DE60301035T2

DE60301035T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Planung von Datenzübertragungen zu Nutzern in Telekommunikationsystemen

Info

Publication number: DE60301035T2
Application number: DE60301035T
Authority: DE
Inventors: Qi Morris Plains Bi; Ching Yao Huang; Pi-Chun Lake Hiawatha Chen; Patrick Mendham Li; Stanley Parsippany Vitebsky
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: KR20030094075A; DE60301035D1; US20030223429A1; US7746779B2; EP1370035B1; KR101008190B1; JP4313093B2; EP1370035A1; JP2004040786A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme der nächsten Generation und insbesondere die Einteilung von Benutzern in Kommunikationssystemen für die Zuteilung übertragener Daten zu diesen Benutzern.
Allgemeiner Stand der Technik
Neue technische Probleme entstehen, während sich Telekommunikationssysteme von einem System der zweiten Generation, das reine Sprachdienste anbietet, zu einem System der dritten Generation entwickelt, das gemischte Sprach- und Datendienste anbietet. Bei der Erfüllung von Datendienstanforderungen müssen neue Leistungsmetriken und Algorithmen definiert werden, um die Datenleistung zu optimieren.
Ein Evolutions-nur-Daten-System des Typs CDMA 3G-1x (1xEVD) oder bekannt als System mit hoher Datenrate) ist ein Evolutionssystem des Systems des Typ CDMA2000 3G-1x und ist ein reines Datensystem zur Bereitstellung von Datendiensten für mobile Benutzer. Bei 1xEVDO wird ein Scheduler oder eine Einteilungsfunktion in einer Basisstationssteuerung vorgesehen, um eine schnelle Einteilung oder Verwaltung von Systembetriebsmitteln auf der Basis von Kanalqualitätsrückmeldungen von einer oder mehreren mobilen Einrichtungen bereitzustellen. Im allgemeinen wählt ein Scheduler eine mobile Einrichtung für die Übertragung zu einem gegebenen Zeitpunkt, und adaptive Modulation und Codierung ermöglicht die Auswahl eines entsprechenden Transportformats (Modulation und Codierung) für die von der mobilen Einrichtung gesehenen aktuellen Kanalbedingungen.
Bei drahtlosen Kommunikationssystemen der zweiten Generation, wie zum Beispiel Systemen des Standards IS-95, verwenden Anwendungen in der Regel auf Sprache basierende Kommunikationsverfahren, bei denen eine Verbindung zwischen der Basisstation und der mobilen Einrichtung eine fest zugeordnete Verbindung ist. Da diese im wesentlichen Festverbindungen sind, besteht keine Notwendigkeit des Vergebens von Prioritäten für die Reihenfolge der Übertragung zu den aktiven Benutzern, die von dem System versorgt werden (ein aktiver Benutzer ist ein Benutzer mit zu einem aktuellen Zeitpunkt zu sendenden Daten). Durch das Auftreten von drahtlosen Datenkommunikationssystemen der dritten Generation, wie zum Beispiel Systemen des Standards CDMA-2000 und 1xEVDO ist die Verwaltung von Systembetriebsmitteln jedoch von großer Wichtigkeit. Der Grund dafür besteht darin, daß Eigenschaften von Daten von Eigenschaften von Sprache signifikant verschieden sind. Zum Beispiel ist eine Datenübertragung im Gegensatz zu einer Sprachübertragung nicht unbedingt kontinuierlich und kann als eine Burst-Übertragung oder eine unterbrochene Übertragung zwischen einer Basisstation und zum Beispiel einer mobilen Einrichtung realisiert werden. Folglich versucht eine Basisstation in einem System der dritten Generation, einen großen Pool von Datenbenutzern zu verwalten, indem jedem Benutzer für die Übertragung Funkbetriebsmittel zugewiesen werden. Dies geschieht in der Regel durch Verwendung eines durch einen Scheduler in der Basisstationssteuerung Prioritätenschema. Bei einem herkömmlichen Prioritätenschema wird leerlaufenden mobilen Einrichtungen eine niedrigere Priorität als mobilen Einrichtungen mit zu sendenden Daten zugewiesen.
Folglich muß der Scheduler in der Lage sein, mit diesen großen Benutzerzahlen fertig zu werden, ohne Funkbetriebsmittel des Kommunikationssystems zu verschwenden. Diese Verwaltungsfunktion wird sogar noch wichtiger, wenn eine Basisstation versucht, Anforderungen bezüglich QoS (Dienstqualität) zu genügen. QoS ist ein allgemeiner Begriff, der eine Anzahl verschiedener Anforderungen repräsentieren kann. Im Prinzip gibt QoS die Bereitstellung einer garantierten Leistungsfähigkeit in einem drahtlosen Kommunikationssystem an (z.B. minimaler/maximaler Datennetzwerkdurchsatz, eine Minimalverzögerungsanforderung, eine Paketverlustrate, eine Paketherunterladezeit usw.).
Zur Zeit wurden mehrere Scheduler-Algorithmen vorgeschlagen. Ein Algorithmus wird als PF-Scheduler-Algorithmus (Proportional Fair) bezeichnet. Das Prinzip des PF-Algorithmus ist das Einteilen von Benutzern für die Übertragung mit einem angefordert-zu-Durchschnitts-Durchsatzverhältnis des Maximaldatenratenkanals (DRC), das auch als Prioritätsgewicht jedes Benutzers bezeichnet wird. Bei der Telekommunikation bedeutet Durchsatz pro Sekunde empfangene Informationsbit. Ein benutzerwahrgenommener Durchsatz in dem System ist definiert als die durchschnittlichen Informationsbit, die von einem Benutzer pro Sekunde empfangen werden. In mathematischer Form kann dieses Verhältnis durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt werden:
In dem Ausdruck (1) ist DRC_i(n) der vom Benutzer i zum Zeitpunkt n angeforderte DRC-Wert. DRC_i ^assigned ist der Benutzer i zum Zeitpunkt n zugewiesene DRC-Wert. R_i(n) ist der i-te Benutzerdurchsatz, gemittelt durch ein IIR-Filter mit Zeitkonstante T. Die Zeitkonstante T ist eine Zeitskala, über die hinweg der mittlere Durchsatz gemessen wird. Das Fairnessprinzip basiert auch auf der Zeitkonstante T. Die Wahl von T sollte groß genug sein, um Fluktuationen von Kanälen mit Fading auszugleichen und um eine von einem Benutzer wahrgenommene Durch schnittskanalbedingung zu repräsentieren, aber nicht zu groß, um Paketverzögerungsanforderungen zu erreichen oder zu übersteigen.
Der PF-Algorithmus erkundet eine Multiplexverstärkung von mehreren Benutzern und versorgt gleichzeitig Benutzer in einem als „proportional-fair" bezeichneten Sinn. Der PF-Algorithmus tendiert dazu, das Verhältnis DRC_i(n)/R_i(n) zwischen Benutzern auszugleichen. Folglich ist der mittlere Benutzerdurchsatz „proportional zu" der vom Benutzer angeforderten DRC-Rate oder R_i ∝ DRC_i. Anders ausgedrückt, erzielt ein Benutzer mit einem guten Kanalzustand einen guten Durchsatz und für einen Benutzer mit schlechtem Kanalzustand einen schlechten Durchsatz. Darüber hinaus ist der PF-Algorithmus ein generischer Algorithmus, der keine QoS-Anforderungen berücksichtigt, die vom System auferlegt werden können. Zusätzlich erfordert der PF-Algorithmus viel mehr Raten und ist nicht vollständig für Benutzer-Diversity implementiert.
Ein als verallgemeinerter Proportional-Fairness-Algorithmus oder G-Fair-Algorithmus bezeichneter weiterer Algorithmus ist eine verallgemeinerte Version des PF-Algorithmus, die erzeugt wurde, um die Benutzer-Diversity weiter zu erkunden. Der Algorithmus kann durch den folgenden Ausdruck definiert werden:
wobei DRC_i(n), DRC_i ^assigned(n) und R_i(n) dieselben Definitionen wie in Gleichung (1) aufweisen; und wobei DRC_i ^avg(n) der gemittelte DRC-Wert des Benutzers i zum Zeitpunkt n ist und unter Verwendung des folgenden Ausdrucks aktualisiert wird:
Die Prioritätsgewichtsberechnung bei dem G-Fair-Algorithmus unterscheidet sich von dem PF-Algorithmus insofern, als der ursprüngliche Gewichtungswert mit einer Funktion h (DRC₁ ^avg)/DRC₁ ^avg multipliziert wird. Es gibt fünf verschiedene Varianten der Funktion h(), die zu fünf verschiedenen Optionen für G-Fair-Algorithmen führen:
Option 0: h(DRC avg / i) = DRC avg / i;
Option 1: h(DRC avg / i) = 2·DRC avg / i;
Oprion 2: h(DRC avg / i) = 4·DRC avg / i;
Option 3: h(DRC avg / i) = 1;
Option 4: h(DRC avg / i) = min(c·DRC avg / i, d).
Bei den Optionen 0–4 ist DRC_i ^avg der mittlere DRC-Wert in Einheiten von 150 bps des i-ten Benutzers, c ist eine Konstante und d ist eine Konstante mit einem gültigen Bereich zwischen 256–16384. Die Konstante c kann auf 1 gesetzt werden, um den obigen Ausdruck (3) zu vereinfachen. Obwohl sie jeweils in einer verschiedenen Form vorliegen, führen Option 0, Option 1 und Option 2 alle im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit zu einem PF-Algorithmus, weil die Prioritäten aller Benutzer mit derselben festen Konstante skaliert werden und die Reihenfolge der Prioritäten unverändert bleibt. Bei Option 3, wobei h() = 1 gilt, kann die Konstante „1" auf der rechten Seite des Ausdrucks durch andere Konstanten ersetzt werden, ohne die Leistungsfähigkeit von Option 3 zu beeinflussen. Das Einteilungsprinzip bei Option 3 ist von den Einteilungsprinzipien des PF-Algorithmus verschieden. Anstatt einen Benutzerdurchsatz bereitzustellen, der proportional zu den Anforderungen eines Benutzers ist, so wie es vom PF-Algorithmus vorgeschlagen wird, gibt Option 3 einem Benutzer einen Durchsatz, der proportional zu der Schwankung der Anforderungen eines Benutzers mit der Zeit ist.
Option 4 ist eine verallgemeinerte Form des G-Fair-Algorithmus. Option 4 degeneriert zu Option 3 mit einem kleinen d-Wert und wird zu Option 0, 1 und 2 mit einem großen d-Wert. Die Leistungsfähigkeit von Option 4 wird durch das Verhältnis der beiden Parameter (Konstante c und Konstante d), nicht aber durch ihre Absolutwerte vorgeschrieben. Wenn zum Beispiel eine Situation mit {c = 1, d = 256} und eine Situation mit {c = 2, d = 512} verglichen wird, führt jede zur selben Leistungsfähigkeit. Um den Ausdruck (3) weiter zu vereinfachen, wird der Parameter c auf gleich eins normiert (c = 1). Da Option 4 andere Optionen des G-Fair-Algorithmus umfaßt, konzentriert sich die folgende Besprechung hauptsächlich auf Option 4 des G-Fair-Algorithmus.
1 zeigt die Leistungsfähigkeit eines herkömmlichen Scheduler-Algorithmus. Genauer gesagt besteht die h-Funktion von Option 4 des G-Fair-Algorithmus aus zwei Fragmenten gerader Linien, wie in 1 dargestellt. Für DRC_i ^avg-Werte von weniger als d reduziert sich die Gewichtsberechnung in Gleichung (2) auf Gleichung (1) des PF-Algorithmus. Für DRC_i ^avg-Werte von mehr als d, werden h (DRC_i ^avg)-Werte bei d abgeschnitten, und das in Gleichung (2) berechnete Gewicht ist ein kleinerer Wert als bei dem PF-Algorithmus berechnet. Dieses Verhalten der h-Funktion gewährleistet einen Steuermechanismus zum Entmutigen von Benutzern mit hohem DRC_i ^avg, um so für einen Benutzer mit schlechtem DRC_i ^avg von Vorteil zu sein. Mit richtig gewähltem d-Wert können die Dynamikumfänge von benutzerwahrgenommenen Durchsätzen, der Distanzbereich zwischen dem minimalen und dem maximalen Durchsatz auch eingestellt werden.
Die Leistungsfähigkeit des G-Fair-Algorithmus wurde auf der Basis der in Tabelle 1 aufgeführten Annahmen simuliert. Für die Simulation wurden 20 gleichzeitige aktive mobile Einrichtungen mit 3 kmph mit vollen zu sendenden Pufferdaten bewertet. Es wurden drei Ausbreitungskanalbedingungen simuliert, darunter additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN), 1-Weg-Rayleigh-Fading und 2-Weg-Rayleigh-Fading. Die Werte des Parameters d in der h-Funktion wurden als Vielfache von 256 gewählt, so daß die entsprechenden physischen Kanalraten Vielfache von 38,4 kbps waren.
Tabelle 1: G-Fair-Algorithmus-Simulationsannahmen
2 zeigt die Leistungsfähigkeit des herkömmlichen Scheduler-Algorithmus von 1 für verschiedene Benutzerdurchsätze. Genauer gesagt zeigt 2 die Leistungsfähigkeit des G-Fair-Algorithmus im Hinblick auf Benutzerdurchsätze und Sektordurchsätze. Ein Benutzerdurchsatz charakterisiert die benutzerwahrgenommene Kanalrate und wird als ein Verhältnis der insgesamt erfolgreich empfangenen Bit von einem Benutzer auf einem physischen zu der Sitzungsaktivzeit realisiert. Der Sektordurchsatz ist die angesammelte Kanalrate pro Sektor. Ein durch ein BS versorgtes Abdeckungsgebiet wird als Zelle bezeichnet; innerhalb einer Zelle kann es mehrere Sektoren geben. Die typische Konfiguration besteht darin, daß drei Sektoren in einer Zelle vorliegen. Der Sektordurchsatz wird als Verhältnis der gesamten guten übertragenen Bit des physischen Kanals zu der Simulationszeit berechnet.
Eine Standardabweichung des Benutzerdurchsatzes kann als Maß von „Fairness" betrachtet werden. Wie in 2 gezeigt, liegt, wenn der Wert des Parameters d zwischen 256 und 16384 schwankt, die Standardabweichung des Benutzerdurchsatzes im Bereich von etwa 0 bis 45 kbps und der Sektordurchsatz im Bereich von etwa 400 bis 1000 kbps. Die Standardabweichung des Benutzerdurchsatzes nimmt mit abnehmendem Wert des Parameters d ab. Mit einem kleinen Wert von d kann man unabhängig verschiedener Kanalbedingungen einzelner Benutzer einen gleichförmigen Benutzerdurchsatz bereitstellen. Der Kompromiß für das Verringern von d führt jedoch zu verringertem Sektordurchsatz, weil der Scheduler von bestimmten Benutzern gesehene gute Kanalbedingungen nicht voll erkundet. Der Scheduler behandelt alle Benutzer so, als ob sie dieselben Kanalbedingungen hätten. Durch richtige Wahl des Parameters d kann jedoch ein bestimmter Grad an Fairness erzielt werden, wenn auch mit einem verschlechterten Sektordurchsatz.
Ähnlich wie der PF-Algorithmus ist der G-Fair-Algorithmus ein generischer Algorithmus, der stark modifiziert werden müßte, wenn dem drahtlosen System weitere Anforderungen auferlegt würden, wie zum Beispiel die obenerwähnten QoS-Anforderungen. Um zum Beispiel Minimal- oder Maximalraten-QoS-Anforderungen aufzuerlegen, muß der Scheduler eine Objektivvariable definieren, die eine Funktion von QoS-Variablen ist. In (dem) zur Zeit vorgeschlagenen Scheduleralgorithmus(en) gibt es keinen Mechanismus, der es dem Scheduler ermöglicht, mit den zunehmenden QoS-Anforderungen drahtloser Systeme der dritten Generation fertig zu werden.
Obwohl der G-Fair-Algorithmus ähnlich wie der PF-Algorithmus versucht, Kommunikationsbetriebsmittel fairer als ein einfacher First-Come-First-Served-Warteschlangenalgorithmus zwischen mehreren Benutzern aufzuteilen, geben solche Zuteilungen Anbietern drahtloser Kommunikationsdienste jedoch keine ausreichende Kontrolle über die Datenübertragung, um allen Diensteanbieteranforderungen (QoS-Anforderungen) zu genügen. Es bleibt zum Beispiel ein Problem des Einschränkens des Datendurchsatzes derjenigen Benutzer, die übermäßige Anforderungen an das drahtlose Kommunikationsnetz stellen. Außerdem besteht das Problem des Unterscheidens zwischen Benutzern auf der Basis der Beschaffenheit der Anwendung, für die jeder Benutzer das Netzwerk benutzt. Ferner besteht das Problem des Unterscheidens zwischen Netzwerkbenutzern auf der Basis von Bezahlungsplänen einzelner Benutzer. Herkömmliche Verfahren zum Zuteilen der Übertragung von Daten berücksichtigen diese und andere Diensteanbieteranforderungen also nicht angemessen.
Jong Hun Rhee et al: „A wireless fair scheduling algorithm for 1xEV-DO system", VTC Herbst 2001, IEEE 54, Vehicular Technology Conference Proceedings. Atlantic City, NJ, 7.–11.10.2001, IEEE Vehicular Technology Conference, New York, NY: IEEE, US, Band 1 von 4, Konf. 54, 7.10.2001 (2001-10-07), Seiten 743–746, betrifft einen Drahtlos-fair-Einteilungsalgorithmus, ein 1xEV-DO-System, einschließlich sowohl WFQ- als auch PF-Algorithmen. Genauer gesagt wird ein Zugangspunkt (AP) beschrieben, der rückständige Pakete unter Verwendung eines Algorithmus mit gewichteten fairen Warteschlangen (WFQ) ordnet. Eine Übertragungskandidatenmenge (TCS) von Paketen wird dann durch Verwendung des PF-Algorithmus (Proportional Fairness) ausgewählt, der als der Kanal-Scheduler fungiert.
Kurze Darstellung der Erfindung
Ein Verfahren gemäß der Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Formen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einteilen mehrerer Benutzer beschrieben, um so übertragene Daten den Benutzern in einem Kommunikationssystem zuzuteilen. Das Verfahren und die Vorrichtung vergeben Prioritäten für die Einteilung der Vielzahl von Benutzern für den Empfang übertragener Daten und teilen auf der Basis der Einteilung mit Prioritäten eine nächste Datenübertragung zwischen den mehreren Benutzern zu.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszahlen repräsentiert werden und gestrichene und mehrfach gestrichene Notation ähnliche Elemente in alternativen Ausführungsformen angibt, die zur Veranschaulichung gegeben werden und die vorliegende Erfindung nicht einschränken, besser verständlich. Es zeigen:
1 die Leistungsfähigkeit eines vorbekannten Scheduler-Algorithmus;
2 die Leistungsfähigkeit des vorbekannten Scheduler-Algorithmus von 1 für verschiedene Benutzerdurchsätze;
3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
5 das Verhalten einer Aktualisierungsfunktion gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
6 die Leistungsfähigkeit des in 4 beschriebenen Verfahrens für verschiedene Benutzerdurchsätze;
7 ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
8 ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
9 ein Flußdiagramm von Schritten gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8;
10 ein Flußdiagramm von Schritten gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8;
11A ein Flußdiagramm von Schritten gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8;
11B ein Flußdiagramm von Schritten gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8;
12 ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
13 ein Flußdiagramm von Schritten gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 12; und
14 ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl sich die Prinzipien der Erfindung besonders gut für drahtlose Kommunikationssysteme eignen, die auf der wohl bekannten HSDPA-Spezifikation (High Speed Downlink Packet Access) im UMTS-Standard (Universal Mobile Telecommunication System) basieren, und in diesem beispielhaften Kontext beschrieben werden können, versteht sich, daß die hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen lediglich veranschaulichen und auf keinerlei Weise einschränken sollen. Folglich werden Fachleuten verschiedene Modifikationen zur Anwendung auf andere Übertragungssysteme ersichtlich sein und werden von den vorliegenden Lehren in Betracht gezogen. Außerdem sind im nachfolgenden Gebrauch die Begriffe Benutzer und Benutzergeräte (UE) gleichbedeutend mit einer Mobilstation (die hier gelegentlich auch als abgesetzte Station bezeichnet wird) in einem Kommunikationssystem, wie zum Beispiel einem drahtlosen Netzwerk, und die Begriffe Basisstation und Knoten-B können austauschbar verwendet werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein mittlerer Benutzerdurchsatz für alle aktiven Benutzer in dem System berechnet und der tatsächliche Durchsatz jedes Benutzers wird mit dem berechneten mittleren Durchsatz verglichen. Auf der Basis des Vergleichs werden Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer (z.B. die Einteilungsreihenfolge, in der Benutzer Datenübertragungen empfangen) vergeben.
In einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform wird ein auf jeden Benutzer anzuwendender Prioritätseinstellfaktor bestimmt, um Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer zu vergeben. Der Prioritätseinstellfaktor kann teilweise auf der Basis einer Aktualisierungsfunktion bestimmt werden. Die Aktualisierungsfunktion ist proportional zu einer berechneten Differenz zwischen dem tatsächlichen Durchsatz eines Benutzers und dem berechneten mittleren Benutzerdurchsatz für alle aktiven Benutzer. Auf der Basis des Vorzeichens für die Aktualisierungsfunktion können für jeden der mehreren Benutzer durch eine Vorrichtung wie zum Beispiel einen Scheduler in der Basisstation Prioritäten vergeben werden. Der Prioritätseinstellfaktor wird auf der Basis des Vorzeichens der Aktualisierungsfunktion entweder erhöht oder erniedrigt. Der Scheduler kann Prioritätsinformationen ausgeben, die die Basisstation informieren, in einem aktuellen Zeitschlitz Sendedaten dem als Benutzer mit der höchsten Priorität bestimmten Benutzer zuzuteilen.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Einteilen mehrerer Benutzer zum Empfangen übertragener Daten beschrieben, wobei ein mittlerer Benutzerdurchsatz über alle aktiven Benutzer berechnet wird und wobei ein Funktionsergebnis für jeden Benutzer auf der Basis des berechneten mittleren Benutzer durchsatzes und auf der Basis eines benutzerwahrgenommenen Durchsatzes jedes Benutzers berechnet wird. Die Einteilung von Benutzern für den Empfang übertragener Daten wird auf der Basis des Funktionsergebnisses mit Prioritäten versehen.
Eine die Verfahren in den obigen beispielhaften Ausführungsformen aufrufende Vorrichtung kann zum Beispiel eine Steuerung in einer Basisstation und insbesondere ein Teil der Basisstationssteuerung bildender Scheduler sein. In der vorliegenden Verwendung können die Begriffe Steuerung, Basisstationssteuerung und Scheduler austauschbar verwendet werden, da sie sich auf eine beispielhafte Vorrichtung zur Einteilung von Benutzern für den Empfang von Datenübertragungen innerhalb eines Kommunikationssystems beziehen können. Wie im folgenden ausführlicher zu sehen sein wird, kann die Vorrichtung ein Filter zum Berechnen des mittleren Benutzerdurchsatzes über alle aktiven Benutzer und einen Prioritätenvergeber zum Vergeben von Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer für den Empfang übertragener Daten auf der Basis eines mittleren Benutzerdurchsatzes über alle aktiven Benutzer enthalten.
Im vorliegenden Gebrauch sind die Phrasen „mittlere Dienstrate" und „mittlerer Benutzerdurchsatz" synonym. Zusätzlich kann die Phrase „angeforderte Datenrate" gelegentlich auch als „Datenratenanforderung" und eine „angeforderte Dienstrate" bezeichnet werden. Ferner kann die Phrase „Prioritätseinstellfaktor" auch als „Prioritätswert" bezeichnet werden, um zu beschreiben, wie jedem Benutzer Priorität zugewiesen wird.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Einteilen mehrerer Benutzer für das Zuteilen übertragener Daten zu den Benutzern in einem Kommunikationssystem beschrieben. Bei dem Verfahren bestimmt eine Vorrichtung wie zum Beispiel eine Basis stationssteuerung oder ein Scheduler in einer Basisstation eine mittlere Dienstrate für jeden Benutzer und bestimmt für jeden Benutzer einen Prioritätswert, der sowohl auf einer angeforderten Dienstrate eines Benutzers als auch auf einer mittleren Dienstrate eines Benutzers basieren kann. Die Steuerung kann die mittlere Dienstrate und/oder den Prioritätswert für mindestens einen der Benutzer modifizieren, um die Zuteilung übertragener Daten zu den Benutzern zu steuern.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Einteilen mehrerer Benutzer für die Zuteilung übertragener Daten zu den Benutzern beschrieben, bei dem eine mittlere Dienstrate für jeden der mehreren Benutzer modifiziert wird. Die modifizierte mittlere Dienstrate kann auf einer mittleren Dienstrate eines der Benutzer basieren. Auf der Basis der modifizierten mittleren Dienstrate und einer angeforderten Dienstrate des Benutzers wird ein Prioritätswert für den Benutzer bestimmt. Einem Benutzer mit dem höchsten Prioritätswert kann eine nächste Übertragung von Daten zugeteilt werden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine mittlere Dienstrate für jeden der mehreren Benutzer bestimmt werden und kann mit einer Schwelle verglichen werden. Auf der Basis des Vergleichs wird die Berechtigung eines Benutzers für die Zuteilung einer nächsten Übertragung von Daten (z.B. Berechtigung zum Empfang übertragener Daten) bestimmt.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Wie in 3 gezeigt, enthält eine (nicht gezeigte) Basisstationssteuerung einen Scheduler 300. Als Eingaben für den Scheduler 300 senden mehrere aktive Benutzer Datenratenanforderungen über Datenratenkanäle (DRCs) 305. Die über einen DRC 305 von einem Benutzer übertragenen Werte geben die angeforderte Rate dieses Benutzers an. Die mehreren angeforderten Datenraten können über ein IIR-Filter (unendliche Impulsantwort) 310 empfangen werden, die die angeforderten Datenraten über alle aktiven Benutzer hinweg assimiliert und für alle aktiven Benutzer einen mittleren Benutzerdurchsatz berechnet.
Zusätzlich kann jede Datenratenanforderung in einen Bereichskalkulator 320 eingegeben werden. Der Bereichskalkulator 320 berechnet einen mittleren Benutzerdurchsatz, der auch als dynamische Zielrate R_Dtarget bezeichnet wird, auf der Basis von benutzerwahrgenommenen Durchsätzen, die durch das IIR-Filter 310 aktualisiert werden. Der mittlere Benutzerdurchsatz für alle Benutzer und die Maximal- und Minimal-Benutzerdurchsatzergebnisse werden dann an einen Prioritätenvergeber 330 weitergeleitet. Wie später ausführlicher beschrieben werden wird, kann der Prioritätenvergeber 330 eine Anzahl von Funktionen ausführen, darunter u.a. Vergleichen des benutzerwahrgenommenen Durchsatzes jedes Benutzers mit dem berechneten mittleren Benutzerdurchsatz, um die Priorität der Datenübertragung für die Einteilung jedes der aktiven Benutzer zu bestimmen. Als Teil der Bestimmung der Priorität für jeden Benutzer kann der Prioritätenvergeber 330 einen Prioritätseinstellfaktor anwenden, der auf einer Aktualisierungsfunktion basiert. Die Aktualisierungsfunktion (deren Ausgabe Aktualisierungen für den Einteilungsalgorithmus sind) ist proportional zu der berechneten Differenz zwischen dem tatsächlichen Durchsatz eines Benutzers und dem mittleren Benutzerdurchsatz. Folglich weist der Prioritätenvergeber 330 die Prioritäten jedem Benutzer auf der Basis des auf jeden Benutzer angewandten Prioritätseinstellfaktors zu, der eine Funktion der für jeden Benutzer berechneten Aktualisierungsfunktion ist. Der Prioritätenvergeber 330 kann Prioritätsinformationen ausgeben, die die Basisstation informieren, Daten in einem aktuellen Zeitschlitz zu einem als Benutzer mit der höchsten Priorität identifizierten Benutzer zu senden (z.B. eine bestimmte nächste Übertragung von Daten zuzuteilen).
4 zeigt ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug auf 4 berechnet der Scheduler 300 zu jedem Zeitpunkt einen mittleren Benutzerdurchsatz über alle aktiven Benutzer (Schritt S10). Da sich der mittlere Benutzerdurchsatz mit der Zeit ändert, kann diese Größe als ein dynamischer Zielbenutzerdurchsatz oder R_Dtarget bezeichnet werden. Im Schritt S20 werden Prioritäten für die Einteilung der Benutzer vergeben, indem jeder benutzwahrgenommene Durchsatz für jeden Benutzer mit dem berechneten R_Dtarget verglichen wird. Insbesondere umfaßt dieser Vergleich eine Berechnung einer Differenz zwischen dem wahrgenommenen Durchsatz jedes Benutzers und R_Dtarget.
Genauer gesagt wird eine Aktualisierungsfunktion (F_i ^d(n)), die eine Funktion des Maximal-Benutzerdurchsatzes R_max, des Minimal-Benutzerdurchsatzes R_min und des mittleren Benutzerdurchsatzes R_Dtarget ist, zu jedem Zeitpunkt n bestimmt. Wie durch die nachfolgenden Ausdrücke in größerem Detail dargestellt wird, ist F_i ^d(n) proportional zu der Differenz zwischen dem benutzerwahrgenommenen Durchsatz eines Benutzers und R_Dtarget.
Auf der Basis des Vergleichs im Schritt S20 vergibt der Scheduler 300 Prioritäten für die Einteilung für alle aktiven Benutzer (Schritt S30). Wie durch die nachfolgend besprochenen Ausdrücke ersichtlich werden wird, erfolgt dieses Vergeben von Prioritäten auf der Basis des Anwendens eines Prioritätseinstellfaktors F_i(n) auf den Scheduler-Algorithmus zum Zuweisen von Priorität für jeden Benutzer. Der Prioritätseinstellfaktor wird auf der Basis der zu jedem Zeitpunkt für jeden Benutzer berechneten Aktualisierungsfunktion berechnet. Nachdem für jeden Benutzer eine Priorität vergeben wurde, wählt der Prioritätenvergeber 330 den Benutzer mit der höchsten Priorität (Schritt S40) und der Prioritätenvergeber 330 gibt Identifizierungsinformationen für diesen Benutzer mit der höchsten Priorität aus (Schritt S50), die die Basisstation informieren, Daten in dem aktuellen Zeitschlitz zu diesem Benutzer zu senden (ihm eine nächste Datenübertragung zuzuteilen).
Motiviert durch QoS-Anforderungen wurden der Prioritätenvergeber und das Einteilungsverfahren gemäß der Erfindung zur Gewährleistung von Fairness entwickelt, und auch zum Auferlegen von Maximal- und Minimalbeschränkungen auf Benutzerdurchsätze, während ein ausreichender Sektordurchsatz (die Informationsbit pro Sekunde, die Benutzer in einem Sektor für das drahtlose Netzwerk oder System empfangen) erhalten wird. Der Scheduler-Algorithmus kann so angepaßt werden, daß alle benutzerwahrgenommenen Durchsätze in einem Betriebsbereich zwischen R_min und R_max liegen. Zusätzlich führt der Scheduler-Algorithmus vier zusätzliche Parameter F_i(n), F_i ^d(n), R_max und R_min ein, die oben kurz beschrieben wurden. Folglich kann der Scheduler-Algorithmus durch die folgenden Ausdrücke definiert werden:
und mit
In dem Ausdruck (4) sind DRC_i(n) und R_i(n) dieselben wie im Ausdruck (1) definiert. F_i(n) ist ein Prioritätseinstellfaktor bei der Gewichtsberechnung eines Benutzers i und wird mit einer Aktualisierungsfunktion F_i ^d(n) aktualisiert. R_max und R_min repräsentieren wie oben beschrieben den Maximal- und Minimal-Benutzerdurchsatz zu jedem Zeitpunkt n. M ist eine Konstante zum Erhöhen des Prioritätseinstellfaktors; und N ist die Anzahl aktiver Benutzer zu einem gegebenen Zeitpunkt in dem System.
Das Verhalten der Aktualisierungsfunktion F_i ^d(n) wird mit Bezug auf 5 dargestellt. Mit Bezug auf 5 ist für einen Benutzer, dessen benutzerwahrgenommener Durchsatz zwischen R_min und R_max liegt, die Aktualisierungsfunktion proportional zu der Differenz zwischen dem wahrgenommenen Durchsatz des Benutzers und dem mittleren Benutzerdurchsatz für alle aktiven Benutzer (R_Dtarget). Das Vorzeichen der Aktualisierungsfunktion ist entsprechend für Benutzer, deren Benutzerdurchsatz größer als R_Dtarget ist, positiv. Das Vorzeichen ist für Benutzer, deren Durchsatz kleiner als R_Dtarget ist, negativ.
Für aktive Benutzer, deren Benutzerdurchsätze außerhalb des Betriebsbereichs fallen, ist die Aktualisierungsfunktion eine Exponentialfunktion der Differenz zwischen dem benutzerwahrgenommenen Durchsatz und entweder R_min oder R_max. Wie in 5 gezeigt, ist folglich in diesem Szenario das Vorzeichen der Aktualisierungsfunktion für Benutzer, deren benutzerwahrgenommener Durchsatz größer als R_max ist, positiv und für Benutzer, deren benutzerwahrgenommener Durchsatz kleiner als R_min ist, negativ. Unter Verwendung dieser Eigenschaften kann der Prioritätenvergeber 330 den Prioritätseinstellfaktor entsprechend erhöhen oder erniedrigen und Benutzern, deren benutzerwahrgenommener Durchsatz kleiner als R_min ist, die höhere Priorität zuweisen, und Benutzern, deren Benutzerdurchsatz größer als R_max ist, die niedrigere Priorität. Der Benutzer mit der höchsten Priorität ist der Benutzer mit dem maximalen DRC_i(n)/R_i(n)·F_i(n) gemäß dem Ausdruck (4).
6 zeigt die Leistungsfähigkeit des Einteilungsverfahrens gemäß der Erfindung für verschiedene Benutzerdurchsätze. Um die Leistungsfähigkeit des Scheduler-Algorithmus zu untersuchen, wurden unter den folgenden Annahmen in Tabelle 2 Simulationen ausgeführt.
Tabelle 2. DTM-Algorithmus-Simulationsannahmen.
Die Simulationsannahmen in Tabelle 2 sind denen früher mit Bezug auf den G-Fair-Algorithmus beschriebenen ähnlich, mit der Ausnahme, daß ein Betriebsbereich mit einem unteren Ende R_min von 9,6 kbps und einem oberen Ende, das auf R_max von 1 Mbps eingestellt ist, hinzugefügt wurde. Der Anfangswert des Prioritätseinstellfaktors wurde auf 1000 eingestellt, und die Konstante M variiert als ein Systemparameter von 1 bis 100. Wie in 6 dargestellt, liegt der Sektordurchsatz im Bereich von etwa 400 kbps bis 1000 kbps und die Standardabweichung des Benutzerdurchsatzes nimmt mit zunehmender Konstante M zu. Anders ausgedrückt, führen kleinere Werte von M zu einer strengeren Kontrolle über die Variationen des Benutzerdurchsatzes gemäß dem Entwurf durch die durch die Aktualisierungsfunktion erzeugten Aktualisierungswerte.
Der Scheduler kann Kontrollen bezüglich des minimalen und des maximalen benutzerwahrgenommenen Durchsatzes bereitstellen, um bestimmte Verzögerungsanforderungen zu erfüllen. Zusätzlich kann der Scheduler auch eine strengere Kontrolle über die Variation des Benutzerdurchsatzes ausüben, welche erkundet werden kann, um benutzerdefinierte Fairness zu erzielen, die nicht auf die proportionale Fairness der existierenden Algorithmen beschränkt.
7 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug auf 7 wird ein Kommunikationssystem 700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Das Kommunikationssystem 700 kann eine Basisstation 712 und mehrere abgesetzte Stationen (Benutzer) enthalten, die im folgenden als Mobilstationen 714A–714E bezeichnet werden und die jeweils drahtlos mit der Basisstation 712 kommunizieren. Die Basisstation 712 kann darüber hinaus zum Beispiel mit einem öffentlichen Fernsprechwählnetz (PSTN) 715 veranschaulichend kommunizieren.
Die Basisstation 712 umfaßt zum Beispiel mehrere Sender/Empfänger 716A–716D, eine mit jedem Sender/Empfänger verbundene Antenne 720 und eine mit jedem der Sender/Empfänger 716A–716D verbundene Steuerung 722, die jede dieser steuert. Die Steuerung 722 kann einen Scheduler 300 enthalten, wie zum Beispiel mit Bezug auf 3 beschrieben. Die Mobilstationen 714A–714E sind untereinander identisch oder im wesentlichen ähnlich. Es reicht deshalb aus, eine einzige Mobilstation 714A zu beschreiben, die zum Beispiel einen Sender/Empfänger 724 umfaßt, sowie eine Antenne 728, die damit verbunden ist, und eine Steuerung 730, die ebenfalls mit dem Sender/Empfänger verbunden ist.
Jede der mehreren Mobilstationen 714A–714E kommuniziert mit der Basisstation 712 und sendet eine angeforderte Dienstrate (z.B. Datenratenanforderung) DRC(n, i) zu dieser, wobei n den n-ten Zeitschlitz für eine Datenübertragung repräsentiert und i die die angeforderte Dienstrate sendende Mobilstation angibt. Die Basisstation 712 teilt in dem n-ten Zeitschlitz eine nächste Datenübertragung zu. Die Zuteilung kann gemäß einer Einteilungsoperation erfolgen, die Prioritäten für die mehreren Mobilstationen 714A–714E vergeben kann, um so bei Implementierung durch die Steuerung 722 eine erweiterte Durchsatzsteuerung bereitzustellen.
8 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Flußdiagramm 824 stellt eine Schedulingoperation dar. Nach dem Start (Block 826) sendet mindestens eine Mobilstation 714A–714E eine angeforderte Dienstrate, die durch die Basisstation 712 im Block 828 empfangen wird. Im Block 830 wird eine mittlere Dienstrate R(n, i) für die i-te Mobilstation in Bezug auf den n-ten Schlitz (d.h. den für die nächste Datenübertragung zuzuteilenden Zeitschlitz) bestimmt. Auf der Basis der angeforderten Dienstrate DRC(n, i) und der mittleren Dienstrate R(n, i) wird für die i-te Mobilstation (Block 834) für den n-ten Schlitz ein Prioritätswert PV(n, i) (z.B. Prioritätseinstellfaktor) bestimmt.
Um die Durchsatzsteuerung zu verbessern, kann der Prioritätswert mindestens einer der Mobilstationen 714A–714E modifiziert werden. Folglich wird für die i-te Mobilstation der Prioritätswert PV(n, i) im Block 834 modifiziert, wenn sich die i-te Mobilstation unter einer Menge S mindestens einer Mobilstation befindet, deren Prioritätswert modifiziert werden soll. Die Schritte werden im Block 836 für jede Mobilstation wiederholt, die eine angeforderte Dienstrate zu der Basisstation 712 sendet. Der Prioritätswert mindestens einer der Mobilstationen 714A–714E kann deshalb modifiziert werden.
Für jede Mobilstation 714A–714E wird bestimmt, welche Mobilstation den höchsten Prioritätswert besitzt (Block 838). Die nächste Datenübertragung wird auf der Basis des höchsten Prioritätswerts zugeteilt, der gemäß der Einteilungsoperation (Block 840) bestimmt wird, woraufhin die Einteilungsoperation im Block 842 abgeschlossen ist.
9 ist ein Flußdiagramm von Schritten gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8. Nunmehr mit Bezug auf 9 wird eine Ausführungsform des Modifizierens des Prioritätswerts PV(n, i) im Block 834 des Flußdiagramms 824 in 8 des Systems beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird auf der Basis der angeforderten Dienstrate, DRC(n, i) der i-ten Mobilstation ein Prioritätswert für die i-te Mobilstation modifiziert. Das Modifizieren des Prioritätswerts PV(n, i) kann umfassen, im Block 844 einen Faktor F(DRC(n, i)) zu bestimmen, der eine Funktion der angeforderten Dienstrate DRC(n, i) ist. Der Prioritätswert PV(n, i) basiert selbst auf der angeforderten Dienstrate DRC(n, i) sowie auf einer mittleren Dienstrate R(n, i) der i-ten Mobilstation (z.B. ist die mittlere Dienstrate der mittlere Benutzerdurchsatz des Ausdrucks (1), hier ausgedrückt als DRC(n, i)/R(n, i)).
Im Block 846 wird der Prioritätswert PV(n, i) durch Multiplizieren des Prioritätswerts mit dem Faktor F(DRC(n, i)) modifiziert. Dies ergibt eine direkte und effiziente Möglichkeit des Modifizierens des Prioritätswerts auf der Basis der angeforderten Dienstrate. Wenn der Faktor zum Beispiel umgekehrt mit der angeforderten Dienstrate variiert (z.B. [dF(DRC(n, i))]/dDRC(n, i)] < 0, wenn F stetig ist), kann das Ergebnis der Modifikation darin bestehen, den Effekt einer hohen angeforderten Dienstrate zu dämpfen und den Effekt einer niedrigen angeforderten Dienstrate zu verstärken.
Wie für Fachleute erkennbar ist, gibt es andere Multiplikationsfaktoren, die entweder auf stetigen oder diskreten Funktionen basieren, die abwechselnd zum Erhöhen oder Erniedrigen des Prioritätswerts verwendet werden können. Wie ebenfalls für Fachleute erkennbar sein wird, kann das System 700 außerdem abwechselnd einen oder mehrere Faktoren verwenden, die zum Beispiel in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, abhängig davon, ob die angeforderte Dienstrate der i-ten Mobilstation niedriger oder höher als die angeforderten Dienstraten der anderen Mobilstationen ist, einen Prioritätswert zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Solches Modifizieren kann zum Beispiel vorteilhaft sein, wenn bestimmte Mobilstationen beständig höhere Dienstraten als andere anfordern. Eine beständig höhere angeforderte Dienstrate kann zum Beispiel günstigere Sende- und/oder Empfangsbedingungen einer Mobilstation, vielleicht aufgrund besserer mit der Mobilstation assoziierter Hochfrequenzbedingungen (HF-Bedingungen), wiedergeben. Durch Dämpfen des Effekts höherer angeforderter Dienstraten kann das System ein kleineres Verhältnis zwischen von Mobilstationen unter günstigen Bedingungen im Vergleich zu den unter weniger günstigen Bedingungen erzielbaren Durchsätzen erzielen.
10 ist ein Flußdiagramm von Schritten gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Kommunikationssystem 700 den Prioritätswert PV(n, i) der i-ten Mobilstation auf der Basis der mittleren Dienstrate R(n, i) der Mobilstation modifizieren. Nunmehr mit Bezug auf 10 kann das Modifizieren des Prioritätswerts PV(n, i) umfassen, einen Faktor R(R(n, i)) zu bestimmen (Block 848), wobei G eine Funktion der mittleren Dienstrate R(n, i) ist. Der Prioritätswert PV(n, i) kann wieder auf der angeforderten Dienstrate DRC(n, i) und der mittleren Dienstrate R(n, i) der i-ten Mobilstation basieren. Im Block 850 kann der Prioritätswert durch Multiplizieren des Prioritätswerts mit dem Faktor G(R(n, i)) modifiziert werden.
Wenn der Faktor also umgekehrt zu der mittleren Dienstrate variiert (z.B. [dG(R(n, i))]/dR(n, i)] < 0, wenn G stetig ist), erniedrigt deshalb das Multiplizieren des Prioritätswerts PV(n, i) mit dem Faktor G(R(n, i) den Prioritätswert, wenn die mittlere Dienstrate der i-ten Mobilstation höher als andere ist, und erhöht den Prioritätswert, wenn die mittlere Dienstrate niedriger als die mittlere Dienstraten anderer Mobilstationen ist. Wieder ist für Fachleute ohne weiteres erkennbar, daß es andere Multiplikationsfaktoren gibt, die auf stetigen oder diskreten Funktionen basieren, die zum Erniedrigen des Prioritätswerts verwendet werden können, wenn die angeforderte Dienstrate höher ist, bzw. zum Erhöhen des Prioritätswerts, wenn die angeforderte Dienstrate niedriger ist.
Allgemeiner kann man mit diesen Faktoren zum Beispiel modifizierte Prioritätswerte zugunsten von Mobilstationen, denen zuvor niedrigere Dienstraten zugeteilt wurden, und zu Lasten derer, denen zuvor höhere Dienstraten zugeteilt wurden, versetzen. Außerdem wird für Fachleute ohne weiteres erkennbar sein, daß das System 700 als Alternative einen oder mehrere Faktoren verwenden kann, die zum Beispiel in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, um einen Prioritätswert abhängig davon, ob die angeforderte Dienstrate niedriger oder höher als andere ist, zu erhöhen oder zu erniedrigen.
11A ist ein Flußdiagramm von Schritten gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich ein Prioritätswert PV(n, i) mindestens einer Mobilstation 714A–714E des Kommunikationssystems 700 durch einen QoS-Parameter modifiziert werden. Gemäß der in 11A dargestellten Ausführungsform kann im Block 834' der Faktor F(DRC(n, i) wie zuvor beschrieben bestimmt werden (Block 844). Zusätzlich kann im Block 852 für die i-te Mobilstation in bezug auf den n-ten Schlitz ein QoS-Parameter X(i, j) bestimmt werden. Der Faktor F(DRC(n, i) kann modifiziert werden, indem er im Block 853 mit dem Parameter X(i, j) multipliziert wird. Im Block 854 kann der Prioritätswert PV(n, i) der i-ten Mobilstation mit dem Produkt des Faktors F(DRC(n, i) und des QoS-Parameters X(i, j) multipliziert werden, um dadurch einen Prioritätswert zu erhalten, der sowohl durch den Faktor auf der Basis der angeforderten Dienstrate als auch des QoS-Parameters modifiziert wird.
11B ist ein Flußdiagramm von Schritten gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 8. Bei einer in 11B dargestellten alternativen Ausführungsform kann im Block 834'' der Faktor G(R(n, i) wie zuvor beschrieben bestimmt werden (Block 848), und der QoS-Parameter X(i, j) kann für die i-te Mobilstation in bezug auf den n- ten Schlitz im Block 852 wie ebenfalls oben beschrieben bestimmt werden. Der QoS-Parameter kann zum Modifizieren des Faktors R(n, i) verwendet werden, indem beispielsweise das Produkt des Parameters und des Faktors, nämlich R(n, i)·X(i, j) im Block 853 erhalten wird. Mit dem so erhaltenen Produkt kann man den Prioritätswert PV(n, i) der i-ten Mobilstation im Block 855 modifizieren, indem der Prioritätswert mit dem Produkt des Faktors R(n, i) und des QoS-Parameters X(i, j) multipliziert wird. Der Prioritätswert wird folglich sowohl durch den Faktor auf der Basis der mittleren Dienstrate als auch des QoS-Parameters modifiziert.
Wie für Fachleute ohne weiteres erkennbar ist, kann der QoS-Parameter X(i, j) zum Beispiel auf dem Bezahlungsschema basieren, unter dem die Basisstation 712 die Mobilstation i versorgt. Zum Beispiel kann j eine von mehreren verschiedenen Klassen auf der Basis des Bezahlungsschemas anzeigen. Der Parameter X(i, j) kann deshalb so gewählt werden, daß eine Mobilstation unter einem bevorzugten Bezahlungsschema beim Modifizieren durch den Parameter ihren Prioritätswert erhöht bekommt.
Alternativ dazu kann der QoS-Parameter X(i, j) eine der i-ten Station zugewiesenen Prioritätsklasse entsprechen. Darüber hinaus kann der QoS-Parameter X(i, j) dennoch auf der Anwendung basieren, für die die i-te Mobilstation eine Dienstrate DRC(n, i) in dem n-ten Schlitz anfordert. Zum Beispiel kann mit Bezug auf X(i, j) j eine von mehreren verschiedenen Anwendungen anzeigen, die in dem n-ten Schlitz durch die Mobilstation i ausgeführt werden sollen.
12 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und 13 ist ein Flußdiagramm, das eine weitere alternative Ausführungsform eines Teils des Flußdiagramms von 12 darstellt. Nunmehr mit Bezug auf 12 und 13 kann auf der Basis einer modifizierten mittleren Dienstrate R·(n, i) der Prioritätswert PV(n, i) für die i-te Mobilstation bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, kann der Prioritätswert als ein Verhältnis einer angeforderten Dienstrate zu einer mittleren Dienstrate bestimmt werden. Durch Modifikation der mittleren Dienstrate kann das Kommunikationssystem 700 deshalb den Prioritätswert entsprechend beeinflussen. Die Ausführungsform wird über das Flußdiagramm 1256 beschrieben, in dem nach dem Start (Block 58) die Basisstation 712 im Block 1260 eine Anforderung der Dienstrate DRC(n, i) von der i-ten Station für den n-ten Schlitz empfängt. Im Block 1262 kann die mittlere Dienstrate für den Dienst bis zu dem vorletzten Schlitz berechnet werden (d.h. R(n – 1, i)). Im Block 1264 kann dann auf der Basis von R(n – 1, i) und eines folgendermaßen ausführlicher beschriebenen zusätzlichen Faktors eine modifizierte mittlere Dienstrate berechnet werden.
Im allgemeinen kann eine mittlere Dienstrate R(n, i) für die i-te Mobilstation in dem n-ten Zeitschlitz gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: R(n, i) = (1 – (1/t))·R(n – 1, i) + (1/t)·(Versorgungsrate in Schlitz n – 1 für Benutzer i), wobei t die Anzahl der Schlitze in einem zur Mittelung verwendeten Zeitfenster ist. Mit dieser Formel wird im Block 1262 R(n – 1, i), die mittlere Dienstrate in Bezug auf Schlitz n – 1, berechnet: R(n – 1, i) = (1 – (1/t))·R(n – 2, i) + (1/t)·(Versorgungsrate in Schlitz n – 2 für Benutzer i). In den Blöcken 1276 und 1278 wird dann die modifizierte mittlere Dienstrate berechnet.
Im Block 1276 kann auf der Basis einer vergangenen Versorgungsrate, die über das Mittelungsfenster bestimmt wird, ein zusätzlicher Faktor f beispielhaft bestimmt werden (z.B. f(R(n, i))). Im Block 1278 kann dann die modifizierte mittlere Dienstrate R·(n, i) in Bezug auf Schlitz n auf der Basis des zusätzlichen Faktors und (R(n – 1, i) : R·(n, i) = (1 – (1/t))·R(n – 1, i) + (1/t)·(1/f(Versorgungsrate))(Versorgungsrate in Schlitz n – 1 für Benutzer i). Der zusätzliche Faktor f kann so gewählt werden, daß R·(n, i) abhängig davon, ob die mittlere Dienstrate der i-ten Mobilstation in der Vergangenheit höher oder niedriger als mittlere Dienstraten anderer Mobilstationen war, höher oder niedriger ist. Die Wahl kann einen Effekt des Erhöhens oder Erniedrigens des Prioritätswerts haben, abhängig davon, ob f direkt oder umgekehrt mit der mittleren Dienstrate variiert. Der zusätzliche Faktor f kann auch wie oben beschrieben durch einen QoS-Parameter weiter modifiziert werden.
14 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Bei noch einer weiteren Ausführungsform sind nur die Mobilstationen in dem Kommunikationssystem 700, die eine Schwellenbedingung erfüllen, für die Zuteilung der nächsten Übertragung von Daten berechtigt. Die Zuteilung erfolgt gemäß dem Flußdiagramm 1480 in 14. Nach dem Start (Block 1482) empfängt die Basisstation 712 eine Anforderung eines Dienstes von der i-ten Mobilstation (Block 1484). Die mittlere Dienstrate R(n, i) für die i-te Station wird im Block 1486 bestimmt. Im Block 1488 wird eine Schwelle R_target (z.B. R_Dtarget) bestimmt und im Block 1490 werden die mittlere Dienstrate und die Schwelle verglichen. Die Mobilstation kann für die Zuteilung der nächsten Übertragung von Daten berechtigt sein, wenn die mittlere Dienstrate als kleiner als die Schwelle bestimmt wird. Für jede als berechtigt bestimmte Mobilstation kann ein Prioritätswert PV(n, i) bestimmt und modifiziert werden (Blöcke 1492, 1494, 1496, 1497). Folglich kann die nächste Übertragung von Daten im Block 1498 auf der Basis des modifizierten höchsten Prioritätswerts zugeteilt werden, worauf die Einteilungsoperation abgeschlossen ist (Block 1499).
Die mittlere Dienstrate R(n, i) kann für jede Mobilstation auch dann aktualisiert werden, wenn eine Mobilstation für die Betrachtung in dem n-ten Schlitz ausgeschlossen ist. Für eine solche ausgeschlossene Mobilstation nimmt die mittlere Dienstrate R(n, i) deshalb von Schlitz zu Schlitz ab, wenn die zuvor beschriebene Formel bei der Bestimmung der mittleren Dienstrate verwendet wird. Mit der Zeit hat die ausgeschlossene Mobilstation also eine verbesserte Wahrscheinlichkeit, berücksichtigt zu werden.
Zusätzlich kann die Schwelle auch auf der Basis der Gesamtzahl der Mobilstationen ausgewählt werden. Wenn zum Beispiel die Schwelle so gewählt wird, daß sie umgekehrt mit der Anzahl der Benutzer variiert, besteht entsprechend eine um so größere Wahrscheinlichkeit, daß eine Mobilstation berücksichtigt wird, je mehr Mobilstationen in dem Kommunikationssystem 700 vorliegen.
Ferner kann die Schwelle auf der Basis eines Mittelwerts aller mittleren Dienstraten von Mobilstationen bestimmt werden. Zum Beispiel kann man R_target als Summierung aller mittleren Dienstraten über i dividiert durch die Gesamtzahl N der Mobilstationen, berechnen: R_target = [ΣR(n, i)]/N. Als Alternative oder zusätzlich kann bewirkt werden, daß die Schwelle gemäß einem QoS-Parameter variiert. Wie bereits beschrieben, kann der QoS-Parameter mit dem Bezahlungsschema zusammenhängen, unter dem Dienst einer Mobilstation bereitgestellt wird, oder mit einer auf der Mobilstation auszuführenden Anwendung.
Außerdem kann die Schwelle so modifiziert werden, daß Faktoren wie zum Beispiel die Übertragungsbedingung (z.B. HF-Bedingung) jeder Mobilstation berücksichtigt werden. Zum Beispiel läßt sich eine modifizierte Schwelle erhalten, indem man R_target mit einem Faktor K multipliziert. Wenn K im Vergleich zu 1 groß ist, werden dann zum Beispiel Mobilstationen, die aus günstigeren Übertragungsbedingungen Nutzen ziehen, im Mittel ein größerer Durchsatz als anderen Mobilstationen zugeteilt. Das Modifizieren der Schwelle mit K hat also den Effekt des Versetzens der Schwelle zugunsten von Mobilstationen, die den Nutzen von Übertragungsbedingungen besitzen, die besser als bei anderen Mobilstationen sind.
Nachdem die Erfindung somit beschrieben wurde, wird offensichtlich sein, daß selbige auf vielerlei Weise variiert werden kann. Zum Beispiel können die Logikblöcke in 3 und 7 in Hardware und/oder Software implementiert werden. Die Hardware-/Softwareimplementierungen können eine Kombination von Prozessor(en) und Herstellungsartikel(n) umfassen. Der bzw. die Herstellungsartikel können ferner Speichermedien, computerlesbare Medien mit Codeteilen darauf, die von einem Prozessor zur Ausführung des Verfahrens gelesen werden, sowie ein ausführbares Computerprogramm bzw. ausführbare Computerprogramme umfassen. Das ausführbare Computerprogramm bzw. die ausführbaren Computerprogramme können die Anweisungen zur Ausführung der beschriebenen Operationen in dem Verfahren enthalten. Das computerausführbare Programm bzw. die computerausführbaren Programme können außerdem als Teil eines extern gelieferten ausgebreiteten Signals bzw. extern gelieferter ausgebreiteter Signale bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zum Einteilen mehrerer Benutzer für die Zuteilung übertragener Daten zu den Benutzern, gekennzeichnet durch Vergeben von Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer für den Empfang übertragener Daten (S10, S20, S30) und Zuteilen einer nächsten Datenübertragung unter den mehreren Benutzern auf der Basis der Einteilung mit vergebenen Prioritäten (S40, S50).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vergebens von Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer auf einem mittleren Benutzerdurchsatz für alle aktiven Benutzer basiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Vergebens von Prioritäten ferner folgendes umfaßt: Berechnen eines Funktionsergebnisses auf der Basis eines benutzerwahrgenommenen Durchsatzes jedes Benutzers, eines mittleren Benutzerdurchsatzes für alle Benutzer, eines maximalen Benutzerdurchsatzes für jeden Benutzer und eines minimalen Benutzerdurchsatzes für jeden Benutzer, und Vergeben von Prioritäten für die Einteilung der mehreren Benutzer für den Empfang übertragener Daten auf der Basis des berechneten Funktionsergebnisses.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Vergebens von Prioritäten ferner folgendes umfaßt: Auswählen einer Funktion aus einer Gruppe von mehr als einer Funktion zur Verwendung in dem Berechnungsschritt auf der Basis eines Werts jedes benutzerwahrgenommenen Durchsatzes im Vergleich zu mindestens einem mittleren Benutzerdurchsatz, dem maximalen Benutzerdurchsatz und dem minimalen Benutzerdurchsatz für jeden Benutzer.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Vergebens von Prioritäten ferner folgendes umfaßt: einem Benutzer, dessen tatsächlicher Durchsatz unter dem Minimum liegt, wird eine höchste Priorität zugewiesen, Benutzern, deren benutzerwahrgenommener Durchsatz über dem Minimum aber unter dem mittleren Benutzerdurchsatz liegt, wird eine nächst höhere Priorität zugewiesen, und Benutzern, deren benutzerwahrgenommener Durchsatz über dem mittleren Benutzerdurchsatz oder über dem Maximum des Betriebsbereichs liegt, werden niedrigere Prioritäten zugewiesen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: Bestimmen eines mittleren Benutzerdurchsatzes für jeden Benutzer der mehreren Benutzer, Bestimmen eines Prioritätswerts für jeden Benutzer auf der Basis einer angeforderten Versorgungsrate jedes Benutzers und des bestimmten mittleren Benutzerdurchsatzes und Modifizieren mindestens eines des mittleren Benutzerdurchsatzes und/oder des Prioritätswerts für mindestens einen Benutzer, um eine Zuteilung übertragener Daten zu den Benutzern zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Modifizierens folgendes umfaßt: Modifizieren des mittleren Benutzerdurchsatzes und/oder des Prioritätswerts auf der Basis mindestens einer der angeforderten Versorgungsrate des mindestens einen Benutzers, des mittleren Benutzerdurchsatzes des mindestens einen Benutzers und/oder mindestens eines Parameters für die Versorgungsqualität (QoS).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den folgenden Schritten: Bestimmen eines modifizierten mittleren Benutzerdurchsatzes für jeden der mehreren Benutzer, wobei der modifizierte mittlere Benutzerdurchsatz auf einem mittleren Benutzerdurchsatz des Benutzers basiert, Bestimmen eines Prioritätswerts für mindestens einen Benutzer auf der Basis des modifizierten mittleren Benutzerdurchsatzes und auf der Basis einer angeforderten Versorgungsrate des mindestens einen Benutzers, Bestimmen, welcher Benutzer der mehreren Benutzer einen höchsten Prioritätswert besitzt, und Zuteilen einer nächsten Übertragung von Daten auf der Basis des höchsten Prioritätswerts.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den folgenden Schritten: Bestimmen eines mittleren Benutzerdurchsatzes für jeden der mehreren Benutzer, Vergleichen des mittleren Benutzerdurchsatzes jedes Benutzers mit einer Schwelle und Bestimmen, welcher Benutzer zu einer Zuteilung einer nächsten Übertragung von Daten berechtigt ist, auf der Basis des Vergleichsschritts.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner mit den folgenden Schritten: Bestimmen der Schwelle auf der Basis mindestens eines Mittelwerts aller mittleren Benutzerdurchsätze der Benutzer und/oder mindestens eines Parameters für die Versorgungsqualität (QoS) und Versetzen der Schwelle zugunsten von Benutzern, die von Übertragungsbedingungen Nutzen ziehen, die besser als andere Benutzer sind.