基于优先级的公平调度方法.pdf

基于优先级的公平调度方法是一种能够提高系统传输效率，改善用户之间公平性，保障用户服务质量要求的方法，该方法的实现过程包括以下几个步骤：计算在每个运行周期内与信噪比对应的最大数据传输量并以参数表的形式保存；计算由于用户数据等待时间t产生的系统运行成本；根据信道对应信噪比的估计值从第1步保存的表格中查找对应的最大数据传输量thi (t)，最大数据传输量与等待数据量的较小值就是系统在下一个运行周期的系统能够传输的数据量；P_waiti (t)针对每个用户依据规则2得出时延代价；在下一个运行周期，通信系统为PRIi (t)最高的用户传输数据，完成一次调度过程；每次调度方法的运行周期中重复以上第2到第5步。

1、  一种基于优先级的公平调度方法，其特征在于该方法的实现过程包括以下几个步骤：
第1步：基于移动通信系统占用的带宽B和信道估计装置对信道信噪比的估计值γ_i，依据规则1 C_i＝τ·Blog(1+γ_i)计算在每个运行周期内与信噪比对应的最大数据传输量并以参数表的形式保存，在规则1中，τ是每个运行周期的长度可以是时隙长度或传输帧长，C_i是移动通信在该运行周期内系统能够传输的最大数据量，B是系统占用带宽，γ_i是信道信噪比的估计值；
第2步：根据表征用户数据等待时间与产生的系统运行成本P_wait(t)之间关系的规则2 P _ wait ( t ) = 2 · ( P 2 - P 1 ) D × t + 3 · P 1 - P 2 2 ]]>计算由于用户数据等待时间t产生的系统运行成本，在规则2中，D为用户数据的最大等待时间，P1和P2为用户数据等待D/4和3D/4的时间时产生的系统运行成本；
第3步，根据信道对应信噪比的估计值从第1步保存的表格中查找对应的最大数据传输量th_i(t)，最大数据传输量与等待数据量的较小值就是系统在下一个运行周期的系统能够传输的数据量；
第4步，根据规则3 PRI_i(t)＝th_i(t)·P_wait_i(t)计算各队列调度优先级，在规则3中，PRI_i(t)是用户的调度优先级，th_i(t)是第3步得到的下一运行周期系统能够传输的数据量，P_wait_i(t)针对每个用户依据规则2得出时延代价；
第5步，在下一个运行周期，通信系统为PRI_i(t)最高的用户传输数据，完成一次调度过程；
每次调度方法的运行周期中重复以上第2到第5步。

2、  根据权利要求1所述的基于优先级的公平调度方法，其特征是在每次调度过程中，移动通信系统都为具有最高调度优先级的用户传输数据。

3、  根据权利要求1所述的基于优先级的公平调度方法，其特征在于用户的调度优先级是由用户等待队列队首待数据包的时延和用户对应信道在下一个运行周期中能够正确发送数据量的乘积确定的。

基于优先级的公平调度方法
                          技术领域
本发明是一种用于移动通信系统中无线资源调度的方法，属于移动通信系统中无线资源管理研究领域。
                          背景技术
移动通信在全球范围内发展迅猛，数据业务将取代话音业务成为移动通信的主要业务。数据业务的传输速率将在大范围内动态变化；与一般IP数据业务相比，数据业务对传输时延的要求更加敏感。因此，需要使用灵活、高效的无线资源分配和管理方法来适应移动通信系统的业务传输要求。传统的无线资源管理方法主要使用功率控制和速率控制、信道分配、调度、准入控制、切换控制、无线链路自适应、端到端的QoS等各自独立的调配和管理算法，针对移动通信系统及其无线资源的使用进行优化设计。通常各种优化的无线资源管理算法在一定程度上提高了系统性能，各算法可采用运算复杂度较低的静态方法或复杂度较高的动态方法实现无线资源的管理和调配。未来移动通信系统中使用空时处理技术、多载波调制技术和包括时域、频域、码域、空间域在内的混合多址技术等新型无线传输技术，使无线系统空中接口的无线资源呈现多维特性。因此，针对未来移动通信系统的无线资源管理需要考虑面向多维无线资源的合理调配使无线资源的使用能够适应于业务承载要求和无线信道质量的变化，以提高频谱利用率和最大限度共享无线资源。
                           发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种能够提高系统传输效率，改善用户之间公平性，保障用户服务质量(QoS)要求地基于优先级的公平调度方法。
技术方案：本发明的基于优先级的公平调度方法，根据位于用户等待队列队首数据包的等待时间和用户对应信道在下一个运行周期能够正确发送数据量的情况调整用户的调度优先级，再根据各用户对应的调度优先级动态改变资源分配方案。
调度优先级是位于用户等待队列队首数据包的等待时间和用户对应信道在下一个运行周期能够正确发送数据量的数学函数。能够正确发送的数据量是指信道在下一个运行周期能够传送的数据量与等待数据量的较小值。
方案运行具体流程如下：
第1步：基于移动通信系统占用的带宽B和信道估计装置对信道信噪比的估计值γ_i，依据
               C_i＝τ·Blog(1+γ_i)                     [规则1]
计算在每个运行周期内与信噪比对应的最大数据传输量并以参数表的形式保存，在规则1中，τ是每个运行周期的长度可以是时隙长度或传输帧长，C_i是移动通信在该运行周期内系统能够传输的最大数据量，B是系统占用带宽，γ_i是信道信噪比的估计值；
第2步：根据表征用户数据等待时间与产生的系统运行成本P_wait(t)之间关系的
P _ wait ( t ) = 2 · ( P 2 - P 1 ) D × t + 3 · P 1 - P 2 2 ]]>[规则2]
计算由于用户数据等待时间t产生的系统运行成本，在规则2中，D为用户数据的最大等待时间，P1和P2为用户数据等待D/4和3D/4的时间时产生的系统运行成本；
第3步，根据信道对应信噪比的估计值从第1步保存的表格中查找对应的最大数据传输量th_i(t)，最大数据传输量与等待数据量的较小值就是系统在下一个运行周期的系统能够传输的数据量；
第4步，根据
               PRI_i(t)＝th_i(t)·P_wait_i(t)    [规则3]
计算各队列调度优先级，在规则3中，PRI_i(t)是用户的调度优先级，th_i(t)是第3步得到的下一运行周期系统能够传输的数据量，P_wait_i(t)针对每个用户依据规则2得出时延代价；
第5步，在下一个运行周期，通信系统为PRI_i(t)最高的用户传输数据，完成一次调度过程；
每次调度方法的运行周期中重复以上第2到第5步。
有益效果：本发明的基于优先级的公平调度算法能够提高系统传输效率，改善用户之间公平性，保障用户服务质量(QoS)要求。算法的主要工作是计算用户的调度优先级，使用查找表和线性拟合的方法简化处理后，只需在初始化阶段对相关参数进行计算存储，实际系统运行过程中复杂度不高。
                         附图说明
图1是本发明方案运行具体流程示意图。
图2是基于优先级的公平调度方案实现装置示意图，由信道估计装置、等待队列监控装置、调度优先级计算与队列选择装置三部分组成。
                       具体实施方式
图2给出了该方法的实现装置，由信道估计装置估计出信道的信噪比，等待队列监测装置负责监测各等待队列队首数据的等待时间和各队列等待传输的数据量，调度优先级计算与队列选择装置用来计算各等待队列对应的调度优先级并按照优先级从高到低的顺序选择一个或多个队列提供服务。
调度优先级的计算是整个算法的关键。在本发明中，用户的调度优先级是由各队列队首数据包的等待时间和各队列能够正确发送的数据量决定的。能够正确发送的数据量th_i(t)是在系统在每个运行周期能够发送的数据量C_i(t)与等待数据量S_i(t)的较小值，即
                   th_i(t)＝min{C_i(t)，S_i(t)}                 [规则4]
每次调度，只需从等待队列中选择具有最高优先级的用户进行服务。
具体实现步骤：
设定系统有m(m＞0)个用户。系统占用带宽为WHz，运行周期长度为10ms，信道状态估计装置得到的信道信噪比有16个，记作γ₁，γ₂...，γ₁₆；用户数据最大等待传输时间为1s，等待时间与系统传输时延关系的关系为P_wait(t)＝e^-2(D-d(t))。
第1步，系统初始化。计算最大传输数据量C_i与信道信噪比的估计值γ_i、系统占用带宽W和运行周期长度10ms之间的对应关系，即
                  C_i＝0.01×B×log(1+γ_i)    (i＝1，2，...，16)
并以下表格式存储
                                              表1  信噪比与信道容量的对应关系