CN1885832A - 用于无线通信系统的分组调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对无线通信系统中的分组业务进行调度的方法和装置。按照本发明，用于分组调度的装置包含：一个输入单元，用于输入每个所述分组数据的业务类型和超时时间；一个排序单元，包含：一个第一单元，用于按照所述业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；一个第二单元，用于在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级；以及一个分配单元，用于根据所述多个分组数据的调度优先级为所述分组数据分配空中接口资源。本发明采用业务类型和超时时间等参数来表征一项业务的时延敏感特性，具有调整直观、方便和实现方式简单等诸多优点。

Description

用于无线通信系统的分组调度方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的无线资源管理技术，特别涉及一种对无线通信系统中的分组业务进行调度的方法和装置。

背景技术

传统的分组调度算法一般分为三类：公平吞吐量调度、公平时间调度和C/I(载干比)调度。公平吞吐量调度不考虑用户的位置，对所有的用户提供相同的速率，即小区边缘的用户和基站附近的用户具有相同的吞吐量，系统给C/I低的用户分配更多的资源。小区内所有的用户比特率恒定，然后为每个用户计算所需功率值，计算得到的总功率和基站最大功率比较，如果计算得到的功率值低于基站最大功率，小区得到的总功率和基站最大功率进行比较，如果计算得到的功率值低于基站最大功率，小区可以容纳更多的用户或者为当前的用户提高比特速率，当功率值达到基站的最大功率时，就可以得到当前的用户数和比特率了。公平时间调度为不同的用户分配相同的功率和相同的占用时间，即用户得到等量的资源，小区边界的用户比靠近基站的用户得到更低的吞吐量，因此用户的QoS(服务质量)并不是完全公平分布的，无论用户C/I的大小如何，分配给用户的资源是一样的，这种调度得到的小区整体吞吐量大于公平吞吐量调度。C/I调度是指较高C/I值的用户比较低C/I值的用户具有更高的分组优先权，C/I不考虑公平性，但是可以得到更大的系统容量。

一般来说，分组调度用于流式业务、交互业务以及后台业务，这些都属于非实时的业务，例如网页浏览即属于非实时类型。随着市场的开发和用户需求的增加，诸如VoIP、交互式视频点播之类基于IP的“准”实时业务被相继推出。在现有的3G系统中，这些业务可以通过共享信道实现，但是与传统的数据业务不同的是，它们对于时延的要求比网页浏览等其他数据业务要高。由于上述传统的分组调度并不考虑分组时延造成的影响，所以不能降低非实时连接的延迟，因此需要有一种针对这些时延敏感类业务特点的分组调度策略以有效提高服务质量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于确定多个分组数据的调度优先级的方法和装置，其将业务对时延的要求作为分组调度策略所考虑的因素，从而提高了服务质量。

本发明的上述目的通过下列技术方案实现：

一种确定多个分组数据的调度优先级的方法，包含下列步骤：

按照业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；以及

在每个所述分组数据组内，对于超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级。

本发明的上述目的还通过下列技术方案实现：

一种用于确定多个分组数据的调度优先级的装置，包含：

一个第一单元，用于按照业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；以及

一个第二单元，用于在每个所述分组数据组内，对于超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级。

本发明的另一个目的是提供一种在一个无线通信系统中为多个分组数据分配空中接口资源的方法和装置，其将业务对时延的要求作为分组调度策略所考虑的因素，从而提高了服务质量。

本发明的上述目的通过下列技术方案实现：

一种在一个无线通信系统中为多个分组数据分配空中接口资源的方法，包含下列步骤：

输入每个所述分组数据的业务类型和超时时间；

按照所述业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；

在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级；以及

根据所述多个分组数据的调度优先级为所述分组数据分配空中接口资源。

本发明的上述目的还通过下列技术方案实现：

一种在一个无线通信系统中为多个分组数据分配空中接口资源的装置，包含：

一个输入单元，用于输入每个所述分组数据的业务类型和超时时间；

一个排序单元，包含：

一个第一单元，用于按照所述业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；

一个第二单元，用于在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级；以及

一个分配单元，用于根据所述多个分组数据的调度优先级为所述分组数据分配空中接口资源。

本发明采用业务类型和超时时间等参数来表征一项业务的时延敏感特性，具有调整直观、方便和实现方式简单等诸多优点。

附图简述

以下借助较佳实施例和附图对本发明作更为充分的阐述，其中：

图1示出了一个可实现分组调度控制过程的示例性系统架构。

图2为示例性流程图，其示出了按照本发明较佳实施例的用于确定多个分组数据的调度优先级的方法。

图3为示例性流程图，其示出了图2中步骤25的具体执行过程。

具体实施方式

在本说明书中，无线通信系统或移动通信系统是指建立交换信息的两端中至少有一方可以处于移动状态的网络系统，它的实例包括但不限于蜂窝移动系统、寻呼系统、卫星通信系统、无绳电话系统、移动集群通信系统等。

在以下描述中，分组调度指在非实时业务的用户间分配可用的空中接口资源，例如为每个用户的分组数据分配传输信道、监视分组数据的分配和网络负载。值得指出的是，这里所述的信道包括各种信道，例如公共信道、专用信道和共享信道。

在以下描述中，一个分组数据的调度优先级表示该分组数据在一次分组调度过程中相对于其它分组数据而言被优先处理的程度，即，分组数据的调度优先级越高，其将越优先地被分配到空中接口资源。

在以下描述中，业务类型表示每个分组数据所属业务的类型，其可用来反映业务被优先调度的程度，通常但非必须与服务质量等级有关。业务类型的实例包括但不限于3GPP标准中定义的传输级别和传输处理优先级(具体参见3GPP TS 25.413 v5.80第9.2.1.3小节RAB Parameters表的描述)，该技术标准在此以引用方式纳入本文。

本发明假设在一个分组数据经分组调度处理后，应尽可能使该分组数据在下次分组调度处理之前到达目的端，也就是说，在发送方侧，应尽可能使该分组数据在本次分组调度处理结束之后的某一时间段内被发送出去，以下将该时间段称为传输时间底线；而在接收方侧，应尽可能使该分组数据在本次分组调度处理结束之后的某一时间段内被接收到，以下将该时间段称为超时时间。

超时时间可以是通过仿真或实验获得的经验值，也可以按照其它方式获得。例如在本发明的一个实施例中，可以将超时时间理解为一个分组数据在分组调度处理结束之后应被接收到的截止时间，因而其一般依赖于发送方侧最晚发送该分组数据的截止时间(传输时间底线)和该分组数据的传输时间。

在本实施例中，传输时间底线D_i可依照下式(1)确定：

                 D_i＝T_sche-(S/R)      (1)

其中，T_sche为分组调度周期(以秒为单位)，不同业务类型的分组数据的分组调度周期可以相同，也可以不同，S为分组的大小(以比特为单位)，R为该分组数据所属业务类型的最高可能吞吐速率(以比特/秒为单位)并且R＝码片速率/扩频因子。

在本实施例中，分组数据的传输时间T_i是指在平均信道条件下传输该分组数据所需要的时间，包括在无线信道和网络内传输时间之和。例如可以通过统计一段时间内每一次传输分组数据所耗费的时间然后取平均值得到传输时间T_i，或者也可以将作为一个经验值预先设定。

当确定了传输时间底线D_i和传输时间T_i之后即可按照下式(2)确定超时时间E_i：

                E_i＝D_i-T_i    (2)

值得指出的是，由于传输时间可能随信道状态等因素而变化，因此超时时间将是动态变化的。

在按照本发明的调度优先级确定方法中，借助至少两类参数(涉及业务类型的参数和与超时时间有关的参数)来确定当前分组调度所涉及的分组数据的调度优先级。具体而言，首先利用业务类型将当前需要进行分组调度的多个分组数据划分为一个或多个分组数据组并按照业务类型对这些分组数据组进行排序。接着，在每个分组数据组内，利用一个阈值将该组内的分组数据划分为两类，其中一类的超时时间都小于一个阈值，而另一类的超时时间则大于或等于该阈值。随后，在每个分组数据组内，对于小于阈值的分组数据按照超时时间进行排序，而对于大于或等于阈值的分组数据不排序或按照超时时间或其它方式进行排序。最后将每个分组数据组内的两类分组数据以小于阈值的分组数据优先的方式合并即获得当前分组调度所涉及的分组数据的调度优先级。

上面所述用于与超时时间比较的阈值可根据业务属性的实际情况来设定，例如对于VoIP业务，该阈值可设定为200毫秒。一般而言，一项非实时业务要求的时延越短，则该阈值应越小，反之亦然。此外，由于业务属性的不同，每个分组数据组所采用的阈值将是不同的，当然所有分组数据组或部分分组数据组也可以采用相同的阈值，这些都应属于本发明的原理和范围之内。

以下借助图1～3描述按照本发明的一个实施例的调度优先级确定方法。

图1示出了一个可实现本发明分组调度过程的示例性系统架构。如图1所示，网络侧包含分组调度器11和与其相连的多个缓冲器B₁-B_k，其中，分组调度器11负责对缓冲器B₁～B_k内的分组数据进行分组调度处理。对于移动台MS₁......MS_k，网络侧利用无线接入网应用部分(RANAP)信令中的“RAB分配请求”消息来建立其与网络侧无线网络控制器(RNC)的分组业务(PS)无线接入承载，因此无线网络控制器(RNC)可从无线接入承载参数中提取出分组调度所需的参数并映射到相关的分组数据上。为简单起见，这里假定在PS域，每个无线接入承载只有一个子数据流，对于无线接入承载包含多个数据流的情形，可将同一无线承载的每个子数据流都视为独立的无线承载来处理即可。

在本实施例中，分组调度所需的参数预先以表格方式存储在分组调度器内并且可定期或不定期地更新。表1为一个存储了一个分组数据的参数的参数表实例。

                           表1

传输级别Ci	值为流式业务级别或者交互式级别
		传输处理优先级Pi	仅用于交互式业务，值为0～15，值小者优先。
信道条件Si	用户信道的状态，由移动台反馈给分组调度器。

阈值T_DELAY_THRESHOLD	可由网络管理员设定，取值与业务属性有关。
		分组数据传输时间底线Di	指在发送用户分组数据的最晚时间
分组数据传输时间Ti	分组数据所需的传输时间，包括无线和网络内传输时间之和。
		超时时间Ei	Ei＝Di-TI

如表1所示，每个分组数据的参数包括承载该分组数据的无线承载的传输级别C_i、传输处理优先级P_i、该分组数据用户的信道条件S_i、阈值T_DELAY_THRESHOLD、该分组数据的传输时间底线D_i、传输时间T_i和超时时间E_i。

传输级别C_i包含流式业务级别和交互式级别两种取值，传输处理优先级P_i仅用于交互式业务，取值在0～15之间，取值越小表示优先程度越高；信道条件S_i反映了信道状态，其可定期或不定期地从移动台向网络侧发送的消息中获取，对于频分双工(FDD)系统，可采用公共导频信道(CPICH)的接受信号码功率(RSCP)或者每码片能量与干扰功率密度之比(Ec/No)来量度，对于时分双工(TDD)系统，可以采用主公共开控制物理信道(P-CCPCH)的RSCP或者时隙的信号码功率干扰(ISCP)来量度信道条件好的优先；阈值T_DELAY_THRESHOLD、传输时间底线D_i、传输时间T_i和超时时间E_i参见上面描述。

如图1所示，假设当在一个分组调度开始的时刻，有k个分组数据P₁～P_k需要进行调度，它们分别被输入缓冲器B₁～B_k。以下借助图2和图3描述确定调度优先级的具体过程。

如图2所示，在步骤21中，分组调度器创建一个包含需要调度的分组数据的队列Q。

接着进入步骤22，分组调度器从每个分组数据的参数表(例如表1所示的参数表)中提取传输级别{C_i}和传输处理优先级{P_i}。

随后进入步骤23，分组调度器按照传输级别C_i和传输优先级P_i对当前所有的分组数据P₁～P_k进行分组，将C_i和P_i取值相同的分组数据分在同一组，由此将当前队列Q分为N个分组数据组。

接着进入步骤24，按照以<C_i，P_i>参数对作为键值对这N个分组数据组进行排序，其中传输级别C_i为排序主键值，在本实施例中，将流式业务级别的优先度设定为高于交互式级别，而传输处理优先级P_i作为次排序键值，值低者优先，即，流式业务应当比交互式业务被更为优先地分配到空中接口资源，交互式业务中传输处理优先级取值低应当比取值高者更为优先地分配到空中接口资源。由此获得一个队列Q’，其包括N个按照业务类型分组和排序的分组数据组G₁、G₂、...、G_N。

值得指出的是，在上述步骤23和24中，对队列Q的处理是先进行分组操作后进行排序操作，但是显而易见的是，当对队列Q先进行排序操作后进行分组操作时，将得到同样的队列Q’。

还需指出的是，在队列Q’中，按照业务类型以降序或升序方式排列分组数据组都可以表示出一个分组数据组被优先分配到空中接口资源的程度，以下只是为阐述清楚起见，假设分组数据组在队列Q’中按照业务类型取值作降序排列，即。更为优先地分配到空中接口资源的分组数据组在队列Q’中位于更靠前的位置。

接着进入步骤25，对队列Q’的一个分组数据组G_i进行处理以获得一个队列F_i，在该队列中，每个分组数据将按照一定的规则排列，其具体排列规则和处理步骤将在下面参照图3加以描述。

随后在步骤26中，判断步骤25的处理是否遍历队列Q’中的所有分组数据组，如果是，进入步骤27，否则返回步骤25，对队列Q’中的下一分组数据组作同样的处理。

当所有分组数据组都按照上述步骤25完成处理后，即可得到N个队列F₁、F₂、...、F_N，此时即进入步骤27，输出由N个队列F₁、F₂、...、F_N组成的最终的调度优先级队列Q_fial，这N个队列F₁、F₂、...、F_N在队列Q_fial中的顺序与分组数据组G₁、G₂、...、G_N在队列Q中的相同或相对应。

以下对步骤25作进一步的描述。如图3所示，步骤25由多个子步骤组成，由于其按照相同的方式处理队列Q’中的每个分组数据组，因此这里仅以队列Q’中的第i个分组数据组G_i为例进行描述，并假设该分组数据组内包含有M个分组数据。

如上所述，每个分组数据的传输时间底线和传输时间可能随时间发生变化，因此两次分组调度之间它们的取值可能有所不同，为此，在步骤31，利用下式计算第i个分组数据组G_i内每个分组数据的超时时间E_i(j)：

    E_i(j)＝D_i(j)-T_i(j)    i＝1...N，j＝1...M    (3)

其中，D_i(j)为第i个分组数据组G_i内第j个分组数据的传输时间底线，T_i(j)为第i个分组数据组G_i内第j个分组数据的传输时间，传输时间底线和传输时间的确定方式在上面已经有所描述，此处不再赘述。

接着进入步骤32，对于每个分组数据，分组调度器将超时时间E_i(j)(j＝1......M)与阈值T_DELAY_THRESHOLD进行比较，将超时时间E_i(j)小于阈值T_DELAY_THRESHOLD的分组数据归入一个子队列F_i1，而将超时时间E_i(j)大于或等于阈值T_DELAY_THRESHOLD的分组数据归入另一子队列F_i2。

随后进入步骤33，分组调度器按照超时时间E_i(j)对子队列F_i1内的分组数据进行排序以形成一个子队列F_i1’，其中，超时时间短的分组数据被置于优先分配到空中接口资源的位置，在这里为与前述Q’队列的降序排列方式相适应，将超时时间短的分组数据置于子队列F_i1’中较靠前的位置。

随后进入步骤34，分组调度器按照每个分组数据用户的信道条件S_i(j)对子队列F_i2内的分组数据进行排序以形成一个子队列F_i2’，其中，信道条件好的分组数据被置于优先分配到空中接口资源的位置，在这里为与前述Q’队列的降序排列方式相适应，将信道条件好的分组数据置于子队列F_i2’中较靠前的位置。

接着进入步骤35，将子队列F_i1’与F_i2’合并以形成第i个分组数据组G_i的排序队列F_i，其中，子队列F_i1’的优先级要高于子队列F_i2’，因此在队列F_i内，子队列F_i2’排在子队列F_i1’之后。

值得指出的是,虽然在步骤34中大于或等于阈值T_DELAYTHRESHOLD的分组数据按照信道条件进行排序，但是也可采用其它合适的排序原则，例如包括但不限于公平时间原则和公平吞吐量原则等，当然也可以仍然按照超时时间作降序排序，或者甚至不进行排序。

当分组调度器确定了最终的调度优先级队列之后，即可为每个分组数据分配合适的空中接口资源。对于本领域内的技术人员来说，有关空中接口资源的分配方式属于公知技术，具体可参见《WCDMA系统与技术设计》(机械工业出版社2002年第1版)第10章的相关描述，该文献在此以引用方式纳入本文中。

值得指出的是，完成上述调度优先级确定方法的分组调度器可以有多种实现方式，例如可以借助通用计算机系统和可在该通用计算机系统上运行的执行上述各步骤的应用程序的组合来实现，这里的通用计算机系统包括但不限于个人计算机系统和嵌入式计算机系统等；分组调度器也可以由固化了执行上述各步骤的程序的电路系统实现，这里的电路系统包括但不限于专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)等。此外，上述各步骤所完成的功能既可以由相应的一个硬件或软件模块独立实现，也可以由若干个硬件或软件模块以协同方式实现，这些实现方式的变化对于本领域内的技术人员来说都是显而易见的，因此都属于本发明的精神和保护范围之内。

在阅读上述披露内容之后，其它修改对于本领域内的技术人员来说将是显而易见的。这种修改可能涉及到无线通信系统及其部件单元内已经公知的特征，并且这些特征可以代替这里已经描述的特征或者以添加的方式应用。

在本说明书和权利要求书中，出现在一个单元之前的词语“一个”并未将多个这种单元的情形排除在外。而且词语“包含”并未排除除所列单元或步骤以外还有其它单元或步骤存在的情形。

Claims (18)

1、一种用于确定多个分组数据的调度优先级的方法，其特征在于，包含下列步骤：

按照业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；以及

在每个所述分组数据组内，对于超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述业务类型为3GPPTS25.413中定义的传输级别和传输处理优先级，在对所述分组数据组按照所述业务类型进行排序时，分别以所述传输级别和所述传输处理优先级作为排序的主键值和次键值。

3、如权利要求1所述的方法，其中，每个所述分组数据的超时时间取决于每个所述分组数据在一个分组调度周期内允许发送的最晚时间和在平均信道条件下的传输时间。

4、如权利要求1所述的方法，其中，每个所述分组数据组采用不同的所述阈值。

5、如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括以下步骤：在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序。

6、如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括以下步骤：在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照该分组数据用户的信道条件进行排序。

7、如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括以下步骤：在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照公平时间原则来排序。

8、如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括以下步骤：在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照公平吞吐量原则来排序。

9、一种用于确定多个分组数据的调度优先级的装置，其特征在于，包含：

一个第一单元，用于按照业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；以及

一个第二单元，用于在每个所述分组数据组内，对于超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级。

10、如权利要求9所述的装置，其中，所述业务类型为3GPPTS25.413中定义的传输级别和传输处理优先级，在对所述分组数据组按照所述业务类型进行排序时，分别以所述传输级别和所述传输处理优先级作为排序的主键值和次键值。

11、如权利要求9所述的装置，其中，每个所述分组数据的超时时间取决于每个所述分组数据在一个分组调度周期内允许发送的最晚时间和在平均信道条件下的传输时间。

12、如权利要求9所述的装置，其中，每个所述分组数据组采用不同的所述阈值。

13、如权利要求9所述的装置，其中，所述第二单元对于每个所述分组数据组内所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序。

14、如权利要求9所述的装置，所述第二单元对于每个所述分组数据组内所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照该分组数据用户的信道条件进行排序。

15、如权利要求9所述的装置，其中，所述第二单元对于每个所述分组数据组内所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照公平时间原则来排序。

16、如权利要求9所述的装置，其中，所述第二单元对于每个所述分组数据组内所述超时时间大于或等于一个阈值的所述分组数据按照公平吞吐量原则来排序。

17、一种在一个无线通信系统中为多个分组数据分配空中接口资源的方法，其特征在于，包含下列步骤：

输入每个所述分组数据的业务类型和超时时间；

按照所述业务类型对所述多个分组数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；

在每个所述分组数据组内，对于所述超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级；以及

根据所述多个分组数据的调度优先级为所述分组数据分配空中接口资源。

18、一种在一个无线通信系统中为多个分组数据分配空中接口资源的装置，其特征在于，包含：

一个输入单元，用于输入每个所述分组数据的业务类型和超时时间；

一个排序单元，包含：

一个第一单元，用于按照所述业务类型对所述多个分组

数据进行分组和排序以获得一个或多个分组数据组队列；

一个第二单元，用于在每个所述分组数据组内，对于所

述超时时间小于一个阈值的所述分组数据按照所述超时时间

进行排序以获得所述多个分组数据的调度优先级；以及

一个分配单元，用于根据所述多个分组数据的调度优先级为所述分组数据分配空中接口资源。

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