一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法。方法步骤如下：将系统中要调度的多种业务分为实时业务与非实时业务两大类；在每个调度周期开始前，依据当前信道下的传输速率，数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级并根据优先级为各项业务分配资源；若实时业务分配完后仍有剩余资源，则对非实时业务根据当前信道下的传输速率，数据等待时间以及缓存区堆积情况，计算各项非实时业务的调度优先级并分配无线资源；被调度的业务进行传输，在调度周期结束前，更新各项参数准备进入下一个调度周期。本发明专利技术不仅能够满足电力系统中实时业务低时延的要求，同时还能尽量保证资源分配的公平，保障电力系统中多业务的QoS。

Scheduling method for securing multi service QoS in electric power wireless communication system

The invention discloses a scheduling method for ensuring multi service QoS in an electric power wireless communication system. The method includes the following steps: a variety of business system to scheduling for real-time business and non real time services in two categories; in each scheduling period before the start, according to the current channel transmission rate of data waiting time, scheduling priority calculation and the real-time service according to the priority for the allocation of resources of the business; if the real-time traffic distribution after the remaining resources of non real time service transmission rate according to the current channel of the data waiting time and buffer accumulation, scheduling priority calculation of the non real time traffic and radio resource allocation; transmission scheduling services, in the scheduling period before the end of the update parameters are ready to enter the next scheduling cycle. The invention can not only meet the requirement of low delay in real-time service in power system, but also ensure the fairness of resource allocation as much as possible, and ensure the multi service QoS in the power system.

【技术实现步骤摘要】
一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法
本专利技术涉及无线通信
，特别是一种电力无线系统中保障多业务QoS的调度方法。
技术介绍
电力无线通信中存在多种业务，配电自动化业务与计量、传感器信息采集等等，不同种类的业务的QoS要求不同，例如配电自动化业务传输数据量小，但对时延要求高，需要小的时延；而对于抄电表业务，它对时延要求不高，但由于电表数量庞大，需要传输大量的数据。所以需要特定的调度方案来保障多业务承载下不同种类业务的QoS。常用的调度方法有三种，分别是最大化信道容量调度(MaximumC/I)，轮询调度以及比例公平调度。最大化信道容量调度是将一个子载波分配给在这个子载波上具有最大信道增益的用户，这样系统吞吐量最大，但是用户之间很不公平，信道质量好的用户获得的带宽大。最大化信道容量调度可以看作动态资源分配算法的吞吐量的上限。与最大化信道容量调度相反的是轮询调度(RoundRobinScheduling)，它不考虑用户之间的信道质量差异，所有用户平均分配子载波，保证用户之间绝对的公平，但是系统吞吐量低，所以轮询调度是动态资源分配算法的吞吐量的下限。比例公平调度算法使用平均数据速率来表征用户间的公平性，具有较好的长期公平性，但是不能保证用户间的短期公平性，且无法。这三种调度算法都没有考虑到应用层业务对QoS的要求，无法适用于对时延有要求的业务的调度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，不仅能够满足电力系统中实时业务低时延的要求，同时还能尽量保证资源分配的公平，保障电力系统中多业务的QoS。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，根据业务的QoS要求分为实时业务以及非实时业务，根据当前信道速率以及数据等待时间为实时业务定义优先级并分配资源，根据前信道速率、数据等待时间以及缓存区大小为非实时业务定义优先级并分配资源，具体步骤如下：步骤1、将系统中要调度的多种业务分为实时业务与非实时业务两大类；步骤2、在每个调度周期开始前，依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源；步骤3、若实时业务分配完后仍有剩余资源，则对非实时业务根据当前信道下的传输速率、数据等待时间以及缓存区堆积情况，计算各项非实时业务的调度优先级并分配无线资源；步骤4、被调度的业务进行传输，在调度周期结束前，更新各项参数准备进入下一个调度周期。进一步地，步骤1所述的实时业务与非实时业务分别归纳为时延敏感业务和速率敏感业务，其定义为：时延敏感业务：pr{Wi＞Ti}≤δi，其中Wi是业务i的时延，参数Ti是业务i最大允许时延，参数δi是超过最大时延的最大概率；速率敏感业务：Ri≥ri，其中Ri是提供给业务i的平均服务速率，要不小于预定的值ri。进一步地，步骤2所述依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源，具体为：在实时业务的调度过程中，关注传输超时的危机，考虑信道容量最大利用，而传输超时的危机程度反映业务被调度的紧迫程度，与业务的等待时间相关；在调度过程中，关注当前传输速率以及数据等待时间这个两个因子：设某类业务的最大时延为a，等待时间为t，则传输超时危机程度表示为fw(a-t)，t从0开始，最大值为a，且根据QoS保证的规则，fw(a-t)为等待时间的增函数，即其一阶导数大于0，同时fw(a-t)表达式的二阶导数值大于0；假设某类业务在当前信道中的传输速率为r，那信道容量最大因子表示为fc(r)，fc(r)为r的增函数；则业务调度的优先级定义为：fw(a-t)·fc(r)。进一步地，步骤3所述对非实时业务根据当前信道下的传输速率、数据等待时间以及缓存区堆积情况，计算各项非实时业务的调度优先级并分配无线资源，具体为：在非实时业务调度时，除了采用实时业务时的两个因子当前传输速率以及数据等待时间，增加了一个缓存区堆积因子；设某个用户的业务数据缓存大小为b，缓存堆积程度反映了缓存对后来业务量的容纳能力，表示为fs(b)，在缓存区大小有限的情况下，fs(b)为b的增函数，即fs(b)的一阶导数大于0；所以，非实时业务的优先级表示为：fw(a-t)·fc(r)·fs(b)其中，fw(a-t)为传输超时危机程度，fw(a-t)为等待时间t的增函数，a为某类业务的最大时延，t为等待时间；r为某类业务在当前信道中的传输速率，fc(r)为信道容量最大因子，fc(r)为r的增函数。进一步地，步骤4所述在调度周期结束前，更新各项参数准备进入下一个调度周期，其中：各项参数具体包括各业务的等待时间，缓存区大小以及平均传输速率。进一步地，所述信道容量最大因子表示为fc(r)，根据该业务当前的瞬时信道质量与所设定时间段内平均信道质量的比值来确定，表示为：其中，r(t)与分别表示业务在时间t时刻瞬时数据速率和平均数据速率，tc是历史时间窗，若该业务在时刻t没有被调度，那么此时r(t)＝0。进一步地，所述传输超时危机程度fw(a-t)，根据该业务当前等待时间以及最大可容忍等待时间确定，表示为：其中，t为该业务当前已等待时间，a表示该业务能够容忍的最长等待时间，n≥2保证fw(t)关于t的一阶和二阶导数都大于0。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)有效保证了电力实时业务传输的低时延；(2)能够对多业务多用户保障其不同的QoS；(3)有效保障了资源在多业务QoS情况下的公平分配。附图说明图1是本专利技术电力无线系统中保障多业务QoS调度方法的示意图。图2是本专利技术电力无线系统中保障多业务QoS调度方法的资源分配流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1～2，本专利技术电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，根据业务的QoS要求分为实时业务以及非实时业务，根据当前信道速率以及数据等待时间为实时业务定义优先级并分配资源，根据前信道速率、数据等待时间以及缓存区大小为非实时业务定义优先级并分配资源，具体步骤如下：步骤1、将系统中要调度的多种业务分为实时业务与非实时业务两大类；所述的实时业务与非实时业务分别归纳为时延敏感业务和速率敏感业务，其定义为：时延敏感业务：pr{Wi＞Ti}≤δi，其中Wi是业务i的时延，参数Ti是业务i最大允许时延，参数δi是超过最大时延的最大概率；速率敏感业务：Ri≥ri，其中Ri是提供给业务i的平均服务速率，要不小于预定的值ri。步骤2、在每个调度周期开始前，依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源，具体为：在实时业务的调度过程中，关注传输超时的危机，考虑信道容量最大利用，而传输超时的危机程度反映业务被调度的紧迫程度，与业务的等待时间相关；在调度过程中，关注当前传输速率以及数据等待时间这个两个因子：设某类业务的最大时延为a，等待时间为t，则传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，其特征在于，根据业务的QoS要求分为实时业务以及非实时业务，根据当前信道速率以及数据等待时间为实时业务定义优先级并分配资源，根据前信道速率、数据等待时间以及缓存区大小为非实时业务定义优先级并分配资源，具体步骤如下：步骤1、将系统中要调度的多种业务分为实时业务与非实时业务两大类；步骤2、在每个调度周期开始前，依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源；步骤3、若实时业务分配完后仍有剩余资源，则对非实时业务根据当前信道下的传输速率、数据等待时间以及缓存区堆积情况，计算各项非实时业务的调度优先级并分配无线资源；步骤4、被调度的业务进行传输，在调度周期结束前，更新各项参数准备进入下一个调度周期。

【技术特征摘要】
1.一种电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，其特征在于，根据业务的QoS要求分为实时业务以及非实时业务，根据当前信道速率以及数据等待时间为实时业务定义优先级并分配资源，根据前信道速率、数据等待时间以及缓存区大小为非实时业务定义优先级并分配资源，具体步骤如下：步骤1、将系统中要调度的多种业务分为实时业务与非实时业务两大类；步骤2、在每个调度周期开始前，依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源；步骤3、若实时业务分配完后仍有剩余资源，则对非实时业务根据当前信道下的传输速率、数据等待时间以及缓存区堆积情况，计算各项非实时业务的调度优先级并分配无线资源；步骤4、被调度的业务进行传输，在调度周期结束前，更新各项参数准备进入下一个调度周期。2.根据权利要求1所述的电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，其特征在于，步骤1所述的实时业务与非实时业务分别归纳为时延敏感业务和速率敏感业务，其定义为：时延敏感业务：pr{Wi＞Ti}≤δi，其中Wi是业务i的时延，参数Ti是业务i最大允许时延，参数δi是超过最大时延的最大概率；速率敏感业务：Ri≥ri，其中Ri是提供给业务i的平均服务速率，要不小于预定的值ri。3.根据权利要求1所述的电力无线通信系统中保障多业务QoS的调度方法，其特征在于，步骤2所述依据当前信道下的传输速率、数据等待时间，计算各项实时业务的调度优先级，并根据优先级为各项业务分配资源，具体为：在实时业务的调度过程中，关注传输超时的危机，考虑信道容量最大利用，而传输超时的危机程度反映业务被调度的紧迫程度，与业务的等待时间相关；在调度过程中，关注当前传输速率以及数据等待时间这个两个因子：设某类业务的最大时延为a，等待时间为t，则传输超时危机程度表示为fw(a-t)，t从0开始，最大值为a，且根据QoS保证的规则，fw(a-t)为等待时间的增函数，即其一阶导数大于0，同时fw(a-t)表达式的二阶导数值大于0；假设某类业务在当前信道中的传输速率为r，那信道容量最大因子表示为fc(r)，fc(r)为r的增函数；则业务调度的优先级定义为：fw(a-t)·fc(r)。4.根据权利要求1所述的电力无线通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，蒋承伶，缪巍巍，郭波，戴勇，顾彬，贾平，吴子辰，刘锐，杨宇庆，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32