CN111181611A - 一种数据传输处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据传输处理方法及系统，该方法基于由拥有多用户、共享MEC服务器的宏基站和小基站，构建大规模MIMO小蜂窝异构网络，通过获取宏基站和小基站发送的信道状态信息形成一集中式的CSI池；根据用户所请求的数据选择最佳数据传输模式对传输数据内容排序，从CSI池中获取所需的信道状态信息进行预编码后进行数据传输，可减轻干扰、缓解回程链路压力和降低信令开销；采用信息中心传输机制在网络中寻找用户所请求的数据设置传输路径送传输至用户，实现数据高效检索和有效传输；将数据事先存储与将要进行传输的基站处，降低检索造成的时延，利用多播传输模式将不同用户请求的相同数据内容安排在相同时隙发送消除部分潜在干扰，并简化预编码。

Description

一种数据传输处理方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种数据传输处理方法及系统。
背景技术
新的多媒体应用既需要高传输速率，又需要强大的存储和计算能力。为解决高传输速率问题，现有小蜂窝异构网方案通过在一个宏蜂窝的覆盖范围内密集重叠部署低功耗的小蜂窝，可以提高频谱和能量效率。通过在BS部署大量天线(如100根以上)，大规模MIMO系统可以在原则上实现数十bits/s/Hz的每蜂窝频谱效率。因此，小蜂窝与大规模MIMO的结合有希望大幅提高数据传输速率。
然而现有大规模MIMO技术中，虽然单蜂窝峰值速率很高，但是在多个非协作蜂窝同时工作的条件下，由于蜂窝间干扰的存在，传输速率会显著降低。这种情况在异构网络中尤其严重。当异构网中小蜂窝密集部署的时候，由于蜂窝间距小、单位面积内干扰源多，蜂窝间干扰成为限制数据速率的瓶颈。如果采用蜂窝间协作传输，可降低蜂窝间干扰，但是由于大规模MIMO天线数量很大，蜂窝间信道状态信息(Channel State Information,CSI)交换的开销会很大。
发明内容
因此，本发明提供一种数据传输处理方法，克服了现有大规模MIMO技术中的信号干扰大、信令开销高的缺陷。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的一种数据传输处理方法及系统，基于由拥有多用户、共享移动边缘计算服务器的宏基站和小基站，构建的大规模多输入多输出小蜂窝异构网络，获取宏基站和小基站发送自身的信道状态信息，并形成一个集中式的信道状态信息池；根据用户所请求的数据选择最佳数据传输模式，对传输的数据内容排序，从信道状态信息池中获取所需的信道状态信息，并进行预编码后进行数据传输，以降低信令开销并抑制蜂窝间及蜂窝内干扰。
2.本发明提供的一种数据传输处理方法及系统，采用信息中心传输机制在网络中寻找用户所请求的数据，并设置传输路径将数据传输至用户，以实现数据内容的高效检索和有效传输。
3.本发明提供的一种数据传输处理方法及系统，在数据传输开始之前，根据将要使用的传输模式，将所要传输的数据内容事先存储与将要进行传输的基站处，使得内容检索造成的时延显著降低。
4.本发明提供的一种数据传输处理方法及系统，对传输的数据内容排序时，利用多播传输模式将不同用户请求的相同数据内容安排在相同时隙发送，可以消除一部分潜在干扰，并简化预编码。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的数据传输处理方法一个具体示例方法流程图；
图2为本发明实施例提供集中式采集机制的示意图；
图3为本发明实施例提供信息中心传输机制的场景示意图；
图4为本发明实施例提供五种数据传输方式的场景示意图；
图5为本发明实施例提供的数据缓存的场景示意图；
图6为本发明实施例提供的传输排序机制的场景对比图；
图7为本发明实施例提供的移动边缘计算服务器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例一种数据传输处理方法，该方法基于由拥有多用户、共享移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器的宏基站和小基站，构建的大规模多输入多输出(Massive Multiple-input Multiple-output,Massive MIMO)小蜂窝异构网络，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1:获取宏基站和小基站发送自身的信道状态信息，并形成一个集中式的信道状态信息池。
步骤S2:通过获取信道状态信息池中用户所请求的数据选择传输模式，对传输的数据内容排序，并进行预编码后进行数据传输。
本发明实施例中采用集中式采集机制，如图2所示，每个宏基站(Macro BaseStation,MBS)和小基站(Small Base Station,SBS)只收集本蜂窝的信道状态信息(Channel State Information,CSI)并将之发送到MEC服务器，然后所有蜂窝的CSI将在MEC服务器处汇集成一个CSI池。有了这样的CSI池，MEC服务器可以根据其中信息选择最佳传输模式、执行传输排序以及预编码，MEC服务器作出的决定被通过光纤发往各个基站(BaseStation,BS)这样CSI传输的信令开销被显著降低。
本发明实施例采用信息中心传输机制，宏基站和每一个小基站都装备有存储单元，MEC服务器负责在网络中寻找用户所请求的数据，并设计一条路径将其送达用户，如果数据内容已存储于MBS或SBS，就从被存储的基站获取请求的数据并传输至用户，如果数据内容未被存储，则需要从因特网经由回程链路获取。当数据内容到达网络中时，MEC服务器根据数据内容存储收益最大化的计算结果决定是否将其存储于网络中的某处。如果存储，则它可以在将来被其它用户使用，无需再次从因特网获取。在一实施例中，当数据内容为视频时，根据视频流行度计算存储收益，在约束条件允许下存储收益最高的视频数据。
在一实施例中，如图3(a)所示，假设所有用户设备(User Equipment，UE)都在MBS的覆盖范围内，但其中的宏蜂窝用户MUE(Macro Cell User)相对分散，不能被任何一个SBS全部覆盖，此时由MBS传送数据时最高效。因此，数据内容首先被传输至MBS，然后MBS通过大规模MIMO将相同数据同时发送给多个UE。如图3(b)所示，假设一些小蜂窝用户SUE(SmallCell User)处于小蜂窝边缘，为了保证服务质量(Quality of Service，QoS)，数据内容首先被传输至距离用户最近的两个SBS，然后通过MIMO协作多点传输模式来传送给用户。数据内容从最合适的数据源获取，以最小化回程链路开销；选择最合适的基站来执行传输，以最大化频谱和能量效率，数据源选择、传输模式选择和传输排序都由MEC服务器来执行。
在本发明实施例中，有三种MIMO信号处理方法：(1)单蜂窝MIMO信号处理(Single-cell MIMO Processing,SCP)：每个基站(Base Station,BS)仅拥有自己所属UE的CSI以及将要传输的信息，该方法仅考虑自己所属UE来抑制蜂窝内干扰，但无法抑制蜂窝间干扰；(2)协作波束赋形(Coordinated Beamforming,CB)：每个BS都拥有自己所属UE的CSI以及附近协作蜂窝的UE的CSI，但每个蜂窝没有将要传输给其它蜂窝内UE的数据，BS可以在预编码中利用额外的CSI来抑制蜂窝内以及蜂窝间干扰，需要额外的蜂窝间信息交换，通过共享MEC服务器的协助，这种信息交换可以很高效；(3)多蜂窝MIMO信号处理(Network Multi-cell MIMO Processing,or Joint Transmission,JT)：该方法要求协作蜂窝间既要交换CSI，又要交换发送给UE的数据。BS之间相互同步并协作进行预编码和传输，使得UE可以同时从多个BS处接收有用信号，并且蜂窝间干扰被消除，该方法可保证最好的可达速率，但也消耗最多的资源，MEC服务器可以提供足够的资源支持。
本发明实施例中，包括五种数据传输方式，如图4所示：图4(a)中，每个UE从自己的BS接收不同的数据流，采用单蜂窝MIMO信号处理方式时，将对其它UE造成干扰。若使用协作波束赋形的方式，可以有效抑制蜂窝间干扰；图4(b)中，每个小蜂窝中的所有UE组成一个多播组，从SBS处接收相同的数据流，但每个SBS都发送不同的数据流。若使用SCP，每个SBS都将对其它蜂窝中的UE造成干扰，多播预编码可以帮助减轻干扰，另外协作波束赋形或多蜂窝MIMO信号处理也可以进一步降低蜂窝间干扰。图4(c)中，所有SUE请求相同的数据，而所有的SBS协同传输这个数据流到所有SUE。在传输之前，本发明实施例提供的信息中心网络结构可以迅速找到被请求的数据并将其发往各个SBS。另外，分布于网络中的存储设备可以存储大量数据，降低传输时延并缓解回程链路压力。图4(d)中，每个BS都向自己的从属UE传输数据，同时，MBS使用多蜂窝MIMO信号处理和多个SBS协作，向位于小蜂窝边缘的UE联合传输数据。SBS也可以向MUE传输数据。图4(e)显示多种传输方式共存的情况，MBS向多个MUE传输不同的数据流，SBS1使用SCP向几个SUE传输，对其它小蜂窝造成干扰。SBS2使用SCP多播向一个多播组传输相同的数据内容，但是也对其它蜂窝造成干扰。同时有一个SUE处于SBS2和SBS3的边缘，SBS2和SBS3使用多蜂窝MIMO信号处理向该SUE传输相同的数据流。
本发明实施例中在数据传输开始之前，根据将要使用的传输模式，将所要传输的数据内容事先存储与将要进行传输的基站处，结合将要使用的传输模式，将数据内容预先存储于合适的基站处，使得内容检索造成的时延显著降低。
在一具体的实施例中，假设所有SUE都请求相同的数据内容(例如内容1)，有以下可能场景：
(1)不同的SBS存储不同的内容，只有SBS1存储有被请求的内容1。因此SBS可以直接向所有SUE传输内容1，如图5(a)所示。SBS1也可以通过光纤将内容1发往距离SUE更近的SBS2，然后由SBS2执行无线传输，如图5(b)所示。
(2)图5(c)中，MEC系统有可能预测内容1将会被很多用户请求，因此，系统可以预先将内容1缓存于距离SUE最近的SBS2和SBS3，然后这两个SBS就可以使用JT MIMO多播来向所有SUE传输内容1。
(3)如果内容1没有被任何BS存储，则它必须通过回程链路从因特网获取如图6(d)所示。当数据到达时，MEC系统可以决定将其缓存于网络的什么位置。基于历史数据，系统预测将要使用的传输模式，并将其存储于最合适的位置。在第一种场景中，因为存储多样性，被请求的数据可以在网络中被找到的概率比较大，但是图5(a)的直接无线传输要求较高传输功率，而图5(b)的转发传输会造成信息交换开销及传输时延，因此只适用于小蜂窝密集部署的情况。相反，当小蜂窝之间距离较远时，若采用图5(a)或(b)的策略，因为长距离传输，数据传输的代价会很高。此时图5(c)的策略会更高效，在此种情况下，即使预先存储决策会产生一定开销，其仍然有利于的高速和高质量数据传输。
本发明实施例对传输的数据内容排序时，利用多播传输模式将不同用户请求的相同数据内容安排在相同时隙发送，从而消除一部分潜在干扰，并简化预编码。
在一实施例中，假设每个排序窗口由四个排序时隙组成，图6(a)显示了三个UE的数据请求的时间到达顺序，而图6(b)显示在传输排序之后的实际数据传输顺序。如果直接根据用户数据请求到达的顺序来传输数据内容，则在每个时隙中必须使用SBS-to-user传输方式，这将造成严重的干扰。相反地，若使用传输排序，同一内容可以使用JT多播同时传输给多个UE。例如数据内容2和3没有被事先缓存，需要从网络中检索获取，而其它内容已经就绪。传输排序的基本原则就是尽量在时间上对齐相同的内容，从而尽量多地利用多播传输模式。排序窗口包含的排序时隙个数不一定是固定的。如果排序窗口太长，传输排序可能会造成显著的时延。如果排序窗口太短，多个UE在同一个窗口中请求同一数据内容的概率可能会很低，这将使得传输排序失去意义。因此，排序窗口的长度应考虑排序有效性和服务质量的折中，利用多播传输模式将不同用户请求的相同数据内容安排在相同时隙发送，从而消除一部分潜在干扰，并简化预编码。
实施例2
本发明实施例提供一种移动边缘计算服务器，如图7所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(RamdomAccess Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1中的数据传输处理方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1中的数据传输处理方法。其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的数据传输处理方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1中的数据传输处理方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种数据传输处理方法，所述方法基于由拥有多用户、共享移动边缘计算服务器的宏基站和小基站，构建的大规模多输入多输出小蜂窝异构网络，其特征在于，包括如下步骤：
获取宏基站和小基站发送自身的信道状态信息，并形成一个集中式的信道状态信息池；
根据用户所请求的数据选择最佳数据传输模式，对传输的数据内容排序，从信道状态信息池中获取所需的信道状态信息，并进行预编码后进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的数据传输处理方法，其特征在于，采用信息中心传输机制在网络中寻找用户所请求的数据，并设置传输路径将数据送传输至用户。
3.根据权利要求2所述的数据传输处理方法，其特征在于，当用户所述请求的数据内容已存储在宏基站或小基站时，从被存储的基站获取请求的数据并传输至用户。
4.根据权利要求2所述的数据传输处理方法，其特征在于，当用户所述请求的数据内容未存储在宏基站或小基站时，从因特网经由回程链路获取请求的数据并传输至用户。
5.根据权利要求2所述的数据传输处理方法，其特征在于，当用户所述请求的数据内容到达网络中时，根据数据内容存储收益最大化的计算结果决定是否将其存储于网络中，如果数据内容被存储在网络中时，该数据可被其它用户使用，无需再次从因特网获取。
6.根据权利要求1所述的数据传输处理方法，其特征在于，在数据传输开始之前，根据将要使用的传输模式，将所要传输的数据内容事先存储与将要进行传输的基站处。
7.根据权利要求1所述的数据传输处理方法，其特征在于，对传输的数据内容排序时，利用多播传输模式将不同用户请求的相同数据内容安排在相同时隙发送。
8.一种移动边缘计算服务器，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7中任一所述的数据传输处理方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一所述的数据传输处理方法。
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