CN1968505A - 一种移动通信系统的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信系统的调度方法，包括以下步骤：设置调度周期，将调度周期划分为多个调度时间段；在不同调度时间段选用不同的调度算法进行调度。本发明的移动通信系统的调度方法，充分考虑了用户保证比特速率需求，提高了系统中满意的用户数目，使用户在调度周期内尽量得到保证速率；能对不同调度优先级的用户提供差异化服务；充分利用了剩余时间资源，提高了系统时间资源利用率。

Description

一种移动通信系统的调度方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种移动通信系统的调度方法。

背景技术

高速下行分组接入(High-Speed Downlink Packet Access，HSDPA)是宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)在无线传输方面的增强和演化，HSDPA与WCDMA相比，在物理层上增加了HS-DSCH、HS-SCCH和HS-DPCCH三条逻辑信道。为提高移动分组数据传输能力，3GPPRelease5协议中采用了自适应编码调制(AMC)、混合自动重传(HAPQ)和快速调度等技术进一步提高数据传输的速率。上述技术的引入要求系统对传输模式实现快速自适应，而对于传输模式选择的关键是对于调度方法的选择，这是系统设计的核心要素。

在HSDPA系统中，分组调度器由WCDMA系统的RNC侧移到了NodeB侧，这样调度器可以更容易地接收空中接口的测量参数，更大可能匹配不同无线信道下的数据速率，以满足不同种类高速分组数据业务的QoS要求，其中尤为关键的是通过调度方法来提高平均业务速率和系统的整体稳定性。为使吞吐量最大化，调度器必须选择最大载干比(C/I)的用户传输数据。但这种机制可能会使距离NodeB最近的用户设备产生信道时间资源垄断。因此，HSDPA的调度方法将起到非常重要的作用，需要充分考虑到各用户分组排队等候的情况、信道条件及其变化状况等。

目前，HSDPA系统是通过高速下行共享信道(High Speed DownlinkShared Channel，HS-DSCH)来传输用户数据的。一条高速下行共享信道可以承担多个用户的数据发送任务。承载于该信道的用户可以通过不同时间和信道码来共享该信道，也就是说，假如高速下行共享信道每2ms发送一次数据(传输时间间隔TTI＝2ms)，那么，不同用户既可以在不同的传输时间间隔TTI发送数据，也可以在相同的时间间隔TTI，但是，使用不同的信道码来进行数据发送。每个用户具体的数据发送时间，由调度方法决定。

HS-DSCH信道的调度器位于基站NodeB的高速媒体接入控制(MediaAccess Control High Speed，MAC-hs)实体中，在当前协议框架下，影响NodeB业务的QoS的因素有：保证比特速率(Guaranteed Bit Rate，GBR)和调度优先级(Schedule Priority Indicator，SPI)。其中，保证比特速率GBR的定义为：当业务的传输速率大于等于某一设定的GBR时，业务的服务质量是令人满意的；当业务传输速率小于某一设定的GBR时，业务服务质量不能接受。调度优先级的定义为：用户优先级，优先级高的用户应该优先得到满意的服务。

现有的调度方法有：

1.轮循算法(Round Robin，RR)：

RR算法的基本思想是：保证所有用户设备按照某种确定的顺序循环占用等时间的无线时间资源来进行通信。每个用户设备对应一个队列以存放待传数据，在调度时对同时承载于HS-DSCH信道的所有用户设备轮流进行调度。

具体算法如下：在每个用户设备建立或者发送一次数据后，启动一个计时器，记录用户设备等待时间的长短。在每个时间间隔TTI，按照每个用户设备等待时间的长短，以大到小的方式进行排队，优先给等待时间长的用户设备分配时隙。

该算法虽然在调度机会上具有公平性，但是，由于没有考虑到不同用户设备的无线信道的具体情况，因此，对每个用户设备的调度时刻相对固定，不能提供差异化服务；而且，该算法不能充分利用用户设备信道质量较高的时间段，在该时间段内发送较多的数据，从而使系统时间资源利用效率和系统吞吐量很低；另外，该算法没有考虑影响NodeB业务的QoS的因素：用户保证比特速率(GBR)需求和用户优先级，从而使用户满意度很低。

2.最大载干比算法(Maximum Carrier to Interference，Max C/I)：

最大载干比算法的基本思想是：对所用户设备依据其接收信号的CQI(channel quality indicator)预测值进行排序，并按照从大到小的顺序进行数据发送。

具体算法如下：在每个时间间隔TTI，首先，将用户设备报告的CQI按照从大到小的顺序进行排队；然后，将用户设备的数据按照其CQI从大到小的顺序进行发送。

该算法虽然能够得到最大的系统吞吐率，但是，距离基站近的用户设备由于其信道条件好会一直接受服务，而处于小区边缘的用户设备由于其CQI较低，因而得不到服务机会，这就使得用户所得到的服务非常不公平，低信道质量的用户经常得不到服务而出现所谓“饿死现象”，因而，从占有系统时间资源的角度来看，这种算法是最不公平的。另外，该算法也没有考虑用户保证比特速率(GBR)需求，使高信道质量的用户得到远远大于GBR的速率，而低信道质量的用户得不到GBR速率服务，用户满意率低，同时，也不能提供差异化服务。

3.比例公平算法(Proportional Fair，PF)：

PF算法给每个用户设备分配一个相应的优先级，优先级最大的用户设备首先接受服务。

具体算法如下：首先，在每个时间间隔TTI，对用户设备按照以下公式计算优先级：

${\mathrm{Priority}}_i=\frac{R_{i\_\max }\left(t\right)}{r_i\left(t\right)},i=\mathrm{1,2,3}...N$

其中，R_{i_max}(t)是在t时刻，用户设备所处位置所支持的最大传输速率，r_i(t)表示用户设备在前面一段时间内实际得到的调度速率。

然后，按照用户设备的优先级，从高到低依次发送相应用户设备的数据。

该算法虽然使同一小区内的用户设备在任意时刻获取服务的概率是相等的，但是，由于没有考虑用户保证比特速率(GBR)需求，会造成因有大量低信道质量用户设备的存在，而分配了大量机会给低信道质量的用户设备，从而使高信道质量的用户设备得不到足够的调度机会，也使得系统中满意的用户数目低，并且，不能提供差异化服务。

因此，有必要提出一种新的调度方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的就是提供一种移动通信系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤A)设置调度周期，将调度周期划分为多个调度时间段；

步骤B)在不同调度时间段选用不同的调度算法进行调度。

所述调度时间段包括业务速率调度时间段和强制调度时间段。

所述步骤B)包括：

步骤B1)在业务速率调度时间段选用最大载干比调度算法和/或比例公平调度算法进行调度；在强制调度时间段按照调度优先级大小顺序进行调度。

所述步骤A)包括下列步骤：

A1)根据仿真结果划分调度周期。

所述业务速率调度时间段的长度为仿真结果中用户满意度和系统吞吐量都达到最大值时对应的时间长度。

所述步骤A)包括下列步骤：

A1′)将业务速率调度时间段分为最大载干比调度时间段和比例公平调度时间段。

本发明的移动通信系统的调度方法，还包括下列步骤：

步骤C)在所有用户的业务速率达到用户保证比特速率后，业务速率调度时间段或强制调度时间段结束。

所述步骤C)还包括下列步骤：

步骤C1)在所有用户的业务速率达到用户保证比特速率后，对调度周期的剩余时间资源进行补充调度。

所述剩余时间资源的补充调度为轮循调度或比例公平调度。

所述调度周期长度为0～5秒。

所述调度周期长度为0.5秒。

附图说明

图1为本发明实施例的移动通信系统的调度方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本实施例子是以一种高速下行分组接入(HSDPA)通信系统的调度方法进行描述，但本发明同样适用除了以上提到的支持高速下行分组接入(HSDPA)无线移动通信技术的调度方法的情况，如码分多址2000(CDMA2000)通信系统，时分双工-同步码分多址(TD-SCDMA)通信系统或者宽带码分多址(WCDMA)通信系统。

本发明的移动通信系统调度方法的基本思想是：首先，尽量保证用户得到GBR业务速率，让用户在一段时间内按照较高效率的调度方法进行调度；然后，将不满意的业务质量进行补偿；最后，将多余的时间资源再分配。

本实施例移动通信系统的调度方法的具体步骤如下：

1)将调度时刻划分为多个调度周期，再将每个调度周期划分为2个调度时间段。

11)将调度时刻划分为多个调度周期，每个调度周期包含若干传输时间间隔TTI；

每个调度周期时长为0到5秒，优选为0.5秒。

传输时间间隔TTI是由系统本身所设定的。

12)根据仿真结果，将每个调度周期分为业务速率调度时间和强制调度时间。

表1为调度周期划分表，如表1所示，每个调度时间段分别用X、Y表示：

              表1

业务速率调度时间(X％)

强制调度时间(Y％)

X、Y∈[0，100]，分别代表每个调度时间段所占调度周期的比例。

对于X、Y值的确定，是跟据系统的仿真结果得到的。

对于X值，从0到100，用网络仿真软件分别进行仿真，分析仿真结果，当用户满意度和系统吞吐量都达到最大值时对应的X取值为X的最大值X_max，也是较佳取值。

用100减去X值，即可得到Y值。

(X_max％×调度周期)为X时间段的时长，(Y_max％×调度周期)为Y时间段的时长。

2)对一个周期内的不同调度时间段，分别采用不同的调度算法进行调度。

21)在X时间段的最后一个TTI到达之前，判断各用户在该周期内所得到的业务速率是否达到GBR；

22)对在该周期内所得到的业务速率未达到GBR的用户进行调度，调度算法采用：MAX C/I调度算法、PF调度算法；对在该周期内所得到的业务速率已达到GBR的用户，降低优先级，排在所有业务速率未达到GBR的用户之后。

23)如果在X时间段的最后一个TTI到达时，判断是否有用户在该周期内所得到的业务速率未达到GBR；

24)如果在X时间段的最后一个TTI到达时，有用户在该周期内所得到的业务速率未达到GBR，X时间段结束，进入Y时间段，对在该周期内所得到的业务速率未达到GBR的用户按照调度优先级(SPI)大小顺序进行调度，直到所有用户在该周期内所得到的业务速率都达到GBR，Y时间段结束。

如果在X时间段的最后一个TTI到达之前，已经没用户在该周期内所得到的业务速率未达到GBR，X时间段提前结束，不进入Y时间段。

判断用户在一个周期内所得到的业务速率是否达到GBR的方法是：1)该用户在当前周期中已经发送的数据量超过“GBR×调度周期”；2)在调度周期结束点，如果已经发送的数据没有超过“GBR×调度周期”，但是该用户在NodeB的MAC-hs队列缓存中已经没有数据。

较佳地，如果所有用户所得到的业务速率达到GBR后，该调度周期仍然未结束，则进入补充调度时间段(Z阶段，长度为所有用户所得到的业务速率达到GBR后，调度周期的剩余时间资源)，采用Round Robin或PorportionalFair调度算法将剩余的时间资源再次分配给所有用户。

表2为每个调度时间段所采用的调度算法及其针对的用户，和目的说明：

                表2各调度时间段的调度算法说明表

	时间段	调度算法	针对用户	目的
					X	业务速率调度时间	对所有带GBR的用户按照较高效率的算法进行调度，可以选择的算法有：MAX C/I调度算法、PF调度算法	业务速率未达到GBR的用户	使所有带GBR的用户先在信道环境变好的情况下多发送数据，提高时间资源利用率

Y	强制调度时间	对未满足GBR的用户按照调度优先级(SPI)大小顺序进行调度	业务速率未达到GBR的用户	本时间段主要考虑用户优先级，满足差异化服务需求
					Z	补充调度时间	将剩余的时间资源公平再次分配给所有用户，采用的调度算法可以使用RoundRobin，Porportional Fair	业务速率已达到GBR的用户	本时间段是分配多余的时间资源，需要考虑信道环境和优先级

如表2所表明，本发明移动通信系统的调度方法针对业务速率未达到GBR的用户，在X时间段，即业务速率调度时间段，采用对所有带GBR的用户按照较高效率的算法进行调度，可以选择的算法有：MAX C/I调度算法、PF调度算法，达到使所有带GBR的用户先在信道环境变好的情况下多发送数据，提高时间资源利用率的目的；

针对业务速率未达到GBR的用户，在Y时间段，即强制调度时间段，采用对未满足GBR的用户按照调度优先级(SPI)大小顺序进行调度，达到考虑用户优先级，满足差异化服务需求的目的；

针对业务速率已达到GBR的用户，在Z时间段，即补充调度时间段，将剩余的时间资源再次分配给所有用户，采用的调度算法可以使用RoundRobin，Porportional Fair，达到分配多余时间资源的目的。

在X时间段，如果采用MAX C/I调度算法，虽然可以得到最大的时间资源利用率，但是不能对小数据量业务进行及时调度，而PF调度算法就能够很及时地调度小数据量业务，但是在时间资源利于效率方面可能低于MAX C/I算法。因此，可以将X时间段再划分为两个时间段，划分的依据是使满意用户数量和小数据量业务的响应时间这两个系统指标都达到综合性能最优，这两个时间段分别是：(1)最大载干比调度时间段，(2)比例公平调度时间段。在这两个时间段分别采用MAX C/I调度算法和PF调度算法分别进行时间资源调度。

本发明的移动通信系统的调度方法，充分考虑了用户保证比特速率需求，提高了系统中满意的用户数目，设置调度周期，使用户在调度周期内尽量得到保证速率；

在X时间段，对业务速率未达到GBR的用户采用MAX C/I调度算法、PF调度算法等算法进行调度，使所有带GBR的用户先在信道环境变好的情况下多发送数据，提高了系统时间资源利用率；

在Y时间段，对业务速率未达到GBR的用户，按照调度优先级(SPI)大小顺序进行调度，优先保证高优先级用户得到满意服务，满足了差异化服务的需求；

在Z时间段，对业务速率已达到GBR的用户，采用Round Robin或Porportional Fair调度算法将剩余的时间资源进行再次分配，充分利用了剩余时间资源，避免了时间资源浪费。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种移动通信系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤A)设置调度周期，将调度周期划分为多个调度时间段；

步骤B)在不同调度时间段选用不同的调度算法进行调度。

2.如权利要求1所述的移动通信系统的调度方法，其特征在于，所述调度时间段包括业务速率调度时间段和强制调度时间段。

3.如权利要求2所述的移动通信系统的调度方法，其特征在于，所述步骤B)包括：

步骤B1)在业务速率调度时间段选用最大载干比调度算法和/或比例公平调度算法进行调度；在强制调度时间段按照调度优先级大小顺序进行调度。

4.如权利要求1所述的移动通信系统的调度方法，所述步骤A)包括下列步骤：

A1)根据仿真结果划分调度周期。

5.如权利要求4所述的移动通信系统的调度方法，所述业务速率调度时间段的长度为仿真结果中用户满意度和系统吞吐量都达到最大值时对应的时间长度。

6.如权利要求1所述的移动通信系统的调度方法，所述步骤A)包括下列步骤：

A1′)将业务速率调度时间段分为最大载干比调度时间段和比例公平调度时间段。

7.如权利要求1所述的移动通信系统的调度方法，还包括下列步骤：

步骤C)在所有用户的业务速率达到用户保证比特速率后，业务速率调度时间段或强制调度时间段结束。

8.如权利要求7所述的移动通信系统的调度方法，所述步骤C)还包括下列步骤：

步骤C1)在所有用户的业务速率达到用户保证比特速率后，对调度周期的剩余时间资源进行补充调度。

9.如权利要求8所述的移动通信系统的调度方法，所述剩余时间资源的补充调度为轮循调度或比例公平调度。

10.如权利要求1或8所述的移动通信系统的调度方法，所述调度周期长度为0～5秒。

11.如权利要求1或8所述的移动通信系统的调度方法，所述调度周期长度为0.5秒。