專利名稱：基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，特別是涉及一種基于中繼站的 多跳寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)寬帶無(wú)線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，由于頻譜規(guī)劃原因，新興的無(wú) 線通信系統(tǒng)的載波頻率都比較高。較高的頻段雖然能夠解決頻率分配問(wèn)題，但 是頻段越高，電磁波的繞射能力越差，穿透能力也越差，這種狀況對(duì)無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)在的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是由基站(BS，Base Station) 與移動(dòng)用戶(MSS, Mobile Subscriber Station)組成的單跳(Single-hop)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè) MSS均通過(guò)一條與基站相連的無(wú)線鏈路來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，MSS如果要進(jìn)行相互通信 的話，必須首先訪問(wèn)基站。這種單跳網(wǎng)絡(luò)很難滿足高頻無(wú)線通信系統(tǒng)的要求， 因?yàn)楦哳l信號(hào)由于透射和繞射能力差，很容易受到地形引起的陰影衰落(shadow fading)效應(yīng)的影響，另外，頻段越高，電磁波的衰減也越大，致使系統(tǒng)基站覆 蓋面積縮小。例如，根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃后所得的結(jié)果，由于釆用的傳輸頻率較 高，微波存取全球互通(WiMAX， Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統(tǒng)基站在巿區(qū)內(nèi)有效的覆蓋半徑大約僅為數(shù)公里，且有效數(shù)據(jù)傳輸 率隨移動(dòng)用戶與基站間距離的增加而遞減。也就是說(shuō)，采用單跳網(wǎng)絡(luò)的高頻無(wú) 線通信系統(tǒng)基站覆蓋面積小，且處在基站覆蓋邊緣的用戶無(wú)法得到較高的數(shù)據(jù) 傳輸率和服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service)的保障。解決上述問(wèn)題的一個(gè)辦法就是對(duì)于覆蓋區(qū)域重新劃分，使得所有覆蓋區(qū)域 都縮小到基站能夠保證較高QoS的范圍，這樣為了使所有區(qū)域都能夠進(jìn)入覆蓋 范圍，就需要增加基站數(shù)量，考慮到架設(shè)基站的困難程度和成本，這種方法也十分不便。因此，無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)提出了多跳網(wǎng)絡(luò)的概念，多跳網(wǎng)絡(luò)利用中繼站(RS， Relay Station)在基站和移動(dòng)用戶間轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，從而形成了基站-中繼站-移動(dòng)用戶的路徑。這種中繼站可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)， 一個(gè)多跳網(wǎng)絡(luò)的節(jié) 點(diǎn)能夠利用較小的發(fā)射功率即可到達(dá)相鄰節(jié)點(diǎn)，因此使得中繼站的發(fā)射功率大 大降低。而且中繼站位置分散，能夠有效避免地形對(duì)網(wǎng)絡(luò)布局影響。但是，基于中繼站的多跳網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)需要在基站和MSS之間經(jīng)過(guò)一次或 多次中繼，從信號(hào)傳輸時(shí)間開(kāi)銷或頻率占用角度，都會(huì)造成對(duì)系統(tǒng)資源的浪費(fèi)， 由此就會(huì)減少系統(tǒng)容量。為此， 一些新的技術(shù)嘗試?yán)玫乩硪蛩鼗蚱渌行мk 法，進(jìn)行資源的復(fù)用，這里所指的資源可以是時(shí)分多址通信系統(tǒng)中的時(shí)間，也 可以是頻分多址通信系統(tǒng)中的頻率帶寬，還可以是碼分多址通信系統(tǒng)中的偽隨 機(jī)碼，或者其他多址復(fù)用通信系統(tǒng)中的資源，資源類型的不同不會(huì)存在實(shí)際應(yīng) 用上的差別。為了方便描述，以下內(nèi)容中的"資源需求"等分別代表不同多址 復(fù)用通信系統(tǒng)中的具體資源類型的需求量，"資源調(diào)度"指的是基站給各中繼站 以及直接與基站相連的用戶分配資源，"資源復(fù)用調(diào)度"指的是基站給不同中繼 站分配相同資源。目前，無(wú)線通信系統(tǒng)資源復(fù)用調(diào)度方法的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖l所示， 該方案釆用曼哈頓模型，每個(gè)小區(qū)由l個(gè)基站和4個(gè)中繼站構(gòu)成對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 而且小區(qū)間的布網(wǎng)方式具有相同結(jié)構(gòu)，基站5位于建筑物6群之間，其周?chē)?四個(gè)中繼站，分別是RS1、 RS2、 RS3和RS4，圖中編號(hào)分別對(duì)應(yīng)l、 2、 3和4。 在這種架構(gòu)下，RS1和RS2由于中間有建筑物遮擋，所以不存在干擾，可以釆 用資源復(fù)用調(diào)度，同理，RS3和RS4可釆用資源復(fù)用調(diào)度。以時(shí)分多址系統(tǒng)為例，該方法中， 一個(gè)無(wú)線通信完整的時(shí)間幀的結(jié)構(gòu)如圖 2所示。時(shí)間幀內(nèi)前端標(biāo)有左斜線填充的區(qū)域表示基站分別為RS 1、 2、 3和4 提供服務(wù)的時(shí)間，中間上下并排的右斜線填充的區(qū)域表示RS1和RS2同時(shí)為移 動(dòng)用戶提供服務(wù)的時(shí)間，中間上下并排的方格填充的區(qū)域RS3和RS4同時(shí)為移 動(dòng)用戶提供服務(wù)的時(shí)間，后端豎條紋填充的區(qū)域表示基站為移動(dòng)用戶提供服務(wù) 的時(shí)間，釆用這種資源復(fù)用調(diào)度方法樣就能縮短時(shí)間幀的長(zhǎng)度，節(jié)約系統(tǒng)資源。但是這種方法由于沒(méi)有考慮到各中繼站帶寬需求的不同，給各個(gè)中繼站分 配的資源是相同的，為了保證各中繼站的正常工作，給每一個(gè)中繼站都只能分 配整個(gè)覆蓋范圍內(nèi)中繼站對(duì)資源要求的最大值。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)一系列不會(huì)產(chǎn)生干擾 的中繼站同時(shí)調(diào)度時(shí)，由于當(dāng)前所需時(shí)間資源的差異使得部分中繼站的調(diào)度早 已結(jié)東，而部分中繼站的調(diào)度仍在繼續(xù)，下一系列的中繼站的調(diào)度也無(wú)法開(kāi)始。 這樣仍然會(huì)造成系統(tǒng)資源上的浪費(fèi)，進(jìn)而會(huì)影響各移動(dòng)用戶實(shí)際獲得的帶寬， 難以滿足各連接的QoS需求。另外，該資源調(diào)度方法僅適用于對(duì)稱、固定位置 的中繼站布放方案，而沒(méi)有考慮非對(duì)稱、位置可移動(dòng)的中繼站的規(guī)劃方案，應(yīng) 用范圍窄。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于中繼站的多跳寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中 資源復(fù)用調(diào)度的方法，該方法能夠根據(jù)各中繼站的實(shí)際資源需求分配給各中繼 站資源，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行中繼站之間的資源復(fù)用調(diào)度。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所釆用的技術(shù)方案為 一種基于中繼站的 多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，該方法包括以下步驟獲取基站、各中繼站當(dāng) 前覆蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊苿?dòng)用戶的連接的最小資源需求， 對(duì)其求和得到基站、各中繼站的最小資源需求；獲取各中繼站之間的干擾狀況，根據(jù)基站、各中繼站的最小資源需求和各中繼站之間的干擾狀況，釆用不同的 劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃分，將各中繼站分入可以占用共同資源的不同的獨(dú) 立集中，判斷、比較各劃分策略下的總的資源需求，以獲得優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào) 度劃分策略。上述方法之后進(jìn)一步包括步驟計(jì)算無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的資源與優(yōu)化的 資源復(fù)用調(diào)度劃分策略所需的資源之間的剩余資源值，比較剩余資源值與預(yù)定 的閾值；如果上述剩余資源值大于預(yù)定的閾值，則對(duì)剩余資源進(jìn)行分配。其中，所述基站、各中繼站當(dāng)前覆蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?移動(dòng)用戶的連接的最小資源需求是由各連接的服務(wù)質(zhì)量要求所決定的。其中，所述對(duì)于各中繼站的劃分步驟中，在對(duì)中繼站進(jìn)行劃分之前，先將 各中繼站歸入相互不會(huì)產(chǎn)生干涉的單連通片，然后在各連通片內(nèi)部將各中繼站 劃分進(jìn)入不同獨(dú)立集，以在連通片內(nèi)部釆用不同的劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃 分。本發(fā)明基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法中進(jìn)行剩余資源分配步 驟之后，如果剩余資源進(jìn)行分配使得原有劃分結(jié)果所要求的總的資源需求不是 各劃分策略中的最小值，則重復(fù)執(zhí)行獲取資源需求的步驟、資源復(fù)用劃分步驟、 計(jì)算剩余資源步驟和剩余資源分配步驟，直至剩余資源低于預(yù)定的閾值，停止 剩余資源分配。其中，所述方法還包括，以指定時(shí)間長(zhǎng)度為周期，重復(fù)執(zhí)行獲取資源需求 的步驟和資源復(fù)用劃分步驟?；蛘咧貜?fù)執(zhí)行獲取資源需求的步驟、資源復(fù)用劃 分步驟、計(jì)算剩余資源步驟和剩余資源分配步驟本發(fā)明所提供的基于中繼站的多跳寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源復(fù)用調(diào)度的方法， 根據(jù)各中繼站的實(shí)際資源需求分配資源，具有以下優(yōu)點(diǎn)第一、不需要預(yù)先知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠蚋蓴_情況，而是利用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中動(dòng) 態(tài)測(cè)量得到的基站、中繼站間干擾情況及其資源需求決定調(diào)度結(jié)果。因而該調(diào) 度方法既適用于對(duì)稱、固定位置的中繼站布放方案，也適合于非對(duì)稱、位置可 移動(dòng)的中繼站規(guī)劃方案，同時(shí)也能對(duì)功率控制及天氣等因素導(dǎo)致的中繼站間的 干擾情況變化做出實(shí)時(shí)反應(yīng)。第二、由于依據(jù)各基站、中繼站的實(shí)際帶寬需求進(jìn)行資源調(diào)度，能更好的滿足各連接的QoS需求。同時(shí)，由于考慮了各中繼站的需求差異，所以能更大限度的利用帶寬資源，大大提高系統(tǒng)容量。對(duì)于使用鏈路為單位的調(diào)度，系統(tǒng) 容量可以進(jìn)一步提高。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)中多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中資源復(fù)用調(diào)度的時(shí)間幀結(jié)構(gòu)；圖3為本發(fā)明所適用的一種多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明所采用的資源復(fù)用調(diào)度方法的流程圖； 圖5為圖3所轉(zhuǎn)化而成的頂點(diǎn)加權(quán)圖； 圖6為本發(fā)明通信網(wǎng)絡(luò)下行鏈路子幀可復(fù)用調(diào)度結(jié)果； 圖7為本發(fā)明中剩余資源經(jīng)過(guò)再分配前后的通信網(wǎng)絡(luò)下行鏈路子幀結(jié)構(gòu)的 對(duì)比。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 本發(fā)明適用于非對(duì)稱、可移動(dòng)的中繼站位置規(guī)劃方案。 一個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，基于中繼站的多跳網(wǎng)絡(luò)從信號(hào)傳輸對(duì)象的角度可以分 為基站<->中繼站，中繼站<->中繼站，基站<->移動(dòng)用戶，中繼站<-〉移動(dòng)用戶 四種類型的信號(hào)傳輸鏈路。對(duì)于基站和其覆蓋下的所有移動(dòng)用戶之間的基站<-> 移動(dòng)用戶鏈路，可以看作一個(gè)整體，以基站為單位來(lái)調(diào)度，同理，對(duì)于任一中 繼站和其覆蓋下的所有移動(dòng)用戶之間的中繼站<->移動(dòng)用戶鏈路，也可以看作一 個(gè)整體，以中繼站為單位來(lái)調(diào)度。所以我們以基站、中繼站為單位進(jìn)行自適應(yīng) 可復(fù)用調(diào)度，以簡(jiǎn)化描述的復(fù)雜性。因此，在圖3中沒(méi)有顯示出各移動(dòng)用戶。如圖4所示，本發(fā)明的基于中繼站的多跳網(wǎng)絡(luò)資源復(fù)用調(diào)度方法包括以下 步驟(101)獲取基站、各中繼站的最小資源需求獲取基站、各中繼站當(dāng)前覆 蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊苿?dòng)用戶的連接的最小資源需求，對(duì)其 求和得到基站、各中繼站的最小資源需求。寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所支持的服務(wù)中一般包括多種不同QoS需求的業(yè)務(wù)類型，每 種業(yè)務(wù)一般通過(guò)最大數(shù)據(jù)傳輸率和最小數(shù)據(jù)傳輸率兩個(gè)重要的QoS參數(shù)來(lái)表征 其資源需求。各連接根據(jù)其業(yè)務(wù)類型的區(qū)別有不同的資源需求，將某個(gè)時(shí)刻基 站及各中繼站覆蓋下的所有直接和它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊苿?dòng)用戶的各個(gè)連接所 要求的最小數(shù)據(jù)傳輸率相對(duì)應(yīng)的QoS需求的資源需求相加，即可得到該時(shí)刻以基站、中繼站為單位調(diào)度的情況下，基站和各中繼站所需的最小資源需求。(102)利用優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃分以實(shí)現(xiàn)資源 復(fù)用調(diào)度的步驟獲取各中繼站之間的干擾狀況，根據(jù)基站、各中繼站的最小 資源需求和各中繼站之間的干擾狀況，采用不同的劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃 分，這些劃分策略實(shí)質(zhì)上就是按照不同方式將各中繼站分入可以占用共同資源的不同的獨(dú)立集中，例如中繼站1與中繼站2歸入一個(gè)獨(dú)立集，可以占用相同 資源，中繼站3和中繼站5為一個(gè)獨(dú)立集，可以占用相同資源，中繼站7自行 組成一個(gè)獨(dú)立集，此即為一個(gè)劃分策略。判斷、比較各劃分策略下的總的資源 需求，以獲得優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略。本步驟可以定義為資源復(fù)用劃分步驟。在本步驟中可以使用各種優(yōu)化方法 以獲得一個(gè)優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略，這里給出一個(gè)實(shí)例如圖5所示， 用一個(gè)頂加權(quán)圖G(V，E,W)來(lái)表示基站、中繼站之間的干擾關(guān)系和各自的資源 需求圖5中的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖3中的基站或中繼站；該頂點(diǎn)的權(quán)值對(duì)應(yīng)利用步驟 (一)所獲得的資源需求；每條邊表示其所連接的兩個(gè)頂點(diǎn)間同時(shí)對(duì)各自覆蓋 區(qū)域邊緣的用戶使用相同資源時(shí)，其通信信號(hào)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重相互干擾，例如在相 鄰中繼站中使用相同頻段的電磁波會(huì)造成彼此之間的干擾。圖5中，圓圏表示頂點(diǎn)，圓圈里的兩個(gè)數(shù)字第一個(gè)數(shù)字表示頂點(diǎn)編號(hào)，例 如O表示基站，l表示中繼站l，圓圈里的第二個(gè)數(shù)字表示該頂點(diǎn)的帶寬需求， 因此頂點(diǎn)(0，7)表示基站，與其直接相連的移動(dòng)用戶最低QoS要求所對(duì)應(yīng)的資源 需求為7。干擾是由基站、中繼站間的距離、地形地貌、使用的功率及控制策略等多 方面原因產(chǎn)生的，干擾的程度可以有多種判別方式，比如可通過(guò)設(shè)置干擾強(qiáng)度 閾值IIth來(lái)判斷。兩頂點(diǎn)間測(cè)量到的干擾可以表示為干擾強(qiáng)度(Interference Intensity),如果兩頂點(diǎn)間的干擾強(qiáng)度大于IIth，說(shuō)明二者之間存在嚴(yán)重干擾，在 圖5中表示為兩個(gè)頂點(diǎn)之間有一個(gè)連接邊，例如頂點(diǎn)(7，3)和(1，4)、 (3,2)和(2,9) 之間的連接邊分別表示中繼站7和中繼站1、中繼站3和中繼站2之間存在干 擾。從資源復(fù)用調(diào)度的角度出發(fā)，具有連接邊之間的頂點(diǎn)是不能占用相同的資源的。由于基站負(fù)責(zé)各中繼站的資源調(diào)度，因此基站頂點(diǎn)(0,7)與任何一個(gè)中繼 站之間都有連接邊?；诟蓴_情況、資源需求以及可復(fù)用調(diào)度結(jié)果間的量化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型描述如下給定一個(gè)頂加權(quán)圖G(V，E，W),其中V表示圖中的頂點(diǎn)域，E表示圖中 的邊域，而W表示權(quán)重域。每個(gè)頂?shù)臋?quán)值為w(v),其中wGW, v6V。我們 通過(guò)以下兩個(gè)子步驟，得到該圖的一個(gè)劃分(1) 按圖5的連通性將該圖分為多個(gè)連通片B1， B2……Bm，各連通片之間只有基站頂點(diǎn)是共用的，不同的連通片之間不存在干擾，所以可以同時(shí)使用 相同的頻譜資源。(2) 在任一連通片內(nèi)部，因?yàn)榇嬖诟蓴_，所以其成員基站、中繼站和其覆 蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不能同時(shí)使用相同資源，因此需要進(jìn)一步 劃分，形成多個(gè)可復(fù)用調(diào)度集?？蓮?fù)用調(diào)度集內(nèi)可以同時(shí)使用相同資源，不同 可復(fù)用調(diào)度集不能同時(shí)使用相同資源，例如在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)或者使用不同頻段。 產(chǎn)生可復(fù)用調(diào)度集的方法是對(duì)連通片內(nèi)的頂點(diǎn)進(jìn)行正常染色，得到獨(dú)立集序列 Sl、 S2……Sn，每一個(gè)獨(dú)立集就對(duì)應(yīng)一個(gè)可復(fù)用調(diào)度集。定義每個(gè)獨(dú)立集的權(quán)值為其成員頂點(diǎn)的權(quán)值的最大值，即W(Sj)=max{w(u)| UeSj}， j6[l,n]，其中Sj表示第j個(gè)獨(dú)立集，u是這個(gè)獨(dú)立集中的一個(gè)頂點(diǎn)， w(u)是這個(gè)頂點(diǎn)的權(quán)值，W(Sj)為該獨(dú)立集所有頂點(diǎn)的權(quán)值的最大值；定義每個(gè) 連通片的權(quán)值為其成員獨(dú)立集的權(quán)值之和，即W(Bi)=SW(Sj)， je[l,n]， K [l,m]， Bi為第i個(gè)連通片，該連通片內(nèi)有S1、 S2……Sn共n個(gè)獨(dú)立集，Sj為 其中第j個(gè)獨(dú)立集，W(Bi)為第i個(gè)連通片內(nèi)所有獨(dú)立集權(quán)值W(Sj)之和，即為 該連通片的權(quán)值；定義每個(gè)劃分策略的權(quán)值為其所有連通片權(quán)值的最大值 W(P)=max{W(Bi)}， " [l，m]; P為一種劃分策略，其包括Bl, B2……Bm共m 個(gè)連通片，W(Bi)為第i個(gè)連通片的權(quán)值。最優(yōu)的調(diào)度目標(biāo)為求頂加權(quán)圖 G(V,E,W)的一種劃分策略P,使得該劃分策略的權(quán)值最小，即W(P"min。對(duì)于劃分方法的優(yōu)化可以選用多種數(shù)學(xué)算法，例如可以列舉出所有可能的 劃分策略，然后計(jì)算出對(duì)這些策略所對(duì)應(yīng)的權(quán)值并進(jìn)行比較，也可以使用貪心算法等近似算法以更快地獲取最小的劃分策略權(quán)值。圖6是對(duì)圖3通信網(wǎng)絡(luò)的 一種劃分方法所對(duì)應(yīng)的下行鏈路子幀結(jié)構(gòu)。聯(lián)系圖5中的頂加權(quán)圖，可以看出圖6中的劃分策略為頂點(diǎn)(7'3)、 (1,4)、 (3，2)、 (2,9)和(5,7)組成一個(gè)連通片，頂 點(diǎn)(4，12)和(6，4)組成一個(gè)連通片，頂點(diǎn)(8,7)組成一個(gè)連通片；對(duì)于第一個(gè)連通片， 因?yàn)轫旤c(diǎn)(1,4)和(2,9)之間沒(méi)有連接邊，選擇(1，4)和(2,9)組成一個(gè)獨(dú)立集，也就 是這兩個(gè)頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中繼站可資源復(fù)用調(diào)度，選擇(5,7)和(7,3)組成一個(gè)獨(dú)立 集；對(duì)其它連通片，均實(shí)行連通片內(nèi)單獨(dú)調(diào)度。因此，以時(shí)分多址系統(tǒng)為例， 最后得到的一個(gè)時(shí)間幀包括基站為中繼站提供服務(wù)的時(shí)間、基站為與之直接 相連的移動(dòng)用戶提供服務(wù)的時(shí)間，以及各中繼站資源復(fù)用調(diào)度的時(shí)間。其中， 每個(gè)連通片均同時(shí)為與其相連的移動(dòng)用戶提供服務(wù)，中繼站1和中繼站2同時(shí) 為與其相連的移動(dòng)用戶提供服務(wù)，中繼站5和中繼站7同時(shí)為與其相連的移動(dòng) 用戶提供服務(wù)，隨后，中繼站3為與其相連的移動(dòng)用戶提供服務(wù)。上行鏈路子幀與之類似，只需將由基站與中繼站之間的中繼傳輸和中繼站 與移動(dòng)用戶之間的接入傳輸兩階段掉換次序即可。上述資源復(fù)用調(diào)度進(jìn)程中，把網(wǎng)絡(luò)劃分為不同連通片，然后在連通片內(nèi)進(jìn) 行劃分，使得連通片內(nèi)不同中繼站可以占用相同資源。但是本發(fā)明還可以包括 直接進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的中繼站之間的資源復(fù)用調(diào)度，只是需要對(duì)優(yōu)化方法 作出相應(yīng)更改，即對(duì)所有中繼進(jìn)行劃分，歸入不同獨(dú)立集，然后計(jì)算獲得優(yōu)化 結(jié)果。(103 )計(jì)算并判斷剩余資源值計(jì)算無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的資源與優(yōu)化的 資源復(fù)用調(diào)度劃分策略所需的資源之間的剩余資源值，比較該剩余資源值與預(yù) 定的閾值。經(jīng)過(guò)步驟(二)的資源復(fù)用劃分步驟，得到了一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的復(fù)用調(diào)度結(jié) 果，系統(tǒng)能夠提供的總資源與該結(jié)果所對(duì)應(yīng)的上行和下行鏈路所需求的兩部分 資源之和之間的差值為剩余資源R。(104)對(duì)剩余資源進(jìn)行再分配如果上述剩余資源值大于預(yù)定的闊值，則 對(duì)剩余資源進(jìn)行再分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的最大利用。系統(tǒng)剩余資源R如果超過(guò)某個(gè)預(yù)設(shè)的閾值Rth，即可認(rèn)為有較多剩余資源 可以用于再分配，此時(shí)就可以將這些資源分配給各中繼站。分配的策略可以有 多種辦法，例如平均分配、按業(yè)務(wù)需求分配等。以下示例為一種剩余資源再分配方法該方法中取剩余資源的一半即R/2進(jìn)行分配，將其中R/4的資源在上 行子幀的中繼鏈路上分配，將另外RM的資源在下行子幀的中繼鏈路上分配。 這樣分配的原因是以下行鏈路為例，當(dāng)給中繼鏈路分配R/4的資源時(shí)，因?yàn)?傳輸?shù)膬?nèi)容相同，接入鏈路所需資源同時(shí)也會(huì)有所增加，但因?yàn)榻尤腈溌飞系?資源復(fù)用所以增加的帶寬就不會(huì)超過(guò)R/4,這樣上行子幀消耗的剩余帶寬不超 過(guò)R/2;同理下行子幀消耗的剩余帶寬也不超過(guò)R/2，這就保證了剩余帶寬再分 配不會(huì)超過(guò)R。分配按以下順序先按時(shí)延條件盡量滿足實(shí)時(shí)變速率業(yè)務(wù)需求， 若有剩余再滿足非實(shí)時(shí)變速率業(yè)務(wù)需求，最后再分配給其它業(yè)務(wù)。剩余資源經(jīng) 過(guò)再分配前后的時(shí)間幀結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖7所示，圖中下半部分表示剩余資源經(jīng)過(guò)一次再分配后的結(jié)果，其中基站到中繼站的服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)度、以及基站為與之直 接相連的移動(dòng)用戶提供服務(wù)的時(shí)間和中繼站為與之直接相連的移動(dòng)用戶提供服 務(wù)的時(shí)間都有可能延長(zhǎng)。(105)再次資源復(fù)用調(diào)度步驟判斷是否需要重新進(jìn)^^可復(fù)用調(diào)度。因?yàn)槭Ｓ噘Y源的重新分配可能引起各連通片權(quán)值、各獨(dú)立集權(quán)值、各頂點(diǎn) 權(quán)值排序的變化，如果這些權(quán)值的變化導(dǎo)致步驟(二)中所得的劃分策略不再 是資源復(fù)用調(diào)度的最優(yōu)結(jié)果，即使得原有劃分結(jié)果所要求的總的資源需求不是 各劃分策略中的最小值，則需要重復(fù)進(jìn)行可復(fù)用資源劃分步驟和剩余資源再分 配步驟，如果沒(méi)有改變?cè)瓌澐纸Y(jié)果的最優(yōu)性，則繼續(xù)分配剩余的資源，直至剩 余資源低于閾值Rth，停止剩余資源的再分配。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)資源復(fù)用調(diào)度，本實(shí)施例還可以進(jìn)一步包括 步驟以一定時(shí)間段為周期，重復(fù)執(zhí)行步驟(101)至(105)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源需求狀況是動(dòng)態(tài)變化的，移動(dòng)用戶甚至中繼站的位置 也會(huì)發(fā)生變化，由于天氣等隨機(jī)因素也會(huì)導(dǎo)致中繼站間的干擾情況變化做出實(shí) 時(shí)反應(yīng)，所以需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間就重新進(jìn)行資源復(fù)用調(diào)度，讓資源復(fù)用調(diào)度狀況隨資源需求狀況以及各中繼站之間的干擾狀況動(dòng)態(tài)變化。上述優(yōu)選實(shí)施例的方法中，認(rèn)為所有的中繼站直接與基站連接，主要是利 用到了中繼站<->移動(dòng)用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的可復(fù)用性。實(shí)際上，地理環(huán)境影響、功率控制和先進(jìn)的天線技術(shù)的運(yùn)用使得多跳Relay網(wǎng)絡(luò)中存在的基站<-> 中繼站，中繼站<->中繼站，基站<->移動(dòng)用戶，中繼站<->移動(dòng)用戶四種類型的 鏈路間都存在著可復(fù)用調(diào)度(同時(shí)使用相同頻率資源)的可能性。因此可以對(duì)上 述實(shí)施例中的方法進(jìn)行相應(yīng)變更，例如用一個(gè)頂加權(quán)圖G(V,E，W)來(lái)表示各鏈 路間的干擾情況和帶寬需求，圖中的頂點(diǎn)表示每條有信號(hào)傳輸需求的鏈路，可 以是基站<->中繼站，中繼站<->中繼站，基站<->移動(dòng)用戶，中繼站<->移動(dòng)用 戶中的任意一種；該頂點(diǎn)的權(quán)值對(duì)應(yīng)其帶寬需求；每條邊表示其所連接的兩個(gè) 頂點(diǎn)間同時(shí)發(fā)送相同頻率的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重相互干擾。通過(guò)這樣的變化，利用 上述實(shí)施例中的資源復(fù)用調(diào)度方法可以得到對(duì)基于中繼的多跳網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路 進(jìn)行有效的綜合資源復(fù)用調(diào)度。對(duì)于上述資源復(fù)用調(diào)度方法，還可以進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)展，首先，頂加權(quán)圖 G(V，E,W)的頂點(diǎn)可以不局限于同一個(gè)尺度，比如Relay網(wǎng)絡(luò)中釆用以鏈路為單 位的自適應(yīng)可復(fù)用調(diào)度中，如果網(wǎng)絡(luò)布局有一個(gè)中繼站由于地形等因素和其他 中繼站隔離，之間傳輸完全無(wú)干擾，那么對(duì)于這個(gè)孤立中繼站覆蓋下所有鏈路 可以作為一個(gè)頂點(diǎn)與其它的鏈路進(jìn)行調(diào)度，以減少調(diào)度的復(fù)雜性；其次，邊的 形成可以是各種導(dǎo)致不能同時(shí)調(diào)度的因素綜合考慮的結(jié)果，邊上也可以賦予權(quán) 值，顯示兩定點(diǎn)間干擾的程度，在劃分獨(dú)立集時(shí)可以作為一個(gè)判斷條件，例如 可以要求一個(gè)獨(dú)立集里的邊權(quán)值之和不能超過(guò)某個(gè)閾值來(lái)表征減少獨(dú)立集內(nèi)的 干擾；最后，頂點(diǎn)的權(quán)值也可以不限定為僅有一個(gè)變量，而擴(kuò)充到諸如延遲、 抖動(dòng)等各個(gè)QoS參數(shù)，作為劃分獨(dú)立集的判斷條件，比如可以要求一個(gè)獨(dú)立集里的成員需要把抖動(dòng)的程度錯(cuò)開(kāi)來(lái)保證流量的穩(wěn)定性。這樣的擴(kuò)展方式能夠使 得資源復(fù)用調(diào)度方法具有更寬廣的適用范圍，同時(shí)具有更優(yōu)異的性能。通過(guò)以 上擴(kuò)展，上述資源復(fù)用調(diào)度方法可以適合于各種多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度，包括Ad Hoc ， Wireless Mesh, Wireless Sensor Network等網(wǎng)絡(luò)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范 圍。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)該能夠聯(lián)想到，以不同的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)作為本發(fā)明的 應(yīng)用背景，采用不同優(yōu)化方法獲得最優(yōu)的劃分方法以進(jìn)行有效資源復(fù)用調(diào)度， 單跳網(wǎng)絡(luò)與多跳網(wǎng)絡(luò)的混和情形下的資源復(fù)用調(diào)度，以及考慮到更多實(shí)際需要 進(jìn)行多跳網(wǎng)絡(luò)的資源復(fù)用調(diào)度，都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、獲取基站、各中繼站當(dāng)前覆蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊苿?dòng)用戶的連接的最小資源需求，對(duì)其求和得到基站、各中繼站的最小資源需求；B、獲取各中繼站之間的干擾狀況，根據(jù)基站、各中繼站的最小資源需求和各中繼站之間的干擾狀況，采用不同的劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃分，將各中繼站分入可以占用共同資源的不同的獨(dú)立集中，判斷、比較各劃分策略下的總的資源需求，以獲得優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其 特征在于所述步驟B之后進(jìn)一步包括C、 計(jì)算無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的資源與優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略所需 的資源之間的剩余資源值，比較剩余資源值與預(yù)定的閾值；D、 如果上述剩余資源值大于預(yù)定的閾值，則對(duì)剩余資源進(jìn)行分配。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其 特征在于，所述基站、各中繼站當(dāng)前覆蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?移動(dòng)用戶的連接的最小資源需求是由各連接的服務(wù)質(zhì)量要求所決定的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法， 其特征在于，所述對(duì)于各中繼站的劃分步驟中，在對(duì)中繼站進(jìn)行劃分之前，先 將各中繼站歸入相互不會(huì)產(chǎn)生干涉的單連通片，然后在各連通片內(nèi)部將各中繼 站劃分進(jìn)入不同獨(dú)立集，以在連通片內(nèi)部采用不同的劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行 劃分。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其 特征在于，所述步驟D之后進(jìn)一步包括如果剩余資源進(jìn)行分配之后，使得原有劃分結(jié)果所要求的總的資源需求不是各劃分策略中的最小值，則重復(fù)執(zhí)行所 述步驟A至所述步驟D，直至剩余資源低于預(yù)定的閾值，停止剩余資源分配。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其 特征在于，所述方法還包括，以指定時(shí)間長(zhǎng)度為周期，重復(fù)執(zhí)行所述步驟A至所述步驟B。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，其 特征在于，所述方法還包括，以一段指定時(shí)間段為周期，重復(fù)執(zhí)行所述步驟A 至所述步驟D。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于中繼站的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法，包括步驟獲取基站、各中繼站當(dāng)前覆蓋下的所有直接與它們進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊苿?dòng)用戶的連接的最小資源需求，對(duì)其求和得到基站、各中繼站的最小資源需求；獲取各中繼站之間的干擾狀況，根據(jù)基站、各中繼站的最小資源需求和各中繼站之間的干擾狀況，采用不同的劃分策略對(duì)各中繼站進(jìn)行劃分，將各中繼站分入可以占用共同資源的不同的獨(dú)立集中，判斷、比較各劃分策略下的總的資源需求，以獲得優(yōu)化的資源復(fù)用調(diào)度劃分策略。采用該資源調(diào)度方法，能夠更好的滿足各連接的QoS需求，并且能夠適用于動(dòng)態(tài)非對(duì)稱的多跳網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04B7/14GK101335971SQ20071011808
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者欣 郭, 馬文超 申請(qǐng)人:聯(lián)想(北京)有限公司