CN1933363A - 调度分组数据传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调度分组数据传输的方法,包括步骤:根据用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息确定被调度的优先级队列;估计一个调度周期可以在相应传输方向上为被调度用户传输的最大数据量;根据所述最大数据量为被调度的用户在相应传输方向上分配码道资源;通过所述分配的码道资源为被调度的用户传输数据。利用本发明,可以使系统在满足一定丢包率要求的前提下,最大限度地提高小区吞吐量。

Description

调度分组数据传输的方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,具体涉及一种调度分组数据传输的方法。
背景技术
为了适应日益增长的数据业务的需求,3GPP Rlease 5(第三代伙伴工程版本5)引入了HSDPA(高速下行分组接入)技术,以提高下行方向的数据传输速率。HSDPA技术同时适用于WCDMA FDD(宽带码分多址频分双工)、UTRA TDD(通用地面无线接入时分双工)和TD-SCDMA(时隙-同步码分多址)三种不同模式。另外,在上行方向也采用与HSDPA类似的原理,在3GPPRlease6版本中开始引入HSUPA(高速上行分组接入)技术,来提高上行方向的数据传输速率。
HSDPA采用的关键技术包括:快速分组调度、AMC(自适应调制编码)和HARQ(混合自动重传请求)。这些技术由位于Node B(基站)的MAC-hs(媒体接入控制实体)和位于UE(用户设备)的MAC-hs实体共同实现,并由RNC(无线网络控制器)在建立通信连接时负责完成相关参数的配置。
引入HSDPA后,需要在Node B中增加MAC-hs实体,负责对数据的快速调度和管理。
目前,对HSDPA的分组调度方法主要有以下几种:
(1)MAX C/I(最大载干比):选择C/I最大即信道条件最好的用户服务。该调度方法可以获得最佳的小区吞吐量性能,但服务公平性较差,信道条件差的用户(比如处于小区边缘的用户)可能长期得不到调度。
(2)Round Robin(轮循):顺序调度每个用户,为各用户分配相同的服务时间。该算法考虑了服务的公平性,但由于没有考虑不同用户的信道条件差异,不能发挥AMC和HARQ的技术优势,从而小区吞吐量性能较差。
(3)Proportional Fair(正比公平):该方法的实现如下:
设时刻t,终端用户k的平均传输速率为Rk(t),k=1,Λ,K,其请求基站传输的实时速率为DRCk(t),则基站在时刻t选择服务的终端用户为
k = arg max j = 1 , Λ , K { DRC j ( t ) R j ( t ) } - - - ( a )
用户k在该时刻没有数据传输,DRCk(t)=0。
用户k的平均吞吐量的更新等式为
R k ( t + Δt ) = ( 1 - 1 T c ) R k ( t ) + 1 T c · Current _ Transmission _ Rate _ of _ User _ k - - - ( b )
式中,Tc为时间常数,表示时间滑窗的大小。时间滑窗的大小反映了用户对接收不到数据传输的忍受能力,较长的Tc将允许等待较长的时间直到该用户的信道质量变好,这有利于系统吞吐量的提高,但可能带来附加的迟延,并造成用户之间服务不公平。
该方法实现复杂,而且无论如何调整Tc,小区吞吐量性能也与MAC C/I调度方法相差较远。
由于HSDPA技术对下行数据传输速率的提高,使得HSDPA技术可以用于承载多种类型的业务,比如:流业务、交互(例如WWW)业务和背景业务(例如文件传输协议FTP)等。不同业务QoS(服务质量)要求不同,对时延和吞吐量也有不同的要求,例如:流业务通常对时延有比较严格的要求,而交互类和背景类业务对时延的要求相对来说比较宽松。一般情况下,当多种业务并存时,流业务应具有较高的调度优先权。
按照目前的3GPP协议,Node B的MAC-hs实体不能获知业务类型信息。而以上三种调度算法也都未充分考虑不同用户、不同业务类型的服务优先级,不能保证对不同业务的服务质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种调度分组数据传输的方法,以克服现有的分组调度方法会严重影响系统吞吐量和用户之间的服务公平性的缺点,使系统在满足一定丢包率要求的前提下,最大限度地提高小区吞吐量。
为此,本发明提供如下的技术方案:
一种调度分组数据传输的方法,所述方法包括步骤:
A、根据用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息确定被调度的优先级队列;
B、估计一个调度周期可以在相应传输方向上为被调度用户传输的最大数据量;
C、根据所述最大数据量为被调度的用户在相应传输方向上分配码道资源;
D、通过所述分配的码道资源为被调度的用户传输数据。
所述方法还包括步骤:
预先设定各优先级队列的丢包定时器值、可用缓冲区大小、各用户允许使用的峰值速率。
所述步骤A包括:
A1、获取各优先级队列中头分组数据已经等待的时间及可用缓冲区中的数据量;
A2、获取各用户当前可以获得的最大传输速率;
A3、根据以下公式获取第n个调度周期被调度用户及被调度的优先级队列:
( k , m ) = arg min ( i , j ) ∈ S ( p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) )
其中,
k为被调度用户的编号;m为被调度的优先级队列编号;
S表示非空的用户优先级队列集合;
Tij为第i个用户的第j个优先级队列的丢包定时器值;Wij,n为该队列头分组已经等待的时间;
Ri,max为第i个用户允许使用的峰值速率;Ri,n为该用户当前可以获得的最大传输速率;
BOij为第i个用户的第j个优先级队列的可用缓冲区;BOij,n为该可用缓冲区中的数据量;
pi(1≤i≤3)为加权因子,满足0≤pi≤1, Σ i = 1 3 p i = 1 : p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) 表示第i个用户的第j个优先级队列的调度优先权。
所述加权因子pi(1≤i≤3)由系统仿真确定。
所述步骤A进一步包括:
当有多个优先级队列时,按优先权从高到低的顺序依次选择被调度的优先级队列。
所述步骤A进一步包括:
当有多个优先级队列时,
对于单载波系统,每次被调度的优先级属于不同用户;
对于多载波系统,当为被调度用户分配的码道资源未达到其支持的资源上限时,允许每次被调度的优先级队列属于该被调度用户。
所述步骤B包括:
B1、获取被调度用户当前可以获得的最大传输速率和系统现有的可用资源;
B2、按下述公式估计一个调度周期可以为被调度用户传输的最大数据量:
TV max = R i , n · T S · RU 2 RU 1
其中,Ts为调度周期;
Ri,n为被调度用户的当前最大传输速率;RU1为获取该速率时的参考码道资源;RU2为当前能够分配给所述被调度用户的最大码道资源。
基站根据被调度用户上报的信道质量指示以及当前的信道条件预测获取被调度用户的当前最大传输速率Ri,n
所述步骤C包括:
C1、当被调度的优先级队列中的数据量大于TVmax时,按照TVmax数据量为被调度用户分配码道资源;
C2、当被调度的优先级队列中的数据量小于等于TVmax时,根据被调度的优先级队列中的数据量为被调度用户分配码道资源;
C3、当系统为被调度的用户分配码道资源后还有剩余的码道资源,并且还有优先级队列未被调度,则更新系统可用码道资源,然后返回步骤A,对剩余资源进行再分配。
由以上本发明提供的技术方案可以看出,本发明综合考虑了用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息,通过调整加权因子,在系统吞吐量和服务公平性之间取得合理的折中。在满足一定丢包率要求的前提下,最大化了小区吞吐量,有效地提高了HSDPA系统性能,保证了对不同用户、不同业务类型的服务质量。
附图说明
图1是Node B中的MAC-hs实体模型;
图2是MAC-hs实体中数据的处理流程图;
图3是本发明方法的实现流程图;
图4是本发明方法的一个实际应用流程。
具体实施方式
本发明的核心在于由RNC根据业务的优先级配置各优先级队列的丢包定时器,综合考虑用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息,对各用户的优先级队列进行调度,使等待时间越接近对应的丢包定时器的值、信道条件越好以及缓冲区数据量越接近缓冲区大小的用户优先级队列具有越高的调度优先权。从而在小区吞吐量和用户MAC-hs丢包率之间取得合理的折中,在保证丢包率低于一定门限的前提下,尽可能最大化小区吞吐量。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,首先对Node B中的MAC-hs实体及内部处理过程作简单描述。
参照图1,图1示出了Node B中的MAC-hs模型,包括流量控制模块、调度与优先权处理模块、混合自动重传请求模块、传输格式与资源合并请求模块。
MAC-hs对数据的处理过程(数据发送过程)如下:
1.根据MAC-hs流量控制模块分配的容量,高层通过Iub口(NodeB与无线网络控制器RNC之间的接口)将数据发送到MAC-hs实体。
2.调度与优先权处理模块完成以下处理过程:
(1)根据连接建立时高层配置的映射关系将数据存放到相应的优先级队列;
(2)根据采用的分组调度算法确定当前被调度的优先级队列,并确定是传输新数据或者重传错误数据;
(3)将被调度的优先级队列中的若干MAC-hs SDU(业务数据单元)组装成MAC-hs PDU(协议数据单元),并确定Queue ID(队列标识)和TSN(传送顺序号)。不同优先级队列中的MAC-hs PDU是独立编号的,TSN的初始值为0,对各队列,每传输一个新的MAC-hs PDU,TSN的值加1;
(4)将组装好的MAC-hs PDU递交到HARQ(混合自动重传请求)模块,并通知相应的Queue ID和TSN。
3.HARQ模块负责选择合适的HARQ进程传输MAC-hs PDU,并设置其中的Queue ID和TSN的值。
4.由传输格式资源合并选择(TFRC selection)选择合适的编码调制方式,并通知物理层,同时将MAC-hs PDU递交到物理层。物理层通过HS-SCCH(共享控制信道)通知UE(用户设备)所采用的调制方式和传输块大小。
MAC-hs实体中数据的处理流程如图2所示:
Node B为每个使用HS-DSCH的UE分配1到8个优先级队列。UE可以伴随一个或多个MAC-d流,每个MAC-d流的数据可以映射到一个或多个优先级队列,但是每个优先级队列只能承载来自一个MAC-d流的数据。在单载波HSDPA中,在一个TTI(传输时间间隔),每个被调度的UE只能传输一个MAC-hs PDU,该MAC-hs PDU由来自一个优先级队列的MAC-hs SDU构成。在多载波HSDPA中,UE在每个被调度的TTI可以传输多个MAC-hs PDU(每个载波传一个),每个MAC-hs PDU的数据仍是来自一个优先级队列,但不同MAC-hs PDU可以来自不同的优先级队列。
HSDPA技术可用于承载多种类型的业务,不同业务QoS(服务质量)不同,对时延和吞吐量也有不同的要求,例如流业务通常对时延有比较严格的要求,而交互类和背景类对时延的要求相对比较宽松。通常,当多种业务并存时,流业务应具有较高的调度优先权。
按照目前的3GPP协议,Node B的MAC-hs实体不能获知业务类型信息。但RNC(无线网络控制器)可以配置discard timer,即优先级队列的丢包定时器,不同的discard timer值可以反映业务的优先级,若数据等待时间超过discardtimer指示的值,将被系统丢弃。
本发明即利用这一信息对数据进行调度,并同时考虑用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量。
参照图3,图3示出了本发明方法的实现流程,包括以下步骤:
步骤301:根据用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息确定被调度的优先级队列。
设第i个用户的第j个优先级队列discard timer的值为Tij,缓冲区大小为BOij,第n个调度周期,该队列头分组已经等待的时间为Wij,n,缓冲区数据量为BOij,n
此时预测第i个用户当前可以获得的传输速率最大为Ri,n,该用户可以获得的峰值传输速率为Ri,max
其中,Ri,n可以由Node B根据用户上报的CQI(信道质量指示)中的传输块大小进行预测,具体的预测算法由Node B决定,例如可以直接使用最新得到的CQI中指示的传输块大小与传输时间间隔(TTI)之比表示;
Ri,max则只取决于用户支持的载波数和各载波分配给HSDPA的资源,可以通过理论计算获得。
第n个调度周期,则被调度的用户编号和优先级队列编号组合(k,m)可以由下式决定:
( k , m ) = arg min ( i , j ) ∈ S ( p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) ) - - - ( 1 )
其中,S表示非空的用户优先级队列集合,pi(1≤i≤3)为加权因子,满足0≤pi≤1, Σ i = 1 3 p 1 = 1 .
p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) 表示第i个用户的第j个优先级队列的调度优先权。
从上式可以看出,等待时间越接近丢弃定时器discard timer的值、信道条件越好、缓冲区数据量越接近缓冲区大小的用户优先级队列,具有越高的调度优先权。通过调整加权因子pi的大小,可以在小区吞吐量和用户MAC-hs丢包率之间取得合理的折中。
pi的取值可由系统级仿真确定,总的原则是在保证丢包率低于一定门限的前提下,尽可能最大化小区吞吐量。
每次对优先级队列进行调度时,只会调度一个优先级队列,剩余资源的再分配通过多次执行步骤301来实现。
需要注意的是,当有多个优先级队列被调度时,需要遵循以下原则:
(1)按优先权从高到低的顺序依次选择被调度的优先级队列;
(2)对于单载波系统,每次被调度的优先级属于不同用户;
(3)对于多载波系统,每个被调度的优先级队列可以属于相同的用户,前提是为该用户分配的码道资源还没有到达其支持的资源上限。
步骤302:估计一个调度周期可以在相应传输方向上为被调度用户传输的最大数据量TVmax
具体实现时,可以根据被调度用户当前可以获得的最大传输速率和系统现有的可用资源,估算一个调度周期可以为该用户传输的最大数据量,记为TVmax
考虑到通常系统为各载波分配的功率是不变的,因此,在考虑系统现有的可用资源时,可以只考虑码道资源。
估算方法如下:
将Node B预测的用户当前最大传输速率记为Ri,n,预测该速率时的参考资源为RU1(单位为扩频因子为16的码道),当前能够分配给该UE的最大资源为RU2(单位为扩频因子为16的码道),调度周期为Ts,那么TVmax的值由下式给出:
TV max = R i , n · T S · RU 2 RU 1 - - - - - ( 2 )
在具体实现时,Ri,n可以结合用户上报的CQI(信道质量指示)以及当前的信道条件预测得出的,预测时也要考虑当前能够使用的调制编码方式,即该参数也反映了AMC(自适应调制编码)的变化。
步骤303:根据被调度用户在相应传输方向上传输的最大数据量为被调度的用户分配码道资源。
可以根据被调度的优先级队列缓冲区中的数据量TVcur和上述得到的最大数据量TVmax来考虑为被调度用户分配所需的码道资源。
分配原则如下:
(1)如果TVcur>TVmax,则按照TVmax数据量为被调度用户分配码道资源,即将RU2全部分配给该用户。
(2)如果TVcur≤TVmax,则根据被调度的优先级队列中的数据量为被调度用户分配码道资源;
分配的资源RU3可由下式决定:
RU 3 = RU 2 · TV cur TV max - - - - - ( 3 )
实际分配时,还要根据HS-PDSCH(高速物理下行共享信道)的分配限制,例如,TD-SCDMA(时隙-同步码分多址)系统中要求不同时隙使用的码道数必须相同,对RU3进行相应的调整。
(3)当系统为被调度的用户分配码道资源后还有剩余的码道资源,并且还有优先级队列未被调度,则更新系统可用码道资源。然后继续按步骤301的方式对剩余资源进行再分配。
步骤304:通过分配的码道资源为被调度的用户传输数据。
参照图4,图4示出了本发明方法的一个实际应用流程,包括以下步骤:
步骤401:初始化,获取所需参数,包括各优先级队列的discard timer值、各用户可以获得的峰值速率和加权因子pi
步骤402:判断是否到达新的调度周期,如果是,跳转至步骤404,否则跳至步骤403。
步骤403:为被调度的用户传输数据。
步骤404:更新调度参数,包括各用户优先级队列的数据量,头分组等待时间,各用户当前可以获得的最大传输速率。这些参数可由Node B直接测量得到。
步骤405:按预定方式选择被调度的优先级队列。
具体可参照前面所述的公式(1)描述的调度方式来选择被调度的优先级队列。
步骤406:根据被调度用户当前可以获得的最大传输速率和系统现有的可用资源,估算一个调度周期可以为该用户传输的数据量,记为TVmax
估算方法可参照前面所述的公式(2)。
步骤407:判断被调度的优先级队列的数据量是否大于TVmax。如果否,跳转至步骤408;如果是,跳转至步骤409。
步骤408:根据优先级队列中的数据量TVcur为用户分配资源。然后跳转至步骤410。
步骤409:按照TVmax为用户分配资源,即将RU2全部分配给该UE。
步骤410:判断系统是否还有剩余的HSDPA码道资源。如果是,跳至步骤411,否则,跳转至步骤403。
步骤411:判断是否所有用户的优先级队列都被考虑过,如果是,跳转至步骤403,否则,跳转至步骤412。
步骤412:更新系统可用HSDPA资源信息,跳转至步骤405,对剩余资源进行再分配。
上述实施例描述了本发明应用于下行方向采用HSDPA技术的系统中对分组数据传输的调度过程,同样,本发明也可以应用于上行方向采用HSDPA技术的系统中,实现原理类似,在此不再赘述。
可见,本发明方法综合考虑了优先级队列的丢包定时器和用户的信道条件,通过调整加权因子,可以在满足一定丢包率要求的前提下,最大化小区吞吐量。
虽然通过实施例描绘了本发明,本领域普通技术人员知道,本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神,希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (9)

1、一种调度分组数据传输的方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
A、根据用户数据分组的时延约束、信道条件和缓冲区数据量信息确定被调度的优先级队列;
B、估计一个调度周期可以在相应传输方向上为被调度用户传输的最大数据量;
C、根据所述最大数据量为被调度的用户在相应传输方向上分配码道资源;
D、通过所述分配的码道资源为被调度的用户传输数据。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括步骤:
预先设定各优先级队列的丢包定时器值、可用缓冲区大小、各用户允许使用的峰值速率。
3、根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤A包括:
A1、获取各优先级队列中头分组数据已经等待的时间及可用缓冲区中的数据量;
A2、获取各用户当前可以获得的最大传输速率;
A3、根据以下公式获取第n个调度周期被调度用户及被调度的优先级队列:
( k , m ) = arg min ( i , j ) ∈ S ( p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) )
其中,
k为被调度用户的编号;m为被调度的优先级队列编号;
S表示非空的用户优先级队列集合;
Tij为第i个用户的第j个优先级队列的丢包定时器值;Wij,n为该队列头分组已经等待的时间;
Ri,max为第i个用户允许使用的峰值速率;Ri,n为该用户当前可以获得的最大传输速率;
BOij为第i个用户的第j个优先级队列的可用缓冲区;BOij,n为该可用缓冲区中的数据量;
pi(1≤i≤3)为加权因子,满足 0 ≤ p i ≤ 1 , Σ i = 1 3 p i = 1 ;
p 1 · ( T ij - W ij , n T ij ) + p 2 · ( R i , max - R i , n R i , max ) + p 3 · ( BO ij - BO ij , n BO ij ) 表示第i个用户的第j个优先级队列的调度优先权。
4、根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述加权因子pi(1≤i≤3)由系统仿真确定。
5、根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤A进一步包括:
当有多个优先级队列时,按优先权从高到低的顺序依次选择被调度的优先级队列。
6、根据权利要求3或5所述的方法,其特征在于,所述步骤A进一步包括:
当有多个优先级队列时,
对于单载波系统,每次被调度的优先级属于不同用户;
对于多载波系统,当为被调度用户分配的码道资源未达到其支持的资源上限时,允许每次被调度的优先级队列属于该被调度用户。
7、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤B包括:
B1、获取被调度用户当前可以获得的最大传输速率和系统现有的可用资源;
B2、按下述公式估计一个调度周期可以为被调度用户传输的最大数据量:
T V max = R i , n · T S · RU 2 RU 1
其中,Ts为调度周期;
Ri,n为被调度用户的当前最大传输速率;RU1为获取该速率时的参考码道资源;RU2为当前能够分配给所述被调度用户的最大码道资源。
8、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,基站根据被调度用户上报的信道质量指示以及当前的信道条件预测获取被调度用户的当前最大传输速率Ri,n
9、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤C包括:
C1、当被调度的优先级队列中的数据量大于TVmax时,按照TVmax数据量为被调度用户分配码道资源;
C2、当被调度的优先级队列中的数据量小于等于TVmax时,根据被调度的优先级队列中的数据量为被调度用户分配码道资源;
C3、当系统为被调度的用户分配码道资源后还有剩余的码道资源,并且还有优先级队列未被调度,则更新系统可用码道资源,然后返回步骤A,对剩余资源进行再分配。
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