CN1773927A - 流媒体业务的动态无线资源调度方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线资源调度方法，用于对多载波无线通信系统中的流媒体业务进行动态无线资源调度，多载波无线通信系统包括多个用户以及多个子载波，该方法包括如下步骤：获取无线信道质量信息步骤，用于由无线资源调度设备从物理层得到每个用户在每个子载波上的无线信道质量信息，其特征在于，还包括如下步骤：获取剩余数据播放时间信息步骤，用于从高速缓存层获取每个用户接收端高速缓存中剩余的数据所能够继续维持的播放时间信息；以及评价调度步骤，用于根据由无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息的线性组合得到的评价函数，依次选择令评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将用户分配给对应的子载波。

Description

流媒体业务的动态无线资源调度方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及多载波系统中流媒体业务的动态无线资源调度方法和设备。

背景技术

目前，已经有了很多成熟的动态无线资源调度方法。

例如，最大吞吐量准则算法，它是根据实时信道质量来进行动态无线资源调度的。这种方法始终将每个子载波分配给信道质量最佳的用户。很显然，在理论上，这种方法能够在空中接口获得最高的吞吐量。但是，这种方法的公平性较差。某些信道质量较差的用户可能会很长时间甚至永远得不到服务。同时，这种动态资源调度方法也没有充分考虑不同业务各自的特性。尤其对于流媒体业务，在某一时刻，有可能某个信道质量较差的用户的缓存即将耗尽，而信道质量较好的用户缓存中的数据却可以在相当长的时间内维持流媒体业务不被中断。在这种情况下，如果仍然依据最大吞吐量准则将子载波分配给信道质量较好的用户，将很可能导致信道质量较差的用户的流媒体业务被中断。

比例公平准则算法是动态无线资源调度方法的另一个例子，其对前述最大吞吐量准则算法进行了改进。这一算法可以保证信道质量较差的用户也能得到一定的服务。但这种方法同样没有考虑到不同业务的特性。

综上所述，现有的无线资源调度技术，都没有充分考虑和利用流媒体业务的特性。因此，对于很可能在未来移动通信系统中得到广泛应用的流媒体业务而言，寻找一种适于进行动态资源调度的方法极为关键。

发明内容

为了更好地传输流媒体业务，本发明充分考虑了流媒体业务的特性，提供了一种多载波无线通信系统中对流媒体业务进行动态无线资源调度的方法，该多载波系统包括多个用户以及多个子载波。

根据本发明的无线资源调度方法，包括如下步骤：

获取无线信道质量信息步骤，用于由无线资源调度设备从物理层得到每个用户在每个子载波上的无线信道质量信息，

其特征在于，还包括如下步骤：

获取剩余数据播放时间信息步骤，用于从高速缓存层获取每个用户接收端高速缓存中剩余的数据所能够继续维持的播放时间信息；以及

评价调度步骤，用于根据无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息倒数的线性组合得到的评价函数，依次选择令评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将用户分配给对应的子载波。

本发明还提供了一种动态无线资源调度设备，用于对多载波无线通信系统中的流媒体业务进行动态无线资源调度，该设备包括：

输入信息收集装置，用于分别从物理层中获取无线信道质量信息，以及从高速缓存层中获取接收端高速缓存中剩余数据所能维持的播放时间信息；

无线资源调度装置，用于根据输入信息收集装置获取的信息，得到由无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息倒数的线性组合构造的评价函数，依次选择令该评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将用户分配给对应的子载波；以及

调度结果分发装置，用于将无线资源调度装置得到的分配结果分别发送给RLC层的RLC层处理装置、MAC层的混合自动重复(HARQ)装置以及物理层的物理层处理装置，从而完成流媒体业务的传输。

本发明对无线层和高速缓存层进行了联合优化：在包括无线资源控制(RRC)层、无线链路控制(RLC)层和媒质访问控制(MAC)层的无线层进行动态资源调度时充分地考虑了高速缓存层的当前状态和需求。

附图说明

图1是本发明的无线资源调度方法的流程图；

图2示出图1的流程图中进行无线资源调度的详细步骤；

图3示出图2中将选择的子载波分配给选择的用户，并记录分配信息步骤的详细流程；以及

图4示出根据本发明的无线资源调度设备的内部结构以及与其相关的分层结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图，对本发明的无线资源调度方法和设备进行详细说明。

根据本发明的无线资源调度方法的流程图如图1所示。流程开始于步骤101。在步骤102中，根据本发明的动态无线资源调度设备获取无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息。

其中，由动态无线资源调度设备从物理层得到每个用户在每个子载波上的无线信道质量信息。无线信道质量表示为：

q(n，k)，0≤n≤N-1，0≤k≤K-1                 (1)

其中，q(n，k)表示第n个用户在第k个子载波上的无线信道质量，n表示用户编号，N表示无线通信系统中使用流媒体业务的在线用户总数目。k表示子载波编号，K表示多载波无线通信系统中子载波的总数目。

由动态无线资源调度设备从高速缓存层获取的剩余数据播放时间信息是指，每个用户接收端高速缓存中剩余的数据所能够继续维持的播放时间(以下简称剩余数据播放时间)，该剩余数据播放时间以秒为单位，表示为：

t(n)，0≤n≤N-1                           (2)

其中，t(n)表示第n个用户接收端高速缓存中剩余的数据所能够继续维持的播放时间。

之后，图1所示流程进入步骤103。在步骤103，根据步骤102所获得的信息，对每个用户针对每个子载波进行评价。该评价综合考虑了前述无线信道的质量和剩余播放时间。基于此，构造评价函数为：

e(n，k)＝w·q(n，k)+(1-w)/t(n)，0≤n≤N-1，0≤k≤K-1，0≤w≤1    (3)

其中，e(n，k)表示第n个用户在第k个子载波上的评价结果。w为一个权值。

由式(3)可以看出，评价函数是无线信道质量和剩余播放时间倒数两者的线性组合。通过调整权值w，可以根据需要，选择对无线信道质量和剩余播放时间两个特性之一侧重进行评价。

优选地，可以用无线信道质量的相对值表征该无线信道的质量。即，首先由调度设备确定信道质量最优的用户和子载波：

$q_{\max }=\underset{0\≤k\≤K-1}{\underset{0\≤n\≤N-1}{\max }}q(n,k)---\left(4\right)$

其中，q_max表示最优的信道质量值。

则无线信道质量的相对值表示为：

q(n，k)/q_max                                 (5)

这样，根据本发明的每个用户针对每个子载波的评价函数e(n，k)表示为：

e(n，k)＝w·q(n，k)/q_max+(1-w)/t(n)，0≤n≤N-1，0≤k≤K-1，0≤w≤1    (6)

其中，e(n，k)表示第n个用户在第k个子载波上的评价结果。

接着，图1所示流程进入步骤104。在步骤104，根据前述评价结果，进行动态无线资源调度。之后，流程进入步骤105。在步骤105中，动态无线资源调度设备将步骤104获得的动态无线资源调度结果报告给RLC层、物理层、HARQ等装置分别进行相应的处理，完成基于多载波技术的空中接口的流媒体数据的传输。图1所示流程结束于步骤106。

图1中步骤104的详细流程如图2所示。由图2可以看出，根据对每个用户针对每个子载波进行评价的结果，在一个调度周期内进行动态无线资源调度的详细步骤。

图2所示流程开始于步骤201。在步骤202中，由动态无线资源调度设备从RLC层获取每个用户发射端RLC缓存中待传输的数据长度。该待传输数据长度以比特为单位，表示为：

s(n)，0≤n≤N-1                              (7)

其中，s(n)表示第n个用户发射端RLC缓存中待传输的数据长度。

应当注意，在进行动态资源分配的每个调度周期开始后，无线通信系统会根据前述评价的结果，重新为各个用户分配可传输数据长度，并重新将各个子载波分配给各个用户。这就是说，在每个调度周期开始时，每个子载波都没有被分配对应的用户，每个用户对应的可传输数据长度d(n)也均为0，表示为：

d(n)＝0，0≤n≤N-1                           (8)

其中，d(n)为第n个用户对应的可传输数据长度。可传输数据长度以比特为单位。

步骤202之后，图2所示流程进入步骤203。在步骤203，选择令评价函数值达到最大值时所对应的一对用户和子载波。在本实施方式中，是根据式(6)进行选择的：

$(n^{*},k^{*})=\underset{0\≤k\≤K-1}{\underset{0\≤n\≤N-1}{\arg \max }}e(n,k)---\left(9\right)$

式(9)表示选择令e(n，k)取得最大值时对应的n^*和k^*。

之后，流程进入步骤204。在步骤204，判断为该选择的用户n^*已分配的可传输数据长度d(n^*)是否大于或者等于该用户在RLC缓存中的待传输数据长度s(n^*)。当经判断选择的用户n^*已分配的可传输数据长度d(n^*)大于或者等于该用户在RLC缓存中的待传输数据长度s(n^*)时，说明此时资源分配已满足用户的需要，则图2所示流程进入步骤208。在步骤208，将选择的用户n^*和子载波k^*从进行评价的用户和子载波对中删去。之后，流程返回步骤203，选择下一个令评价函数值达到最大值时所对应的用户和子载波，并进行后续分配调度。

当在步骤204，经判断选择的用户n^*已分配的可传输数据长度d(n^*)小于该用户在RLC缓存中的待传输数据长度s(n^*)时，则图2所示流程进入步骤205。

应当注意，在每个调度周期开始时，由于每个用户对应的可传输数据长度d(n)均为0，因此，只要该用户在RLC缓存中仍有数据待传输时，步骤204判断的结果就会为“否”，此时，流程进入步骤205。

在步骤205，判断选择的子载波k^*是否已被分配给其他用户。当子载波k^*已被分配给其他用户时，则图2所示流程进入步骤208。在步骤208，将选择的用户n^*和子载波k^*从进行评价的用户和子载波对中删去。之后，流程返回步骤203，选择下一个令评价函数值达到最大值时所对应的用户和子载波，并进行后续分配调度。

当在步骤205，经判断子载波k^*未被分配给其他用户时，则图2所示流程进入步骤206。在步骤206，将选择的子载波k^*分配给选择的用户n^*，并记录分配信息。有关步骤206的详细流程将参照图3进行说明。

图2所示步骤206之后，流程进入步骤207。在步骤207，判断RLC缓存中的待传输数据是否都已经传输完毕，或者是否全部子载波都已经被分配完毕。当RLC缓存中的待传输数据都已经传输完毕，或者全部子载波都已经被分配完毕时，则图2所示流程结束于步骤209，一个调度周期结束。否则，图2所示流程进入步骤208。在步骤208，将选择的用户n^*和子载波k^*从进行评价的用户和子载波对中删去。之后，流程返回步骤203，选择下一个令评价函数值达到最大值时所对应的用户和子载波，并进行后续分配调度。

图3示出图2中步骤206的详细流程。图2中步骤206包括步骤2061和步骤2062。在步骤2061将选择的子载波k^*分配给选择的用户n^*。之后，在步骤2062，记录相应分配信息。其中，记录相应分配信息的步骤包括步骤2062-1和步骤2062-2。

在步骤2062-1，更新所选择用户n^*的可传输数据长度。所选择用户n^*的更新后的可传输数据长度d′(n^*)为该用户原有的可传输数据长度d(n^*)与当前选择的子载波k^*上可传输的数据长度d′之和，该更新后的可传输数据长度d′(n^*)将作为新的该用户对应的可传输数据长度d(n^*)。

优选地，可以根据自适应调制编码(AMC)算法确定用户n^*在子载波k^*上可传输的数据长度d′。但是，应当理解，本发明并不限于AMC的算法。

接着在步骤2062-2，记录占用子载波k^*的用户编号为n^*。图2所示流程中步骤206结束。

本领域的技术人员可以理解，根据本发明的动态无线资源调度方法中，图2中的步骤202(从RLC层获取每个用户RLC缓存中的待传输数据的步骤)可以安排在图2中步骤204(判断该用户可传输数据长度是否大于该用户在RLC缓存中的待传输数据长度步骤)之前的任一步骤之后。此外，图3中步骤2062-1和2062-2的顺序也可以互换。对于上述步骤位置的不同安排，不构成对本发明的限制。

图4示出根据本发明的无线资源调度设备的内部结构以及与其相关的分层结构示意图。

在本发明的无线通信系统中包含K个子载波，子载波编号为k，各个子载波的编号分别为0，1...K-1。在该无线通信系统的接入点覆盖区内有N个使用流媒体业务的在线用户，用户编号为n，各个用户的编号分别为0，1...N-1。

在上述无线通信系统中，与本发明相关的层包括物理层401、无线层402和高速缓存层403。其中，无线层402包括无线链路控制(RLC)层4021和媒质访问控制(MAC)层4022。动态无线资源调度设备400在MAC层4022中实现。

动态无线资源调度设备400包括输入信息收集装置4001、无线资源调度装置4002以及调度结果分发装置4003。输入信息收集装置4001分别获取如下信息：

1)从物理层401的物理层处理装置401-1中获取物理层信息，本实施方式中为无线信道质量信息q(n，k)；

2)从RLC层4021的RLC层处理装置4021-1中获取RLC层信息，本实施方式中为待传输数据长度信息s(n)；以及

3)从高速缓存层403的高速缓存层处理装置403-1中获取高速缓存层信息，本实施方式中为接收端高速缓存中剩余数据所能维持的时间信息。

无线资源调度装置4002接收到输入信息收集装置4001送入的上述信息后，利用无线信道质量信息q(n，k)和接收端高速缓存中剩余数据所能维持的时间信息倒数的线性组合得到评价函数。并由无线资源调度装置4002依次选择令该评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将所述用户分配给对应的子载波，作为动态无线资源调度结果。由调度结果分发装置4003将动态无线资源调度结果分别发送给RLC层4021的RLC层处理装置4021-1、MAC层4022的混合自动重复(HARQ)装置4022-1以及物理层401的物理层处理装置401-1，从而进行流媒体业务的传输。

根据本发明的动态无线资源调度方法和设备，在进行无线资源调度时充分考虑了流媒体的业务特性，合理地利用了高速缓存层所能够提供的信息对无线资源调度进行了优化。从而能够有效地降低流媒体业务的中断概率和停顿(re-buffer)概率，提高了终端用户的满意度。

不脱离本发明的范围和构思，可以对本发明做出多种改变和变形。本发明不限于前述具体实施方式。本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (11)

1.一种无线资源调度方法，用于对多载波无线通信系统中的流媒体业务进行动态无线资源调度，所述多载波无线通信系统包括多个子载波，该方法包括如下步骤：

获取无线信道质量信息步骤，用于由无线资源调度设备从物理层得到每个用户在每个子载波上的无线信道质量信息，

其特征在于，还包括如下步骤：

获取剩余数据播放时间信息步骤，用于从高速缓存层获取每个用户接收端高速缓存中剩余的数据所能够继续维持的播放时间信息；以及

评价调度步骤，用于根据所述无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息倒数的线性组合得到的评价函数，依次选择令所述评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将所述用户分配给对应的子载波。

2.根据权利要求1所述的无线资源调度方法，其特征在于，还包括根据所述分配的结果，完成流媒体数据传输的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的无线资源调度方法，其中，所述无线信道质量信息是每个用户在每个子载波上的无线信道质量的相对值。

4.根据权利要求1或2所述的无线资源调度方法，其特征在于，该方法还包括从无线链路控制(RLC)层获取每个用户发射端RLC缓存中待传输的数据长度(s(n))的步骤。

5.根据权利要求4所述的无线资源调度方法，其中，所述评价调度步骤中将所述用户分配给对应子载波步骤包括如下步骤：

记录占用所述子载波(k^*)的所述选择的用户编号(n^*)；以及

更新所述选择的用户(n^*)的可传输数据长度(d(n^*))。

6.根据权利要求5所述的无线资源调度方法，其中，所述更新所述选择的用户(n^*)的可传输数据长度(d(n^*))步骤将所述选择的用户(n^*)原有的可传输数据长度d(n^*)与该用户(n^*)当前选择的子载波(k^*)上可传输的数据长度(d′)之和，作为该用户(n^*)对应的新的可传输数据长度。

7.根据权利要求6所述的无线资源调度方法，其中，每个用户原有的可传输数据长度d(n^*)在每个调度周期开始时为0。

8.根据权利要求6所述的无线资源调度方法，其中，利用自适应调制编码(AMC)算法确定所述选择的用户(n^*)在子载波(k^*)上可传输的数据长度(d′)。

9.根据权利要求4所述的无线资源调度方法，其特征在于，所述评价调度步骤还包括如下步骤：

判断所述RLC缓存中的待传输数据是否都已经传输完毕，或者是否全部所述子载波都已经被分配完毕；

当所述RLC缓存中的待传输数据都已经传输完毕，或者全部所述子载波都已经被分配完毕时，则结束子载波的分配；

当所述RLC缓存中的待传输数据未传输完毕并且所述子载波未被分配完毕时，则将所述选择的用户(n^*)和子载波(k^*)从待进行选择的用户和子载波对中删去，选择令所述评价函数取得最大值时所对应的下一对用户和子载波，并进行所述后续分配。

10.一种无线资源调度设备，用于对多载波无线通信系统中的流媒体业务进行动态无线资源调度，所述多载波无线通信系统包括多个子载波，其特征在于，该设备包括：

输入信息收集装置(4001)，用于分别从物理层(401)中获取无线信道质量信息，以及从高速缓存层(403)中获取接收端高速缓存中剩余数据所能维持的播放时间信息；

无线资源调度装置(4002)，用于根据所述输入信息收集装置(4001)获取的信息，得到由所述无线信道质量信息和剩余数据播放时间信息倒数的线性组合构造的评价函数，依次选择令该评价函数取得最大值时所对应的用户和子载波，并将所述用户分配给对应的子载波；以及

调度结果分发装置(4003)，用于将所述无线资源调度装置(4002)得到的分配结果分别发送给RLC层(4021)的RLC层处理装置(4021-1)、MAC层(4022)的混合自动重复(HARQ)装置(4022-1)以及物理层(401)的物理层处理装置(401-1)，从而完成所述流媒体业务的传输。

11.根据权利要求10所述的无线资源调度设备，其中，输入信息收集装置(4001)还从RLC层(4021)中获取待传输数据长度信息。

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