TWI536861B - 無線通訊系統之資源分配方法 - Google Patents

Description

無線通訊系統之資源分配方法

本發明是關於一種無線通訊系統，特別是關於一種無線通訊系統之資源分配方法。

在無線網路快速的發展下，用戶的數量及用戶對於即時或非即時的服務需求皆大幅增加，但由無線通訊系統所能提供的資源有限，因此，如何分配有限資源予眾多的用戶，來維持用戶間的公平性及系統整體之傳輸速率，為現今無線網路的發展重點。

一種習知的資源排程方法如round robin，是採用輪流提供資源至每個用戶的方式，使每個用戶得到所需的服務，但這樣的作法或許能應付低資訊量且非即時的服務，而無法滿足當下即時、高畫質的多媒體影音服務。

雖然藉由提高即時服務需求的優先權並降低非即時服務需求的優先權，能使即時服務需求的用戶能得到較佳的服務品質，但這樣的做法也會造成低優先權之服務需求的用戶發生持續無法獲得資源(Starvation)的問題。因此，一種比例公平性之排程被提出，該排程參考各用戶過去的平均速率並評估各用戶瞬間可能達到的速率來決定該用戶是否加入排程，但該排程並未加入優先權的概念，使得所有加入排程的對象皆平等，這並不能提高即時服務需求之用戶的服務品質。

本發明的主要目要在於藉由各流量之優先度的計算，使得具有較高優先度的即時流量能得到最大之資源分配，可有效改善高優先順序之即時流量之服務品質，再透過分配乘數的計算使剩餘之即時流量可根據其分配權重分配資源，且使非即時流量亦可得到最小流量之保證，而不致於發生持續無法獲得資源的情形。

本發明之一種無線通訊系統之資源分配方法，其用以分配一總資源量至複數個即時流量(Real time traffic)及複數個非即時流量(Non-real time traffic)，該資源分配方法包含：根據各該即時流量及各該非即時流量之一可達率(Achievable rate)及一平均率(Average rate)計算各該即時流量及各該非即時流量的一優先度(Priority)，分配一最大資源量至至少一具有較高優先度之該即時流量，根據一分配乘數計算式計算一分配乘數，該分配乘數計算式為： 為該分配乘數， 為剩餘的資源量， 為一最小資源量， 為該些非即時流量之數量， 為各該即時流量之一分配權重， 為剩餘之該即時流量的數量，將剩餘的資源量根據該分配乘數及剩餘之該即時流量的一分配權重分配至剩餘之該即時流量，將剩餘的資源量根據該些非即時流量的數量分配至各該非即時流量。

本發明藉由優先度之計算，使得具有較高優先度之即時流量可獲得最大資源量，以提升具有較高優先度之即時流量的服務品質，並透過該分配乘數的計算，使得即時流量可根據其分配權重獲得符合傳輸需求的資源分配結果，且該分配乘數亦可使得非即時流量可獲得最小資源量的保證，以避免非即時流量發生Starvation的情形。

請參閱第1圖，為本發明之一實施例，一種無線通訊系統之資源分配方法10，用於一無線通訊系統中分配一總資源量(如WiMAX系統中的slot、LTE系統中的Resource Block)至複數個即時流量(Real time traffic)及複數個非即時流量(Non-real time traffic)，該無線通訊系統之資源分配方法10包含「計算優先度11」、「具有較高優先度之即時流量的資源分配12」、「計算分配乘數13」、「剩餘之即時流量的資源分配14」、「非即時流量的資源分配15」及「更新即時流量及非即時流量的平均率16」。

請參閱第1圖，於步驟11中根據各該即時流量及各該非即時流量之一可達率(Achievable rate)及一平均率(Average rate)計算各該即時流量及各該非即時流量的一優先度(Priority value)，求得各該即時流量及各該非即時流量的該優先度後，即可分別對該些即時流量及該些非即時流量進行優先度的排序，使得後續之資源分配可優先分配至具較高優先度之即時流量，以提高具較高優先度之即時流量之服務品質，各該即時流量及各該非即時流量的該優先度的計算式為： 其中， 為該優先度， 為該可達率， 為該平均率。

該可達率依據各該非即時流量及各該即時流量之訊號品質所使用之調變及編碼方式(MCS, Modulation coding scheme)決定，而各該非即時流量及各該即時流量所使用之調變及編碼方式則由該無線通訊系統中之基地台依據各流量目前訊號品質決定，而不同的調變及編碼方式在基地台的原始碼中即有與其對應的該可達率。

該平均率的設定使該優先度可依據先前之資源分配的結果進行計算，以使資源之分配可更加公平化，而避免資源皆由具高可達率的流量獲得，其中，各該即時流量及各該非即時流量之該平均率的計算式為： 其中， 為該平均率， 為一平均率權重，且 ， 為該可達率， 為前一次更新之該平均率，其中該平均率權重由該無線通訊系統之管理員視需求設定，若該平均率較為重視目前的該可達率，則將該平均率權重設定介於0.5及1之間，而若該平均率較為重視前一次之該平均率，則將該平均率權重設定介於0及0.5之間，或者，可將平均率權重設定為0.5。

得到各該即時流量及各該非即時流量的該優先度後，接著，於步驟12中，分配一最大資源量至至少一具有較高優先度之該即時流量，其中該無線通訊系統是分別將該些即時流量及該些非即時流量依該優先度的大小進行排列，再將一最大資源量分配至該優先度為前X %的該即時流量，該最大資源量由服務品質(QoS, Quality of Service)參數所設定之最大傳輸速率決定(如WiMAX系統中的QoS參數：Maximum sustained traffic rate)，而X則由該無線通訊系統之管理員視需求決定，若整體系統所能提供之資源較多，則可將X設定較大，使得較多的該即時流量能獲得該最大資源量，反之，若整體系統能提供之資源較少，則可將X設定較小，使得較少的該即時流量能獲得該最大資源量，以避免剩餘之該些即時流量及該些非即時流量無法獲得資源。

請參閱第1圖，於步驟13中根據一分配乘數計算式計算一分配乘數，該分配乘數用以確保該些非即時流量能夠獲得一最小資源量的保證，該分配乘數計算式為： 為該分配乘數， 為剩餘的資源量，隨著資源的分配而降低， 為該最小資源量，依服務品質參數所設定之最低傳輸速率決定(如WiMAX系統中的QoS參數：Minimum reserved traffic rate)， 為該些非即時流量之數量， 為各該即時流量之一分配權重，依各該即時流量之最低限的傳輸速率設置， 為剩餘之該即時流量的數量。

請參閱第1圖，求得該分配乘數後，於步驟14中將剩餘的資源量根據該分配乘數及剩餘之該即時流量的一分配權重分配至剩餘之該即時流量，使得各該，其中根據該分配乘數計算剩餘之該即時流量的資源的計算式為： 為剩餘之第 i個即時流量所分配的資源量， 為剩餘之第 i個即時流量的該分配權重。

請參閱第1圖，在本實施例中，於步驟15中是將剩餘的資源量根據該些非即時流量的數量分配至各該非即時流量，使得各該非即時流量皆可獲得該最小資源量，其中根據該分配乘數計算該些非即時流量的資源的計算式為： 為第 i個非即時流量所分配的資源量。此外，在其他實施例中，於分配資源至該些非即時流量時，亦可根據各該非即時流量的權重比例進行資源的分配。

請參閱第1圖，於將剩餘的資源量根據該些非即時流量的數量分配至各該非即時流量後進行步驟16，藉由該平均率權重更新各該即時流量及各該非即時流量之該平均率，作為下一次計算該平均率的基準值，以避免下一次計算該平均率時因該平均率權重產生誤差。該平均率更新之計算式為： 為更新之該平均率， 為該平均率權重， ， 為各該即時流量或各該非即時所分配的資源量， 為該總資源量， 為該可達率， 為前一次計算的該平均率。

請參閱第2至10圖，為該無線通訊系統之資源分配方法10的實施範例，請參閱第2圖，為已資源分配一段時間後於時間t時之該無線通訊系統之各個行動台(MS, Mobile station)的狀態圖。在本實施範例中，該無線通訊系統(以WiMAX為例)共具有300個slots可供分配至6個有服務需求之行動台(MS, Mobile station)，且該無線通訊系統以具有3個MCS index為例，其中MCS index 1的可達率為60(byte/slot)，MCS index 2的可達率為90(byte/slot)，MCS index 3的可達率為120(byte/slot)，而該無線通訊系統根據各該行動站之訊號品質選定之MCS及其對應之該可達率分別如第2圖中之MCS index及Achievable所示，而前一次資源分配所更新之該平均率亦如圖中之U_Average所示。

請參閱第1及3圖，首先進行步驟11，計算各該行動台的優先度，其中該平均率權重設定為0.5，因此，由該平均率的計算式： ，可求得MS#1之該平均率為 ，由該優先度的計算式： ，可求得MS#1之該優先度為 ，同理，求得各個行動台的該優先度，求得各該行動台的該優先度後，根據各該行動台的該優先度分別對即時流量及非即時流量進行排序，如第3圖右所示，該些即時流量中的優先度排序為MS#3、MS#2及MS#1，而該些非即時流量中的優先度排序為MS#6、MS#5及MS#4。

接著，請參閱第1及4圖，進行步驟12，將該最大資源量分配至具有較高優先度之即時流量，在本實施範例中，該無線通訊系統之該最大資源量設定為150 slots，因此，將150 slots分配至具有最高優先度的MS#3，因此，具有較高優先度之MS#3可獲得最大資源量，以使MS#3能具有優良的服務品質。而由於該無線通訊系統共有300 slots，因此，剩餘之資源量為150 slots。

接著，請參閱第1圖，進行步驟13，計算該分配乘數，以確保非即時流量可獲得該最小資源量，在本實施範例中，該無線通訊系統之該最小資源量設定為10 slots，而MS#1、MS#2及MS#3之該分配權重分別為2、1.5及1.2，但因MS#3已完成資源分配，故不列入計算，因此，由該分配乘數計算式： ，可求得該分配乘數為： 。

接著，請參閱第1、5及6圖，進行剩餘之即時流量的資源分配，請參閱第5圖，由於MS#2之優先度高於MS#1之優先度，因此，先分配MS#2之資源，由計算式： 可求得MS#2之資源量為： ，因此，分配51 slots至MS#2，而剩餘之資源量為99 slots。請參閱第6圖，分配MS#1之資源，其中，由於MS#2已完成資源分配，故不列入計算，由上述之計算式可求得MS#1之資源量為： slots，因此，分配51 slots至MS#2，而剩餘之資源量為30 slots。

接著，請參閱第1、7、8及9圖，進行非即時流量的資源分配，請參閱第7圖，由該優先度的順序，先分配MS#6之資源，由計算式： ，可求得MS#6的資源為： ，因此，分配10 slots至MS#6，而剩餘之資源量為20 slots。接著，請參閱第8圖，分配MS#5之資源，其中，由於MS#6已完成資源分配，故不列入計算，由上述之計算式可求得MS#5之資源量為： slots，因此，分配10 slots至MS#2，而剩餘之資源量為10 slots。接著，請參閱第9圖，分配MS#4之資源，其中，由於MS#5及MS#6已完成資源分配，故不列入計算，由上述之計算式可求得MS#4之資源量為： slots，因此，分配10 slots至MS#4，而剩餘之資源量為0 slot。

請參閱第9圖，由圖中之各行動台所分配的資源量可以看到，具有較高優先度之MS#3可獲得最多的資源量，而能有效地提升其服務品質，MS#1及MS#2根據其最低限之傳輸速率(分配權重)獲得相對之資源量，而非即時流量MS#4、MS#5及MS#6亦可獲得該最低資源量，而不致發生持續未獲得資源的情形。

請參閱第1及10圖，最後進行步驟16，更新即時流量及非即時流量的平均率，以作為下一次之資源分配的依據，請參閱第10圖，由該平均率更新之計算式： ，可求得MS#1之該更新之平均率為： ，同理，求得各個行動台之更新之平均率，由圖中可以看到，於這次資源分配中獲得最大資源量之MS#3更新之該平均率為最高，因此，在下一次的資源分配中，MS#3的優先度會因更新之該平均率的提高而下降，以公平化資源之分配。

本發明藉由優先度之計算，使得具有較高優先度之即時流量可獲得最大資源量，以提升具有較高優先度之即時流量的服務品質，並透過該分配乘數的計算，使得即時流量可根據其分配權重獲得符合傳輸需求的資源分配結果，且該分配乘數亦可使得非即時流量可獲得最小資源量的保證，以避免非即時流量發生Starvation的情形。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

10‧‧‧無線通訊系統之資源分配方法
11‧‧‧計算優先度
12‧‧‧具有較高優先度之即時流量的資源分配
13‧‧‧計算分配乘數
14‧‧‧剩餘之即時流量的資源分配
15‧‧‧非即時流量的資源分配
16‧‧‧更新即時流量及非即時流量的平均率

第1圖：依據本發明之一實施例，一種無線通訊系統之資源分配方法的流程圖。 第2圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第3圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第4圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第5圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第6圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第7圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第8圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第9圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。 第10圖：依據本發明之一實施範例，該無線通訊系統之資源分配方法的示意圖。

10‧‧‧無線通訊系統之資源分配方法

11‧‧‧計算優先度

12‧‧‧具有較高優先度之即時流量的資源分配

13‧‧‧計算分配乘數

14‧‧‧剩餘之即時流量的資源分配

15‧‧‧非即時流量的資源分配

16‧‧‧更新即時流量及非即時流量的平均率

Claims (7)

1. 一種無線通訊系統之資源分配方法，其用以分配一總資源量至複數個即時流量(Real time traffic)及複數個非即時流量(Non-real time traffic)，該資源分配方法包含： 根據各該即時流量及各該非即時流量之一可達率(Achievable rate)及一平均率(Average rate)計算各該即時流量及各該非即時流量的一優先度(Priority)； 分配一最大資源量至至少一具有較高優先度之該即時流量； 根據一分配乘數計算式計算一分配乘數，該分配乘數計算式為： 為該分配乘數， 為剩餘的資源量， 為一最小資源量， 為該些非即時流量之數量， 為各該即時流量之一分配權重， 為剩餘之該即時流量的數量； 將剩餘的資源量根據該分配乘數及剩餘之該即時流量的一分配權重分配至剩餘之該即時流量；以及 將剩餘的資源量根據該些非即時流量的數量分配至各該非即時流量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中根據該分配乘數計算剩餘之該即時流量的資源的計算式為： 為剩餘之第 i個即時流量所分配的資源量， 為剩餘之第 i個即時流量的該分配權重。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中根據該分配乘數計算該些非即時流量的資源的計算式為： 為第 i個非即時流量所分配的資源量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中於將剩餘的資源量根據該些非即時流量的數量分配至各該非即時流量後另包含更新各該即時流量及各該非即時流量之該平均率，以作為下一次計算該平均率的基準值，該平均率更新之計算式為： 為更新之該平均率， 為一平均率權重， ， 為各該即時流量或各該非即時所分配的資源量， 為該總資源量， 為該可達率， 為前一次計算的該平均率。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中各該即時流量及各該非即時流量之該平均率的計算式為： 為該平均率， 為一平均率權重，且 ， 為前一次更新之該平均率。
6. 如申請專利範圍第1、4或5項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中該可達率依據各該非即時流量及各該即時流量之訊號品質所使用之調變及編碼方式(MCS, Modulation coding scheme)決定。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統之資源分配方法，其中各該即時流量及各該非即時流量的該優先度的計算式為： 為該優先度， 為該可達率， 為該平均率。