CN101273586A - 基于服务质量需求为用户数据连接调度优先值 - Google Patents

Abstract

一种基于用户数据连接的服务质量(QoS)需求而提供标称尽力而为数据速率的方法，该方法包括基于QoS需求指定服务优先级(105)，以及使用预定函数为服务优先级指定标称尽力而为数据速率(110)。此外，还包括一种通过提供相对公平性而为用户数据连接确定调度优先值的方法。另外，该方法包括一种通过调度满足延迟敏感数据连接的延迟需求的方法。

Description

基于服务质量需求为用户数据连接调度优先值

技术领域

本发明通常涉及用于无线通信的调度算法。更具体地，本发明涉及一种基于服务质量(QoS)需求为用户数据连接确定调度优先级的方法。

背景技术

在高速数据传输的情况下，调度改进了连接的利用率并且减少了传输延迟。现有的调度程序基于优先级执行资源的分配和利用，该优先级通过考虑例如平均数据速率和信道特性的因素而计算。例如，在高速下行链路分组接入(HSDPA)系统中，调度程序基于由移动装置利用信道质量指示器(CQI)信令而报告的信道条件向HSDPA用户分配资源。

广泛使用的调度算法是一种根据信道衰落过程而自适应地为传输调度用户的比例公平调度程序算法。该比例公平调度程序算法已经应用于例如1xEV-DO(1x仅演进数据)和1xEV-DV(1x演进数据和声音)的码分多址(CDMA)标准中。与例如传统的最大-最小公平性的其他公平性标准算法相比，该比例公平调度通过给予用户较低的吞吐量而在用户中间提供了公平性。然而，它没有在基于指定优先级的不同数据通信之间提供相对公平性。

另外，现有的调度算法没有考虑不同服务的服务质量(QoS)特性。

附图说明

各个附图中相同的参考数字表示同样的或功能相似的元件，这些图结合下文的详细描述形成了说明书的一部分，用于更进一步地说明根据本发明的不同实施方式并解释不同的原理和优点。

图1是描述根据本发明实施方式基于用户数据连接的服务质量(QoS)需求而提供标称尽力而为(best effort)数据速率的步骤的流程图。

图2是描述根据本发明实施方式为用户数据连接确定调度优先级以达到相对公平性标准的步骤的流程图。

图3是描述根据本发明实施方式为了将标称尽力而为数据的加权值应用于调度优先值的步骤的流程图。

图4是描述根据按照本发明实施方式的丢弃定时器设置为了将延迟敏感用户数据连接的加权值应用于调度优先值的步骤的流程图。

图5是描述根据本发明实施方式通过调度满足延迟敏感数据连接的延迟需求的步骤的流程图。

本领域技术人员应该理解图中的元件是为了简单清楚的说明，而不一定依比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大以帮助改善对本发明实施方式的理解。

具体实施方式

在详细描述根据本发明的基于服务质量(QoS)需求为用户数据连接确定调度优先级的方法之前，应该认识到本发明主要在于基于QoS需求为用户数据连接确定调度优先级的方法的方法步骤和设备部件的结合。因此，通过附图中的传统符号适当地描述了设备部件和方法步骤，仅示出了那些与理解本发明相关的特殊细节，从而避免公开细节的模糊，使公开的细节对于那些本领域普通技术人员是容易明白的，这对于这里的说明也是有好处的。

在本文件中，可以单独地使用例如第一和第二，顶部和底部等等的关系术语以区别一个实体或操作与另一个实体或操作，而不必要求或暗示在这些实体或操作之间有任何实际的这种关系或次序。术语“包含”、“由......组成”，或任何其他变形，意味着覆盖不排外的包括，从而包含一系列要素的过程、方法、产品或设备并不是仅仅包括那些要素，而是可以包括其他没有明确列出的或者是这些过程、方法、产品或设备固有的要素。一个由“包含......一个”开始的要素，如果没有更多约束的话，并不排除在包含该要素的程序、方法、产品或设备中存在另外的相同要素。

应该理解，这里描述的基于QoS需求为用户数据连接确定调度优先级的方法可以包含一个或多个传统的处理器和独特存储程序指令，这些存储程序指令，连同某些非处理器电路，控制该一个或多个处理器来执行这里描述的基于QoS需求为用户数据连接确定调度优先级的方法的一些、大部分或全部函数。非处理器电路可以包括，但是不限于，无线接收机、无线发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入设备。同样地，这些函数可以解释为基于QoS需求为用户数据连接确定调度优先级的方法的步骤。可选地，一些或所有函数可以由不具有存储程序指令的状态机执行，或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中执行，在专用集成电路中按照用户逻辑执行每个函数或者一些特定函数的组合。当然，可以使用两种方法的结合。因此，这里描述了用于这些函数的方法和装置。另外，期望一个普通技术人员，尽管经过很大努力和由例如可用时间、当前技术和经济利益的很多设计选择所驱动，当由这里公开的概念和原理的指导下时，能够利用最小实验容易地产生这样的软件指令和程序以及IC。

前述的比例公平调度程序属于一类标准化的载波/干扰(C/I)调度程序。由3G无线通信网络提供的例如网络浏览、文件传送协议(FTP)和因特网协议话音(VoIP)的不同服务具有不同的QoS需求并且需要不同的数据服务速率。然而，广泛使用的比例公平调度算法没有考虑不同服务的QoS特性。本发明涉及一种能够满足不同优先级用户的QoS需求的相对公平调度程序。服务提供商可以为每一个用户确定服务优先级水平，并且根据不同的服务优先级水平确定标称尽力而为数据速率。可以通过服务水平协议的方式使服务优先级水平与用户关联。对于具有相同优先级水平的用户，它们之间的公平性可以解释为与比例公平调度算法相同。对于具有不同优先级的用户，可以应用相对公平性标准。

因此，与现有的提供仅考虑平均数据速率或信道特性因素的服务优先级的调度系统相比，本发明通过考虑关于QoS需求的全部参数而提供服务优先级，所述参数包括用户服务优先级(例如承诺比特率)、分组延迟、实际平均数据速率、信道特性和其他相关因素。

现在参照图1，该图根据本发明实施方式描述了基于用户数据连接的QoS需求而提供标称尽力而为数据速率的步骤的流程图100。在步骤105中，基于用户数据连接的QoS需求而将服务优先级指定给用户数据连接。服务优先级可以具有基于服务提供商和用户站拥有者之间达成的协议的数值范围。用户站能够有助于多个服务的同时发生并且能够因此具有用于多个服务中的每一个的数据连接。因此，能够对每一个用户数据连接指定服务优先级，也就是为可用于用户站的每一个服务指定服务优先级。如步骤110中所描述的，使用指定给用户数据连接的服务优先级，可以利用预定函数将标称尽力而为数据速率指定给用户数据连接。

预定函数可以包含单调递增函数，其中较高服务优先级对应于较高的标称尽力而为数据速率。另一方面，标称尽力而为数据速率可以具有对应于最小服务优先级的最小值。在本发明的实施方式中，当可能将零值指定给服务优先级时，该最小值可以对应于利用预定函数通过计算标称尽力而为数据速率而获得的数值。由预定函数这样获得的该最小值可以基于多个标准。多个标准可以包含服务类型，包括音频服务、视频服务和数据服务中的一个。

在本发明的一个实施方式中，可以使用如方程式1中描述的数学函数来给标称尽力而为数据速率(Γi)赋值。

Γ_i＝k*(1+pri/C)...方程式1

其中，“pri”表示基于用户数据连接的QoS需求而指定的服务优先级；系数“k”可以表示对应于最小服务优先级的最小值；以及系数“C”是常数。选择C的值使每一个优先级对应于目标服务数据速率或标称尽力而为数据速率。例如，在高速下行链路分组接入(HSDPA)系统(具有15个优先级)中，C等于5。

如之前所述，本发明通常涉及一种能够满足用户数据连接的QoS需求的相对公平调度程序。可以将服务优先级水平指定给用户数据连接。例如，在本发明的一个实施方式中，可以将十六个优先级指定给HSDPA(高速下行链路分组接入)系统中的多个HS-DSCH(高速下行链路信道)数据帧，其中第十五级是最高优先级，并且零级是最低优先级。可以将由服务水平协议(SLA)中的服务提供商确定的标称尽力而为数据速率指定给每一个服务优先级。当多个用户数据连接具有相同优先级时，多个用户数据连接之间的公平性可以认为是处于比例公平调度中。然而，对于具有不同优先级的多个用户数据连接，相对公平性可以认为是达到具有第一优先级的第一组用户数据连接没有获得相应的第一标称尽力而为数据速率的百分比，与具有第二优先级的第二组用户数据连接没有获得相应的第二标称尽力而为数据速率的百分比相同。例如，第一组用户数据连接预订了100Kbps的标称尽力而为数据速率，并且第二组用户数据连接预订了10Kbps的标称尽力而为数据速率。因此，第一组用户数据连接具有高于第二组用户数据连接的优先级。在这个实施例中，相对公平性可以认为是第一组用户数据连接没有获得100Kbps标称尽力而为数据速率的百分比等于第二组用户数据连接没有获得10Kbps标称尽力而为数据速率的百分比。

现在参照图2，流程图200描述了根据本发明实施方式为用户数据连接确定调度优先级以达到相对公平性标准的步骤。在步骤205中能够确定基于信道质量获得的用户数据连接的瞬时数据速率。另外，如步骤210中所描述的，可以确定用户数据连接的标准化平均吞吐量。在本发明包含非流用户的实施方式中，可以计算标准化平均吞吐量，作为用户数据连接的平均吞吐量相对于指定给用户数据连接的标称尽力而为数据速率的第一比率。在本发明包含流用户的另一个实施方式中，标称尽力而为数据速率可以是由NBAP(节点B作用部分)接收的保证比特率(GBR)。作为标准化的结果，通过将实际接收服务与提供商承诺服务作比较，供应给用户数据连接的标准化平均吞吐量反映由用户数据连接感受到的QoS。

另外如步骤215所描述的，可以计算调度优先级作为由第一数学指数控制的瞬时数据速率和由第二数学指数控制的标准化平均吞吐量的第二比率。用来控制调度公平性的第一数学指数和第二数学指数可以是幂函数。可以改变第一数学指数和第二数学指数以在轮转(roundrobin)调度和最大C/I(载波比干扰)调度的两个极端之间选择调度方法。

在本发明的一个实施方式中，可以使用如方程式2中描述的数学函数来计算调度优先值。

$r_i\left[n\right]=\frac{{\left(\mathrm{DR}{R}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\α}}}{{\left({\hat{T}}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\β}}}$ ...方程式2

其中，“r_i[n]”表示第i个用户数据连接直到时刻“n”的调度优先值。可以根据优先级将例如功率和码字的多个资源分配给第i个用户数据连接。

可以是第i个用户数据连接的标准化平均吞吐量。标准化平均吞吐量通常涉及用户的绝对平均吞吐量(T_i[n])和标称尽力而为数据速率(Γi)的比率。DRR_i[n]可以是第i个用户数据连接的瞬时数据速率的预测，并且是信道特性的指示。第一数学指数“α”和第二数学指数“β”可用于控制调度公平性。可以改变这两个参数“α”和“β”以在轮转调度(α＝0，β＝1)和最大C/I调度(α＝1，β＝0)的两个极端之间选择调度方法。因此，轮转调度是

的倒数，而最大C/I调度等于DRR_i[n]。

现在参照图3，流程图300描述了根据本发明实施方式为了将标称尽力而为数据的加权值应用于调度优先值的步骤。在步骤305中，可以使用第一数学函数确定用户数据连接的标称尽力而为数据速率的加权值。第一数学函数可以接受包含尽力而为系数和标准化平均吞吐量的第一对输入。在本发明的一个实施方式中，第一数学函数是平滑函数并且当数据速率变大时急剧地增加。另外，标称尽力而为数据速率的加权值对于具有接近于目标速率的数据速率的用户数据来说较高。在本发明的典型实施方式中，第一数学函数包含指数函数。这将结合方程式3进一步解释。如步骤310中所描述的，可以将标称尽力而为数据速率的加权值应用于调度优先值。尽力而为系数是可以调节以改变用户数据连接没有达到标称尽力而为数据速率的百分比的系数。当用户数据连接的尽力而为系数值设定为零时，如果用户数据连接不能达到标称尽力而为数据速率，将不会增加其附加信用。通过增加尽力而为系数，可以减少用户数据连接没有达到标称尽力而为数据速率的百分比。因此，通过将多个用户数据连接的尽力而为系数设置为相同的数值，其中可以给每个用户数据连接指定不同的优先级，用户数据连接在每个不同优先级没有达到标称尽力而为数据速率的百分比将会相同。因此，满足了相对公平性的需求。

在本发明由方程式2描述的实施方式中，可以使用如方程式3描述的指数函数来确定用户数据连接的标称尽力而为数据速率的加权值，其中γ_GBR，i是尽力而为系数，并且

是标准化平均吞吐量。

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{GBR},i}\left[n\right]=e^{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{GBR},i}[1-{\hat{T}}_i[n\left]\right]}$ ...方程式3

在方程式2描述的实施方式中，为了达到相对公平性，可以将用户数据连接的标称尽力而为数据速率的加权值应用于如方程式4中所描述的调度优先值。

$r_i\left[n\right]={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{GBR},i}\left[n\right]\frac{{\left({\mathrm{DRR}}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\α}}}{{\left({\hat{T}}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\β}}}$ ...方程式4

现在参照图4，流程图400描述了根据按照本发明实施方式的丢弃定时器设置为了将延迟敏感用户数据连接的加权值应用于调度优先值的步骤。丢弃定时器通常用于延迟敏感服务。如果分组过时，就会被丢弃。

如步骤405中描述的，计算延迟敏感用户数据连接的加权值的步骤包含如步骤410中所述的确定标准化延迟。标准化延迟通常涉及分组延迟与丢弃定时器设置的比率，其中分组延迟可以是被输入进优先队列的分组的时间单元使用期。这将结合方程式6进一步解释。

然后，如步骤415中描述的，可以基于为延迟敏感用户数据连接的在先分组计算的在先延迟系数使用第二数学函数确定延迟系数。

在本发明的一个实施方式中，第二数学函数包含如下解释的最大和最小函数。另外，如步骤420中描述的，可以使用第三数学函数计算延迟敏感用户数据连接的延迟限制的加权值。第三数学函数可以接受包含标准化延迟和延迟系数的第二对输入。在本发明的实施方式中，第三数学函数是平滑函数并且当数据速率变大时急剧地增加。另外，延迟限制的加权值对于具有接近于目标延迟的延迟的延迟敏感用户数据连接来说较高。在本发明的典型实施方式中，第三数学函数包含指数函数。如步骤425中所描述的，可以将延迟敏感用户数据连接的加权值应用于调度优先值。

在本发明的一个实施方式中，可以使用如方程式5描述的指数函数计算延迟敏感用户数据连接的延迟限制的加权值。

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{de}-\mathrm{jitter},i}\left[n\right]=e^{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{de}-\mathrm{jitter},i}\left(n\right)[1+{\hat{D}}_i[n\left]\right]}$ ...方程式5

在上述实施方式中，“λ_{de-jitter，i}”是在限定了第i个用户数据连接的丢弃时间的情况下的延迟限制的加权值。延迟限制由去除抖动缓冲器的尺寸确定。当丢弃时间设置为“Φ_i”秒时，可以由方程式6计算标准化延迟“”。

${\hat{D}}_i\left[n\right]=D_i\left[n\right]/{\mathrm{\Φ}}_i$ ...方程式6

“D_i(n)”是等待传输的分组的分组延迟，其中分组延迟是优先队列中等待被传输的分组的秒数。延迟系数“γ_{de-jitter，i}”可以是固定值。可选地，为每一个分组传输更新延迟系数“γ_{de-jitter，i}”并且连续不断地增加或减少以调整分组的延迟，注意延迟不要超过分组的可接受数值。如方程式7所示，可以将延迟限制的加权值应用于如方程式4描述的实施方式。

$r_i\left[n\right]={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{GBR},i}\left[n\right]{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{de}-\mathrm{jitter},i}\left[n\right]\frac{{\left({\mathrm{DRR}}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\α}}}{{\left({\hat{T}}_i\right[n\left]\right)}^{\mathrm{\β}}}$ ...方程式7

现在参照图5，流程图500描述了根据本发明实施方式通过调度满足延迟敏感数据连接的延迟需求的步骤。如步骤505中描述的，可以为延迟敏感数据连接设置丢弃定时器“Φ_i”。丢弃定时器“Φ_i”可以设置在时间单元中。然后，步骤510包括确定对应于数据服务的优先队列中的延迟敏感服务的分组使用期。另外，在步骤515中，可以在大多数最近成功传输或时间过期的分组的使用期与丢弃定时器设置之间执行比较，以确定比较的分组使用期比丢弃定时器设置是否小于超过预定差额。然后，可以基于上述比较和延迟敏感数据连接的旧延迟系数为延迟敏感数据连接计算新延迟系数。如步骤520所示，如果大多数最近成功传输或时间过期的分组的使用期小于丢弃定时器设置不超过预定差额，则可以将新延迟系数设置为通过使旧延迟系数增加第一预定系数而获得的数值。可以将该数值限制为上界值。如果最早的分组的使用期小于丢弃定时器的值不超过预定差额，可能会丢弃最早的分组。另一方面，如步骤525中所示，如果大多数最近成功传输的分组的使用期小于丢弃定时器设置的值超过预定差额，可以将新延迟系数设置为通过使旧延迟系数减少第二预定系数而获得的数值。在这种情况下，可以将该数值限制为下界值。可以将延迟敏感数据连接初始化为延迟系数的预定初始值。

参照上述实施方式，可以通过方程式8中描述的函数表现新延迟系数的设置，该方程式8进一步描述了通过调度满足延迟敏感数据连接的延迟需求的实施方式。

r_{de-jitter，i}(m)＝max(r_{de-jitter，i}(m-1)/2，0.01)如果D_i[n]≤0.8Φ_i

min(r_{de-jitter，i}(m-1)*2，1)其他...方程式8

因此如上所述，基于大多数最近成功传输或时间过期的分组的使用期和延迟系数的旧值“γ_{de-jitter，i}(m-1)”来计算新延迟系数“γ_{de-jitter，i}(m)”。新延迟系数可以增加至上界值1，并且可以减小至下界值0.01。方程式中可以结合安全系数并且所述比较可以在D_i[n]和0.8Φ_i之间。

另外，可以计算基于新延迟系数的延迟敏感数据连接的加权值，并且可以在调度过程中将延迟敏感数据连接的加权值应用于为优先队列中的分组计算的调度优先值，以获得最终的调度优先值。然后，可以基于最终的调度优先值为延迟敏感数据连接分配多个资源。

因此，在方程式8描述的实施方式中，如果延迟D_i[n]远小于丢弃定时器设置“Φ_i”，则减小新延迟系数，下界值为0.01。因此，根据方程式7，延迟限制的加权值“λ_{de-jitter，i}”会具有减小的数值，从而减小其调度优先级“r_i[n]”。另一方面，如果延迟D_i[n]大于丢弃定时器设置“Φ_i”，则增加新延迟系数，上界值为1.0。因此，根据方程式7，延迟限制的加权值“λ_{de-jitter，i}”会具有增大的数值，从而增大其调度优先级“r_i[n]”。

在上述说明中，已经参照具体实施方式描述了本发明及其好处和优点。然而，本领域的普通技术人员应该理解可以作出不同的改进和变化而不会背离由下面的权利要求阐明的本发明的保护范围。因此，说明书和附图注重说明性而不是限制性的含义，并且所有的这些改进都包括在本发明的保护范围内。好处、优点、问题的解决方式，以及可能使任何好处、优点或出现或变得更明显的解决方式的任何要素并不解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或本质的特征或要素。仅通过包括在本未决申请中进行的任何改进和与发布的那些权利要求等同的所有改进的附加权利要求限定本发明。

Claims (10)

1.一种基于用户数据连接的服务质量(QoS)需求而提供标称尽力而为数据速率的方法，该方法包括：

基于所述QoS需求指定服务优先级；以及

使用预定函数为所述服务优先级指定标称尽力而为数据速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定函数包括单调递增函数，其中较高服务优先级对应于较高的标称尽力而为数据速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述标称尽力而为数据速率具有对应于最小服务优先级的最小值，该最小值基于多个标准。

4.一种为用户数据连接确定调度优先值的方法，该方法包括：

基于信道质量确定用户数据连接能够达到的瞬时数据速率；

确定所述用户数据连接的标准化平均吞吐量，该标准化平均吞吐量是所述用户数据连接的平均吞吐量相对于指定给所述用户数据连接的标称尽力而为数据速率的第一比率；

计算调度优先值，所述调度优先值是由第一数学指数控制的所述瞬时数据速率和由第二数学指数控制的所述标准化平均吞吐量的第二比率，所述第一数学指数和所述第二数学指数用于控制调度公平性。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述计算步骤还包括：

使用第一数学函数确定所述用户数据连接的标称尽力而为数据速率的加权值，所述第一数学函数接受包含控制用户数据连接没有达到标称尽力而为数据速率的百分比的尽力而为系数和所述标准化平均吞吐量的第一对输入；以及

将标称尽力而为数据速率的所述加权值应用于所述调度优先值的相对公平性系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一数学函数包含指数函数。

7.根据权利要求4所述的方法，还包括：

根据丢弃定时器设置计算延迟敏感用户数据连接的加权值；以及

将所述延迟敏感用户数据连接的加权值应用于所述优先值。

8.一种通过调度满足延迟敏感数据连接的延迟需求的方法，该方法包括：

为所述延迟敏感数据连接设置丢弃定时器；

确定对应于优先队列中的延迟敏感服务的分组的使用期；

在大多数最近成功传输或时间过期的数据分组的使用期与所述丢弃定时器设置之间执行比较，以确定所比较的分组的使用期小于丢弃定时器设置是否超过预定差额；以及

基于所述比较和所述延迟敏感数据连接的旧延迟系数为所述延迟敏感数据连接计算新延迟系数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述计算步骤还包括：

如果所述大多数最近成功传输或时间过期的数据分组的使用期小于所述丢弃定时器设置不超过所述预定差额，则将所述新延迟系数设置为通过使所述旧延迟系数增加第一预定系数而获得的数值，该数值被限制为上界值。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括如果最早的分组的使用期小于所述丢弃定时器不超过预定差额，则丢弃所述最早的分组。

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