基于无线通信网络的异构业务调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于无线通信网络的异构业务调度方法，其主要技术特点是：包括以下步骤：时域调度器对获取的业务流进行分析，通过时域调度算法将业务流按照调度顺序进行排序得到业务流序列；频域调度器通过信道状况指示参数估计当前信道容量，然后从时域调度器输出业务流序列中选择当前时刻可以被服务的频域调度决策集；频域调度器利用频域调度法决定业务流集合中每个业务流分配的资源块以及每个资源块采用的编码调制方式，获得最终的频域资源分配方案。本发明专利技术将通过时域调度器及频域调度器获得频域资源分配方案，有效地解决了高速铁路环境下异构业务调度问题，提高了数据处理的吞吐量，降低了时延，满足了针对不同业务类型进行不同调度策略的需求。

Heterogeneous service scheduling method based on wireless communication network

The invention relates to a heterogeneous service scheduling method based on wireless communication network, its main technical features are: includes the following steps: obtaining the time domain scheduler to analyze business flow, business flow through time domain scheduling algorithms are sorted according to the dispatching order traffic flow sequence; frequency domain scheduler through channel condition indicating parameter estimation of the channel capacity. Then from the time domain output scheduler business flow sequence selection in current time frequency domain scheduling service can be set; frequency domain scheduler scheduling decides the business flow in each set of traffic flow distribution of resources and each resource block by block encoding modulation using frequency domain method, obtain the final resource allocation scheme. The present invention will obtain the frequency domain resource allocation scheme through the time domain and frequency domain scheduler scheduler, effectively solve the heterogeneous scheduling problem in high-speed railway environment, improve data processing throughput, reducing time delay, to meet the different scheduling strategies according to the requirements of different business types.

【技术实现步骤摘要】
基于无线通信网络的异构业务调度方法
本专利技术属于无线通信
，尤其是一种基于无线通信网络的异构业务调度方法。
技术介绍
随着我国高速铁路的迅速发展，高速铁路无线通信网络业务也随之得到广泛应用，但是，如何对高速铁路无线通信网络架构进行有效的业务调度方法还没有得到深入研究。虽然在普通公网网络架构下的业务调度方法已经比较成熟，例如：针对实时业务的调度算法、针对非实时业务的调度算法以及针对异构（融合的）业务流的调度算法。上述调度算法都利用了通信系统中的多用户分集而增加系统的吞吐量，但是，在高速铁路无线通信网络架构下，对于射频拉远单元(RRU)来说，接入的用户只有一个（即一列列车），不存在多用户分集，因此，现有的调度算法不能很好适用于高铁无线通信环境。对于异构业务流的调度算法，实时业务的调度算法对比了近阶段的主流调度算法在LTE系统中的性能，得到了EXP调度算法可以最大程度保证实时业务QoS需求的结论。然而，此种算法不能保证VoIP在诸多实时业务类型中可以被优先调度，即不能满足铁路通信系统的基本能要求。针对异构（融合的）业务流的调度算法引入一种自适应的比例公平算法，此算法为实时业务和非实时业务分别设计了调度因子，从而可以对不同业务类型进行不同的调度策略，但是，这样做仍然不能保证VoIP业务的优先服务。还需要注意的是：以上算法在进行频域的资源调度时，都没有考虑在LTE系统中，一个调度时间间隔(TransmissionTimeInterval，TTI)内一种业务流只可采用一种调制编码方式的限制。如果考虑这个限制，以往的频域资源调度算法的频谱利用效率都会有不同程度下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、时延小且数据吞吐量大的基于无线通信网络的异构业务调度方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于无线通信网络的异构业务调度方法，包括以下步骤：步骤1：时域调度器对获取的业务流进行分析，通过时域调度算法将业务流按照调度顺序进行排序得到业务流序列；步骤2：频域调度器通过信道状况指示参数估计当前信道容量，然后从时域调度器输出业务流序列中选择当前时刻可以被服务的频域调度决策集；步骤3：频域调度器利用频域调度法决定业务流集合中每个业务流分配的资源块以及每个资源块采用的编码调制方式，获得最终的频域资源分配方案。而且，所述步骤1的具体处理过程包括：⑴将业务流划分为尽力而为业务和实时业务；⑵获得每个业务流缓冲区的长度ri(t)、队首延迟DHOL,i、丢包率上限δi、延迟上限τmax；⑶计算每个业务流的调度度量值ζi，并按照从大到小排列得到业务流序列。而且，所述业务流的调度度量值ζi的计算公式为：其中：上式中，Ri(t)为业务流i的平均服务速率，该Ri(t)按照以下方式更新：参数β为预设的参数；ξ[t]和ψ[t]为自适应因子；dmax[n]是该类型业务所有数据流中最大的队列首部延迟，ε和κ是自适应参数，满足κ＞＞1，且均为定值；αi为实时业务区分参数，按照下式进行计算：Nrt为实时业务总数；χ为针对所有实时业务流的加权平均队首延迟，其计算公式为：而且，所述步骤2频域调度器在每个调度时间间隔内，采用同一个数据路的所有RBs采用相同的MCS等级的方法实现。而且，所述步骤2频域调度决策集通过以下公式获得：其中，表示当前信道状态提供的最大速率；n=N×(1-Pr(p(γ)＜γ0))s，n表示系统中存在RBs的总个数，每个RB由s个子载波组成；L为MCS等级的数量，ri表示与每个MCS等级相对应的信息速率r1∈{r1,r2,...,rL}；请给出上式中的bx,lx，rx,lx，的意义及计算方法。而且，步骤3给出最终的频域资源分配方案为：其中：上式中，为分配给i-th数据流的RBs集合；lx为在x个RB上支持的最高MCS等级。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术将通过时域调度器将业务流按照调度顺序进行排序并采用频域调度器选择频域调度决策层，从而获得频域资源分配方案，有效地解决了高速铁路环境下异构业务调度问题，提高了数据处理的吞吐量，降低了时延，满足了针对不同业务类型进行不同调度策略的需求。附图说明图1为本专利技术的处理流程示意图；图2为本专利技术与现有的PF算法的时延对比示意图；图3为本专利技术与现有的PF算法的吞吐量对比示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步详述。一种基于无线通信网络的异构业务调度方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：时域调度器获取并分析每个业务流，通过时域调度算法将业务流按照调度顺序进行排序。对于每一个调度时间间隔(TransmissionTimeInterval，TTI)，基站首先分析所有用户的业务流。分析工作分三步进行，⑴将业务流粗略划分为尽力而为（BestEfforts）业务以及实时业务。⑵获得每个业务流缓冲区（buffer）中的长度ri(t)、队首延迟DHOL,i、丢包率上限δi、延迟上限τmax。⑶计算每个业务流的调度度量值ζi，并按照从大到小排列。计算调度度量值ζi按照以下公式进行：其中：上式中，Ri(t)为业务流i的平均服务速率，并按照以下方式更新：其中，参数β为预设的参数，其用来计算求取平均服务速率的时间窗口长度：Ts＝1/(1-β)。也即，Ri(t)为数据流i在Ts时间长度下的平均服务速率。ξ[t]和ψ[t]：自适应因子，其作用是调节当前申请速率和历史速率对PF度量值的影响，从而控制不同种业务的优先级。每一类业务维护一个自适应因子，比如VoIP维护一个ξ[t]，而FTP业务维护另外一个ξ′[t]。dmax[n]是该类型业务所有数据流中最大的队列首部延迟。κ和ε是自适应参数满足κ＞＞１，是一个预设的常数，这两个值确定自适应因子的变化速率。αi：实时业务区分参数，作用是根据不同的QoS参数对实时业务进行区分，按照下式进行计算：χ：是针对所有实时业务流的加权平均队首延迟：综上所述，针对每个TTI，时域调度器将所有数据流按照上述方法计算出调度权值，并按照从大到小的顺序排序得到业务流序列，将此业务流序列标记为Us。步骤2：频域调度器通过信道状况指示参数估计当前信道容量，然后从时域调度器输出业务流序列中选择当前时刻可以被服务的频域调度决策集；为了满足当前MIMO-OFDM系统的需求（如3GPPLTE），本调度方法将遵循每个TTI时间内，用于同一个数据路的所有RBs采用相同的MCS等级。假设MIMO-OFDM系统中总共有N个RBs，则当前时刻可用的RBs个数n为：（1）式中，为每个RB的平均信噪比，γ0为预设的信噪比阀值。即RB平均信噪比达到预设发射信噪比γ0阀值的概率。将当前时刻可用RBs的集合记为Θ，设共有L个MCS等级，与每个MCS等级相对应的信息速率为r1∈{r1,r2,...,rL}。为了方便与后文描述，假设r1随着l值单调增加并且恒正。记lx为在x个RB上支持的最高MCS等级，则在RB上可以保证接受误比特率的的MCS等级为{1,2,....,lx}，与此相对应的信息速率为{rx,1,rx,2,...,rx,lx}。假设bx,l为：假设bx,lx满足以下计算法则：式(3)可以被扩展成为累加形式：如果(l1=l2=...=ln)；以及假如(l1≠l2≠...本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线通信网络的异构业务调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：时域调度器对获取的业务流进行分析，通过时域调度算法将业务流按照调度顺序进行排序得到业务流序列；步骤2：频域调度器通过信道状况指示参数估计当前信道容量，然后从时域调度器输出业务流序列中选择当前时刻可以被服务的频域调度决策集；步骤3：频域调度器利用频域调度法决定业务流集合中每个业务流分配的资源块以及每个资源块采用的编码调制方式，获得最终的频域资源分配方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通信网络的异构业务调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：时域调度器对获取的业务流进行分析，通过时域调度算法将业务流按照调度顺序进行排序得到业务流序列；步骤2：频域调度器通过信道状况指示参数估计当前信道容量，然后从时域调度器输出业务流序列中选择当前时刻可以被服务的频域调度决策集；步骤3：频域调度器利用频域调度法决定业务流集合中每个业务流分配的资源块以及每个资源块采用的编码调制方式，获得最终的频域资源分配方案；所述步骤1的具体处理过程包括：⑴将业务流划分为尽力而为业务和实时业务；⑵获得每个业务流缓冲区的长度ri(t)、队首延迟DHOL,i、丢包率上限δi、延迟上限τmax；⑶计算每个业务流的调度度量值并按照从大到小排列得到业务流序列，所述业务流的调度度量值的计算公式为：其中：上式中，Ri(t)为业务流i的平均服务速率，该Ri(t)按照以下方式更新：参数β为预设的参数；ξ[t]和ψ[t]为自适应因子；dmax[n]是VoIP业务流中最大的队列首部延迟，ε和κ是自适应参数，满足κ＞＞1，且均为定值；αi为实时业务区分参数，按照下式进行计算：Nrt为实时业务总数；χ为针对所有实时业务...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，王珂，纪红，李屹，徐全盛，陈磊，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：