CN116367322A - 无线资源调度方法、装置及作业机械 - Google Patents

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CN116367322A CN202211610904.7A CN202211610904A CN116367322A CN 116367322 A CN116367322 A CN 116367322A CN 202211610904 A CN202211610904 A CN 202211610904A CN 116367322 A CN116367322 A CN 116367322A
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陈超
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袁洁
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Abstract

本发明提供一种无线资源调度方法、装置及作业机械，属于通信技术领域，方法包括：根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。本发明实现了时间确定性的数据流和不确定性的数据流的综合调度，并通过帧抢占状态确保时间敏感流的优先级，降低时间确定的时间敏感流的时延。

Description

无线资源调度方法、装置及作业机械
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线资源调度方法、装置及作业机械。
背景技术
5G技术具有大容量、低时延、高可靠、高移动性等特性，是移动通信网络关键技术。
5G技术也能为工业互联网提供有力网络支撑，可以满足工业设备的灵活移动性和差异化业务处理能力需求。推动各类增强现实(AR)/虚拟现实(VR)终端、机器人、自动导引运输车(AGV)、场内产线设备等的无线化应用，助力工厂柔性化生产大规模普及。在工业互联网应用场景中，5G也面临前所未有的挑战。例如，有的工业应用可能需要网络具备1ms时延、1μs抖动和99.999999％的网络传输质量。
为了实现工业应用的传输需求，需要通过确定性网络来进行数据传输。确定性网络是具有极低时延和抖动的端到端的超可靠数据网络，而5G网络是一个最优结果网络(Best Effort)，现有的5G无线资源调度算法有比例公平算法、对数法则调度算法、指数法则调度算法、FLS调度算法等。现有的5G无线资源调度算法仅仅实现了在最优结果网络内的流量调度，并没有实现确定性流的资源调度。
发明内容
本发明提供一种无线资源调度方法、装置及作业机械，用以解决现有技术中5G无线资源调度算法仅仅实现了在最优结果网络内的流量调度，并没有实现确定性流的资源调度的缺陷。
第一方面，本发明提供一种无线资源调度方法，包括：
根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，所述确定时间敏感流在系统帧中待传输的数据量，包括：
根据所述时间敏感流的队列长度和最大排队时延要求，基于离散控制系统算法确定所述时间敏感流在设定系统帧中待传输的数据量。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片，包括：
根据所述数据量，确定传输所述时间敏感流所需的传输时隙，记为第一时间片；
根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，所述根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片，包括：
根据预设所述门控列表的周期时长与述第一时间片和预设的保护间隔的差值，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，所述根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表，包括：
根据所述第一时间片和所述第二时间片，确定所述门控列表对应的时间间隔和队列状态，完成所述门控列表的配置。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，在所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片之前，还包括：
根据所述时间敏感流和所述非时间敏感流的优先级，缓存至对应优先级的多个队列中以等待调度，其中，每一所述队列对应一个传输门。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输，包括：
根据所述门控列表，确定所述传输门的开启与关闭；
根据所述传输门的开启与关闭，优先输出所述时间敏感流，在所述时间敏感流传输完成后，根据预设的调度机制传输所述非时间敏感流。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，在所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输后，还包括：
执行帧抢占操作，以使得所述时间敏感流优先传输。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，在所述执行帧抢占操作后，还包括：
将子信道上的剩余资源分配给所述时间敏感流和所述非时间敏感流，得到资源预分配结果矩阵；
根据所述资源预分配结果矩阵，确定接收端的指标参数。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，还包括：
根据所述指标参数，确定所述时间敏感流或所述非时间敏感流在每一传输时间单位内能够传输的总数据量；
若所述总数据量高于预设的期望传输总数据量，则确定该所述指标参数为最终的指标参数；
若所述总数据量不高于预设的期望传输总数据量，则上调所述指标参数，直至所述总数据量高于预设的期望传输总数据量。
根据本发明提供的一种无线资源调度方法，还包括：
若所述剩余资源满足所有所述数据流的资源需求，则更新所有所述子信道对应的待调度数据流集合和所述剩余资源；
若所述子信道上的所述剩余资源被分配完毕，且未能满足所有所述数据流的资源需求，则更新待调度数据流的数据量，将所述子信道从具有剩余资源的子信道集合删除。
第二方面，本发明还提供一种无线资源调度装置，包括：
数据量确定模块，用于根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；时间片划分模块，用于根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；配置模块，用于根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；调度模块，用于根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
第三方面，本发明还提供一种作业机械，包括作业机械本体，所述作业机械本体中设置有无线资源调度处理器；还包括存储器及存储在所述存储器上并可在所述无线资源调度处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述无线资源调度处理器执行时实现任一项所述无线资源调度方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种基站，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述无线资源调度方法的步骤。
第五方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无线资源调度方法的步骤。
本发明提供的无线资源调度方法、装置及作业机械，通过划分时间片，配置门控列表，控制时间敏感流和非时间敏感流的调度，在5G网络中实现确定性流即时间敏感流的资源调度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的无线资源调度方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的图1中步骤S130的流程示意图；
图3是本发明提供的划分时间片的示意图；
图4是本发明提供的门控列表的示意图；
图5是本发明提供的传输门状态设置的示意图；
图6是本发明提供的数据流帧头的帧格式变化示意图；
图7是本发明提供的CBS算法中AVB流信用值状态的变化曲线示意图；
图8是本发明提供的CBS算法的使用示意图；
图9是本发明提供的抢占帧技术的应用示意图；
图10是本发明提供的被抢占帧的切片示意图；
图11是本发明提供的RB分配向量的示意图；
图12是本发明提供的无线资源调度方法的流程示意图之二；
图13是本发明提供的无线资源调度装置的原理框图；
图14是本发明提供的基站的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
确定性网络，指的是具有极低时延和抖动的端到端的超可靠数据网络，具体的说，确定性就是要在目标服务所需求的时延界限内，成功发送到给定目标节点的数据包数量的百分比不能低于某个值(即可靠性)，并且对时延抖动也有一定的要求。确定性网络的概念最初起源于有线网络，目的是为了解决越来越多对时延十分敏感的各种实时流应用，如音视频会议、直播流等等。
在有线固定网络中，Time-Sensitive Networking(TSN)时间敏感网络已经实现了确定性传输。TSN是基于标准以太网架构演进的新一代网络技术，具有精确时间同步、计划流量调度和系统配置能力，能够提供有界时延、低时延抖动和低丢包率保证，实现多种业务流量的共网确定性传输，兼具性能及成本优势，非常符合工业互联网的确定性需求。
图1是本发明提供的无线资源调度方法的流程示意图之一，如图1所示，本发明提供一种无线资源调度方法，包括：
S110，根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
S120，确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
S130，根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
S140，根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
S150，根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
本发明是一种基于5G的确定性时间资源调度算法，称为CT-FLS(Certain time)方法，能够在无线网络中提供确定性时延和可靠数据传输。
可选的，在步骤S110之前，还需要对到达基站的业务数据流进行分类，包括时间触发流(Time-triggered,简称TT流)、音视频流(Audio Video Bridging，简称AVB流)、尽力而为流(Best Effort，简称BE流)；其中，背景流、关键应用流、Excellent Effort类(EE)、BestEffort(BE)类无时延特定要求属于BE流；音频和视频类属于AVB流；同步实时流对时延的要求最高，属于TT流；互联控制流与控制数据流，属于TT流。
可知，在步骤S110中，时间敏感流包括TT流，非时间敏感流包括AVB流和BE流。
具体的，在步骤S120中基于离散线性控制系统确定数据流的待传输数据量。
在步骤S130中，提出了划分时间片(Divide the time，DT)，DT的基本思想是给每类业务流分配不同的传输时隙。在每个时隙中，有两种类型的时间片，分别分配给TT流和非TT流。根据待传输数据量，确定第一时间片的时长，在第一时间片中，仅传输时间敏感流，确保时间敏感流优先传输。
在步骤S140中，根据第一时间片和第二时间片，配置门控列表的时间间隔和队列状态。
可以理解的是，本发明通过划分时间片，配置门控列表，控制时间敏感流和非时间敏感流的调度，DT结合门控列表的调度机制，该机制可以保证TT流无干扰地传输，为其提供可预测的确定的端到端的延时。在门操作机制中，配置了门控列表，端口根据门控列表从队列中该选择进行传输。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述确定时间敏感流在系统帧中待传输的数据量，包括：
根据所述时间敏感流的队列长度和最大排队时延要求，基于离散控制系统算法确定所述时间敏感流在设定系统帧中待传输的数据量。
可选的，待传输的数据量ui(k)的计算公式如下：
Figure BDA0003999669930000081
其中，ui(k)表示在保证业务QoS时延的前提下第k个系统帧，TT流i需要传输的数据量。qi(k)是在第k个帧开始时，第i个TT流对应的队列长度，ci(n)为离散控制系统过滤系数。
ci(n)取值如下：
Figure BDA0003999669930000091
同时ui(k)也是门控列表设置的一个重要参考。
可以理解的是，本发明提供了一种根据所述时间敏感流的队列长度和最大排队时延要求，计算待传输的数据量的方案，满足时间敏感性数据流的低时延要求。
图2是本发明提供的图1中步骤S130的流程示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片，包括：
S210，根据所述数据量，确定传输所述时间敏感流所需的传输时隙，记为第一时间片；
S220，根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
可选的，所述根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片，包括：
根据预设所述门控列表的周期时长与述第一时间片和预设的保护间隔的差值，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
通过划分第一时间片和第二时间片，可以让TT流传输与非TT流传输分离。为了保证TT流的实时传输不受影响，设置了保护间隔。将保护间隔的长度设置为网络中最长帧的传输时间。保护间隔能够确保从一个时间片变为下一个时间片时，没有数据帧正在传输。
图3是本发明提供的划分时间片的示意图，如图3所示，0～T内有两个周期，每个周期内包含两类时间片。0～t1、t3～t4表示第一时间片，仅允许传输TT流，而第二时间片，即t1～t2、t4～t5区间，允许发送其余优先级的非TT流。在第二时间片内，按照严格优先级机制进行调度。在保护间隔内，只能完成已经在传输的数据帧，不能进行新的传输。
可以理解的是，本发明通过划分时间片和设置时间间隔的方式，确保TT流的实时传输不受影响。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表，包括：
根据所述第一时间片和所述第二时间片，确定所述门控列表对应的时间间隔和队列状态，完成所述门控列表的配置。
可选的，本发明以M倍的门控列表为周期的进行流量调度，M倍的门控列表周期等于N倍的系统帧。
图4是本发明提供的门控列表的示意图，如图4所示，门控列表包含两项：时间间隔和队列状态。每个队列都与一个传输门相关联，当传输门的状态为“O”时，可以从此队列中选择帧进行传输；当传输门的状态为“C”时，不能从此队列中选择帧进行传输。当有多个队列的状态都为“O”时，利用其它调度算法进行选择。根据DT，设置门控列表的门的状态和对应的持续时间，门控列表周期循环执行，循环时间是系统执行一次门控列表的时长。即门控列表中所有门操作执行一轮所需的时间为T，循环时间的确定和“开关状态持续的时长”、“保护间隔”有关系。接口从执行第一个门操作时开始计时，并按照门操作编号从小到大的顺序依次执行所有门操作。当循环时间到达，会自动重新从第一个门操作开始执行门控列表。
本发明根据DT和数据量设置门控机制中的传输门状态。一个系统帧会分成多个时隙，一个系统帧内所有时隙的第一时间片要保证由步骤S120计算得出TT流的传输量传输完成。
图5是本发明提供的传输门状态设置的示意图，是一个可选的实施例，具体的，0～t1：OCCCCCCC；t1～t2：COOOOOOO；t2～t3：CCCCCCCC；t3～t4：OCCCCCCC；t4～t5：COOOOOOO；t5～T：CCCCCCCC。
不同类型的数据流进行对应优先级的队列，其中，队列7的优先级最高，队列6的优先级次高，……，队列0的优先级最低。8个优先级队列缓存的流量类型依次是：队列7、队列6缓存时间触发流(TT流)；队列5、队列4缓存音视频桥接A类流(AVB Class A流)；队列3、队列2缓存音视频桥接B类流(AVB Class B流)；队列1、队列0缓存尽力而为的流(BE流)。
根据流类型和优先级的不同，对每个队列采用不同的调度机制，但是传输门可以最终决定队列中的数据帧是否可以执行传输，当队列的传输门打开时，可以传输队列中正在排队等待的帧，而当队列的传输门关闭时，队列中的数据帧不能进行传输。比如，在调度算法计算后可以传输某数据帧，但是如果此时该数据帧所在队列的传输门是关闭的，则不能执行传输。
可以理解的是，DT结合门控列表的调度机制，可以保证TT流无干扰地传输，为其提供可预测的确定的端到端的延时。在传输门操作机制中，配置了门控列表，端口根据门控列表从队列中该选择进行传输。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，在所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片之前，还包括：
根据所述时间敏感流和所述非时间敏感流的优先级，缓存至对应优先级的多个队列中以等待调度，其中，每一所述队列对应一个传输门。
可选的，所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输，包括：
根据所述门控列表，确定所述传输门的开启与关闭；
根据所述传输门的开启与关闭，优先输出所述时间敏感流，在所述时间敏感流传输完成后，根据预设的调度机制传输所述非时间敏感流。
图6是本发明提供的数据流帧头的帧格式变化示意图，如图6所示，可在时间敏感流和非时间敏感流的以太网帧头中插入优先级字段。
具体的，优先级字段可用3比特的PRI字段表示，PRI字段的比特数也可根据数据流的类型进行自定义设置，本发明对此不做限定。
可选的，PRI即Priority，表示帧的优先级，取值范围是0～7，值越大优先级越高。不同类型的数据流对应不同的优先级，一共有八个优先级，取值范围是0～7，值越大优先级越高。其中，优先级0～1属于BE流，优先级2～5属于音视频流，优先级6～7属于TT流。
数据流类型与优先级的对应关系如下表所示：
Figure BDA0003999669930000121
可选的，每个队列对应一个传输门，门控列表用于控制传输门在何时开启和在何时关闭，从而控制所述队列输出数据流。
可选的，队列的优先级也用0-7表示，值越大优先级越高。将所述数据流缓存至对应优先级别的队列即，将优先级为0～7的数据流缓存进0～7的队列中等待调度，不同类型的数据流对应不同的调度策略，比如优先级0～1的数据流的调度策略为严格按照优先级进行调度，优先级2～5的数据流的调度策略为根据CBS(credit based shaper，基于信用的整形器)算法来调度流量，优先级6～7的数据流的调度策略为划分时间片结合门控列表来调度流量。
根据所述待调度数据中每一类型数据流对应的优先级，将所述数据流缓存至对应优先级别的队列，即优先级重映射。
本发明还可基于CBS算法对超过限制速率的AVB流进行流量整形，AVB流可分为A类和B类，A类的优先级高于B类，即AVB Class A流的时延要求更加低。
图7是本发明提供的CBS算法中AVB流信用值状态的变化曲线示意图，如图7所示，在CBS算法中，对每条AVB流赋予一个信用值(credit)，此时AVB流的信用值状态的变化分为以下几种情况：①当有业务帧等待传输时，credit以上升速率v1增加；②当数据帧正在进行传输时，credit以下降速率v2减少；③当credit的值小于0时，不能开始传输数据帧，但是在信用值减为0之前已经开始传输的数据帧可以继续传输；④如果队列中没有数据帧在等待传输，若credit大于0，则credit的值置为0；若credit小于0，则按照一定的速率增加至0。
其中，credit：信用值，每个队列都有属于自己的信用值，决定队列中的流是否可以传输。
上升速率v1：credit信用值增加的速率。
下降速率v2：credit信用值减少的速率。
Credit最大值：表示credit可以增加到的最大值。
Credit最小值：表示credit可以减少到的最小值。
其中，下式是关于CBS中的参数的计算式：
上升速率v1＝等待时队列中正在传输的帧的长度/其最大排队时延。
下降速率v2＝本帧的长度/其最大排队时延。
信用值的最大值＝最大帧长度*(v1/端口速率)，(最大帧长度，与流量队列相关)。
信用值得最小值＝最大帧长度*(v2/端口速率)。
图8是本发明提供的CBS算法的使用示意图，如图8所示，结合本发明的帧抢占状态，若正在传输的数据流不可被抢占，即在不可抢占模式下，一个Class A类AVB帧在0时刻到达；与此同时，一个BE帧正在传输。Class A帧需要等待，直到BE帧完成其传输，Class A队列的credit按照上升速率v1而增加。在t1时刻，BE帧传输完成。由于对TT流的传输设置的保护带，AVB流队列的门会被关闭。因此，Class A队列的credit值在[t1,t4]期间被冻结，不进行增加。在t2时刻到达的Class B类AVB流在[t2,t4]期间，其credit值也被冻结。在t4时刻，TT流传输完毕，TT队列的门关闭，允许开启其他队列的门。由于AVB流中A类流的优先级较高，因此优先传输Class A类帧。Class A队列的credit值按照下降速率v2而递减。Class B队列的credit值按照其上升速率v1而递增。在t5时刻，Class A帧传输完成，队列的credit值变为0。此时Class B队列的credit值大于0，且没有别的优先级更高的流需要传输，因此从t5开始，传输Class B类帧，其队列的credit值按照下降速率v2而递减。直至t6时刻，传输完成，credit值降为0。
可以理解的是，本发明提出了一种对AVB流进行流量整形的技术方案，确保优先级高的数据流能够优先传输，确保时间敏感流的低延时。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，在所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输后，还包括：
执行帧抢占操作，以使得所述时间敏感流优先传输。
可选的，根据数据流的优先级为数据流配置帧抢占状态，帧抢占状态包括抢占帧和被抢占帧，确保优先级高的数据流能够优先传输。
本发明通过帧抢占操作，确保高优先级流的传输。经过门控列表的调度后，可能会出现优先级反转，即高优先级的帧必须等待正在调度传输的低优先级帧操作完成后才能进行调度，这种现象阻碍了高优先级帧的及时调度。所以经过传输选择后，引入帧抢占操作，可以中断标准以太网或超长帧的传输，以允许高优先级帧的传输，然后再继续传输之前被中断的消息，以此为高优先的帧提供带宽和时延提供保障。
图9是本发明提供的抢占帧技术的应用示意图，如图9所示，根据不同的优先级给每类数据流分配一个帧抢占状态，帧抢占状态共有两种：抢占帧和被抢占帧，抢占类型的帧可以抢占被抢占帧。等到抢占帧的传输完成后，可以恢复被抢占帧的传输。
可选的，若帧抢占状态为被抢占帧的所述数据流允许切片，则对所述数据流进行切片，在切片位置设置校验帧以优先传输帧抢占状态为抢占帧的所述数据流。
图10是本发明提供的被抢占帧的切片示意图，如图10所示，抢占的一般过程为：首先判断当前状态是否允许切片，如果允许切片，则需要选择合适的位置进行切片并连接一个MCRC作为校验和。然后间隔一个间隔帧帧隙(IFG，Interval Frame Gap)进行抢占帧的传输。而已传输的被抢占帧在等待抢占帧传完后补全为完整的帧(在分片切断位置补上合适的前导码组装成原帧)后继续进行传输。
被抢占帧被分片为两个负载，并对抢占帧与被抢占帧的切割处进行了一系列的处理。实现在确定传输时间保证情况下，不同类型流的共同传输。
即帧抢占需要通过以下几个操作依次完成：1.将被打断的被抢占帧分为两部分；2.为已经传输的部分增加经过CRC校验的帧尾，标记其在完整帧中的序号；3.为还未传输的部分增加此帧的帧头，标记其在完整帧中的序号；4.开始传输抢占帧。步骤1-3需要一定的时间完成，此时间记为：holdAdvance(单位：ns)。
故对于已经预知打断时刻的帧抢占操作(例如，TT流的传输门打开的时刻)，需要提前holdAdvance ns进行抢占操作。抢占操作完成后，在一个帧间隔(IFG)时间段后开始抢占帧的传输。协议规定最小可以被抢占的帧长为128字节，原因是，以太网最小帧长为64字节，帧被抢占之后会增加4字节的CRC校验和，当帧长小于124时，被打断后的帧必然有一部分会小于64字节，不符合要求。
可以理解的是，本发明通过帧抢占操作，能够确保高优先级流的传输。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，在所述执行帧抢占操作后，还包括：
将子信道上的剩余资源分配给所述时间敏感流和所述非时间敏感流，得到资源预分配结果矩阵；
根据所述资源预分配结果矩阵，确定接收端的指标参数。
可选的，根据所述指标参数，确定所述时间敏感流或所述非时间敏感流在每一传输时间单位内能够传输的总数据量；
若所述总数据量高于预设的期望传输总数据量，则确定该所述指标参数为最终的指标参数；
若所述总数据量不高于预设的期望传输总数据量，则上调所述指标参数，直至所述总数据量高于预设的期望传输总数据量。
可选的，若所述剩余资源满足所有所述数据流的资源需求，则更新所有所述子信道对应的待调度数据流集合和所述剩余资源；
若所述子信道上的所述剩余资源被分配完毕，且未能满足所有所述数据流的资源需求，则更新待调度数据流的数据量，将所述子信道从具有剩余资源的子信道集合删除。
为所述数据流分配资源分配的是剩余RB资源，选择一个具有剩余RB资源的子信道p，将子信道p上的剩余RB资源按照从左到右的顺序分配给传输出的数据流，直到输出的数据流的需调度数据量被满足或子信道p上的剩余资源都已经被分配完为止，更新RB资源预分配结果矩阵。
假设整个系统带宽有R个子信道，一个预调度周期中有N个TTI，总共有I条数据流。将调度结果的RB分配矩阵记为：
Figure BDA0003999669930000171
其中，arn表示在频域上第r个子信道，时域上第n个TTI上的RB被分配给的流标号，arn＝0表示该RB未被分配给任一条流。
TTI是动态调度资源的基本时间单位，每进行一次动态调度就是一个TTI，通常情况下，一个TTI就是1ms。
可选的，若上次子信道p上分配的RB资源满足了流的数据量要求，则更新所有子信道的待调度流集合S，更新子信道p上的剩余RB资源；若步骤中子信道p上所有剩余的RB资源都分配给了传输出来的数据流，但仍然无法满足其数据量要求，则更新流的需调度数据量，并将子信道p从拥有剩余资源的子信道集合中删除。重复，直到所有子信道上的资源都被分配或者所有待调度的流的需调度数据量要求都被满足为止。
图11是本发明提供的RB分配向量的示意图，如图11所示，在3GPP框架下，每条数据流在一个TTI内分配到的所有RB资源上都必须使用同一个MCS值，在进行调度决策时都是具体考虑不同子信道的RB上存在不同的SINR的，所以在最终RB资源分配完毕后，需要对每条流在TTI上分配到的所有RB资源上的不同SINR值组成的向量进行综合计算，得到一个唯一的有效SINR，再由该有效SINR值通过查询3GPP标准的中的表来决定唯一MCS值。
具体的，本发明采用算术平均由SINR向量计算得到一个有效SINR。具体做法为：一个TTI内，先使用算术平均的方法为流在所有分配到的RB资源上计算唯一MCS值，再由该MCS值通过查表得到流在该TTI内实际能够传输的总数据量。若该总数据量高于调度决策时的期望传输总数据量，则唯一MCS值不变；若该总数据量低于调度决策时的期望传输总数据量，则以该MCS值为基准，不断往上取较优的MCS值，直到选定了一个MCS使得实际传输总数据量能高于期望传输总数据量，将该MCS作为唯一MCS值。
图12是本发明提供的无线资源调度方法的流程示意图之二，如图12所示，本发明提供了一种无线资源调度方法，包括以下步骤：
1)根据基站到达业务流进行分类，分成以下三类：时间触发流(Time-triggered,简称TT流)、音视频流(Audio Video Bridging，简称AVB流)、尽力而为流(Best Effort，简称BE流)；
2)根据基站到达业务流的队列长度和最大排队时延要求，利用离散控制系统理论计算出各TT(Time-triggered)流i在第k个系统帧需要传输的数据量μi(k)；
3)给流量类型划分优先级；
4)优先级重映射以及流量整形。优先级重映射是指从优先级到流量队列的映射，流量与队列相对应，通过优先级重映射，将不同类型的业务流缓存进不同的队列等待调度，依照不同的流量调度策略进行调度。流量整形主要是针对的是AVB(Audio VideoBridging)流，在数据流进入队列后，对超过限制速率的AVB流进行限制和控制；
5)结合DT(Divide the time，划分时间片)和门控列表调度队列中的数据流，以使得优先级高的数据流经传输门输出；
6)对输出的数据流执行帧抢占操作，保证高优先级流的传输。
7)为传输的数据流生成RB预分配矩阵。选择一个具有剩余RB资源的子信道p，将子信道p上的剩余RB资源按照从左到右的顺序分配给经过上一个步骤传输出的流，直到输出的流的需调度数据量被满足或子信道p上的剩余资源都已经被分配完为止，更新RB资源预分配结果矩阵。
8)将预调度矩阵结果映射到每个TTI的RB资源分配向量上，对每条流在TTI上分配得到的RB资源上的唯一MCS值进行调整。
下面对本发明提供的无线资源调度装置进行描述，下文描述的无线资源调度装置与上文描述的无线资源调度方法可相互对应参照。
图13是本发明提供的无线资源调度装置的原理框图，如图13所示，本发明还提供一种无线资源调度装置，包括：
数据量确定模块1310，用于根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
时间片划分模块1320，用于根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
配置模块1330，用于根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
调度模块1340，用于根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
作为一个实施例，所述数据量确定模块1310还用于：
根据所述时间敏感流的队列长度和最大排队时延要求，基于离散控制系统算法确定所述时间敏感流在设定系统帧中待传输的数据量。
作为一个实施例，所述时间片划分模块1320还用于：
根据所述数据量，确定传输所述时间敏感流所需的传输时隙，记为第一时间片；
根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
作为一个实施例，所述时间片划分模块1320还用于：
根据预设所述门控列表的周期时长与述第一时间片和预设的保护间隔的差值，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
作为一个实施例，所述配置模块1330还用于：
根据所述第一时间片和所述第二时间片，确定所述门控列表对应的时间间隔和队列状态，完成所述门控列表的配置。
作为一个实施例，还包括：
优先级映射模块，用于根据所述时间敏感流和所述非时间敏感流的优先级，缓存至对应优先级的多个队列中以等待调度，其中，每一所述队列对应一个传输门。
作为一个实施例，所述调度模块1340还用于：
根据所述门控列表，确定所述传输门的开启与关闭；
根据所述传输门的开启与关闭，优先输出所述时间敏感流，在所述时间敏感流传输完成后，根据预设的调度机制传输所述非时间敏感流。
作为一个实施例，还包括：
帧抢占模块，用于执行帧抢占操作，以使得所述时间敏感流优先传输。
作为一个实施例，所述调度模块1340还用于：
将子信道上的剩余资源分配给所述时间敏感流和所述非时间敏感流，得到资源预分配结果矩阵；
根据所述资源预分配结果矩阵，确定接收端的指标参数。
作为一个实施例，所述调度模块1340还用于：
根据所述指标参数，确定所述时间敏感流或所述非时间敏感流在每一传输时间单位内能够传输的总数据量；
若所述总数据量高于预设的期望传输总数据量，则确定该所述指标参数为最终的指标参数；
若所述总数据量不高于预设的期望传输总数据量，则上调所述指标参数，直至所述总数据量高于预设的期望传输总数据量。
作为一个实施例，所述调度模块1340还用于：
若所述剩余资源满足所有所述数据流的资源需求，则更新所有所述子信道对应的待调度数据流集合和所述剩余资源；
若所述子信道上的所述剩余资源被分配完毕，且未能满足所有所述数据流的资源需求，则更新待调度数据流的数据量，将所述子信道从具有剩余资源的子信道集合删除。
本发明还提供一种作业机械，包括作业机械本体，所述作业机械本体中设置有无线资源调度处理器；还包括存储器及存储在所述存储器上并可在所述无线资源调度处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述无线资源调度处理器执行时实现任一项所述无线资源调度方法的步骤。
图14示例了一种基站的实体结构示意图，如图14所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1410、通信接口(Communications Interface)1420、存储器(memory)1430和通信总线1440，其中，处理器1410，通信接口1420，存储器1430通过通信总线1440完成相互间的通信。处理器1410可以调用存储器1430中的逻辑指令，以执行无线资源调度方法，该方法包括：
根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
此外，上述的存储器1430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的无线资源调度方法，该方法包括：
根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的无线资源调度方法，该方法包括：
根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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 (15)

1.一种无线资源调度方法，其特征在于，包括：
根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；
确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
2.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述确定时间敏感流在系统帧中待传输的数据量，包括：
根据所述时间敏感流的队列长度和最大排队时延要求，基于离散控制系统算法确定所述时间敏感流在设定系统帧中待传输的数据量。
3.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片，包括：
根据所述数据量，确定传输所述时间敏感流所需的传输时隙，记为第一时间片；
根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
4.根据权利要求3所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述根据预设所述门控列表的周期时长、所述第一时间片和预设的保护间隔，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片，包括：
根据预设所述门控列表的周期时长与所述第一时间片和预设的保护间隔的差值，确定传输所述非时间敏感流所需的传输时隙，记为第二时间片。
5.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表，包括：
根据所述第一时间片和所述第二时间片，确定所述门控列表对应的时间间隔和队列状态，完成所述门控列表的配置。
6.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，在所述根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片之前，还包括：
根据所述时间敏感流和所述非时间敏感流的优先级，缓存至对应优先级的多个队列中以等待调度，其中，每一所述队列对应一个传输门。
7.根据权利要求6所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输，包括：
根据所述门控列表，确定所述传输门的开启与关闭；
根据所述传输门的开启与关闭，优先输出所述时间敏感流，在所述时间敏感流传输完成后，根据预设的调度机制传输所述非时间敏感流。
8.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，在所述根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输后，还包括：
执行帧抢占操作，以使得所述时间敏感流优先传输。
9.根据权利要求8所述的无线资源调度方法，其特征在于，在所述执行帧抢占操作后，还包括：
将子信道上的剩余资源分配给所述时间敏感流和所述非时间敏感流，得到资源预分配结果矩阵；
根据所述资源预分配结果矩阵，确定接收端的指标参数。
10.根据权利要求9所述的无线资源调度方法，其特征在于，还包括：
根据所述指标参数，确定所述时间敏感流或所述非时间敏感流在每一传输时间单位内能够传输的总数据量；
若所述总数据量高于预设的期望传输总数据量，则确定该所述指标参数为最终的指标参数；
若所述总数据量不高于预设的期望传输总数据量，则上调所述指标参数，直至所述总数据量高于预设的期望传输总数据量。
11.根据权利要求9所述的无线资源调度方法，其特征在于，还包括：
若所述剩余资源满足所有所述数据流的资源需求，则更新所有所述子信道对应的待调度数据流集合和所述剩余资源；
若所述子信道上的所述剩余资源被分配完毕，且未能满足所有所述数据流的资源需求，则更新待调度数据流的数据量，将所述子信道从具有剩余资源的子信道集合删除。
12.一种无线资源调度装置，其特征在于，包括：
数据量确定模块，用于根据到达5G基站的待调度业务流，得到时间敏感流和非时间敏感流；确定所述时间敏感流在系统帧中待传输的数据量；
时间片划分模块，用于根据所述数据量，确定所述时间敏感流对应的第一时间片和所述非时间敏感流对应的第二时间片；
配置模块，用于根据所述第一时间片和所述第二时间片，配置门控列表；
调度模块，用于根据所述门控列表，控制所述时间敏感流和所述非时间敏感流按照设定规则进行传输以完成资源调度。
13.一种作业机械，其特征在于，包括作业机械本体，所述作业机械本体中设置有无线资源调度处理器；还包括存储器及存储在所述存储器上并可在所述无线资源调度处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述无线资源调度处理器执行时实现如权利要求1至11任一项所述无线资源调度方法的步骤。
14.一种基站，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至11任一项所述无线资源调度方法的步骤。
15.一种非暂态计算机可读存储介质，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11任一项所述无线资源调度方法的步骤。
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