一种时延优化的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种时延优化的资源分配方法，涉及无线通信技术领域；首先，无线资源管理器确定当前时隙上待调度的用户，根据所有待调度用户在当前时隙和前一个时隙上的QSI，计算待调度用户每种业务的优先级因子，并生成用户业务的优先级顺序表，用于指导无线资源管理器对传输待调度用户优先级最高业务的数据所需发射功率的控制和对无线资源块分配的决策，然后，将资源分配结果发送给对应的待调度用户；最后，更新每个用户的每个业务对应缓存队列的QSI；本发明专利技术保证网络内所有缓存队列的有界性，以减少业务的平均传输时延，且在实现网络稳定性的前提下，使网络能量效率性能趋近最优值。

【技术实现步骤摘要】
一种时延优化的资源分配方法
本专利技术涉及无线通信
，具体是无线接入网中的一种时延优化的资源分配方法。
技术介绍
根据Cisco在2016年公开的调研报告中显示，目前超过55％的数据流量来自于视频流媒体和语音会话业务，这类时延敏感的实时业务在未来5年仍将保持指数式增长，预计到2020年，实时业务所产生的数据流量将占总数据流量的75％以上。因此，为了保证智能手机、平板电脑和可穿戴设备等智能终端所运行的实时业务能给客户带来更优越的用户体验，移动互联网应用对无线网络的时延性能提出了更高的要求。实时业务对无线网络低时延的需求使得传统资源分配方法不再能有效地保证无线网络整体性能。传统资源分配方法的基本出发点是根据获取到的物理层信息，例如信道状态信息(CSI，ChannelStateInformation)和小区间干扰情况，灵活动态地为所服务的用户调整无线网络的可用资源，优化网络的频谱效率或者能量效率。然而，这种资源分配方法无法根据用户请求业务的实际时延情况，进行有效减少业务传输时延的资源分配，也无法针对用户所请求业务的时延特性而做出时延优化的资源分配策略。仅利用物理层信息而优化物理层性能指标的资源分配方法并不能为用户提供高层次的服务质量保证，也无法进一步提高无线网络的时延性能。因此，有必要提出一种能够根据用户请求业务的时延特性和对应缓存队列的队列状态信息(QSI，QueueStateInformation)而进行时延优化的资源分配方法，以减少用户所请求业务的传输时延，实现网络的稳定性，为用户提供更好的服务质量(QoS，QualityofService)。目前大多数针对实时业务而做出时延优化的资源分配方法通常考虑了用户的时延情况、业务的优先级和用户当前的CSI，能够满足用户对于实时业务的QoS要求，实现较好的网络整体性能，但是相关算法复杂度通常较高，无法同时兼顾实时业务和非实时业务的差异化QoS需求，亦或会出现网络数据包丢弃率较高的情况，无法保证网络的稳定性，亦或缺少对建设绿色通信网络中对实现高能效性能的考虑。作为一个当前被学术界和产业界广泛研究的指标，能量效率用于估计能量如何被高效利用，既需要考虑优化网络的总速率和，也需要考虑优化网络的整体能耗。因此，亟需提出一种新的时延优化的资源分配方法，在保证各用户业务平均传输时延在设定的门限范围内，同时最大程度地提高网络的能量效率性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种时延优化的资源分配方法，是一种实现网络能量效率和平均传输时延均衡的资源分配方法，该方法根据各用户的CSI和QSI，动态地控制无线资源的分配，旨在网络能量效率的最大化，同时还针对业务时延特性的不同，按需地对业务的平均传输时延进行优化，保证业务的平均传输时延不超过设定的门限。具体步骤如下：步骤一、无线资源管理器统计网络能感知的具有不同时延特性的业务类型；业务类型共N种；表示为{1,2,…,n,…,N}；n为业务序号；所有附着用户共K个；表示为{1,2,…,k,…,K}；k为用户标识。步骤二、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器在起始时刻为每种业务配置业务控制参数，以及确定在当前时隙内所有可用无线资源块的集合；(1)无线资源管理器依次为网络能感知的N种业务配置业务控制参数；Vn为业务n的业务控制参数；(2)无线资源管理器确定当前时隙内所有可用无线资源块的集合；对所有可用无线资源块进行序列编号并统计数量；所有可用无线资源块的集合定义为{1,2,…,R}，所述的可用无线资源块是指未分配给任何用户的处于空闲状态的无线资源块，自然数R为当前时隙内所有可用无线资源块的总数量；步骤三、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器获取每个用户的每种业务对应缓存队列的QSI，确定所有需要进行调度的用户并获取所有待调度用户在当前时隙的CSI；所述的缓存队列的QSI是指缓存队列中待传输业务数据的积压数量；所述的CSI为用户在可用无线资源块上的信道增益；无线资源管理器根据每一个用户的每种业务对应的缓存队列是否为空，确定当前时隙所有需要进行调度的用户，并获取所有待调度用户在当前时隙上报的CSI；步骤四、针对每个待调度用户的每个业务，无线资源管理器分别获取对应缓存队列在当前时隙t以及前一个时隙t-1的QSI；步骤五、无线资源管理器根据时隙t以及时隙t-1的QSI，计算每个待调度用户每个业务的优先级并确定每个待调度用户优先级最高的业务；计算每个待调度用户k′每种业务的优先级公式如下：PRIk′,n(t)＝(Qk′,n(t))2-(Qk′,n(t-1))2PRIk′,n(t)为在时隙t上待调度用户k′关于业务n的优先级因子，Qk′,n(t)为时隙t上待调度用户k′关于业务n对应缓存队列的QSI；对于每个待调度的用户，最大优先级因子所对应业务的优先级最高；步骤六、无线资源管理器从可用无线资源块集合中选出编号值最小的无线资源块，计算在该无线资源块上传输每个待调度用户优先级最高业务数据所需的最优发射功率和效用因子；具体步骤如下：首先，无线资源管理器从步骤二中确定的可用无线资源块集合中选出编号值最小的无线资源块的序号为r；然后，计算在无线资源块r上传输每个待调度用户优先级最高业务的数据时，所需的最优发射功率；针对待调度用户k′，计算在无线资源块r上传输其优先级最高业务n的数据时，所需的最优发射功率公式如下：Pk′,n,r(t)为在时隙t上使用无线资源块r传输待调度用户k′优先级最高业务n的数据时所需的最优发射功率；W是无线资源块r的带宽；ε是数值介于0到1之间的能量效率因子，ε数值越接近自然数1则表示系统的电能转化率越高；为在时隙t上待调度用户k′的能量效率值；σ2为无线资源块r上对应的高斯白噪声功率；gk′,r(t)为在时隙t上待调度用户k′在无线资源块r上的信道增益；Pmax为无线接入点的最大发射功率；Pk′,n,r(t)取值遵循以下公式：取最小值的函数定义为取最大值的函数定义为最后，根据服务每个待调度用户所需的最优发射功率，计算使用无线资源块r传输各个待调度用户优先级最高业务数据的效用因子；针对待调度用户k′，计算在无线资源块r上传输其优先级最高业务的数据时的效用因子，公式如下：为在时隙t上使用无线资源块r传输待调度用户k′优先级最高业务n的数据时的效用因子；步骤七、根据使用最小编号值的无线资源块r传输每个待调度用户优先级最高业务数据时的效用因子，确定该无线资源块r的分配决策和功率控制结果，并且无线资源管理器更新无线资源块集合；首先，对所有待调度用户计算所得的效用因子进行排序，选取出最小值；同时获得最小效用因子对应的用户序号及其业务序号的取值；效用因子取得最小值时，对应的用户序号及其业务序号的取值函数为：然后，在选取了最小效用因子对应的用户k*及其优先级最高业务n*的基础上，判断是否满足如果是，无线资源管理器将无线资源块r分配给用户k*用以传输其优先级最高业务n*的数据，并且设置在时隙t上无线接入点通过无线资源块r服务用户k*传输其优先级最高业务n*的数据的最优发射功率为否则，无线资源管理器不会将无线资源块r分配给任何待调度用户；步骤八、无线资源管理器并判断所有的可用无线资源块是否遍历完毕；如果是，执行步骤九；否则，返回步骤六；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时延优化的资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、无线资源管理器统计网络能感知的具有不同时延特性的业务类型；业务类型共N种；表示为{1,2,…,n,…,N}；n为业务序号；所有附着用户共K个；表示为{1,2,…,k,…,K}；k为用户标识；步骤二、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器在起始时刻为每种业务配置业务控制参数，以及确定在当前时隙内所有可用无线资源块的集合；步骤三、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器获取每个用户的每种业务对应缓存队列的QSI，确定所有需要进行调度的用户并获取所有待调度用户在当前时隙的CSI；所述的缓存队列的QSI是指缓存队列中待传输业务数据的积压数量；所述的CSI为用户在可用无线资源块上的信道增益；无线资源管理器根据每一个用户的每种业务对应的缓存队列是否为空，确定当前时隙所有需要进行调度的用户，并获取所有待调度用户在当前时隙上报的CSI；步骤四、针对每个待调度用户的每个业务，无线资源管理器分别获取对应缓存队列在当前时隙t以及前一个时隙t‑1的QSI；步骤五、无线资源管理器根据时隙t以及时隙t‑1的QSI，计算每个待调度用户每个业务的优先级并确定每个待调度用户优先级最高的业务；计算每个待调度用户k′每种业务的优先级公式如下：PRI...

【技术特征摘要】
1.一种时延优化的资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、无线资源管理器统计网络能感知的具有不同时延特性的业务类型；业务类型共N种；表示为{1,2,…,n,…,N}；n为业务序号；所有附着用户共K个；表示为{1,2,…,k,…,K}；k为用户标识；步骤二、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器在起始时刻为每种业务配置业务控制参数，以及确定在当前时隙内所有可用无线资源块的集合；步骤三、针对每个资源分配时隙，无线资源管理器获取每个用户的每种业务对应缓存队列的QSI，确定所有需要进行调度的用户并获取所有待调度用户在当前时隙的CSI；所述的缓存队列的QSI是指缓存队列中待传输业务数据的积压数量；所述的CSI为用户在可用无线资源块上的信道增益；无线资源管理器根据每一个用户的每种业务对应的缓存队列是否为空，确定当前时隙所有需要进行调度的用户，并获取所有待调度用户在当前时隙上报的CSI；步骤四、针对每个待调度用户的每个业务，无线资源管理器分别获取对应缓存队列在当前时隙t以及前一个时隙t-1的QSI；步骤五、无线资源管理器根据时隙t以及时隙t-1的QSI，计算每个待调度用户每个业务的优先级并确定每个待调度用户优先级最高的业务；计算每个待调度用户k′每种业务的优先级公式如下：PRIk′,n(t)＝(Qk′,n(t))2-(Qk′,n(t-1))2PRIk′,n(t)为在时隙t上待调度用户k′关于业务n的优先级因子，Qk′,n(t)为时隙t上待调度用户k′关于业务n对应缓存队列的QSI；对于每个待调度的用户，最大优先级因子所对应业务的优先级最高；步骤六、无线资源管理器从可用无线资源块集合中选出编号值最小的无线资源块，计算在该无线资源块上传输每个待调度用户优先级最高业务数据所需的最优发射功率和效用因子；具体步骤如下：首先，无线资源管理器从步骤二中确定的可用无线资源块集合中选出编号值最小的无线资源块的序号为r；然后，计算在无线资源块r上传输每个待调度用户优先级最高业务的数据时，所需的最优发射功率；针对待调度用户k′，计算在无线资源块r上传输其优先级最高业务n的数据时，所需的最优发射功率公式如下：Pk′,n,r(t)为在时隙t上使用无线资源块r传输待调度用户k′最高优先级业务n的数据时所需的最优发射功率；W是无线资源块r的带宽；ε是数值介于0到1之间的能量效率因子，ε数值越接近自然数1则表示系统的电能转化率越高；为在时隙t上待调度用户k′的能量效率值；σ2为无线资源块r上对应的高斯白噪声功率；gk′,r(t)为在时隙t上待调度用户k′在无线资源块r上的信道增益；Pmax为无线接入点的最大发射功率；最后，根据服务每个待调度用户所需的最优发射功率，计算使用无线资源块r传输各个待调度用户优先级最高业务数据的效用因子；针对待调度用户k′，计算在无线资源块r上传输其优先级最高业务的数据时的效用因子，公式如下：为在时隙t上使用无线资源块r传输待调度用户k′最高优先级业务n的数据时的效用因子；步骤七、根据使用最小编号值的无线资源块r传输每个待调度用户最高优先级业务数据时的效用因子，确定该无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭木根，党甜，莫毅韬，王亚运，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11