專利名稱：一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動寬帶無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
未來無線移動通信發(fā)展的方向，將會是多種無線接入技術(shù)與制式互聯(lián)互補(bǔ)，為用戶提供無處不在、無時不在的泛在信息通信服務(wù)。下 一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將逐步演進(jìn)成為多層次、重疊式的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同一空間中同時存在不同類型的接入網(wǎng)絡(luò)，它們有各自的特點和相適宜的應(yīng)用場合，如長距離接入的TD-LTE技術(shù)和短距離接入的WLAN技術(shù)。對處于邊遠(yuǎn)農(nóng)村、山區(qū)和大規(guī)模運動區(qū)域內(nèi)的用戶，由于光纜無法敷設(shè)，造成了這部分用戶長期處于信息孤島。為了滿足高鐵旅客對于數(shù)據(jù)通信和數(shù)字娛樂的通信要求，在高鐵車廂內(nèi)支持多種無線通信技術(shù)制式，通過移動中繼覆蓋車廂，解決由于車廂屏蔽造成的信號衰減，會出現(xiàn)車內(nèi)用戶終端接入車內(nèi)局域網(wǎng)絡(luò)和車外的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)并存的場景。當(dāng)用戶終端在此之間頻繁切換網(wǎng)絡(luò)時，會造成QoS參數(shù)的多次映射，這樣對原業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)會造成積累性的改變和影響。在此，需要研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的映射機(jī)制，提出在各種網(wǎng)絡(luò)均可以有效進(jìn)行QoS映射的通用機(jī)制，和內(nèi)部業(yè)務(wù)并發(fā)接入情況下的聯(lián)合資源管理分配機(jī)制，減少異構(gòu)系統(tǒng)間資源分配帶來的額外時延，實現(xiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的實時接入性能，通過無縫融合充分挖掘異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多種無線資源的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)端到端QoS的一致性和移動切換中QoS的連續(xù)性在基于高速移動的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，為了實現(xiàn)用戶終端的無縫接入，同時還要保證正在服務(wù)用戶、待接入用戶和切換用戶的QoS，設(shè)計出一個聯(lián)合的無線資源管理機(jī)制是必須的，畢竟可供分配的無線資源是有限的，如何在保證不同用戶不同QoS的基礎(chǔ)上合理有效的分配帶寬、功率等資源是一項實現(xiàn)車廂內(nèi)高速移動的用戶從不同接入點接入移動通信后備骨干網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的聯(lián)合資源管理，由于幀結(jié)構(gòu)的不同、頻譜、雙工方式和調(diào)制編碼方式等的不同，需要在MAC層之上增加子層，以進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)聯(lián)合的資源管理。例如，3GPP提出了公共無線資源管理(CRRM)的概念和功能模塊，用以改進(jìn)GSM/GPRS/EDGE和UMTS共存的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理，目前只有基本框架和概念，沒有具體的信令流程和實施方案。通用鏈路層技術(shù)(GLL)，可被看做一個在原有協(xié)議層上增加的通信層，用來為不同的無線接入機(jī)制提供統(tǒng)一的鏈路層數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)有的80221媒質(zhì)無關(guān)切換技術(shù)，關(guān)注于802系列協(xié)議，對于3GPP和其他組織的協(xié)議融合也尚在進(jìn)行之中。現(xiàn)有的算法和模型由于融合目標(biāo)不明確，使得這一子層技術(shù)遲遲無法有效實現(xiàn)。而針對某種技術(shù)的融合方案，也由于市場不明確，導(dǎo)致研發(fā)過程的緩慢。由于列車上用戶眾多，各類業(yè)務(wù)集中并發(fā)，即使利用無線直放站，也很難保證所有用戶的業(yè)務(wù)公平性，特別是難以保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的接入時延。802/lle協(xié)議中增加了對業(yè)務(wù)Qos的保障機(jī)制，能夠在Mac層對業(yè)務(wù)分類傳輸，但其業(yè)務(wù)類型與TD-LTE系統(tǒng)中的QCI未能對應(yīng)，TD系統(tǒng)不能保證WLAN業(yè)務(wù)的Qos性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，該方法保證了實時業(yè)務(wù)的Q0s需求，降低了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在異構(gòu)系統(tǒng)中傳輸時產(chǎn)生的大量時延。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，包括以下步驟步驟一，采用額外的時鐘寄存器定時的讀取TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)時鐘，并通過時鐘寄存器定時的通知WLAN網(wǎng)絡(luò)，使WLAN網(wǎng)絡(luò)與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持同步；步驟二，在WLAN網(wǎng)絡(luò)的MAC層區(qū)分業(yè)務(wù)的上下行方向，并設(shè)置上行競爭窗口和下行競爭窗口，窗口大小參照TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行時間配比；步驟三，針對WLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸；步驟四，設(shè)計一種基于時延的信道匹配規(guī)則，保證時延敏感業(yè)務(wù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟二中，WLAN網(wǎng)絡(luò)利用GP保護(hù)間隔進(jìn)行上下行同
止/J/ o作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，步驟二中，WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)有避免用戶在競爭窗口內(nèi)出現(xiàn)碰撞的回退機(jī)制；所述回退機(jī)制根據(jù)802. Ile的MAC層業(yè)務(wù)類型分成4種AC，每類AC對應(yīng)不同的信道競爭參數(shù)進(jìn)行信道競爭和回退過程；對應(yīng)于4類AC，每個終端建立4個AC發(fā)送隊列，各種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)幀首先映射到不同的AC，進(jìn)而放入相應(yīng)的發(fā)送隊列；每個發(fā)送隊列米用DCF機(jī)制獨立競爭彳目道。 作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，在信道競爭過程中，競爭情況有I)當(dāng)同一終端內(nèi)部的多個發(fā)送隊列之間因競爭信道發(fā)生沖突時，由一個虛擬調(diào)度器選擇優(yōu)先級較高的隊列進(jìn)行發(fā)送，而其他低優(yōu)先級隊列的競爭窗口加倍，重傳次數(shù)加I ;2)當(dāng)不同終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞時，發(fā)生碰撞的各個發(fā)送隊列都要經(jīng)歷重傳過程，與隊列優(yōu)先級高低無關(guān)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述回退過程的具體內(nèi)容為在PLCP Header中的服務(wù)區(qū)域里增加上下行區(qū)分標(biāo)志位sf_LinkDirection,設(shè)sf_LinkDirection的值為0或1，其中0表示下行，I表示上行；上下行業(yè)務(wù)的回退窗口根據(jù)所述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行幀格式配比來制定。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀數(shù)量比為3 7，相應(yīng)的WLAN網(wǎng)絡(luò)的上下行業(yè)務(wù)競爭窗口間隔時隙也為3 7。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述WLAN網(wǎng)絡(luò)中，上行業(yè)務(wù)產(chǎn)生時，根據(jù)所述時鐘寄存器和所述上下行區(qū)分標(biāo)志位判斷是否處于上行業(yè)務(wù)傳輸過程；如果是，則選擇進(jìn)入傳遞隊列；否則等待；在回退過程中，每個AC都監(jiān)聽信道，如果信道空閑，則每隔一個空閑時隙，回退計數(shù)器減I ;在以下兩種情況時，回退計數(shù)器掛起a、信道上有其他AC發(fā)送數(shù)據(jù)；
b、信道在進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制為JfWLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求映射到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載的類別標(biāo)識QCI，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述基于時延的信道匹配規(guī)則為首先在不區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，在第二跳根據(jù)不同用戶在不同子信道上的信道質(zhì)量的差異，在每一個子信道上選擇信道質(zhì)量最好的用戶服務(wù)，然后分別將第一跳AC業(yè)務(wù)需求和第二跳信道質(zhì)量排序后一一匹配；其次在區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，首先服務(wù)高優(yōu)先級用戶，高優(yōu)先級用戶在第二跳選擇信道質(zhì)量最好的信道為其服務(wù)，然后在第一跳選擇與第二跳信道質(zhì)量最接近的子信道與之匹配；如果服務(wù)完高優(yōu)先級用戶后還有剩余的子信道，則按照不區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形分配給低優(yōu)先級用戶。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，具體的子信道匹配機(jī)制為
第一步根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)類型和所需的傳輸速率確定用戶的服務(wù)順序，首先服務(wù)高優(yōu)先級用戶；假設(shè)K個用戶中有Kl個高優(yōu)先級用戶，其余K-Kl個用戶是低優(yōu)先級用戶，用戶k所需的傳輸速率為rk(ke QK)，其中Q K表示所有用戶的集合；第二步根據(jù)步驟一確定的用戶的服務(wù)順序在第二跳為高優(yōu)先級用戶選擇子信道，采用Max C/I算法和信道估計，在OFDM系統(tǒng)中用SINR代替C/I，結(jié)合用戶業(yè)務(wù)對誤碼率的需求，第k個用戶按照下式選擇子信道直到滿足其所需的傳輸速率j(k) = arg max SINR', min BERki
7 JeAj7其中，,Aj表示未被分配的子信道集合；第三步設(shè)第二跳中分配給第k個用戶的子信道j的信噪比為，第一跳中未分配子信道的AC(i)類業(yè)務(wù)需求的信噪比為，按照下式進(jìn)行子信道匹配/(7) = 1^11|麵:，廠麵/:,|其中，B(j)表示匹配完第二跳前j-1個子信道后第一跳中剩余的用戶業(yè)務(wù)集合；第四步如果服務(wù)完高優(yōu)先級用戶后還有剩余的子信道，則按照第三步所述的子信道匹配算法將剩余的子信道分配給低優(yōu)先級用戶。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法針對TD-LTE和WLAN技術(shù)，采用虛擬Qos映射機(jī)制和改進(jìn)的接入機(jī)制，保證了高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實時接入；改進(jìn)了 802. 11協(xié)議中的定時器、上下行機(jī)制和回退機(jī)制，保證了實時業(yè)務(wù)的Qos需求，降低了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在異構(gòu)系統(tǒng)中傳輸時產(chǎn)生的大量時延，滿足了不同Qos業(yè)務(wù)對時延的需求，增加了異構(gòu)頻譜的使用效率。


圖I為本發(fā)明所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法的流程示意圖；圖2為異構(gòu)系統(tǒng)的時鐘同步流程圖；圖3為業(yè)務(wù)上下行區(qū)分標(biāo)志位設(shè)置不意圖；圖4為上下行業(yè)務(wù)碰撞回退示意圖；圖5為最小時延信道匹配示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及寬帶無線通信領(lǐng)域，尤其涉及基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組用戶的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)IP層預(yù)切換技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于未來泛在網(wǎng)絡(luò)無線通信領(lǐng)域中。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換一直是無線移動通信中極為重要的問題，也是一個比較難徹底解決的問題。而同一地點存在的不同網(wǎng)絡(luò)的差異性、業(yè)務(wù)的多樣性、終端的多模性和環(huán)境的不可測性等因素的加入，相比于同一網(wǎng)絡(luò)中切換過程，問題的復(fù)雜度大大增加。之前相對成熟的水平切換算法已經(jīng)不適用，著眼于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)環(huán)境自適應(yīng)方面的研究，更是難度極大。本發(fā)明基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級，進(jìn)行群組用戶異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的自優(yōu)化切換，在移動終端觸發(fā)鏈路層切換的同時，通過使用業(yè)務(wù)預(yù)切換級別(level)和目標(biāo)基站權(quán)重數(shù)值，自適應(yīng)進(jìn)行兩者之間的匹配，并進(jìn)行IP層的預(yù)切換連接，提高用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量和切換效率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和均衡負(fù)載。本發(fā)明公開了一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，可應(yīng)用于光纜無法到達(dá)區(qū)域的大范圍寬帶接入和高速移動環(huán)境中實時業(yè)務(wù)的大規(guī)模無線接入，如鄉(xiāng)村、山區(qū)、陰影衰落嚴(yán)重區(qū)域和高速列車等。本發(fā)明利用TD-LTE技術(shù)作為長距離傳輸通道，利用WLAN技術(shù)作 為短距離用戶接入技術(shù)，用戶終端可運行多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，每種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的Qos等級不同。本發(fā)明的應(yīng)用前提是，兩種無線制式精確同步，因此需要設(shè)計兩種網(wǎng)絡(luò)的同步信令過程，并根據(jù)QoS等級、信道匹配度、CQI信息計算相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)值，設(shè)計資源調(diào)度的映射器，使得業(yè)務(wù)需求、優(yōu)先權(quán)值和可用信道三者之間達(dá)到最優(yōu)匹配，滿足實時業(yè)務(wù)的Qos需求。為了避免用戶業(yè)務(wù)的碰撞，還需要設(shè)計WLAN用戶在偵聽信道上的回退機(jī)制，回退機(jī)制需要考慮TD-LTE幀格式的上下行時間配比，從而減少用戶上下行業(yè)務(wù)的排隊時間。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例一本實施例提供一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，如圖I所示，包括以下步驟I、采用額外的時鐘寄存器，定時的讀取TD-LTE的系統(tǒng)時鐘，并通過時鐘寄存器定時的通知WLAN網(wǎng)絡(luò)，從而使WLAN網(wǎng)絡(luò)與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持同步。TD-LTE是時分雙工的LTE技術(shù)，所有無線信道都對應(yīng)于時域上的唯一資源，而WLAN米用的是載波偵聽多路訪問/沖突避免CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance),是一種搶占型的半雙工介質(zhì)訪問控制協(xié)議,從本質(zhì)上說也是一種基于TDD的雙工模式。IEEE 802. 11 中提出了定時同步功能TSF(Timing Synchronization Function,定時同步函數(shù))實現(xiàn)Ad hoc (點對點)網(wǎng)絡(luò)定時同步的方法，但是該方法隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，定時精度急劇下降，嚴(yán)重限制了 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。有文獻(xiàn)提出對TSF進(jìn)行了改進(jìn)，在一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)增大時TSF性能急劇下降的問題，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)較大時，仍存在較大的定時偏差。對于高速列車上的多AP架構(gòu)，業(yè)務(wù)的不同步會加重IP層的處理負(fù)擔(dān)，同時兩種無線制式采用不同的工作時鐘，也會造成數(shù)據(jù)的異步傳送，增加了數(shù)據(jù)隊列的長度。為了精確調(diào)度不同制式的時域資源，兩種無線制式的工作時鐘需保持同步。同步方案有三種，小網(wǎng)與大網(wǎng)同步、大網(wǎng)與小網(wǎng)同步或小網(wǎng)大網(wǎng)同時與外部GPS時鐘同步，后兩種方案需要改動大網(wǎng)中的消息更新機(jī)制，因此不易實現(xiàn)。本發(fā)明中采用額外的時鐘寄存器，定時的讀取TD-LTE的系統(tǒng)時鐘，并通過時鐘寄存器定時的通知WLAN網(wǎng)絡(luò)，從而使WLAN網(wǎng)絡(luò)和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持同步。2、設(shè)計能夠降低排隊時延的回退機(jī)制，避免用戶在競爭窗口內(nèi)出現(xiàn)碰撞。LTE對RAN用戶面的傳輸延遲提出了很高要求，即最小單向傳輸延遲要控制在5ms以內(nèi)。產(chǎn)生排隊時延的最惡劣情況是TD-LTE上下行時間與WLAN的競爭時間嚴(yán)重失同步，造成數(shù)據(jù)隊列在不同MAC上均需要排隊等待，造成多個幀位的延遲。為了進(jìn)一步減小業(yè)務(wù)排隊時延，在WLAN的MAC層區(qū)分業(yè)務(wù)的上下行方向，并設(shè)置上行競爭窗口(UplinkContention Window)和下行競爭窗口 (Downlink Contention Window),窗口大小參照TD-LTE的上下行時間配比，同時利用GP(guard period)保護(hù)間隔進(jìn)行上下行同步。為了避免用戶在競爭窗口內(nèi)出現(xiàn)碰撞，需要設(shè)計能夠降低排隊時延的回退機(jī)制?；赝藱C(jī)制也根據(jù)802. Ile的MAC層業(yè)務(wù)類型,分成4種AC (Access Category),每類AC對應(yīng)不同的信道競爭參數(shù)進(jìn)行信道競爭和回退過程。3、設(shè)計聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承 載上進(jìn)行傳輸。本發(fā)明中，設(shè)計聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制，針對WLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求，對應(yīng)到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載的QCI (Qos Class Indication, QCI類別標(biāo)識)，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸。在本發(fā)明中，TD-LTE是作為中繼到基站的接入制式，接收用戶數(shù)據(jù)并進(jìn)行QCI匹配和轉(zhuǎn)發(fā)，會造成TD-LTE系統(tǒng)的性能降低，特別是應(yīng)用于大規(guī)模用戶接入環(huán)境。因此在WLAN側(cè)完成數(shù)據(jù)流的QCI映射，能夠減少TD-LTE的MAC層對數(shù)據(jù)流的再次匹配和過濾過程。4、設(shè)計一種基于時延的信道匹配規(guī)則，保證時延敏感業(yè)務(wù)。采用多級的快速信道匹配機(jī)制，保證不同系統(tǒng)對Qos的需要，根據(jù)不同的Qos需求，選擇最優(yōu)的資源匹配原則。本發(fā)明針對LTE系統(tǒng)中的時延要求，提出一種基于時延的信道匹配規(guī)則，保證時延敏感業(yè)務(wù)，如實時語音以最小的時延開銷傳輸。本發(fā)明考慮的是多用戶場景下的子信道匹配問題。情形一首先在不區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，在第二跳根據(jù)不同用戶在不同子信道上的信道質(zhì)量的差異，在每一個子信道上選擇信道質(zhì)量最好的用戶服務(wù)，然后分別將第一跳AC業(yè)務(wù)需求和第二跳信道質(zhì)量排序后一一匹配，這樣可以充分獲得多用戶分集增益，最大化系統(tǒng)吞吐量；情形二 其次在區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，首先服務(wù)高優(yōu)先級用戶，高優(yōu)先級用戶在第二跳選擇信道質(zhì)量最好的信道為其服務(wù)，然后在第一跳選擇與第二跳信道質(zhì)量最接近的子信道與之匹配，這樣可以在兩跳鏈路上保證高優(yōu)先級用戶的服務(wù)質(zhì)量，最后如果服務(wù)完高優(yōu)先級用戶后還有剩余的子信道，按照情形一分配給低優(yōu)先級用戶；另外由于在每個子信道上采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，子信道上的自適應(yīng)功率分配增益不顯著，可以簡單的利用功率平均分配，這樣極大的降低了算法復(fù)雜度。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明中，車內(nèi)的中繼站收集用戶數(shù)據(jù)和相應(yīng)的Qos等級，通過虛擬映射機(jī)制，確定不同數(shù)據(jù)流的QCI數(shù)值，并在IP層進(jìn)行數(shù)據(jù)流排隊，逐一發(fā)送到TD-LTE的MAC層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。由于WLAN與TD-LTE系統(tǒng)的時鐘同步并且區(qū)分了信道的上下行方向，采集的WLAN數(shù)據(jù)可以無需等待。同理，WLAN接收到從TD-LTE過來的下行數(shù)據(jù)，也可以保證數(shù)據(jù)流的實時傳輸。最后通過TD-LTE子信道與不同AC類業(yè)務(wù)的最小時延匹配，降低了大規(guī)模用戶環(huán)境下由于發(fā)生業(yè)務(wù)碰撞造成的高優(yōu)先級業(yè)務(wù)時延。本發(fā)明針對高鐵運營環(huán)境，設(shè)計融合的無線接入方案，具有較高的實用性和可行性。本發(fā)明針對兩種具體的無線制式TD-LTE和WLAN，設(shè)計兩種制式之間的最優(yōu)資源匹配算法，通過聯(lián)合的Qos映射機(jī)制、精確的信道同步和針對TD-LTE設(shè)計的WLAN業(yè)務(wù)碰撞回退機(jī)制，保證實時業(yè)務(wù)對時延的要求。本發(fā)明支持兩種制式的同步信令機(jī)制，為了保證WLAN制式有效減少TD-LTE傳輸時延，必須在上下行同步的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理化調(diào)度，同時要保證兩種制式之間的安全性問題。本發(fā)明要求在WLAN制式中區(qū)分上下行信道，按照精確 同步時鐘調(diào)度，嚴(yán)格對應(yīng)于TD雙工模式下的上下行信道，減少由于失同步造成的幀排隊等待。在聯(lián)合兩種制式下Qos等級的最優(yōu)信道匹配機(jī)制，TD-LTE制式下有9種Qos等級，由QCI標(biāo)志位表示,在802. Ile中則定義了四種AC(Access Category)。在設(shè)計資源映射器時，需要考慮兩種Qos劃分對加權(quán)值的影響，時延的加權(quán)值需要結(jié)合Qos等級、信道匹配度、CQI信息來綜合計算。WLAN用戶碰撞時的回退機(jī)制，由于區(qū)分了 WLAN上下行，能夠很方便的對應(yīng)TD-LTE幀格式的時間配比。因此WLAN上下行業(yè)務(wù)的碰撞回退時間，也應(yīng)參照TD-LTE幀格式的上下行時間比，從而減少業(yè)務(wù)的排隊時延。實施例二本發(fā)明考慮的適用場景是在偏遠(yuǎn)地區(qū)的人員集中區(qū)域或者未來高速鐵路的車廂內(nèi)，由于光纜無法敷設(shè)，使得無線中繼方式能夠較方便的實現(xiàn)用戶聯(lián)網(wǎng)，下面以高鐵為例，考慮的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)類型為802. Ile和TD-LTE。用戶上網(wǎng)時會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，產(chǎn)生的業(yè)務(wù)類型也是多種多樣。按照802. Ile協(xié)議規(guī)定的，有4類業(yè)務(wù)等級，分別是2類背景類業(yè)務(wù)、I類視頻業(yè)務(wù)和I類語音業(yè)務(wù)；對應(yīng)Qos等級從0到3依次上升。在相關(guān)文獻(xiàn)和測試報告里可以看到，當(dāng)用戶數(shù)超過20個時，碰撞概率會大幅度提升，且由于碰撞造成的時延均值可以達(dá)到200ms以上，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這種概率和時延還會大大提高。因此當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時，本發(fā)明希望高等級的業(yè)務(wù)可以優(yōu)先通過，并且通過合理的調(diào)度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源，減少異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間操作帶來的排隊等待時延。考慮高速列車上的網(wǎng)絡(luò)接入場景，車廂上用戶接入由802. Ile完成，列車到基站采用TD-LTE制式，每節(jié)車廂放置的無線接入點AP均通過光纜與TD-LTE終端相連，由于IP層的處理速度由CPU決定，不會對無線資源管理造成影響，因此本發(fā)明中忽略掉IP層的處理時延。每節(jié)車廂產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)流都匯聚到TD-LTE上進(jìn)行傳輸，加重了 TD-LTE的負(fù)擔(dān)，造成較大的排隊接入時延。且802. Ile和TD-LTE之間是異構(gòu)系統(tǒng)，不能同步工作，進(jìn)一步加大了 TD-LTE上行數(shù)據(jù)的排隊時間。以用戶上行業(yè)務(wù)為例，本實施例以對稱的業(yè)務(wù)類型為例，即上下行業(yè)務(wù)具有同樣的Q0S需求，對本發(fā)明所述方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，具體實施過程如下IEEE 802. 11協(xié)議自有的定時同步功能雖然滿足了自身的定時功能，但是要將其作為其他同步業(yè)務(wù)的參考時鐘還有很大的缺陷。首先，它采用偏移量補(bǔ)償，在進(jìn)行校時的瞬間不可避免地會引起時鐘向前或向后跳變；其次，由于存在時鐘漂移，時鐘同步精度會受到信標(biāo)間隔變化的影響，惡化了同步性能；最后，TSF不具有抗信標(biāo)延遲和丟失能力，這進(jìn)一步降低了 WLAN TSF的可靠性。為了解決這些問題，本發(fā)明在現(xiàn)有TSF的基礎(chǔ)上提出了基于TD-LTE時間寄存器的主從結(jié)構(gòu)式連續(xù)時鐘同步過程，它能更好地為建立在WLAN上的同步業(yè)務(wù)提供參考時鐘。如圖2所示，由于列車系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)獨特性，使得同步過程無需占用額外的無線資源，時鐘寄存器獲取SCH同步信道中的時鐘信息，廣播給所有接入AP站點執(zhí)行定時同步功能，用于各AP與移動臺之間的同步。對應(yīng)于4類AC，每個終端建立4個AC發(fā)送隊列。各種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)幀首先映射到不同的AC,放入相應(yīng)的發(fā)送隊列。每個發(fā)送隊列采用DCF(distributed coordinationfunction)機(jī)制獨立競爭信道。在競爭過程中，終端使用各自的AIFS(仲裁幀間隔)，CWmin (最小競爭窗口)，CWmax (最大競爭窗口)和最大重傳次數(shù)值。競爭情況有I)當(dāng)同一終端內(nèi)部的多個發(fā)送隊列之間因競爭信道發(fā)生沖突時，由一個虛擬調(diào)度器(virtual collision handler)選擇優(yōu)先級較高的隊列進(jìn)行發(fā)送,而其他低優(yōu)先級隊列的競爭窗口加倍，重傳次數(shù)加I。2)當(dāng)不同終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀時將發(fā)生碰撞，發(fā)生碰撞的各個發(fā)送隊列都要經(jīng)歷 重傳過程，與隊列優(yōu)先級高低無關(guān)。3)上行和下行業(yè)務(wù)發(fā)生碰撞時，最惡劣的情況會導(dǎo)致最高優(yōu)先級業(yè)務(wù)單向延遲超過200ms。為了避免這種情況的發(fā)生，設(shè)置了如圖4所示的業(yè)務(wù)回退策略，并在PLCP(物理層會聚協(xié)議，PHYLayer Convergence Procedure) Header 中的服務(wù)區(qū)域(service field)里增加上下行區(qū)分標(biāo)志位sf_LinkDirection,設(shè)置sf_LinkDirection的值為0或I,其中0表示下行，I表示上行，如圖3所示。對于上下行業(yè)務(wù)采用不同的回退策略，可以保證高優(yōu)先等級業(yè)務(wù)的雙向連通性?；赝瞬呗缘哪康氖菫榱吮苊鈽I(yè)務(wù)在時間上產(chǎn)生碰撞，同時為了減少WLAN-TD LTE的排隊時延，上下行業(yè)務(wù)的回退窗口必須要根據(jù)TD-LTE系統(tǒng)的上下行幀格式配比來制定。本實施例中假定TD-LTE系統(tǒng)采取第4種上下行配比，即在IOms的幀長度中，上下行子幀數(shù)量比為3 7，相應(yīng)的WLAN上下行業(yè)務(wù)競爭窗口間隔時隙也為3 7，總長度也設(shè)置為10ms。本實施例所述的技術(shù)方案下的WLAN業(yè)務(wù)碰撞回退策略上行業(yè)務(wù)產(chǎn)生時，根據(jù)同步時鐘(即時鐘寄存器)和標(biāo)志位信息(即上下行區(qū)分標(biāo)志位)，判斷是否處于上行業(yè)務(wù)傳輸過程；如果是，則選擇進(jìn)入傳遞隊列；否則等待。在回退過程中，每個AC都監(jiān)聽信道，如果信道空閑，則每隔一個空閑時隙，回退計數(shù)器減I ;在以下兩種情況時，回退計數(shù)器掛起I、信道上有其他AC發(fā)送數(shù)據(jù)；2、信道在進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。最小和最大競爭窗口大小、回退和重傳次數(shù)的計算參照802. IlE中協(xié)議規(guī)定。調(diào)整過后的回退策略，將對稱業(yè)務(wù)的雙向數(shù)據(jù)分開傳遞，降低了同類AC競爭同一信道的概率，同時根據(jù)低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的特性，即上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下行業(yè)務(wù)，設(shè)計了相應(yīng)的競爭區(qū)間，也能減少低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的接入碰撞時延。對于本發(fā)明中設(shè)計的異構(gòu)接入系統(tǒng)，將TD-LTE終端作為車-地接入的中繼節(jié)點，需要處理列車用戶產(chǎn)生的所有業(yè)務(wù)，當(dāng)數(shù)據(jù)流變大時，會加重TD-LTE節(jié)點MAC層的工作負(fù)擔(dān)。在LTE系統(tǒng)中，為了保證不同業(yè)務(wù)的Qos需求，用戶的IP數(shù)據(jù)包需要映射到不同的EPS Bearer，以獲得相應(yīng)的QoS保障。這樣的映射關(guān)系是通過MAC層的TFT (Traff ic FlowTemplate)和其中的Packet Filters來實現(xiàn)的。
本發(fā)明中，將WLAN的接入業(yè)務(wù)分類和TD-LTE中規(guī)定的QCI等級進(jìn)行虛擬映射配對，TD-LTE的空閑無線資源向映射器注冊，通過虛擬映射，將WLAN接入的數(shù)據(jù)流直接對應(yīng)到合適的EPS Bearer上，從而使TD-LTE無需對數(shù)據(jù)流進(jìn)行逐一分類，能夠加快MAC層的處理速度。映射的關(guān)系如表I所示。表I :聯(lián)合Qos映射表
權(quán)利要求
1.一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，采用額外的時鐘寄存器定時的讀取TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)時鐘，并通過時鐘寄存器定時的通知WLAN網(wǎng)絡(luò)，使WLAN網(wǎng)絡(luò)與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持同步； 步驟二，在WLAN網(wǎng)絡(luò)的MAC層區(qū)分業(yè)務(wù)的上下行方向，并設(shè)置上行競爭窗口和下行競爭窗口，窗口大小參照TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行時間配比； 步驟三，針對WLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸； 步驟四，設(shè)計一種基于時延的信道匹配規(guī)則，保證時延敏感業(yè)務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于步驟二中，WLAN網(wǎng)絡(luò)利用GP保護(hù)間隔進(jìn)行上下行同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于步驟二中，WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)有避免用戶在競爭窗口內(nèi)出現(xiàn)碰撞的回退機(jī)制；所述回退機(jī)制根據(jù)802. Ile的MAC層業(yè)務(wù)類型分成4種AC，每類AC對應(yīng)不同的信道競爭參數(shù)進(jìn)行信道競爭和回退過程；對應(yīng)于4類AC，每個終端建立4個AC發(fā)送隊列，各種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)幀首先映射到不同的AC，進(jìn)而放入相應(yīng)的發(fā)送隊列；每個發(fā)送隊列采用DCF機(jī)制獨立競爭信道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于，在信道競爭過程中，競爭情況有 1)當(dāng)同一終端內(nèi)部的多個發(fā)送隊列之間因競爭信道發(fā)生沖突時，由一個虛擬調(diào)度器選擇優(yōu)先級較高的隊列進(jìn)行發(fā)送，而其他低優(yōu)先級隊列的競爭窗口加倍，重傳次數(shù)加I ; 2)當(dāng)不同終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞時，發(fā)生碰撞的各個發(fā)送隊列都要經(jīng)歷重傳過程，與隊列優(yōu)先級高低無關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于，所述回退過程的具體內(nèi)容為在PLCP Header中的服務(wù)區(qū)域里增加上下行區(qū)分標(biāo)志位sf_LinkDirection,設(shè)sf_LinkDirection的值為0或I,其中0表示下行，I表示上行；上下行業(yè)務(wù)的回退窗口根據(jù)所述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行幀格式配比來制定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于所述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行子幀數(shù)量比為3 7，相應(yīng)的WLAN網(wǎng)絡(luò)的上下行業(yè)務(wù)競爭窗口間隔時隙也為3 7。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于所述WLAN網(wǎng)絡(luò)中，上行業(yè)務(wù)產(chǎn)生時，根據(jù)所述時鐘寄存器和所述上下行區(qū)分標(biāo)志位判斷是否處于上行業(yè)務(wù)傳輸過程；如果是，則選擇進(jìn)入傳遞隊列；否則等待；在回退過程中，每個AC都監(jiān)聽信道，如果信道空閑，則每隔一個空閑時隙，回退計數(shù)器減I ;在以下兩種情況時，回退計數(shù)器掛起a、信道上有其他AC發(fā)送數(shù)據(jù)；b、信道在進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于，所述聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制為JfWLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求映射到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載的類別標(biāo)識QCI，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于，所述基于時延的信道匹配規(guī)則為 首先在不區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，在第二跳根據(jù)不同用戶在不同子信道上的信道質(zhì)量的差異，在每一個子信道上選擇信道質(zhì)量最好的用戶服務(wù)，然后分別將第一跳AC業(yè)務(wù)需求和第二跳信道質(zhì)量排序后一一匹配； 其次在區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形下，首先服務(wù)高優(yōu)先級用戶，高優(yōu)先級用戶在第二跳選擇信道質(zhì)量最好的信道為其服務(wù)，然后在第一跳選擇與第二跳信道質(zhì)量最接近的子信道與之匹配；如果服務(wù)完高優(yōu)先級用戶后還有剩余的子信道，則按照不區(qū)分用戶服務(wù)優(yōu)先級的情形分配給低優(yōu)先級用戶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，其特征在于具體的子信道匹配機(jī)制為 第一步根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)類型和所需的傳輸速率確定用戶的服務(wù)順序，首先服務(wù)高優(yōu)先級用戶；假設(shè)K個用戶中有Kl個高優(yōu)先級用戶，其余K-Kl個用戶是低優(yōu)先級用戶，用戶k所需的傳輸速率為rk(ke QK)，其中Qk表示所有用戶的集合； 第二步根據(jù)步驟一確定的用戶的服務(wù)順序在第二跳為高優(yōu)先級用戶選擇子信道，采用Max C/1算法和信道估計，在OFDM系統(tǒng)中用SINR代替C/I，結(jié)合用戶業(yè)務(wù)對誤碼率的需求，第k個用戶按照下式選擇子信道直到滿足其所需的傳輸速率
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時延可控的聯(lián)合無線資源調(diào)度方法，包括步驟一，采用額外的時鐘寄存器定時的讀取TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)時鐘，并通過時鐘寄存器定時的通知WLAN網(wǎng)絡(luò)，使WLAN網(wǎng)絡(luò)與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持同步；步驟二，在WLAN網(wǎng)絡(luò)的MAC層區(qū)分業(yè)務(wù)的上下行方向，并設(shè)置上行競爭窗口和下行競爭窗口，窗口大小參照TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的上下行時間配比；步驟三，針對WLAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計聯(lián)合的虛擬映射機(jī)制，使得TD-LTE能夠迅速將WLAN數(shù)據(jù)分配到合適的承載上進(jìn)行傳輸；步驟四，設(shè)計一種基于時延的信道匹配規(guī)則，保證時延敏感業(yè)務(wù)。本發(fā)明保證了高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實時接入，保證了實時業(yè)務(wù)的Qos需求，降低了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在異構(gòu)系統(tǒng)中傳輸時產(chǎn)生的大量時延，滿足了不同Qos業(yè)務(wù)對時延的需求。
文檔編號H04W74/08GK102781108SQ20111012022
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者單聯(lián)海, 楊旸, 歐陽玉玲, 胡宏林, 錢驊, 高智偉 申請人:上海無線通信研究中心