CN110139251A - 基于动态分组的海量m2m业务混合调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法。该方法包括：在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长对当前传输时间间隔中的所有业务以及上一个传输时间间隔中的所有待传输业务进行优先级的分组，并根据该分组内的优先级顺序进行业务调度；在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度。该基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法解决了静态优先级分组算法不公平性带来的普遍存在的业务饿死问题。

Description

基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法

技术领域

本发明是关于无线通信技术领域，特别是关于一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法。

背景技术

M2M是Machine-to-Machine的简称，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。

常见的M2M调度算法是根据业务QoS(服务质量)需求的不同对业务进行分组并赋予每个组别不同静态优先级。发明人在实现本发明的过程中发现，LPWA(低功率广域)物联网海量M2M终端多QoS需求背景下，传统的静态分组优先级调度方式在信道拥塞时可能造成某些业务错过传输期限导致传输失败的情况。静态算法缺乏一定的自适应能力，在频谱资源有限或流量突发等原因导致信道拥塞时，调度器可能一直服务于更高优先级的业务，造成某些优先级较低但仍具时延要求的业务错过传输期限而传输失败。另外优先级调度充分利用了M2M业务的多QoS特性和时延容忍优先为紧急业务提供数据传输机会，该策略是一种非公平性的策略，实际终端可能出现集群的特性加上业务潮汐效应，无线资源长期被霸占导致低优先级业务可能长期得不到服务而“饿死”。

基于LTE(长期演进)的M2M业务上行采用峰均比更低的SC-FDMA(单载波频分多址)技术，用户RB(资源块)分配存在限制，体现在单个RB只能分配给单个用户，且不能将离散的RB分配给用户。在RB连续约束下要想最大化业务传输速率并不容易，这已被证明为是一个网络处理器的难题，若想获得最优解需详尽地搜索所有可行的RB分配，具有不切实际的指数级时间复杂度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，解决了静态优先级分组算法不公平性带来的普遍存在的业务饿死问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其包括：在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长对当前传输时间间隔中的所有业务以及上一个传输时间间隔中的所有待传输业务进行优先级的分组，并根据该分组内的优先级顺序进行业务调度；在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度。

在一优选的实施方式中，在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长对当前传输时间间隔中的所有业务以及上一个传输时间间隔中的所有待传输业务进行优先级的分组包括：当业务的延迟容忍剩余时长减小到一定阈值时将该业务的优先级进行提升。

在一优选的实施方式中，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：根据最高优先级业务量与最低优先级业务量的比例确定动态分组优先级调度周期数和轮询周期数的配比。

在一优选的实施方式中，在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度之后还包括：根据当前的待传输业务量的情况重新确定所述动态分组优先级调度周期数和所述轮询周期数的配比。

在一优选的实施方式中，在进行所述业务调度时采用资源块大小可变的算法并且满足资源块邻接约束。

在一优选的实施方式中，采用资源块大小可变的算法进行业务调度包括：在每个传输时间间隔中，根据当前待传输业务所需的资源块数确定一个最小且符合所述当前待传输业务的传输要求的资源块，并将该资源块分配给当前待传输业务进行业务传输，并且将该资源块标记为已分配。

在一优选的实施方式中，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：在业务初次请求调度时记录业务的延迟容忍剩余时长。

在一优选的实施方式中，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：在一个传输时间间隔的调度完成后，对未被调度的业务的延迟容忍剩余时长进行更新。

在一优选的实施方式中，业务的延迟容忍剩余时长为业务的延迟容忍时长减去等待调度的传输时间间隔的时长。

与现有技术相比，根据本发明的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，以动态的业务延迟容忍剩余时长(DTRT)值为指标对请求调度的业务进行动态分组并分配相应优先级，通过当前各类业务流量情况自动执行轮询周期的机制来解决优先级算法不公平性带来的普遍存在的业务饿死问题，使得调度算法具备了自适应能力。另外基于RB邻接约束的动态业务分组M2M混合调度算法有效利用了可用的RB，并且以满足业务时延为目标将业务错过传输期限的可能性降至最低，既充分利用了业务时延容忍特性，又具备了一定动态自适应能力，可有效减小传输时延，提升***吞吐量，为海量M2M终端多QoS需求引发的调度难题提供了一种可靠的解决方案。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法的流程示意图；

图2是根据本发明一实施方式的基于时延的业务分组模型。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了克服LPWA(低功率广域)物联网海量M2M终端多QoS需求背景下，传统的静态分组优先级调度方式在信道拥塞时可能造成某些业务错过传输期限导致传输失败的情况，本发明提供了一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，以动态的业务延迟容忍剩余时长(DTRT)值为指标对请求调度的业务进行动态分组并分配相应优先级，通过当前各类业务流量情况自动执行轮询周期的机制来解决优先级算法不公平性带来的普遍存在的业务饿死问题，使得调度算法具备了自适应能力。

本发明提供了一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，在一实施方式中，当新业务到达后，该海量M2M业务混合调度方法进行步骤S10或步骤S20。

在步骤S10中进行动态分组优先级调度。具体而言，在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长DTRT对当前传输时间间隔TTI中的所有业务以及上一个传输时间间隔TTI中的所有待传输业务进行优先级的分组，并根据该分组内的优先级顺序进行业务调度。其中，业务的延迟容忍剩余时长DTRT为业务的延迟容忍时长减去等待调度的传输时间间隔TTI的时长。

进一步地，在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长DTRT对当前传输时间间隔TTI中的所有业务以及上一个传输时间间隔TTI中的所有待传输业务进行优先级的分组包括：当业务的延迟容忍剩余时长DTRT减小到一定阈值时将该业务的优先级进行提升。

具体而言，以满足数据时延约束为目标赋予时延容忍程度低紧急性强的业务更高调度优先级。延迟约束下，当前时刻请求服务的业务集合定义为{1,2,...,m,...,M}，各业务所属分组集合定义为{G₁,G₂,...,G_x,...,G_g}，以业务延迟容忍时长DTT为指标进行业务分组，DTT代表业务传输期限及其时延敏感程度。传统静态算法根据业务DTT将所有业务分为n个类{1，2，3,......,n}，对应n个优先级{P₁,P₂,P₃,......,P_n}，由于DTT是一个静态参数，为实现动态分组本发明采用动态的业务指标参数DTRT代替DTT，从而实现了动态的业务分组对应静态的优先级。业务刚到达时，其DTRT值等于DTT值，确定其初始所属优先级分组，若在一个调度周期内传输时间间隔TTI业务未被调度，那么每经过一个传输时间间隔TTI(假设1个传输时间间隔TTI为1ms)，DTRT值就会减少1ms，如果属于低优先级的业务未在该分组的DTRT范围内被服务，将自动转移到上一个高优先级组中，从而拥有更高的被调度优先级。假设某业务DTT为180ms，最初它的DTRT为180ms，若经过30ms后仍未得到调度其DTRT值减小为150ms，DTRT值减小到一定范围可自动归类为高一优先级的分组，完成了动态的分组。

在步骤S20中进行轮询调度。具体而言，在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度，无需进行优先级分组环节。

在一实施方式中，可以根据最高优先级业务量与最低优先级业务量的比例确定动态分组优先级调度周期数和轮询周期数的配比。并且在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度之后还包括步骤S21。在步骤S1中根据当前的待传输业务量的情况重新确定动态分组优先级调度周期数和轮询周期数的配比。

具体而言，将上述动态分组优先级调度与自动轮询机制结合，每隔一段动态调度周期，就进入一次轮询周期，轮询调度周期可避免资源紧张时最低优先级业务始终得不到调度。根据非时延容忍的最高优先级业务与时延容忍的最低优先级业务量比例确定动态调度周期数与轮询周期数的配比α，α用于控制混合调度中优先级调度周期数与轮询调度周期数的比例。每执行完一次轮询调度后，就根据当前业务量情况自动调整α，如此可以进一步提高调度的效率和公平性。

在一实施方式中，在进行上述业务调度时采用资源块邻接约束下的资源块大小可变的算法。混合调度的资源分配需满足RB邻接约束，该资源块大小可变的算法，其出发点是不同业务所需RB数不同，以N表示未被分配且连续的RB组，R表示二维分配矩阵，表示业务m所需的RB数，即块大小。j是N中的第j个RB，且为该RB块的第一个RB。在每个传输时间间隔TTI中，算法通过的值来确定一个最小且满足要求的块，来为业务m提供服务，之后将此块标记为已被分配。然后继续按该步骤为业务m+1安排RB资源块。如此，基于RB邻接约束的动态业务分组M2M混合调度算法有效利用了可用的RB，并且以满足业务时延为目标将业务错过传输期限的可能性降至最低，既充分利用了业务时延容忍特性，又具备了一定动态自适应能力，可有效减小传输时延，提升***吞吐量，为海量M2M终端多QoS需求引发的调度难题提供了一种可靠的解决方案。

在一实施方式中，海量M2M业务混合调度方法还包括步骤30。在步骤S30中对延迟容忍剩余时长DTRT进行更新。具体地，在一个传输时间间隔TTI的调度完成后，对未被调度的业务的延迟容忍剩余时长DTRT进行更新。

在一实施方式中，海量M2M业务混合调度方法还包括在业务初次请求调度时记录业务的延迟容忍剩余时长DTRT。

为了更加清楚的说明，本发明还提供了一个实际应用的实施例。在基于LTE的物联网中，对业务{1,2,...,m,...,M}进行分组。分组数g过大会降低调度效率，过小则不能很好的区分业务时延敏感程度，本实施案例中设置g＝4，将业务分为4组，如图2所示，G₁为发送数据量少但DTT很低的时延不容忍型业务，如各类警报业务，随机突发性强，需立即上报。G₂为人为干预下发生的M2M通信业务，数据量大小不等，由于涉及人机通信，时延敏感程度较高，如通过国网采集终端后台查询电表信息等。G₃为具有最低传输速率要求的业务，具有一定的时延容忍性，但必须在其DTT内调度得到调度，如视频监控。G₄为发送小量或批量数据且时延容忍的业务，此类业务占比最大，对实时性要求低，优先级低于上述3种类型，如环境监测，若无线资源紧张，可适当推迟该类流的调度。以业务的动态DTRT代替静态DTT，作为指标对所有流进行分组，每传输时间间隔TTI通过公式DTRT_m＝DTT_m-n_m×t_TTI对不同业务的DTRT值进行动态更新。业务刚到达时，其DTRT值等于DTT值，根据该DTRT值所属范围确定一个初始组及组对应的优先级，如表1所示。

表1 M2M业务所属分组及其优先级

优先级1为最高优先级，所有延迟不容忍的业务都保存在此组中，在每个传输时间间隔TTI内将被优先调度。对于初始所属分组为G2和G3的业务，若在一个调度周期内业务未被调度，那么每经过一个传输时间间隔TTI，DTRT值就会减少1ms，如果属于低优先级的业务未在该分组的DTRT范围内被服务，将自动转移到上一个高优先级组中，从而拥有更高的被调度优先级。假设某业务DTT为180ms，最初它的DTRT为180ms，其分组G3优先级为3；若经过30ms后仍未得到调度其DTRT值减小为150ms，自动转为优先级为2的分组G2中，完成了动态的分组。G4业务由于占比大且延迟容忍程度高，为提高调度效率算法不考虑提升其优先级，即G4的流始终处于最低优先级。

RB的分配采用邻接约束下的可变块大小算法，在优先级调度阶段，在RB未被分配完时，根据DTRT值依次将RB分配给G1、G2、G3的M2M业务流，若仍有RB剩余再将其分配给G4业务，对于G4是一种尽力而为的资源分配方式。如果处于轮询周期，则对所有M2M业务一视同仁，执行轮询算法。

每个传输时间间隔TTI结束时，对G1、G2、G3中未被调度的业务流的DTRT值进行更新，需注意的是DTRT值减小至0的数据包意味着超时，将被视为传输失败而丢弃，G4中的业务无需更新，该算法下业务因错过最终期限而传输失败的可能性大大降低，提高了***吞吐量同时也保证了紧急信息更快更有效的送达。

综上，根据本实施方式的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，以动态的业务延迟容忍剩余时长(DTRT)值为指标对请求调度的业务进行动态分组并分配相应优先级，通过当前各类业务流量情况自动执行轮询周期的机制来解决优先级算法不公平性带来的普遍存在的业务饿死问题，使得调度算法具备了自适应能力。另外基于RB邻接约束的动态业务分组M2M混合调度算法有效利用了可用的RB，并且以满足业务时延为目标将业务错过传输期限的可能性降至最低，既充分利用了业务时延容忍特性，又具备了一定动态自适应能力，可有效减小传输时延，提升***吞吐量，为海量M2M终端多QoS需求引发的调度难题提供了一种可靠的解决方案。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，包括：

在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长对当前传输时间间隔中的所有业务以及上一个传输时间间隔中的所有待传输业务进行优先级的分组，并根据该分组内的优先级顺序进行业务调度；以及

在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度。

2.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，在动态分组优先级调度周期内根据业务的延迟容忍剩余时长对当前传输时间间隔中的所有业务以及上一个传输时间间隔中的所有待传输业务进行优先级的分组包括：

当业务的延迟容忍剩余时长减小到一定阈值时将该业务的优先级进行提升。

3.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：

根据最高优先级业务量与最低优先级业务量的比例确定动态分组优先级调度周期数和轮询周期数的配比。

4.如权利要求3所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，在轮询周期内根据业务到达时间的先后顺序进行业务调度之后还包括：

根据当前的待传输业务量的情况重新确定所述动态分组优先级调度周期数和所述轮询周期数的配比。

5.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，在进行所述业务调度时采用资源块大小可变的算法并且满足资源块邻接约束。

6.如权利要求5所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，采用资源块大小可变的算法进行业务调度包括：

在每个传输时间间隔中，根据当前待传输业务所需的资源块数确定一个最小且符合所述当前待传输业务的传输要求的资源块，并将该资源块分配给当前待传输业务进行业务传输，并且将该资源块标记为已分配。

7.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：

在业务初次请求调度时记录业务的延迟容忍剩余时长。

8.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，所述海量M2M业务混合调度方法还包括：

在一个传输时间间隔的调度完成后，对未被调度的业务的延迟容忍剩余时长进行更新。

9.如权利要求1所述的基于动态分组的海量M2M业务混合调度方法，其特征在于，业务的延迟容忍剩余时长为业务的延迟容忍时长减去等待调度的传输时间间隔的时长。