CN1306728C - Hdr系统的前向信道调度算法 - Google Patents

Abstract

一种用于对HDR系统执行前向信道调度的系统和方法，包括收集所连接的终端的状态信息，计算预定加权(α(n))，基于所收集的状态信息和加权(α(n))计算各个终端的优先级值，以及选择具有最高优先级值的终端并对选择的终端提供服务。通过考虑所连接的移动终端数，其他建议的调度算法的缺点被克服。此外，通过保持需要实时服务的移动终端的服务质量(QoS)而提高了HDR系统的整体吞吐量。

Description

HDR系统的前向信道调度算法

技术领域

本发明一般涉及高数据速率(HDR)系统，尤其涉及HDR系统中实现的前向信道调度算法。

背景技术

高数据速率(HDR)系统是用于提供除了实时语音业务外的高速率分组数据业务的第三代移动通信系统。诸如视频电话和VOD的用于提供实时业务的一些实验已经试图使用于当前的HDR系统，而且一些业务提供商实际上已经在HDR系统上提供VOD。

该HDR系统的前向信道使用时分多址接入(TDMA)方法。TDMA方法把时间划分成预定的间隔(时隙)，并把每个时隙分配到移动终端以提供服务给多个移动终端。在此时间上，基站使用调度算法以在每个各自的时隙上选择被服务的移动终端。该HDR系统从当前被服务的移动终端获得数据速率控制(DRC)信息，并使用上述信息用于调度算法。该DRC信息是表示数据传输率的参数，它能通过前向信道从基站提供给移动终端。

VOD或视频电话业务应该实时提供，不同于不受时间限制的普通数据业务。此外，HDR系统应该确保VOD和视频电话业务的高质量服务(QoS)。典型的QoS包括最大容许时延(T)和分组损失容差概率(δ)。最大容许时延(T)意味着在发送分组中所允许延迟的时间，而分组损失容差概率(δ)是分组被允许丢失的概率。

分组损失主要出现在当分组传输时间长于最大可容许时延(T)时，或者由于无线信道错误时出现。在语音电话的情况下，该最大可容许时延是大约25ms，而且分组损失容差概率是10^-3。在视频电话的情形下，时延被允许几百ms，但是分组损失容差概率是大约10^-5。

另一方面，诸如上网业务或电子邮件业务的普通数据业务容许时延大约几秒至几十秒。然而，分组损失容差概率是很小的，就是说，大约10^-9。

提供前述业务的HDR系统需要有效的调度算法以便提高系统的吞吐量和因此保持每个用户的确定的业务质量。

图1是流程图，显示了现有技术的调度算法，而公式(1)是根据现有技术算法的用于计算优先级(P)的公式。

$P_i=(-{\log \mathrm{\δ}}_i)\×\frac{D_i\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{D}}_i\left(t\right)}\×\frac{W_i\left(t\right)}{T_i}---\left(1\right)$

在公式(1)中，T_i是移动终端i的最大可允许时延，和δ_i是时延(T_i)中容许违反的概率。

执行现有技术调度算法的控制单元在每个时隙从所有移动终端(S10)接收DRC信息。从移动终端接收的DRC信息被表示成D_i(t)。基于所接收的DRC信息，计算平均数据传输速率 (S11)。在图1中，D^* _i(t)是时隙t中移动终端i的数据传输速率，而

是从第一时隙到第(t-1)^th时隙的平均分组传输速率。接着，计算专用于移动终端i的队列中第一分组的延迟的时间W_i(t)(S12)。该队列的第一分组是具有最长延迟时间的分组，并且通过计算当前时间和分组的到达时间之间的差可以获得延迟的时间。

如上所述，当公式(1)中所需的分量全部获得时，控制单元使用公式(1)来计算各个移动终端的优先级值(S13)。更为特别的，公式(1)乘以了时间延迟违反容差概率δ₁的相反比例分量(-logδ_i)、平均数据传输率和相应移动终端的DRC信息的可比较分量 以及该分组的最大容许时延T_i和当前延迟时间W_i(t)之间的比较分量W_i(t)/T_i。

当获得各个移动终端的优先级值时，控制单元提供具有最高优先级的移动终端的分组(S14)。

对于公式(1)的第一分量(-logδ_i)，终端的优先级随δ_i变小而增加；这样P反比于δ_i。此外，第一分量(-logδ_i)保持δ时延违反容差概率δ_i的平衡。就是说，如果假设第二分量

的值和第三分量(W_i(t)/T_i)被固定，则相应移动终端的优先级值被增加，而时延违反随着δ变得较小而被降低，并因此，能满足用户的QoS。

公式(1)中的第二分量 通过用表示无线信道状态的DRC信息与服务的平均数据率相比较来影响服务优先级值的判决。就是说，该服务被频繁的提供给具有良好状态的无线信道的移动终端，以提高HDR系统的整体吞吐量。

公式(1)中的第三分量(W_i(t)/T_i)通过用分组的时延T_i和当前时延W_i(t)相比较来影响服务优先级值的判决。就是说，较高优先级被提供给具有长的当前延迟时间W_i(t)的移动终端(或者具有相当长延迟时间的分组)。

如上所述，现有技术的调度算法提供服务给具有较小时延违反容差概率(δ)的移动终端，提供给具有比平均服务速率高的状态的无线信道的移动终端和提供给经受相当长时延的移动终端。

现有技术调度算法的最大缺点是它没有考虑所连接到HDR系统的移动终端的数量。在现有的算法中，第一分量(-logδ_i)和第三分量W_i(t)/T_i有关于服务质量的，并且它们独立于移动终端的数目而确定。但是，第二分量

被移动终端的数目所影响。D_i(t)是受无线信道的特性所影响的一个值，并不按照无线终端的数目被变化。然而，

随着移动终端的数目的增加而减小，因为大量的移动终端共享了系统的有限的带宽。

因此，在现有算法中，当移动终端数增加时，由于公式(1)中第二分量 变得比另外两个分量更为重要，第一分量(-logδ_i)和第三分量W_i(t)/T_i的作用被减小。这意味着在确定移动终端的分组在下一个时隙将被服务中第一和第三分量具有较小的影响。作为结果，不能满足移动终端的QoS的要求。

发明内容

本发明的目的是解决至少上述的问题和/或缺点并提供至少下述的优点。

本发明的另一个目的是提供一种用于HDR系统的前向信道调度算法，其允许通过考虑系统中的移动终端数来决定服务优先级。

本发明的另一个目的是提供一种用于HDR系统的前向信道调度算法，其允许通过保持移动终端的QoS来提高HDR系统的整体吞吐量。

为实现本发明的这些和其他的目的及优点，如在此具体和广义所述的，提供了一种HDR系统的前向信道调度算法，其包括：收集所连接的终端的状态信息，和计算与连接的终端数成比例的预定的加权值(α(n))；基于所收集的状态信息和加权值计算各个终端的优先级值；以及选择具有最高优先级的终端并给选择的终端提供服务，其中用于计算优先级的公式包括相对时间延迟分量，而相对时间延迟分量具有指数函数特性。

所期望的，该状态信息包括：数据速率控制(DRC)信息(D_i(t))；终端的平均数据传输速率 专用于每个终端队列中的第一分组的延迟时间(W_i(t))；分组的最大容许的时延(T_i)；和违反时延(T_i)的容差概率(δ_i)。

优选的，通过乘以下列参数来获得优先级值：容差概率(δ_i)的相反比例分量(-logδ_i)；通过相应终端的DRC信息除以平均数据传输速率所计算的分量

具有值

的指数函数，该值

通过用加权值相乘经第一分组的延迟时间(W_i(t))除以最大容许的时延(T_i)而获得的分量和加权α(n)作为指数值而获得。

下面的和部分的描述将使前述的本发明的附加的优点，目的和特点更加显而易见，根据下述内容本领域普通技术人员将可以学习本发明的实践。本发明的目的和优点将可以被实现和获得，如所附权利要求所特别指出的那样。

附图说明

将根据参考附图详细描述本发明，其中相同的参考数字表示相同的元件，其中：

图1是流程图，示例了现有技术的调度算法；

图2是流程图，示例了根据本发明一个实施例的调度算法；和

图3是一曲线图，显示了根据本发明的移动终端数和比例因子(α(n))之间的关系。

具体实施方式

图2显示了根据本发明一个实施例的包括在调度算法中的步骤，而图3是曲线图，显示了下面详细解释的移动终端数和比例因子(α(n))之间的一些可能的关系。

如图2所示，该调度算法包括收集所连接终端的状态信息和计算与所连接的终端数成比例的预定的加权(α(n))(S20-S23)，基于收集的状态信息和加权(α(n))计算各个终端的优先权值(S24)，和选择具有最高优先级值的终端并向所选择的终端提供服务(S25)。

公式(2)是根据本发明的调度算法中计算优先级(P)值的公式。

$P_i=\left({-\log \mathrm{\δ}}_i\right)\×\frac{D_i\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{D}}_i\left(t\right)}\×\exp (\mathrm{\α}\left(n\right)\×\frac{W_i\left(t\right)}{T_i})---\left(2\right)$

在该公式中，T_i表示需要实时服务的移动终端i的最大容许延迟时间，δ_i表示违反时间延迟T_i的容差概率，和α(n)表示比例因子。该调度算法在下面不将详细描述。

控制单元在每个时隙上从预定数目(最好是所有)的移动终端接收DRC信息D_i(t)(S20)。基于接收的DRC信息(D_i(t))，采用与现有技术先前所讨论的相同的方法计算平均数据传输率

和分组延迟时间W_i(t)。然而，如果需要的话，也可以使用计算这些参数的其它的方法。

在计算 和W_i(t)之后，控制单元计算依赖于系统中的移动终端的数目的比例因子(或加权)α(n)(S23)。该比例因子α(n)最好是关于所连接的移动终端的数目的单调增加函数，并且与连接的移动终端数目成比例增加。控制单元用α(n)乘以公式(1)中的第三分量

将上述两个分量相乘以便W_i(t)/T_i影响服务优先级以及

的判决。

如上所述，当全部获得计算优先级所需的分量(公式2)时，控制单元使用公式(2)计算各个移动终端的优先级值(S23)。如公式2所示，根据本发明的优先级值最好通过相乘时延违反容差概率δ_i的相反比例分量(-logδ_i)、比较平均数据传输率和相应终端的DRC信息的分量 以及具有指数值

的指数函数来获得。优选的，当指数值变小时，使用的指数函数朝1收敛，而当指数值变大时该指数函数则发散。

当获得各个终端的优先级值时，该控制单元向具有最高优先级值的移动终端提供服务。此时，根据通过相应终端的DRC通知的数据速率来进行分组业务。

根据本发明，公式(2)不同于现有技术算法，其差别在于它用比例因子α(n)乘以相对的时间延迟分量W_i(t)/T_i，并允许上述分量具有指数函数特征。

首先，当移动终端的数目增加时，如果相对时间延迟分量(W_i(t)/T_i)乘以比例因子α(n)，则也增加了相对时间延迟分量的作用(W_i(t)/T_i)，以及第二分量 )的作用。结果，满足了各个移动终端的时间延迟需求(QoS)。

第二，当相对时间延迟分量(W_i(t)/T_i)具有指数函数特性时，则通过降低W_i(t)/T_i，该服务优先级值不会改变很大。然而，通过增加W_i(t)/T_i，该服务优先级值会改变许多(假设移动终端数是不变的)。

更加特别的是，在W_i(t)/T_i被降低的情况下(就是说，队列中的分组满足时延要求)，有关服务质量的分量

朝1收敛。因此，有关HDR系统的吞吐量的分量 明确的影响服务优先级值而不是有关服务质量的分量

相反，在W_i(t)/T_i被增加的情况下(就是说，队列中的分组不满足时延要求)，有关服务质量的分量

影响服务优先级值。

换句话说，当HDR系统的QoS处于移动终端所需的等级时，本发明提供服务以便提高HDR系统的整体吞吐量。而且，HDR系统的QoS是基于移动终端所需的等级，本发明提供服务以便满足移动终端的QoS需求。

根据本发明的调度算法，能改进不考虑所连接的移动终端数的现有技术的调度算法的缺点，并且通过保持移动终端的QoS能提高HDR系统的整体吞吐量。

在不脱离本发明精神和实质特征的情况下，本发明可以以许多形式来实施，应该理解的是，上述的实施例不限于前述的任何细节，除非特别指出，否则将广义的认为是所附权利要求所定义的精神和范围内，并因此，所有的改变和修改落入权利要求的边界内，或者说，意在通过所附权利要求包含这种边界的等效物。

Claims (5)

1.一种高数据速率HDR系统的前向信道调度方法，其包括：

收集所连接的终端的状态信息；

基于所连接的终端数计算预定的加权α(n)；

基于所收集的状态信息和加权α(n)计算所连接的终端的各自的优先级值；和

选择具有最高优先级值的终端并对选择的终端提供服务；

其中用于计算优先级的公式包括相对时间延迟分量，而相对时间延迟分量具有指数函数特性。

2.如权利要求1所述的方法，其中该状态信息包括：

数据速率控制DRC信息D_i(t)；

基于该DRC信息计算的终端的平均数据传输速率

与各个移动终端对准的队列中的第一分组的延迟时间W_i(t)；

该分组的最大容许的时延T_i；和

违反该时延T_i的容差概率δ_i。

3.如权利要求1所述的方法，其中根据终端的DRC所需的数据速率对选择的终端提供服务。

4.如权利要求1所述的方法，其中加权α(n)是随着作为输入值的连接移动终端数的单调增加函数，该函数与所连接的移动终端的数目成比例增加/减少。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述优先级值通过下列相乘所获得：

时间延迟违反容差概率δ_i的相反比例分量-logδ_i；

通过相应终端的DRC信息除以平均数据传输率 计算的分量；和

通过相乘经第一分组的延迟时间W_i(t)除以具有加权的分组的最大容许的时延T_i所得到的分量和加权α(n)而获得具有 的指数值的指数函数。

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