本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種4G網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)流的優(yōu)先級(jí)區(qū)分調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

隨著LTE(Long Term Evolution)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其高速、低時(shí)延等特性有效提升了用戶的移動(dòng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，能夠更好地滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。作為新一代寬帶無線移動(dòng)通信的領(lǐng)軍技術(shù)，LTE已經(jīng)在全球快速展開商用。同時(shí)，隨著各種高清語音、網(wǎng)頁、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的多樣化發(fā)展，區(qū)分不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)來提供QoS(Quality of Service)保障已經(jīng)成為一個(gè)新的趨勢(shì)。

盡管4G系統(tǒng)的性能得到了大幅度提升，但仍然需要很多珍貴的頻率資源。如何利用有限的頻率資源，來滿足用戶需求和數(shù)據(jù)流量的不斷增長(zhǎng)，已經(jīng)成為移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)商以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商必須面對(duì)的問題。因此，對(duì)于4G移動(dòng)通信來說，系統(tǒng)性能的好壞很大程度上取決于資源調(diào)度的效率。目前常見的調(diào)度算法有3種：RR(輪詢算法)、MAX C/I(最大載干比)調(diào)度算法和PF(比例公平)調(diào)度算法。不同的調(diào)度算法在吞吐量、丟包率、排隊(duì)時(shí)延和公平性等方面的側(cè)重點(diǎn)都不同。

但是上述這些調(diào)度算法都屬于系統(tǒng)級(jí)調(diào)度，不適用于實(shí)時(shí)流，并且這些調(diào)度算法都沒有考慮到業(yè)務(wù)流區(qū)分優(yōu)先級(jí)調(diào)度的需求。區(qū)分優(yōu)先級(jí)調(diào)度是保證無線網(wǎng)絡(luò)有效性和實(shí)用性的一項(xiàng)重要技術(shù)，而傳統(tǒng)的區(qū)分優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，由于沒有科學(xué)地分配各QoS參數(shù)，或者其它的一些原因，難以保證時(shí)延、吞吐量等QoS指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有優(yōu)先級(jí)區(qū)分調(diào)度技術(shù)的不足，提出了一種新的區(qū)分優(yōu)先級(jí)調(diào)度方法MP-MLWDF(Multi-priorites Modified Largest Wait Delay First)。該方法在考慮信道質(zhì)量的同時(shí)，還考慮到多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求，可以根據(jù)流的種類區(qū)分優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，來提供QoS保障。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種4G網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)流的優(yōu)先級(jí)區(qū)分調(diào)度方法，具體包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)用戶所反饋回來的CQI，得到用戶的時(shí)延和丟包率并算出加權(quán)系數(shù)；

步驟2：根據(jù)4G傳輸實(shí)際情況，考慮到包頭時(shí)延、隊(duì)列長(zhǎng)度、速率、吞吐量四個(gè)因素建立數(shù)學(xué)模型；

步驟3：根據(jù)流優(yōu)先級(jí)的高低，分別設(shè)置權(quán)重系數(shù)，并且算出調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子。

進(jìn)一步，上述步驟1中所述加權(quán)系數(shù)的算法為：

其中，最大丟包率規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸過程的丟包門限，傳輸過程中的丟包率必須小于該值。

進(jìn)一步，上述步驟2中所述數(shù)學(xué)模型為：

其中，包頭時(shí)延為用戶數(shù)據(jù)包在緩存隊(duì)列中的等待時(shí)延，當(dāng)用戶數(shù)據(jù)包超過時(shí)延門限制的時(shí)候，該用戶的數(shù)據(jù)包將被丟棄，最大傳輸速率指給用戶分配資源塊時(shí)，該用戶的最大傳輸速率。

上述步驟3中所述調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子的計(jì)算步驟為：

i.根據(jù)流優(yōu)先級(jí)的高低，分別設(shè)置權(quán)重系數(shù)，優(yōu)先級(jí)權(quán)重表示為：

其中，θ_i表示業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)；

ii.根據(jù)加權(quán)系數(shù)，數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，優(yōu)先級(jí)權(quán)重，得到調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子：

優(yōu)先級(jí)因子＝加權(quán)系數(shù)調(diào)度模型優(yōu)先級(jí)權(quán)重。 (4)

作為優(yōu)選，所述θ_i的取值為-1，0，1，分別代表低、中、高三種優(yōu)先級(jí)的流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明方法與現(xiàn)有的優(yōu)先級(jí)調(diào)度方法相比，能更好的區(qū)分出業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)，并且能有效提高時(shí)延、丟包率、吞吐量等QoS性能指標(biāo)。

2、本發(fā)明方法是一種基于業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)的調(diào)度方法，可以根據(jù)流的種類區(qū)分，有效的考慮信道質(zhì)量的同時(shí)，還考慮到多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅芎陀脩趔w驗(yàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)先級(jí)區(qū)分調(diào)度方法的流程框圖。

圖2是本發(fā)明整體調(diào)度流程的框圖。

圖3是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于吞吐量的仿真結(jié)果對(duì)比圖。

圖4是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于丟包率的仿真結(jié)果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明的主要思路是在用戶終端借助數(shù)據(jù)鏈路層的CQI機(jī)制，獲取信道信息，根據(jù)時(shí)延和丟包率來計(jì)算加權(quán)系數(shù)，根據(jù)包頭時(shí)延、隊(duì)列長(zhǎng)度、速率和吞吐量等信息建立數(shù)學(xué)模型。設(shè)置優(yōu)先級(jí)權(quán)重并且計(jì)算出調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子，根據(jù)用戶的優(yōu)先級(jí)因子大小，把相對(duì)應(yīng)的資源塊分配給最高優(yōu)先級(jí)的用戶。本發(fā)明方法包括如下步驟：

第1步：根據(jù)用戶所反饋回來的CQI，得到用戶的時(shí)延和丟包率并算出加權(quán)系數(shù)：

其中，最大丟包率規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸過程的丟包門限，傳輸過程中的丟包率必須小于這一值。

第2步：根據(jù)4G傳輸實(shí)際情況，考慮到包頭時(shí)延、隊(duì)列長(zhǎng)度、速率、吞吐量四個(gè)因素建立數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型建立方法為：

其中，包頭時(shí)延為用戶數(shù)據(jù)包HOL(Head-of-line)在緩存隊(duì)列中的等待時(shí)延，當(dāng)用戶數(shù)據(jù)包的時(shí)延，超過時(shí)延門限的時(shí)候，該用戶的數(shù)據(jù)包將被丟棄。最大傳輸速率指的是給用戶分配資源塊時(shí)，該用戶的最大傳輸速率。

第3步：根據(jù)流優(yōu)先級(jí)的高低，分別設(shè)置權(quán)重系數(shù)，并且算出調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子，具體步驟為：

i.根據(jù)流優(yōu)先級(jí)的高低，分別設(shè)置權(quán)重系數(shù)，優(yōu)先級(jí)權(quán)重表示為：

其中，θ_i表示業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)，本文根據(jù)流的需求，分為了三類分別代表低、中、高三種優(yōu)先級(jí)的流，θ_i分別對(duì)應(yīng)-1，0，1。

ii.根據(jù)加權(quán)系數(shù)，數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，優(yōu)先級(jí)權(quán)重，得到調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子：

優(yōu)先級(jí)因子＝加權(quán)系數(shù)調(diào)度模型優(yōu)先級(jí)權(quán)重 (4)

如圖1所示，是4G網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)流的優(yōu)先級(jí)區(qū)分調(diào)度算法的流程圖，其具體步驟如下：

步驟一，根據(jù)用戶返回的信息，此時(shí)用戶所在信道的時(shí)延和丟包率兩個(gè)QoS指標(biāo)大小，計(jì)算出加權(quán)系數(shù)大小。

步驟二，從QoS參數(shù)列表中，獲取包頭時(shí)延、隊(duì)列長(zhǎng)度、速率和吞吐量等信息，通過數(shù)學(xué)模型，得出計(jì)算結(jié)果。

步驟三，根據(jù)流優(yōu)先級(jí)的高低，分別設(shè)置權(quán)重系數(shù)，分成了低中高三種優(yōu)先級(jí)權(quán)重。根據(jù)步驟一得到的加權(quán)系數(shù)，步驟二得到的數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，步驟三得到的優(yōu)先級(jí)權(quán)重，相乘得到調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子。調(diào)度器根據(jù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)因子的大小，將資源塊分配給優(yōu)先級(jí)因子最高的用戶。

以上調(diào)度具體流程，參見圖2：

(1)在每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)刻，執(zhí)行本文調(diào)度算法，進(jìn)行資源分配

(2)計(jì)算用戶的調(diào)度優(yōu)先級(jí)的值

(3)判斷出新用戶的調(diào)度優(yōu)先級(jí)的值是否大于之前的用戶，如果大于之前的用戶繼續(xù)執(zhí)行第四步，否則的話根據(jù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)的值進(jìn)行排序，再執(zhí)行第四步

(4)判斷當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)，空閑資源是否分配完畢，如果分配完畢執(zhí)行第五步，如果還有剩余資源，則返回到第一步

(5)一個(gè)傳輸時(shí)間間隔結(jié)束，更新各個(gè)用戶業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包在隊(duì)列中的等待時(shí)延和物理層測(cè)量信息等。

為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，下提供本發(fā)明的仿真結(jié)果：

本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)在LTE-Sim平臺(tái)上仿真，仿真拓?fù)洳捎萌齻€(gè)小區(qū)，與現(xiàn)有的SQPS(Single-Queue Priority Scheduler Alogrithm)算法對(duì)比得到圖3-圖4仿真圖，橫軸表示用戶數(shù)，縱軸表示對(duì)應(yīng)的QoS指標(biāo)。

圖3為吞吐量的仿真結(jié)果，用戶數(shù)5的時(shí)候表明資源塊充足，所以兩種算法的吞吐量相當(dāng)都在400kbps左右。隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)，吞吐量逐漸增加。但是，在用戶數(shù)增長(zhǎng)到15的時(shí)候SQPS性能顯著下降，而MP-MLWDF算法依舊保持著較高的吞吐量。因?yàn)?，MP-MLWDF算法考慮到吞吐量，在調(diào)度的時(shí)候進(jìn)行了優(yōu)化，所以可以減緩在資源塊不足情況下帶來的吞吐量下降。

圖4為丟包率仿真結(jié)果，在用戶數(shù)較少的時(shí)候，兩種算法的丟包率都接近于0，但是，隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)，SQPS算法的丟包率增長(zhǎng)較快，而MP-MLWDF算法的丟包率增長(zhǎng)幅度要遠(yuǎn)低于SQPS的增長(zhǎng)率。除了丟包率和吞吐量外，MP-MLWDF也可以保證良好的比例公平性和較低的時(shí)延。