中大包用户的信道向量排列成用户乘以天线数的矩阵H，得预编码W；

W＝H(HH^H)^-1

对预编码W进行归一化，假设功率均分，则对于调度集合中任意大包用户k，利用该大包用户的预编码

路损η_k及功率p_k计算该大包用户的信干噪比γ_k；

d)对于每个大包用户k，比较γ_k与γ_B，当调度集合中所有大包用户都满足时，则转至步骤b)，否则，则调度结束。

多播用户调度流程与大包用户类似，不同之处在于步骤d)中，在比较SINR时，除考虑γ_B，还应考虑γ_M，具体做法为：添加多播用户时，重新计算预编码，然后计算SINR，并与γ_M比较，重复此步骤，直到找不到满足条件的用户，或者达到预设调度多播用户数，注意添加多播用户时，还要令已满足γ_B的大包用户仍然满足业务需求。

调度小包用户的流程与调度多播用户类似，但不同一点，为尽量调度更多的小包业务用户，需要将已经确定满足MCS用户功率调整，此时，优先对SINR与γ_M以及γ_B差值最大的用户功率进行调整，对任何已经选择上的大包或多播虚拟用户k，假设其SINR为γ_k，则调整功率的幅度可计算为

或

其中，ε为保护幅度，防止由于估计误差，CQI误差导致的速率低于业务需求，γ_k为线性值。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

按照业务SINR值与需求SINR之差作为确定不同用户进行先后调整的标准，在调整过程中，引入保护幅度概念，以保证在存在信道估计误差，CQI测量误差时，不同类型的用户依然可以满足业务需求。

本发明没有孤立信道估计与资源分配，实现进一步的频谱效率的提升，同时间接性预防了CSI信道信息不足导致的频谱效率受限的问题。

本发明更加面向实际场景，尤其适合请求不同业务的用户数不稳定的情况。此时，在相同资源上调度多种用户，可避免固定分配特殊频段传输相同类型业务用户的带来的频谱资源利用不充分风险。

由于大包业务对SINR需求更高，相比于小包业务有更大的调整空间，而当调度小包业务时才重新更改大包与多播业务用户的传输能量，这样可为小包业务预留出更多能量资源，同时保护幅度的引入一定程度上预防了CSI不准确带来的传输失败，增加了鲁棒性。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种基于数据大小包业务的混合调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据各用户待传输数据包的大小将各用户划分为大包用户、多播用户及小包用户，再通过各大包用户构建大包用户组，通过各多播用户构建多播用户组，通过各小包用户构建各小包用户组；

2)计算大包用户组内各大包用户的优先级、多播用户组内各多播用户的优先级以及小包用户组内各小包用户的优先级；

3)按照大包用户组、多播用户组及小包用户组的顺序依次为大包用户组内的各大包用户、多播用户组内的多播用户及小包用户组内的小包用户进行调度，其中，同一大包用户组内的各大包用户根据其优先级依次进行调度，同一多播用户组内的各多播用户根据其优先级依次进行调度，同一小包用户组内的各小包用户根据其优先级依次进行调度；

根据已发送数据包大小计算用户的优先级，设用户k此时传输的MCS等级为m,其对应的数据包大小为D_m，则依据PF优先级计算方法，利用t-1时刻的速率R_k(t-1)、调节因子

以及D_m计算t时刻的统计速率R_k(t)，即

设无数据传输的时长为ΔT，则用户k的优先级p_k为：

还包括调节多播用户组内的用户数，具体为：

在同一多播用户组内的任一多播用户在调度过程中，当发生传输失败时，传输失败的多播用户通过控制信道上传自己所在多播用户组的组号，同时基站对该多播用户组内的多播用户数目减少1，否则，基站对该多播用户组内的多播用户数目增加1。

2.根据权利要求1所述的基于数据大小包业务的混合调度方法，其特征在于，对于多播用户，设映射操作：

I_g,i为g多播用户组中第i个多播用户的实际编号，则对于K_g个的多播用户，设对角的导频矩阵为Φ_g，噪声为n，其基站侧接收到的信道估计信号y为：

设信道估计误差为e，则估计的信道结果

为：

得考虑组内用户数目的信道估计结果

为：

Images