本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信領(lǐng)域的資源分配方法，特別是一種以LTE為回程網(wǎng)絡(luò)的上行資源分配方法。
背景技術(shù)：
：隨著智能感知、識(shí)別技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，物物相聯(lián)的概念已逐步深入人心，物聯(lián)網(wǎng)也被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。但是當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)只是將許多物理對(duì)象連接起來(lái)，可以相互進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)交換，并實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)測(cè)控制功能.這些網(wǎng)絡(luò)大多面向具體需求、采用專用協(xié)議，解決了各個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有者當(dāng)前關(guān)注的問(wèn)題。而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的物物相聯(lián)仍是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。第三代合作伙伴計(jì)劃(The3rdGenerationPartnershipProject，簡(jiǎn)稱為3GPP)長(zhǎng)期演進(jìn)(LongTermEvolution，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)TE)系統(tǒng)采用基站集中調(diào)度的方式來(lái)控制用戶設(shè)備(UserEquipment，簡(jiǎn)稱為UE)的物理上行共享信道(PhysicalUplinkSharedChannel，簡(jiǎn)稱為PUSCH)傳輸。LTE系統(tǒng)的上行信道資源分配以資源塊(ResourceBlock，簡(jiǎn)稱為RB)為單位。資源塊用于描述物理信道(PhysicalChannel)到資源單元(ResourceElement，簡(jiǎn)稱為RE)的映射。系統(tǒng)中定義了兩種資源塊：物理資源塊(PhysicalResourceBlock，簡(jiǎn)稱為PRB)和虛擬資源塊(VirtualResourceBlock，簡(jiǎn)稱為VRB)。一個(gè)物理資源塊PRB在頻域上占個(gè)連續(xù)的子載波(subcarrier)，其中子載波間隔為15kHz，即一個(gè)PRB在頻域上的寬度為180kHz。LTE幀長(zhǎng)為10ms，每個(gè)幀又分為10個(gè)子幀(subframe)，每個(gè)子幀長(zhǎng)為1ms，被稱為傳輸時(shí)間間隔(簡(jiǎn)稱為TTI)，一個(gè)PRB在時(shí)域上占1個(gè)時(shí)隙(slot，0.5ms)，一個(gè)VRB具有與PRB相同的結(jié)構(gòu)和大小。資源分配時(shí)，位于一個(gè)子幀內(nèi)兩個(gè)時(shí)隙上的一對(duì)VRB是被一起分配的。LTE系統(tǒng)中，PUSCH采用連續(xù)資源分配(contiguousresourceallocation)方式，即一個(gè)UE的PUSCH在頻域上占有一段連續(xù)的帶寬，是整個(gè)上行系統(tǒng)帶寬的一部分。LTE的資源分配可在時(shí)域和頻域上進(jìn)行。在時(shí)域上，每一個(gè)TTI進(jìn)行一次資源分配；在頻域上是基于多個(gè)RB進(jìn)行分配，RB在頻域上的寬度為180kHz?？偟纳闲蠷B數(shù)目隨上行鏈路帶寬的變化而變化，具體見(jiàn)表1。LTE作為下一代無(wú)線通信的核心技術(shù)，也必然成為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的主要核心技術(shù)之一。表1資源塊數(shù)目和信道帶寬的映射表信道帶寬(MHz)1.435101520RB數(shù)目NRB615255075100隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)的需求也不斷增大，但物聯(lián)網(wǎng)通信的數(shù)據(jù)模式和要求是不同于傳統(tǒng)的LTE網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通信往往具有基于群組的通信，較低的移動(dòng)性，小數(shù)據(jù)量傳輸，低功耗等特點(diǎn)。對(duì)于具體的應(yīng)用，對(duì)通信速率和延時(shí)的要求也不盡相同。因此，在進(jìn)行通信資源分配時(shí)，必須考慮到不同用戶的需求，滿足不同用戶的服務(wù)質(zhì)量(簡(jiǎn)稱為QoS)要求?，F(xiàn)有的LTE上行鏈路的資源分配方案沒(méi)有針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)通信有以下特點(diǎn)：1、物聯(lián)網(wǎng)的用戶終端數(shù)量非常龐大，而且有些終端節(jié)點(diǎn)由于電源和通信模塊的受限，并不能直接和eNB進(jìn)行通信；2、單個(gè)感知節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量普遍較小，小的數(shù)據(jù)傳輸往往會(huì)造成無(wú)線資源的利用率不高，并提出利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收集來(lái)自感知節(jié)點(diǎn)的信息并轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高系統(tǒng)的利用率；3、LTE定義了1-9種不同的分類業(yè)務(wù)(簡(jiǎn)稱為QCI)，但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，分類數(shù)目太多反而會(huì)降低系統(tǒng)的性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提出一種基于LTE技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)上行鏈路資源分配算法，為不同的應(yīng)用提供QoS保障。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于LTE技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)上行鏈路資源分配方法，該物聯(lián)網(wǎng)采用兩級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括底層及核心網(wǎng)，其中，底層是由各類感知控制設(shè)備相連構(gòu)成的感知延伸網(wǎng)絡(luò)，感知延伸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和核心網(wǎng)相連，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集來(lái)自感知控制設(shè)備的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)傳送給位于核心網(wǎng)的基站，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、定義N種不同的服務(wù)質(zhì)量需求，N≥2；步驟2、在時(shí)域上，每一個(gè)傳輸時(shí)間間隔都執(zhí)行一次資源分配算法，基站(eNB)根據(jù)用戶的服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)用戶進(jìn)行差別化服務(wù)；在頻域上，由基站(eNB)根據(jù)各用戶提交的需求確定分配的資源塊數(shù)目，分配的資源是連續(xù)的資源塊，對(duì)于任意的第i個(gè)傳輸時(shí)間間隔，包括以下步驟：步驟2.1、將可用的資源塊數(shù)目nRB_avl初始化為NRB；步驟2.2、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己接收到的來(lái)自感知控制設(shè)備的數(shù)據(jù)流發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求速率信息Rreq_k給基站；步驟2.3、基站根據(jù)來(lái)自用戶的服務(wù)質(zhì)量需求，將用戶分為N個(gè)子集，所有子集按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序；步驟2.4、計(jì)算第i個(gè)傳輸時(shí)間間隔預(yù)分配給每個(gè)用戶的資源塊數(shù)目，其中，用戶k的資源塊數(shù)目為nk，k∈{1，…，k，…K}，K為總的用戶數(shù)目：Lk表示分配給用戶k的資源塊集合，假設(shè)所有的NRB都分配給用戶k，則Lk為所有的資源塊集合，利用下面公式計(jì)算得到每個(gè)資源塊能提供的速率rk：式中，B表示每個(gè)資源塊的帶寬；γeff，k表示有效的信噪比，|Lk|表示分配給用戶k的資源塊集合的基數(shù)，γk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的信噪比，pk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的發(fā)射功率，hk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的信道增益，σ2表示加性高斯白噪聲功率；則第i個(gè)傳輸時(shí)間間隔預(yù)分配給用戶k的資源塊數(shù)目nk＝Rreq_k/rk，并計(jì)算得到用戶k累計(jì)需分配的資源塊數(shù)目bk，bk＝bk+nk；步驟2.5、根據(jù)步驟2.4計(jì)算得到的需要分配給每個(gè)用戶的資源塊數(shù)目，按照優(yōu)先級(jí)順序依次為步驟2.3確定的N個(gè)子集內(nèi)的每個(gè)用戶分配資源塊，對(duì)于任意子集內(nèi)的所有用戶而言，依據(jù)最近一次服務(wù)時(shí)間，按先后順序排序，最近一次服務(wù)時(shí)間最早的，排在最前面。優(yōu)選地，在所述步驟1中定義3種不同的服務(wù)質(zhì)量需求：第一種、需要可靠的速率和延遲保障，具有最高優(yōu)先級(jí)；第二種、需要一定的速率和延遲保障，但到達(dá)速率沒(méi)有第一種高，且對(duì)速率的要求低于第一種，具有第二高的優(yōu)先級(jí)；第三種、無(wú)速率和延遲要求，具有最低優(yōu)先級(jí)。優(yōu)選地，在所述步驟2.3中，將用戶分為3個(gè)子集：第一子集(S1)包含所有第一種服務(wù)質(zhì)量需求的用戶，具有最高優(yōu)先級(jí)；第二子集(S2)包含所有第二種服務(wù)質(zhì)量需求的用戶，具有第二高的優(yōu)先級(jí)；第三子集(S3)包含所有第三種服務(wù)質(zhì)量需求的用戶，具有最低的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)選地，在所述步驟2.5中，先分配第一子集(S1)內(nèi)的所有用戶，對(duì)于第一子集(S1)內(nèi)的用戶j而言，其累計(jì)需分配的資源塊數(shù)目為bj，若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞bj，則分配連續(xù)的bj個(gè)資源塊給用戶j；若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞0，再分配第二子集(S2)內(nèi)的所有用戶；若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞0，再分配第三子集(S3)內(nèi)的所有用戶。本發(fā)明提出了一種基于LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)的解決方案，并給出了在這種方案下基于QoS的上行鏈路資源的分配方法。在資源匱乏的條件下，優(yōu)先給時(shí)延敏感類用戶分配資源，滿足此類用戶的帶寬需求；在資源充足的情況下，又能根據(jù)用戶的實(shí)際需求，按需給各用戶分配資源；在滿足QoS的基礎(chǔ)上，最大化系統(tǒng)的資源利用率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中的物聯(lián)網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明中的物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)兩級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，底層是由各類感知控制設(shè)備(簡(jiǎn)稱為IoTD)，如RFID、GPS、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、各類型傳感器等相連構(gòu)成的感知延伸網(wǎng)絡(luò)。感知延伸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱為IoTG)和核心網(wǎng)相連。IoTG負(fù)責(zé)收集來(lái)自IoTD的數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)傳送給基站(簡(jiǎn)稱為eNB)。本發(fā)明還定義了三種不同的QoS需求：class1：需要可靠的速率和延遲保障，這一類數(shù)據(jù)的到達(dá)速率往往非常高；class2：需要一定的速率和延遲保障，但到達(dá)速率沒(méi)有class1高，且對(duì)速率的要求低于class1；class3：無(wú)速率和延遲要求。在時(shí)域上，每一個(gè)TTI都執(zhí)行一次資源分配算法，eNB根據(jù)用戶的QoS需求對(duì)用戶進(jìn)行差別化服務(wù)。class1具有最高的優(yōu)先級(jí)；class2次之；class3的優(yōu)先級(jí)最低。在頻域上，由eNB根據(jù)各用戶提交的需求確定分配的RB數(shù)目。分配的資源是連續(xù)的RB。對(duì)于任意的第i個(gè)TTI，執(zhí)行如下算法：步驟1、將可用的資源塊數(shù)目nRB_avl初始化為NRB。步驟2、IoTG根據(jù)自己接收到的來(lái)自IoTD的數(shù)據(jù)流發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求速率信息Rreq_k給eNB。步驟3、eNB根據(jù)來(lái)自用戶的QoS需求，將用戶分為3個(gè)子集：S1、S2、S3。其中S1包括所有優(yōu)先級(jí)為class1的用戶，S2包括所有優(yōu)先級(jí)為class2的用戶，S3包括所有優(yōu)先級(jí)為class3的用戶。步驟4、計(jì)算第i個(gè)TTI預(yù)分配給每個(gè)用戶的資源塊數(shù)目，其中，用戶k的資源塊數(shù)目為nk，k∈{1，…，k，…K}，K為總的用戶數(shù)目：Lk表示分配給用戶k的資源塊集合，假設(shè)所有的NRB都分配給用戶k，則Lk為所有的資源塊集合，利用下面公式計(jì)算得到每個(gè)資源塊能提供的速率rk：式中，B表示每個(gè)資源塊的帶寬；γeff，k表示有效的信噪比，|Lk|表示分配給用戶k的資源塊集合的基數(shù)，γk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的信噪比，pk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的發(fā)射功率，hk，l表示用戶k在第1個(gè)資源塊上的信道增益，σ2表示加性高斯白噪聲功率；則第i個(gè)傳輸時(shí)間間隔預(yù)分配給用戶k的資源塊數(shù)目nk＝Rreq_k/rk，并計(jì)算得到用戶k累計(jì)需分配的資源塊數(shù)目bk，bk＝bk+nk；步驟5、根據(jù)步驟4計(jì)算得到的需要分配給每個(gè)用戶的資源塊數(shù)目，按照優(yōu)先級(jí)順序依次為步驟2確定的3個(gè)子集內(nèi)的每個(gè)用戶分配資源塊，對(duì)于任意子集內(nèi)的所有用戶而言，依據(jù)最近一次服務(wù)時(shí)間，按先后順序排序，最近一次服務(wù)時(shí)間最早的，排在最前面。先分配第一子集S1內(nèi)的所有用戶，對(duì)于第一子集S1內(nèi)的用戶j而言，其累計(jì)需分配的資源塊數(shù)目為bj，若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞bj，則分配連續(xù)的bj個(gè)資源塊給用戶j；若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞0，再分配第二子集S2內(nèi)的所有用戶；若可用的資源塊數(shù)目nRB_avl＞0，再分配第三子集S3內(nèi)的所有用戶。本發(fā)明利用LTE構(gòu)成回程網(wǎng)絡(luò)，將不同的感知網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，通過(guò)LTE技術(shù)將獨(dú)立的感知網(wǎng)絡(luò)和主干網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)；本發(fā)明利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)建立感知節(jié)點(diǎn)和eNB間的數(shù)據(jù)傳輸，感知節(jié)點(diǎn)先將數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給eNB。本發(fā)明只需設(shè)計(jì)相關(guān)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同的接口，分別實(shí)現(xiàn)與感知節(jié)點(diǎn)和eNB的通信，即能實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有多樣化的感知網(wǎng)絡(luò)與LTE網(wǎng)絡(luò)互連，便于整合現(xiàn)有的傳感網(wǎng)技術(shù)；根據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)，定義了時(shí)延敏感，時(shí)延一般性敏感和無(wú)時(shí)延要求三種QoS需求，解決了LTE9種不同的分類業(yè)務(wù)QCI對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言分類數(shù)目太多反而會(huì)降低系統(tǒng)性能的問(wèn)題。本發(fā)明也可以和現(xiàn)有的LTE分類業(yè)務(wù)QCI通過(guò)映射整合。本發(fā)明基于以上基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基于QoS的上行鏈路資源調(diào)度算法，在資源匱乏的條件下，優(yōu)先給時(shí)延敏感類用戶分配資源，滿足此類用戶的帶寬需求；在資源充足的情況下，又能根據(jù)用戶的實(shí)際需求，按需給各用戶分配資源；在滿足QoS的基礎(chǔ)上，最大化系統(tǒng)的資源利用率。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3