TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法技术

TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法，它涉及一种下行无线资源调度方法。本发明专利技术为解决低优先级用户可能长时间不能获得资源的问题，实现提高用户间的公平性；以及同时满足集群多媒体业务的传输特性，即优先满足高优先级用户的多媒体业务的QoS特性。由于实时业务有时延敏感特性，每个实时业务的QoS特性中都需要定义可忍受的最大时延，当某实时业务迟迟未被调度，其数据包等待时间超过了可忍受的最大时延，那么该业务流的数据包被视为丢包。由于优先满足实时业务的QoS特性，选择实时业务流；若存在待调度的实时业务流，对选择的实时业务流使用IP/PF算法进行调度。本发明专利技术在满足LTE公网传输集群多媒体业务特性前提下，能够解决低优先级用户可能长时间不能获得资源的问题，进而提高用户间公平性。

【技术实现步骤摘要】
TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法
本专利技术涉及一种下行无线资源调度方法。
技术介绍
DTLC理论：DTLC(Discrete-TimeLineControl)理论，如图2所示，令tk,i为第i个实时业务流的第k个帧开始的时间，于是有采样间隔△t(k)＝tk+1,i-tk,i等于LTE帧的持续时间。由框图可得：qi(k+1)-qi(k)＝di(k)-ui(k)。其中，qi(k)为第i个队列在tk,i时刻的长度，ui(k)为在第k个帧时间内要传输的数据量，di(k)表示在第k个帧时间内新填充到队列中的数据量。我们假设有以下的一般控制法则：ui(k)＝hi(k)*qi(k)，其中“*”运算为离散时间卷积。Hi(z)为hi(k)的Z变换，即Hi(z)＝Z[hi(k)]。用hsi(k)表示系统的冲击响应，所以有qi(k)＝hsi(k)*di(k)。我们设计的目的是找到合适的函数Hi(z)，来确保系统的BIBO(BoundedInputBoundedOutput，有限输入有限输出)稳定性，并保证队列的时延。利用这样一个定理：在BIBO稳定的系统下，为了保障第i个队列的延时小于Mi+1个采样间隔，那么有系统的冲击响应有如下的表达式：Mi是冲击响应的长度，并且满足ci(n)≥ci(n+1)，n≥1；ci(n)∈R。考虑到采样间隔为Tf，假设队列时延的上限为τi，那么通过τi＝(Mi+1)Tf计算得到Mi，并通过设置合适的ci(n)，可以得到hsi(k)。进一步可以得到Hi(z)，同时可以得到：所以使用DTLC算法，就能通过计算一个无线帧内需要传输的数据量ui(k)，来保证实时业务的时延不超过上限值。PF(ProportionalFair，比例公平)算法：是一种经典的信道感知调度算法，对调度的公平性和系统频谱效率进行了很好的折中，当用户较多的时候，该算法能够选择信道质量较好的用户进行调度，从而能够带来多用户分集增益(即当信道环境糟糕时多个用户中极可能存在一个信道质量比较好的用户，选择此用户进行调度会提高系统的频谱利用效率)。算法的表达式为其中代表PF算法第i个业务流调度第k个子信道的权值，这个值越大表明第k个子信道被第i个业务流调度的概率就越高。表示当前子帧时刻t第i个业务流在第k个子信道上的数据速率，表示第i个业务流过去的平均速率。FLS(FrameLevelScheduler，帧级调度器)算法：这种算法是一种最新提出来的改进LTE实时多媒体业务调度性能的算法，较其他几种方法更能保障多媒体业务的QoS特性。该算法是一个双层调度算法，在顶层采用DTLC原理，为了保障实时业务的时延特性，计算实时业务在一个无线帧内需要传输的数据量。在底层，首先使用PF算法在每个子帧内优先调度实时业务，当实时业务传输完毕，再使用PF算法调度非实时业务。但该算法没有区分用户优先级，故不能用于集群多媒体业务的调度。用户优先级：用来区分用户使用无线资源的优先顺序，来保障某些特殊用户的通信性能，尤其在集群通信中用户的优先级管理是必需的。无线帧：在LTE系统中，一个无线帧的持续时间是10ms,包含10个子帧，每个子帧的持续时间为1ms，即一个TTI(TransmissionTimeInterval，传输时间间隔)。FLS和DTLCP算法顶层调度的时间单元为一个无线帧的持续时间，底层PF算法的调度时间为一个子帧持续时间。PRB(PhysicalResourceBlock，物理资源块)：一个PRB块由频域上12个连续的子载波和时域上的0.5ms组成。一个子载波带宽为15KHz，一个子信道是指在频域上12个连续的子载波，即180KHz的带宽。UEPriority：为了表示方便，使用UEPriority代表用户优先级，我们使用UEPriority1表示用户优先级为1，同理UEPriority2,、UEPriority3、UEPriority4分别表示用户优先级2、3、4。在一个存在干扰的单小区单基站的TD-LTE网络区域，存在许多用户，不同用户有不同的用户优先级，每个用户从基站同时接收实时业务和非实时业务。然而现有技术中无法解决以下两个问题：问题1：解决低优先级用户可能长时间不能获得资源的问题，进而提高用户间的公平性；问题2：同时满足集群多媒体业务的传输特性，即优先满足高优先级用户的多媒体业务的QoS特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法，以解决低优先级用户可能长时间不能获得资源的问题，实现提高用户间的公平性；以及同时满足集群多媒体业务的传输特性，即优先满足高优先级用户的多媒体业务的QoS特性。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法，所述方法顶层调度以一个无线帧的持续时间为时间调度单元，底层调度的时间单元为一个子帧的持续时间；调度单元在频域上占180kHz的带宽，有12个带宽为15kHz的连续子载波；所述方法的实现过程为：步骤1、开始下一个无线帧的调度：步骤2、估计当前帧实时业务流的数据传输量：使用离散时间线性控制(DTLC)原理，计算在一个无线帧时间内，所有待调度的实时业务流需要传输的数据量；步骤3、初始化子帧数量，子帧数＝n；步骤4、开始下一个子帧调度；步骤5、更新业务流的传输量和平均速率；步骤6、检测丢包；步骤7、选择实时业务流；步骤8、判断待调度业务流数量是否为0；如果是执行步骤11，否则执行步骤9；步骤9、使用IP/PF算法进行资源分配；步骤10、判断PRB是否有剩余，如果还有PRB剩余则执行步骤11，否则执行步骤14；步骤11、选择非实时业务流，开始调度非实时业务流；步骤12、判断待调度业务流数是否为0，如果是则直接执行步骤14，否则执行步骤13；步骤13、使用PF算法进行资源分配；步骤14、当前子帧调度结束；步骤15、子帧数n+1；步骤16、判断已调度的子帧数是否小于10个，如果已调度的子帧数小于10个，那么返回步骤4开始下一个子帧的调度，否则，返回步骤1开始下一个无线帧的调度。所述IP/PF算法为智能优先级比例公平算法，其表达式如下：其中Pi为第i个业务的用户优先流级指数，用户优先级越高，Pi值越小，αi＝1/Pi就越大，被调度的概率也就越大；表示第i个业务流可忍受的最大延时，表示第i个业务流队列队头数据包延时；当HOL延时超过最大可忍受延时，则该数据包被丢弃；为了减少丢包，当HOL延时越接近最大可忍受延时，则就越小，就越大，即某用户等待时间越长，被调度的概率就越大；基于吞吐量和公平性，加入PF算法的权值系数调度权值是由αi，βi，三个系数联合决定。本专利技术的有益效果是：本专利技术优化了DTLCP算法。DTLCP是一种已设计好的能够在LTE公网下传输集群多媒体业务的下行无线资源调度算法，该算法在满足集群通信用户优先级特点的同时，能够保障多媒体业务(尤其是实时业务)的QoS特性。但DTLCP完全地严格按照用户优先级的高低顺序调度实时业务，所以当用户过载，资源紧张时，低优先级的用户可能因为长时间无法获得无线资源而“饿死”，同时造成DTLCP算法公平性较差。因此，本专利技术提出一种在满足LTE公网传输集群多媒体业务本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TD‑LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法，所述方法顶层调度以一个无线帧的持续时间为时间调度单元，底层调度的时间单元为一个子帧的持续时间；调度单元在频域上占180kHz的带宽，有12个带宽为15kHz的连续子载波；其特征在于：所述方法的实现过程为：步骤1、开始下一个无线帧的调度：步骤2、估计当前帧实时业务流的数据传输量：使用离散时间线性控制DTLC原理，计算在一个无线帧时间内，所有待调度的实时业务流需要传输的数据量；步骤3、初始化子帧数量，子帧数＝n；步骤4、开始下一个子帧调度；步骤5、更新业务流的传输量和平均速率；步骤6、检测丢包；步骤7、选择实时业务流；步骤8、判断待调度业务流数量是否为0；如果是执行步骤11，否则执行步骤9；步骤9、使用IP/PF算法进行资源分配；步骤10、判断PRB是否有剩余，如果还有PRB剩余则执行步骤11，否则执行步骤14；步骤11、选择非实时业务流，开始调度非实时业务流；步骤12、判断待调度业务流数是否为0，如果是则直接执行步骤14，否则执行步骤13；步骤13、使用PF算法进行资源分配；步骤14、当前子帧调度结束；步骤15、子帧数n+1；步骤16、判断已调度的子帧数是否小于10个，如果已调度的子帧数小于10个，那么返回步骤4开始下一个子帧的调度，否则，返回步骤1开始下一个无线帧的调度。...

【技术特征摘要】
1.一种TD-LTE公网下集群多媒体业务下行无线资源调度方法，所述方法顶层调度以一个无线帧的持续时间为时间调度单元，底层调度的时间单元为一个子帧的持续时间；调度单元在频域上占180kHz的带宽，有12个带宽为15kHz的连续子载波；其特征在于：所述方法的实现过程为：步骤1、开始下一个无线帧的调度：步骤2、估计当前帧实时业务流的数据传输量：使用离散时间线性控制(DTLC)原理，计算在一个无线帧时间内，所有待调度的实时业务流需要传输的数据量；步骤3、初始化子帧数量，子帧数＝n；步骤4、开始下一个子帧调度；步骤5、更新业务流的传输量和平均速率；步骤6、检测丢包；步骤7、选择实时业务流；步骤8、判断待调度业务流数量是否为0；如果是执行步骤11，否则执行步骤9；步骤9、使用IP/PF算法进行资源分配；步骤10、判断PRB是否有剩余，如果还有PRB剩余则执行步骤11，否则执行步骤14；步骤11、选择非实时业务流，开始调度非实时业务流；步骤12、判断待调度业务流数是否为0，如果是则直接执行步骤14，否则执行步骤13；步骤13、使用PF算法进行资源分配；步骤14、当前子帧调度结束；步骤15、子帧数n+1；步骤16、判断已调度的子帧数是否小于10个，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少川，孙仁强，赵震，袁仲达，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23