專利名稱：一種在無線分組數(shù)據(jù)通信中的優(yōu)先級(jí)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信領(lǐng)域，特別是涉及一種在無線分組數(shù)據(jù)通信中的優(yōu)先級(jí)控制方法。
背景技術(shù)：
無線接入被看作是一項(xiàng)關(guān)鍵性的接入技術(shù)，以便為人們提供無縫的端到端數(shù)據(jù)服務(wù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)需要處理因多徑衰落和陰影等原因引起的帶寬多變性和頻繁的分組錯(cuò)誤，所以無線網(wǎng)絡(luò)具有一組其獨(dú)特的復(fù)雜特性。因此，提供合適的無線服務(wù)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
由于3G系統(tǒng)將提供具有多種服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求的服務(wù)，所以該系統(tǒng)應(yīng)有能力去處理不同用戶和不同服務(wù)類別的接入需求。而這些可以采用優(yōu)先級(jí)方案來實(shí)現(xiàn)，即對(duì)來自不同服務(wù)的請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)先化處理。
QoS控制屬于資源管理，而資源管理涉及到信道分配，功率控制，切換等等。分組調(diào)度是QoS控制機(jī)制的一個(gè)部分。根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的特性，同時(shí)提供延遲保證和公平性是非常困難的。
近來人們提出了好幾種關(guān)于在無線環(huán)境中分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨?，例如，高?Qualcomm)的高數(shù)據(jù)速率(HDRHigh Data Rate)和摩托羅拉的1XTREME等等。
在HDR中，有一個(gè)管理數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)的“比例公平調(diào)度”準(zhǔn)則，其算法使用了一個(gè)所謂“比例公平”的公平概念。
比例公平調(diào)度器將使發(fā)送給每個(gè)用戶的吞吐量的乘積獲得最大化。
1xHDR是針對(duì)分組數(shù)據(jù)服務(wù)的。一般地在分組數(shù)據(jù)服務(wù)中，不是所有的用戶都要求同等的服務(wù)。有一些應(yīng)用需要較高的數(shù)據(jù)速率，而另一些應(yīng)用則需要低得多的數(shù)據(jù)速率。在決定一個(gè)特定用戶可以獲得的數(shù)據(jù)速率時(shí)，該用戶的信道條件(C/I)也是一個(gè)主要的因素。1xHDR系統(tǒng)利用了無線信道的多變性，這種多變性會(huì)導(dǎo)致要求的速率在一段時(shí)間里有變化。而調(diào)度器則為用戶提供服務(wù)，使得它們的請(qǐng)求速率盡可能地達(dá)到其峰值。有時(shí)，當(dāng)用戶的請(qǐng)求速率太低時(shí)可以在一段時(shí)間里不給它提供服務(wù)。允許調(diào)度器在一段時(shí)間里不為劣勢(shì)用戶提供服務(wù)可使總體吞吐量獲取最大化(參見1xHDR空中鏈路概述，高通(QUALCOMM)有限公司，2000.4.28，修訂本3.1)。
在1XTREME中，可以使用兩種簡(jiǎn)單的調(diào)度算法C/I調(diào)度器，或是Round Robin調(diào)度器。前一種算法是以公平為代價(jià)提供最大的系統(tǒng)容量，因?yàn)樗械膸梢詥为?dú)地提供給一個(gè)具有最好信道條件的用戶；后一種算法是以系統(tǒng)容量為代價(jià)提供類似于令牌環(huán)一樣的公平方式。
基于這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，這里我們引入了一種可擴(kuò)展的分組優(yōu)先級(jí)控制方案、這一方案可稱作混合動(dòng)態(tài)公平隊(duì)列(HDFQHybrid Dynamic Fairness Queuing)。我們的方法是在給予每一個(gè)用戶公平機(jī)會(huì)的同時(shí)進(jìn)行參數(shù)綜合。調(diào)度的原則是在考慮了QoS要求、服務(wù)公平性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性等前提下，取得最大的系統(tǒng)資源利用率。QoS的目標(biāo)在無需復(fù)雜的算法和對(duì)用戶未來的行為作精確預(yù)測(cè)的情況下就得以滿足。和QoS相關(guān)的算法應(yīng)該在最有效和最大業(yè)務(wù)吞吐量的原則下選用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種無線分組數(shù)據(jù)通信中的優(yōu)先級(jí)控制方法，這種方式在數(shù)據(jù)鏈路層中應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中遺留問題，其中包括差錯(cuò)控制方案，數(shù)據(jù)分組的權(quán)重計(jì)算和多隊(duì)列業(yè)務(wù)調(diào)整等。
在本發(fā)明中我們考慮到了參數(shù)的綜合性影響。例如，兼顧了用戶的QoS和系統(tǒng)資源利用。因此，我們可以對(duì)系統(tǒng)容量和公平性同時(shí)進(jìn)行考慮，確保在高速移動(dòng)環(huán)境中分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴鸦?，并且同時(shí)也給出了權(quán)重計(jì)算方法。
一種無線分組數(shù)據(jù)通信中的優(yōu)先級(jí)控制方法，其中包括以下步驟通過增加權(quán)重對(duì)位于協(xié)議棧的較低層中的重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排列；根據(jù)QoS要求、信道質(zhì)量、服務(wù)時(shí)間估計(jì)和重傳次數(shù)來計(jì)算分組數(shù)據(jù)權(quán)重；
按照由分類器決定的權(quán)重將分組放置于多隊(duì)列中；對(duì)每隊(duì)列按照通過動(dòng)態(tài)計(jì)算得到的權(quán)重進(jìn)行排序；按照隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行隊(duì)列排序，并且排序的策略(比如排序的頻率)是各式各樣的；通過計(jì)算流因子對(duì)隊(duì)列進(jìn)行公平調(diào)節(jié)，以便對(duì)調(diào)度器的隊(duì)列間作平衡；通過調(diào)節(jié)分類器準(zhǔn)則來公平隊(duì)列的分類。
所述協(xié)議棧的較低層通過增加權(quán)重的方式對(duì)在MAC(媒體接入控制)中的重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排列。
所述協(xié)議棧的較低層通過增加權(quán)重的方式對(duì)在RLC的重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排列。
按照所述QoS的要求，信道質(zhì)量，服務(wù)時(shí)間估計(jì)來計(jì)算分組數(shù)據(jù)權(quán)重，其中所述的權(quán)重可由有限延遲(Delay)、誤碼率(BER)、重傳次數(shù)的數(shù)量、吞吐量來決定，即W＝f(Delay)，BER，Nrt，CQ)所述的權(quán)重可由下面的式子決定W＝m*GoSc*Nrt+n*CQ+Ts+g(Tq)所述根據(jù)由分類器決定的權(quán)重將分組數(shù)據(jù)置于多隊(duì)列中，其中進(jìn)一步包括分類器負(fù)責(zé)權(quán)重計(jì)算，并且將加權(quán)的數(shù)據(jù)放入正確的隊(duì)列以便傳輸；分組調(diào)度器管理隊(duì)列并且將分組數(shù)據(jù)發(fā)送到較低層。
所述分組的權(quán)重由諸如QoS要求、信道質(zhì)量、服務(wù)時(shí)間估計(jì)等綜合因素來計(jì)算。
本發(fā)明進(jìn)一步包括一種多組緩沖的方法，以在無線鏈路控制(RLC)層中通過自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制。
其中，一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器的浮動(dòng)指標(biāo)是一個(gè)指向數(shù)據(jù)緩沖器的指針，這里數(shù)據(jù)的權(quán)重被分類。
所述通過計(jì)算流量因數(shù)進(jìn)行公平隊(duì)列調(diào)節(jié)以便使調(diào)度器的隊(duì)列間相平衡，進(jìn)一步包括通過計(jì)算到達(dá)速率，服務(wù)速率和負(fù)載比例，可決定一個(gè)隊(duì)列的狀態(tài)；該隊(duì)列狀態(tài)可被映射為一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列負(fù)載的約束條件ρ(λiQi-μiPi)ΔT(1-θ)C]]>ΔT代表平均分組到達(dá)間隔；當(dāng)ρ的值在某一范圍時(shí)，我們認(rèn)為該隊(duì)列是平衡的；當(dāng)ρ超過某一限制時(shí)，意謂著該隊(duì)列趨于溢出；于是分組可以被傳送給其它隊(duì)列；判斷負(fù)載是否平衡的準(zhǔn)則為θ為超范圍；ρ為超范圍；通過綜合這些參數(shù)可以判斷出該隊(duì)列是否平衡。
所述通過調(diào)節(jié)分類器準(zhǔn)則來進(jìn)行公平隊(duì)列測(cè)量，可進(jìn)一步包括在步驟602中，確定調(diào)度器中的隊(duì)列是否為空，如果是，則發(fā)送原語(yǔ)到高層以獲取數(shù)據(jù)；如果隊(duì)列不為空，并且到了檢查平衡的時(shí)間，則通過在步驟605中計(jì)算權(quán)重和因數(shù)ρ的綜合影響來檢測(cè)隊(duì)列的平衡；步驟605包括隊(duì)列平衡調(diào)節(jié)方法；如果隊(duì)列不平衡，首先通過在步驟608中改變分類器的閾值和Round Robin比例來改變到達(dá)速率和服務(wù)速率；然后到步驟609中檢測(cè)隊(duì)列的平均權(quán)重，以便檢查在步驟610中將分組數(shù)據(jù)從一個(gè)隊(duì)列轉(zhuǎn)換到另一隊(duì)列是否合適；如果權(quán)值超出當(dāng)前的界限，則通過計(jì)算因數(shù)θ和ρ來檢測(cè)鄰近的隊(duì)列是否有合適的權(quán)值界限能夠接納這些分組數(shù)據(jù)；為了減少?gòu)?fù)雜性，分組數(shù)據(jù)也許被放在目標(biāo)隊(duì)列的隊(duì)尾，而非插在隊(duì)列之中；對(duì)于底層隊(duì)列，如果權(quán)值是變化的，則分組數(shù)據(jù)可能被轉(zhuǎn)換到上層隊(duì)列或者下降到垃圾箱，也就是說將被丟棄；當(dāng)達(dá)到延遲界限時(shí)，實(shí)時(shí)服務(wù)將被丟棄；在步驟612中，檢測(cè)是否到了改變調(diào)度器平衡的時(shí)間；如果沒到，則等待一段時(shí)間并返回步驟612；如果到了檢測(cè)平衡的時(shí)間，則計(jì)算每個(gè)隊(duì)列的θ和ρ因數(shù)以決定是否需要改變輪詢的時(shí)間；當(dāng)隊(duì)列的不同超出范圍時(shí)，也就是調(diào)度器的平衡超出限制時(shí)，則應(yīng)該減少輪詢的時(shí)間；最大的隊(duì)列輪詢時(shí)間必須保證服務(wù)的最低QoS要求。
本發(fā)明進(jìn)一步包括協(xié)調(diào)所有用戶的傳輸，以便有效地利用公共信道，并滿足每個(gè)用戶的QoS要求。
本發(fā)明進(jìn)一步包括適用于共享信道，如下行鏈路共享信道(DSCH)。
本發(fā)明進(jìn)一步包括適用于時(shí)分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)通信。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，包括差錯(cuò)控制方案，分組數(shù)據(jù)權(quán)值計(jì)算和多隊(duì)列調(diào)節(jié)。
本發(fā)明針對(duì)參數(shù)綜合而設(shè)計(jì)的，同時(shí)還給予每一個(gè)用戶公平的機(jī)會(huì)。調(diào)度的原則是在考慮到所要求的QoS、公平服務(wù)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性等同時(shí)，獲取最大的系統(tǒng)資源利用率。QoS的目標(biāo)在無需復(fù)雜的算法和對(duì)用戶未來的行為作精確預(yù)測(cè)的情況下就可得以滿足。有關(guān)QoS的算法應(yīng)該在最有效和最大業(yè)務(wù)吞吐量的原則下選用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)；圖2為描述本發(fā)明中無線鏈路控制(RLC)層的組合分組數(shù)據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本發(fā)明中使用索引指針棧實(shí)現(xiàn)組合分組緩沖器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為本發(fā)明中通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)中媒體控制(MAC)層中的分組調(diào)度平面圖；圖5為優(yōu)先級(jí)控制的框圖；圖6為本發(fā)明中優(yōu)先級(jí)管理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在諸如通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRANUniversal Terrestrial Radio AccessNetwork)這樣的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，協(xié)議棧的較低層包括物理層(PHY或L1，層1)；媒體接入控制子層(MAC，層2的較低部分)；無線鏈路控制子層(RLC，層2的較高部分)；無限資源控制層(RRC，層3)。
PHY在無線鏈路上為高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。MAC為RLC提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)并且對(duì)無線資源進(jìn)行再分配。需要時(shí)，MAC也提供業(yè)務(wù)量和質(zhì)量指示給高層。自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQAutomatic Repeat Request)功能在RLC子層中實(shí)現(xiàn)。這個(gè)重傳協(xié)議確保，在沒有導(dǎo)致過分長(zhǎng)的延遲同時(shí)，最大地利用可用的無線資源。
RRC在一個(gè)“慢”的基礎(chǔ)上分配無線資源，它可能在一個(gè)服務(wù)生命周期中為滿足用戶的QoS要求給服務(wù)承載者決定和分配傳輸格式。MAC在一個(gè)“快”的基礎(chǔ)上控制無線資源，就該意義而言，給定由RRC來分配的傳輸格式組合集，MAC依據(jù)信源率和總的干擾門限級(jí)別從一組被分配的傳輸格式組合集中為每一個(gè)激活的傳輸信道選擇適合的傳輸格式。
數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。QoS要求通過一個(gè)二級(jí)控制來滿足一個(gè)是在呼叫到達(dá)時(shí)間的量級(jí)薩(接納控制)上，另一在幀持續(xù)時(shí)間的量級(jí)(流量控制)上。就長(zhǎng)期觀點(diǎn)來看，接納控制確保最初的連接可以滿足QoS要求，就短期觀點(diǎn)來看，資源可能不能滿足用戶的基本要求，于是需要決定如何降低服務(wù)級(jí)別。
接納控制保證使所有被允許進(jìn)入小區(qū)的用戶的QoS要求得到滿足。在接納控制中，系統(tǒng)負(fù)荷要平衡，以便給實(shí)時(shí)服務(wù)予一定的優(yōu)先級(jí)。同時(shí)，對(duì)于可容忍延遲的應(yīng)用，它們的延遲界限規(guī)定也得到滿足。接納控制的設(shè)計(jì)與功率控制等交互作用，并對(duì)聲音和數(shù)據(jù)的QoS保證產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)?shù)搅肆髁靠刂茣r(shí)，低QoS的分組可能發(fā)生溢出，并且當(dāng)信道容量不能滿足需求時(shí)他們可能被丟棄。QoS的保證通過流量控制機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，它為用戶及其應(yīng)用調(diào)度系統(tǒng)資源。流量控制確保一個(gè)流的帶寬不超過端對(duì)端連接的瓶頸，并且一個(gè)流的發(fā)送速率不超過該流可被接收的速率。這個(gè)控制預(yù)防一個(gè)流擁塞網(wǎng)絡(luò)或吞沒速度慢的接收機(jī)。分組調(diào)度器分配給一個(gè)流的帶寬的上限是帶寬的界限和該流所需帶寬的最小值。當(dāng)信道質(zhì)量惡化時(shí)，該QoS可能不再被滿足。
RLC重傳緩沖如圖1所示，ARQ是在置于調(diào)度器之上的RLC層中執(zhí)行。目前混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQHybrid ARQ)已廣泛被采用。
發(fā)送中出錯(cuò)的分組在ARQ反饋之后被顯式地重新調(diào)度。處理為差錯(cuò)控制的重傳有兩種方法或者RLC或者M(jìn)AC給具有高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)提供服務(wù)。對(duì)于由MAC控制的機(jī)制，重傳數(shù)據(jù)的權(quán)值將被增加；對(duì)于由RLC控制的機(jī)制，可以安排重傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序，其可按如下方式來實(shí)現(xiàn)假設(shè)最大的傳輸時(shí)間為3。于是我們構(gòu)建一個(gè)3組緩沖器。如圖2所示，每一組都存儲(chǔ)有相應(yīng)的重傳數(shù)據(jù)。每組都存儲(chǔ)有某幾次已被發(fā)送的數(shù)據(jù)。比如，組0存儲(chǔ)初始數(shù)據(jù)，組1存儲(chǔ)已發(fā)送過一次的數(shù)據(jù)。確認(rèn)應(yīng)答(ACK)將消除分組，同時(shí)否定應(yīng)答(NACK或超時(shí))將使該分組降至下一組。3次傳輸后，該分組被丟棄。
為了滿足延長(zhǎng)要求和減少總的傳輸時(shí)間，重傳數(shù)據(jù)應(yīng)該在其他數(shù)據(jù)之前傳輸。同時(shí)輸出次序應(yīng)該為組2第一，組1第二，組0最后。
緩沖器最簡(jiǎn)單的構(gòu)成是所有組的緩沖器大小相等。這也許會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器效率問題。一個(gè)問題是緩沖器容量將不斷增加。由于誤幀率(FERFrame Error Rate)常常很低。所以，十分明顯地，組的多少將隨重傳次數(shù)的減少而大幅度減少的。為了減少緩沖器的總?cè)萘?，一種辦法是使較低級(jí)的組比較高的組稀少；一個(gè)較好的辦法是采用一個(gè)可變深度的緩沖器。
如圖3所示，我們采用一個(gè)指針棧。排列在以先入先出(FIFO，F(xiàn)irst In FirstOut)為次序的緩沖器中的數(shù)據(jù)隊(duì)列被另一個(gè)指針棧所指示。該指針棧被分為N組(在圖3中我們假設(shè)N＝3)。從頂部到底部，這些組被編為A(0次)，B(1次)，C(2次)，以代表重傳的次數(shù)。被發(fā)送的數(shù)據(jù)自下而上地取自于該指針棧，也就是說，重傳的數(shù)據(jù)具有較高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)一個(gè)NACK或超時(shí)信號(hào)到來時(shí)，該指針被修正，例如對(duì)于一個(gè)已經(jīng)重傳了兩次的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的一個(gè)NACK信號(hào)使原本由組B中的指針指向該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為由組C中的指針指向該數(shù)據(jù)。分組保持持續(xù)的傳輸直到其被正確的接收，或者相反，或者抵達(dá)了時(shí)間最終期限，或者抵達(dá)了最大重傳次數(shù)。于是分組被刪除，以便為將要到來的數(shù)據(jù)騰出空位。
MAC調(diào)度算法與具有恒定QoS的語(yǔ)音數(shù)據(jù)不同，分組數(shù)據(jù)實(shí)際上是突發(fā)的并且其QoS在時(shí)間間隔中會(huì)改變。一個(gè)理想的調(diào)度時(shí)間間隔是以幀到幀為基礎(chǔ)執(zhí)行的。
分組調(diào)度器在MAC層中是一個(gè)模塊，該模塊控制無線資源分配給外流的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流。想要決定下一個(gè)被發(fā)送的是哪個(gè)分組，分組調(diào)度器不僅決定資源如何在多個(gè)流中間共享，而且在決定一個(gè)個(gè)別流的速率和定時(shí)行為上起著關(guān)鍵的作用。資源在用戶的應(yīng)用之間是按比例被共享的，以確保特定業(yè)務(wù)占用一部分已被保證的有效資源。為了更有效地利用頻譜資源進(jìn)行突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸，可能得運(yùn)用一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)度功能。
為了按照無線鏈路上QoS的要求來提供服務(wù)，我們使用多級(jí)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列算法。服務(wù)分級(jí)通過提供有界延遲和帶寬保證來完成。
隊(duì)列代表了不同的服務(wù)級(jí)別。每一隊(duì)列具有其參數(shù)，諸如隊(duì)列大小，級(jí)別，排列方案等。每一隊(duì)列根據(jù)一個(gè)依業(yè)務(wù)需求不同而不同的策略來進(jìn)行調(diào)度。來自低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的分組僅能在高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空后才被傳輸。但是，為了不使低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列得不到傳輸，周期性地采用加權(quán)(WRRWeighted Round Robin)來定時(shí)雙向傳輸該隊(duì)列，也就是說在輪詢循環(huán)中，高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列將得到較多的資源，而低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列將得到較少的資源。給每一隊(duì)列服務(wù)的比例應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
在調(diào)度器中的隊(duì)列可以映射到不同服務(wù)級(jí)別上，諸如服務(wù)保證提供一個(gè)固定的界限給帶寬，延遲和損失。
控制負(fù)荷服務(wù)為擔(dān)保服務(wù)保證的最小分組損失。
盡力服務(wù)沒有保證。
另外，我們需要調(diào)節(jié)調(diào)度器和隊(duì)列的平衡以便充分利用設(shè)備的內(nèi)存和共享隊(duì)列間的負(fù)荷，這防止了隊(duì)列的溢出或得不到傳輸。
分類器計(jì)算分組的權(quán)值并將加權(quán)的數(shù)據(jù)輸入正確的隊(duì)列以傳輸。當(dāng)一個(gè)具有某一優(yōu)先級(jí)的新分組到達(dá)時(shí)，它將被輸入適當(dāng)?shù)年?duì)列，并且它也可以被插入該隊(duì)列中的適當(dāng)?shù)拇涡颍@將需要額外的操作時(shí)間。
首先，我們計(jì)算分組加權(quán)的值。計(jì)算權(quán)值的目的是顯示一個(gè)分組的重要性，使得為分組提供適當(dāng)?shù)募?jí)別。
如果有必要的話，降低服務(wù)質(zhì)量的級(jí)別，例如在問題事件中丟棄分組。
下列參數(shù)應(yīng)計(jì)算在內(nèi)QoS的要求，有界延遲和誤碼率。
服務(wù)時(shí)間估計(jì)。
資源利用。
主要的因數(shù)是QoS參數(shù)，諸如最大延遲，誤碼率和數(shù)據(jù)率。另外，我們需要考慮其它因數(shù)，諸如信道質(zhì)量，服務(wù)時(shí)間估計(jì)等。權(quán)值隨QoS增加，隨預(yù)期的傳輸時(shí)間減小。被期望具有較少服務(wù)時(shí)間的分組，可以具有高優(yōu)先權(quán)以減少全部的等待時(shí)間。重傳數(shù)據(jù)相對(duì)普通傳輸具有較重的權(quán)值(例如，HARQ)。控制/信令(特別是鏈路設(shè)置/釋放)相對(duì)于數(shù)據(jù)具有較高的權(quán)值。為了增加資源利用，來自具有好的信號(hào)質(zhì)量的用戶設(shè)備(UE)的業(yè)務(wù)可以享有更多的服務(wù)。因此，服務(wù)映射將不是簡(jiǎn)單地將每一Qos級(jí)別映射到一個(gè)固定隊(duì)列上。
總之，權(quán)值由有界延遲(Delay)、BER、重傳次數(shù)數(shù)目、以及吞吐量(CQ)來決定W＝f(Delay，BER，Nrt，CQ) (1)W代表優(yōu)先級(jí)級(jí)別的權(quán)值，Nrt代表重傳次數(shù)的數(shù)目；因此，根據(jù)這些原理，W可以被下面的公式?jīng)Q定W＝m*GoSc*Nrt+n*CQ+Ts+g(Tq) (2)這里GoS代表服務(wù)級(jí)別，主要受兩個(gè)因素影響有界延遲和BER。
Gosc代表比較的GoSGoSck=GoSkΣkGoSk---(3)]]>Ts代表服務(wù)時(shí)間估計(jì)，通常由信道條件決定，分組大小，和調(diào)制方案來決定，如Ts＝CQ/SoP，SoP代表分組大小。
Tq代表分組隊(duì)列時(shí)間。我們利用它對(duì)隊(duì)列中分組進(jìn)行排隊(duì)。對(duì)于每一個(gè)分組都有一個(gè)時(shí)間標(biāo)志。依靠調(diào)度器的使用，時(shí)間標(biāo)記可以是最終極限、實(shí)際完成時(shí)間或其他值。
如果系統(tǒng)采用RLC控制機(jī)制(像以前所述的n層緩沖器的ARQ方案)，我們可以忽略ARQ的影響，也就是Nrt＝1。另外，采用MAC控制機(jī)制，重傳數(shù)據(jù)權(quán)值將增加。
系數(shù)m，n應(yīng)仔細(xì)選擇以表現(xiàn)該原理。
根據(jù)計(jì)算出的分組的權(quán)值，分類器按照“加權(quán)頻帶”將分組分配到不同的隊(duì)列中。
每個(gè)分組與一個(gè)權(quán)值范圍相聯(lián)系。分類器計(jì)算出具有一連串閾值的權(quán)值，以決定分組應(yīng)被放置到哪個(gè)隊(duì)列中。假設(shè)，我們將頻帶等分，也就是隊(duì)列P與范圍[min(P)+(P-1)Δ，min(P)+PΔ]中的權(quán)值相聯(lián)系，這里Δ代表相臨隊(duì)列權(quán)值差額的步幅。所以隊(duì)列P權(quán)值的總范圍是[min(P)，min(P)+PΔ]。每一個(gè)到達(dá)調(diào)度器的分組均被加權(quán)。一個(gè)新到達(dá)的分組被插入隊(duì)列P，如果其權(quán)值是在
UE中的分類器與UTRAN中的分類器不同。在UE中，分類器把不同QoS的分組映射到不同的服務(wù)級(jí)別。一個(gè)移動(dòng)端可以同時(shí)建立多重應(yīng)用，每一個(gè)應(yīng)用都具有其服務(wù)特性(如提供不同的糾錯(cuò)能力)。每個(gè)應(yīng)用都可被用來在一個(gè)無線承載者上傳輸層2及較高層的信令消息。把這些應(yīng)用復(fù)合到在同一或不同的物理信道上是層l實(shí)現(xiàn)的。傳輸格式聯(lián)合指示(TFCITransport FormatCombination Indication)字段唯一地識(shí)別每一傳輸信道所用的傳輸格式。UTRAN不得不解決訪問相同物理資源的移動(dòng)端之間的爭(zhēng)端，并且不得不管理分組訪問的程序。所以信道質(zhì)量和每一UE的優(yōu)先級(jí)應(yīng)該都被考慮在內(nèi)，且權(quán)值應(yīng)可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
為了給所有用戶提供QoS保證，業(yè)務(wù)分類器和成形模塊建立在UE和UTRAN的MAC層中。該協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
UE中的優(yōu)先級(jí)控制由圖4(a)所示。來自數(shù)據(jù)鏈路層的分組流40l輸入分類器402，然后進(jìn)入調(diào)度器404中的隊(duì)列403。在調(diào)度器404中有多重隊(duì)列403。分組依其權(quán)值被放入隊(duì)列403。例如頂級(jí)優(yōu)先級(jí)的分組被放入隊(duì)列403(a)，依此類推。然后來自隊(duì)列403的分組到達(dá)分組分配器406。
UTRAN中的優(yōu)先級(jí)控制如圖4(b)所示，來自有線終端409的分組或無線終端設(shè)備410的分組被分別調(diào)度，然后輸入U(xiǎn)TRAN調(diào)度器413。輸出的分組然后到達(dá)調(diào)度器413內(nèi)的隊(duì)列414。在調(diào)度器413中有多重隊(duì)列。這里我們以4個(gè)隊(duì)列為例。按照分組的權(quán)值，將分組放入隊(duì)列414。該分組就像在UE中一樣也通過信道415在隊(duì)列之間進(jìn)行調(diào)度。
來自不同應(yīng)用和用戶的分組數(shù)據(jù)流具有不同的QoS要求。3GPP為通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTSUniversal Mobile Telecommunication System)定義了4種不同的QoS類別(或業(yè)務(wù)類別)會(huì)話級(jí)、流級(jí)、交互級(jí)、后臺(tái)級(jí)。每一個(gè)類別都有具自身的QoS要求BER，延遲/抖動(dòng)等等。在區(qū)分QoS要求的主要因素是業(yè)務(wù)對(duì)延遲的靈敏程度是怎樣的。
如圖5所示，當(dāng)某一業(yè)務(wù)流的網(wǎng)絡(luò)層分組到達(dá)時(shí)，QoS映射模塊通過分析分組頭確定流的特性和與其相聯(lián)系的服務(wù)類別(如果分組頭有效的話；否則其被默認(rèn)為盡力類別)。分組是基于其服務(wù)級(jí)別而被服務(wù)的。
分類器負(fù)責(zé)權(quán)值計(jì)算和將加權(quán)數(shù)據(jù)放入正確的傳輸隊(duì)列。然后分組調(diào)度器管理該隊(duì)列并將分組發(fā)送到較低層。
隊(duì)列的狀態(tài)按照每一隊(duì)列的分組到達(dá)速率和服務(wù)速率動(dòng)態(tài)而動(dòng)態(tài)變化。另一個(gè)因素是分組的權(quán)值是不固定的，例如權(quán)值隨隊(duì)列等待時(shí)間而增加，隊(duì)列里需要周期性地排列。如果權(quán)值超出現(xiàn)有隊(duì)列的權(quán)值范圍，分組也許會(huì)從一個(gè)隊(duì)列轉(zhuǎn)移到另一個(gè)隊(duì)列。調(diào)度器也負(fù)責(zé)隊(duì)列中的排列。這里對(duì)于每一隊(duì)列我們采用不同的排列策略。對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，如保證服務(wù)隊(duì)列，其動(dòng)態(tài)排列的頻率要高；對(duì)于中等的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，排列之間的時(shí)間間隔要長(zhǎng)些；對(duì)于低QoS要求，就是先入先出(FIFO)，根本不需作任何的排列。
我們定義一個(gè)隊(duì)列的3個(gè)狀態(tài)平衡；超負(fù)荷；低于負(fù)荷。
有三個(gè)參數(shù)對(duì)平衡有影響隊(duì)列負(fù)荷的比率，它受隊(duì)列長(zhǎng)度的影響。
輸入數(shù)據(jù)(平均)速率，它受總的分組到達(dá)速率和由分類器決定的分組分類部分Qi的影響。
輸出數(shù)據(jù)(平均)速率，它受服務(wù)速率、WRR服務(wù)部分Pi、溢出和丟棄方案的影響。
通過計(jì)算到達(dá)速率，服務(wù)速率和負(fù)荷百分比，我們可以得到隊(duì)列的狀態(tài)。假設(shè)分組到達(dá)速率為λi，服務(wù)速率為μi，隊(duì)列的容量為C，隊(duì)列中被占部分的比例為θ。
到達(dá)速率Qi*λi
服務(wù)速率Pi*μi則隊(duì)列狀態(tài)可被映射為一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列負(fù)荷的式子ρ=(λiQi-μiPi)ΔT(1-θ)C---(4)]]>ΔT代表分組到達(dá)的平均時(shí)間間隔。
當(dāng)ρ的值在某一范圍時(shí)，我們認(rèn)為隊(duì)列是平衡的。當(dāng)ρ超出某一限制時(shí)，這意味著隊(duì)列趨于溢出。然后可以將分組轉(zhuǎn)送到另一隊(duì)列。
判斷負(fù)荷是否平衡的準(zhǔn)則為θ在范圍以外ρ在范圍以外綜合這些參數(shù)，我們可以知道隊(duì)列是否平衡。
當(dāng)隊(duì)列之間的θ和ρ的差值超出某一限制時(shí)，我們認(rèn)為隊(duì)列失去平衡。
這個(gè)測(cè)量可以調(diào)節(jié)到達(dá)或服務(wù)速率或讓在其他隊(duì)列中共享負(fù)載。有多種方法可以用來處理平衡的問題，諸如，循環(huán)優(yōu)先權(quán)隊(duì)列(RPQRotating PriorityQueue，)；具有在緩沖輸出交換中進(jìn)行近似排列的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列調(diào)度器(RPQ+；IEEE Journal on selected areas in communications，Vol.17，No.6，1999)。RPQ的關(guān)鍵思想是隊(duì)列循環(huán)。這里我們周期性地監(jiān)控隊(duì)列的狀態(tài)以檢測(cè)該狀態(tài)，并且當(dāng)分組的權(quán)值超出現(xiàn)有頻帶而導(dǎo)致隊(duì)列等待的時(shí)間增加時(shí)，周期性地將低優(yōu)先權(quán)的分組移到高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中。
我們應(yīng)注意調(diào)度器的平衡，包括每一隊(duì)列的到達(dá)/服務(wù)速率的平衡；隊(duì)列之間的隊(duì)列負(fù)荷的平衡。
如果需要，調(diào)整(比如，降低)服務(wù)。
對(duì)于這兩種平衡，我們可以進(jìn)行以下測(cè)量圖6示出了平衡調(diào)節(jié)的細(xì)節(jié)。在步驟602，確定調(diào)度器中的隊(duì)列是否為空。如果是，則發(fā)送原語(yǔ)到上層。如果隊(duì)列不為空，并且正是檢測(cè)隊(duì)列平衡的時(shí)候，則通過計(jì)算步驟605中權(quán)值和因子ρ的綜合影響來檢測(cè)隊(duì)列的平衡。步驟605中包含了隊(duì)列平衡調(diào)節(jié)方法。如果隊(duì)列不平衡，首先通過在步驟608中改變分類器的閾值和Round Robin比例來改變到達(dá)速率和服務(wù)速率。例如如果隊(duì)列處于饑餓狀態(tài)并且權(quán)值w(w是分組的平均權(quán)值)偏高，那么下一個(gè)分類器的閾值應(yīng)該被降低，以擴(kuò)大權(quán)值范圍。然后到步驟609，檢測(cè)隊(duì)列的平均權(quán)值，以便判斷在步驟610中是否需要將分組從一個(gè)隊(duì)列轉(zhuǎn)移到另一隊(duì)列。如果權(quán)值超出現(xiàn)有權(quán)值范圍，那么通過計(jì)算因數(shù)θ和ρ，檢測(cè)具有正確權(quán)值范圍的相鄰隊(duì)列是否能夠容納該分組。為了減少?gòu)?fù)雜性，分組可以被放入目標(biāo)隊(duì)列的尾部而不是插入隊(duì)列中間。對(duì)于底部級(jí)別的隊(duì)列，如果權(quán)值變化，分組可以被轉(zhuǎn)移到上層隊(duì)列或下至垃圾箱，即被丟棄。當(dāng)達(dá)到有界延遲時(shí)，實(shí)時(shí)服務(wù)將被丟棄。
在步驟612中，檢測(cè)是否到了調(diào)整調(diào)度器平衡的時(shí)候。如果不是，則等待一段時(shí)間并返回步驟612。當(dāng)是檢測(cè)平衡的時(shí)候時(shí)，計(jì)算所有隊(duì)列的θ和ρ以決定是否需要改變輪詢時(shí)間。當(dāng)隊(duì)列的差額超出范圍時(shí)，也就是，調(diào)度器的平衡超出界限時(shí)，應(yīng)減少輪詢時(shí)間。隊(duì)列輪詢時(shí)間的最大值必須保證最小的QoS要求。
加上權(quán)值計(jì)算，這就叫做“混合動(dòng)態(tài)公平隊(duì)列”。有三個(gè)要點(diǎn)需要考慮“優(yōu)先調(diào)度”，“資源利用”，“平等機(jī)會(huì)”。本方法對(duì)所有用戶的發(fā)送進(jìn)行協(xié)調(diào)，以便有效地利用公共信道并滿足每個(gè)用戶的QoS要求。本方法還可以用于共享信道，比如下行共享信道(DSCHDownlink Shared Channel)，還可以用于TDD和FDD的通信中。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，包括差錯(cuò)控制方案，分組數(shù)據(jù)權(quán)值計(jì)算和多隊(duì)列調(diào)節(jié)。
本發(fā)明針對(duì)參數(shù)綜合而設(shè)計(jì)的，同時(shí)還給予每一個(gè)用戶公平的機(jī)會(huì)。調(diào)度的原則是在考慮到所要求的QoS、公平服務(wù)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性等同時(shí)，獲取最大的系統(tǒng)資源利用率。QoS的目標(biāo)在無需復(fù)雜的算法和對(duì)用戶未來的行為作精確預(yù)測(cè)的情況下就可得以滿足。有關(guān)QoS的算法應(yīng)該在最有效和最大業(yè)務(wù)吞吐量的原則下選用。
上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種無線分組數(shù)據(jù)通信中的優(yōu)先級(jí)控制方法，其特征在于，包括以下步驟通過增加權(quán)重，區(qū)分位于協(xié)議棧較低層中的重傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)；根據(jù)QoS要求、信道質(zhì)量、服務(wù)時(shí)間估計(jì)和重傳次數(shù)來計(jì)算分組數(shù)據(jù)權(quán)重；按照由分類器決定的權(quán)重將分組放置于多隊(duì)列中；按照由動(dòng)態(tài)計(jì)算得到的權(quán)重，對(duì)隊(duì)列進(jìn)行排列；按照隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)，對(duì)隊(duì)列進(jìn)行排列，而排列策略至少包括排列頻率；通過計(jì)算流量因數(shù)對(duì)隊(duì)列進(jìn)行公平調(diào)節(jié)，以便平衡調(diào)度器中的所有隊(duì)列；通過調(diào)節(jié)分類器的準(zhǔn)則，對(duì)隊(duì)列進(jìn)行公平分類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的協(xié)議棧較低層通過增加權(quán)重來區(qū)分在MAC中重傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的協(xié)議棧的較低層通過增加權(quán)重來區(qū)分在RLC中重傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的按照QoS要求、信道質(zhì)量、服務(wù)時(shí)間估計(jì)來計(jì)算分組數(shù)據(jù)權(quán)重，其中包括所述的權(quán)重可由有限延遲、誤碼率、重傳次數(shù)的數(shù)量、吞吐量來決定，即W＝f(Delay，BER，Nrt，CQ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的權(quán)重由下面的公式?jīng)Q定W＝m*GoSc*Nrt+n*CQ+Ts+g(Tq)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)由分類器決定的權(quán)重將分組數(shù)據(jù)置于多隊(duì)列中，進(jìn)一步包括分類器，它負(fù)責(zé)權(quán)重計(jì)算，并且將加權(quán)的數(shù)據(jù)放入正確的隊(duì)列中以便傳輸；分組調(diào)度器，它管理隊(duì)列并且將分組數(shù)據(jù)送到較低層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的分組權(quán)重是通過諸如QoS要求、信道質(zhì)量、服務(wù)時(shí)間估計(jì)等因素的綜合來計(jì)算得到的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步用多組緩沖的方法來通過RLC層中ARQ控制來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器的浮動(dòng)指針可以是一個(gè)指向數(shù)據(jù)的的指針緩沖器，這里數(shù)據(jù)的權(quán)重已經(jīng)過排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過計(jì)算流量因數(shù)，對(duì)隊(duì)列進(jìn)行公平調(diào)節(jié)以便平衡調(diào)度器中的所有隊(duì)列，進(jìn)一步包括通過計(jì)算到達(dá)速率，服務(wù)速率和負(fù)載比例，可決定一個(gè)隊(duì)列的狀態(tài)；該隊(duì)列狀態(tài)可被映射為一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列負(fù)載的約束ρ=(λiQi-μiPi)ΔT(1-θ)C]]>ΔT代表平均分組到達(dá)間隔；當(dāng)ρ的值在某一范圍時(shí)，該隊(duì)列是平衡的；當(dāng)ρ超過一定的限制時(shí)，這意味著該隊(duì)列趨于溢出，于是分組可以被轉(zhuǎn)移到其它隊(duì)列中；判斷負(fù)載是否平衡的準(zhǔn)則為θ在范圍之外；ρ在范圍之外；通過綜合這些參數(shù)，可以判斷出該隊(duì)列是否平衡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過調(diào)節(jié)分類器的準(zhǔn)則來對(duì)隊(duì)列進(jìn)行公平測(cè)量，這還進(jìn)一步包括在步驟602中，確定調(diào)度器中的隊(duì)列是否為空，如果是，則發(fā)送原語(yǔ)到較高層以獲取數(shù)據(jù)；如果隊(duì)列不為空，并且到了檢測(cè)隊(duì)列平衡的時(shí)候，則通過在步驟605中計(jì)算權(quán)重和因數(shù)ρ的綜合影響來檢測(cè)隊(duì)列的平衡；步驟605包含隊(duì)列平衡調(diào)節(jié)方法；如果隊(duì)列不平衡，首先通過改變?cè)诓襟E608中分類器的閾值和Round Robin比例，來改變到達(dá)速率和服務(wù)速率；然后進(jìn)入步驟609，檢測(cè)隊(duì)列的平均權(quán)重，以便看是否需要在步驟610中將分組從一個(gè)隊(duì)列轉(zhuǎn)移到另一隊(duì)列；如果權(quán)值超出現(xiàn)有的權(quán)值范圍，則通過計(jì)算θ和ρ來檢測(cè)具有正確權(quán)值范圍的相鄰隊(duì)列是否能夠接納這些分組；為了減少?gòu)?fù)雜性，分組也許被放在目標(biāo)隊(duì)列的隊(duì)尾，而非插在隊(duì)列之中；對(duì)于在底層的隊(duì)列，如果權(quán)值是變化的，則分組可能被轉(zhuǎn)移到上面的隊(duì)列或者下降到垃圾箱，也就是說被丟棄；當(dāng)達(dá)到延遲界限時(shí)，實(shí)時(shí)服務(wù)將被丟棄；在步驟612中，檢測(cè)是否到了改變調(diào)度器平衡的時(shí)候；如果沒到，則等待一段時(shí)間并返回到步驟612；如果到了檢測(cè)平衡的時(shí)候，則計(jì)算所有隊(duì)列的因數(shù)θ和ρ以決定是否需要改變輪詢時(shí)間；當(dāng)隊(duì)列間的不同超出范圍時(shí)，也就是調(diào)度器的平衡在界限以外時(shí)，減少輪詢時(shí)間；隊(duì)列輪詢時(shí)間的最大值必須保證最小的QoS要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括協(xié)調(diào)所有用戶的傳輸，以使有效地利用公共信道，并且滿足每個(gè)用戶的QoS要求。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括此方法也適用于共享信道，如下行鏈路共享信道。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括此方法也適用于時(shí)分雙工和頻分雙工通信。
全文摘要
一種無線分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)控制方法，本方法在數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用(包括無線鏈路控制(RLC)子層和媒體接入控制(MAC)子層)。本方法通過RLC子層的分組重傳和MAC子層的調(diào)度控制，考慮了用戶的服務(wù)質(zhì)量QoS和系統(tǒng)資源利用的綜合影響，包括分組分類模塊、權(quán)重計(jì)算方法和公式、多隊(duì)列調(diào)度和平衡調(diào)整等。
文檔編號(hào)H04L12/54GK1620782SQ02828139
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
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