无线资源分配方法、装置、可读存储介质及计算机设备与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种无线资源分配方法、装置、可读存储介质及计算机设备。

背景技术：

随着移动终端的数据业务迅猛增长，移动宽带业务的消费市场，如北美，欧洲，东亚等地逐渐饱和。与此同时，机器类通信终端和垂直市场应用的数量却在加速增长，对移动网络提出新的多样化的服务要求。网络切片由于能够根据移动业务的不同需求提供专用定制网络服务，使得专用网络运营成本有效的降低，因而吸引了工业界和学术界很大的关注。

然而，由于网络切片的引入，现有的组网方法面临新的挑战。例如，不同业务对无线网络时延的需求不同，使得传统组网方法不再能有效地保证无线网络整体性能，单纯根据获取到的物理层信息，例如信道状态信息(csi，channelstateinformation)和小区间干扰情况，无法灵活动态地调整无线网络的可用资源，使得所服务的不同切片用户得到满足的同时，优化网络的频谱效率或者能量效率。

技术实现要素：

鉴于上述状况，有必要因此，有必要提出一种无线资源分配方法、装置、可读存储介质及计算机设备，其能够根据用户请求业务的时延特性，而进行的组网方法，以减少用户所请求业务的传输时延，实现网络的稳定性，为用户提供更好的服务质量(qos，qualityofservice)。

一种无线资源分配方法，包括，

在每个资源分配的时隙，根据时延特性将网络能感知的各个业务进行分类，并依次为每一类业务配置业务控制参数，其中，延时性高的业务对应的控制参数小于延时性低的业务；

确定当前时隙内所有可用的子信道的集合和待调度的待调度用户，以及获取所述待调度用户在所述当前时隙的csi，所述csi为用户在可用子信道上的信道增益；

根据q表从所述子信道的集合中选择目标子信道，以及根据所述q表确定接入的目标节点，并计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输所述待调度用户的每个业务时所需的最优发射功率，所述最优发射功率根据所述待调度用户的业务对应的控制参数及所述csi计算；

将所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号以及所述最优发射功率发送至所述待调度用户，以使所述待调度用户接入所述目标节点和所述目标子信道，并采用对应的最优发射功率进行各个业务的数据传输。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输每个所述业务时所需的最优发射功率的步骤之后还包括：

根据所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号和所述最优发射功率更新q表。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输所述待调度用户的每个业务时所需的最优发射功率的步骤包括：

步骤s1，标记接入节点为m和目标子信道为n上，即

步骤s2，根据所述业务给定的初始功率pk′,n，计算接收系数uk′和对应mse系数ek′，计算公式如下：

步骤s3，计算对应偏置参数并代入凸优化问题，其中所述凸优化问题为：

步骤s4，利用凸优化工具对所述凸优化问题进行求解，并更新功率pk′,n；

步骤s5，重复步骤s2～s4直到目标函数收敛或预设条件不满足时得到的功率pk′,n即为所述业务的最优发射功率，所述预设条件为：

其中，hk',m,n为待调度用户k′在接入节点m和子信道n的csi向量，vk,m,n为无线接入点的接收mmse向量，σ²为子信道上对应的高斯白噪声功率，vk’为所述业务的控制参数，为用户的最大发射功率，cpum表示节点m的计算能力，ck为用户k消耗的计算资源，为用户k’的业务qos保障对应的sinr门限。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述根据所述最优发射功率更新q表的步骤包括：

根据所述最优发射功率pk′,n，计算对应动作所带来的奖励wk',m,n，并更新q表，其中，奖励定义为：

q表更新公式如下：

qk',m,n←(1-α)qk',m,n+αwk',m,n，

其中，为用户最小速率需求，vk’为用户k′的业务控制参数，pk’,n为用户k’在信道n上的发射功率，为用户的最大发射功率，qk′,m',n'为q表中所述待调度用户k′选择接入节点m和子信道n对应的的q值。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述根据q表从所述子信道的集合中选择目标子信道，以及根据所述q表确定接入的目标节点的步骤包括：

根据所述q表计算选择各个节点和子信道的概率，并确定概率最大的一组节点和子信道为待接入的目标节点和目标子信道，所述目标子信道属于所述子信道的集合。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述根据所述q表计算选择各个节点和子信道的概率的计算公式为：

其中，qk′,m',n'为q表中所述待调度用户k′选择接入节点m和子信道n对应的的q值，r为温度参数。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，所述将所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号以及所述最优发射功率发送至所述待调度用户的步骤之后还包括：

对所述待调度用户的每种业务对应缓存队列的qsi进行更新。

进一步的，上述无线资源分配方法，其中，待调度用户的每业务对应缓存队列的qsi进行更新公式为：

qk'(t+1)＝max[qk'(t)-rk'(t),0]+ak'(t)；

其中，qk’(t)待调度用户k’在t时刻的qsi值，qk’(t+1)，为待调度用户k’在t+1时刻的qsi值，ak'(t)为当前时隙t上用户k'的新数据到达速率，rk’(t)为当前时隙t上用户k'的数据传输速率。

本发明实施例还提供了一种无线资源分配装置，包括：

配置模块，用于在每个资源分配的时隙，根据时延特性将网络能感知的各个业务进行分类，并依次为每一类业务配置业务控制参数，其中，延时性高的业务对应的控制参数小于延时性低的业务；

确定及获取模块，用于确定当前时隙内所有可用的子信道的集合和待调度的待调度用户，以及获取所述待调度用户在所述当前时隙的csi，所述csi为用户在可用子信道上的信道增益；

计算模块，用于根据q表从所述子信道的集合中选择目标子信道，以及根据所述q表确定接入的目标节点，并计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输所述待调度用户的每个业务时所需的最优发射功率，所述最优发射功率根据所述待调度用户的业务对应的控制参数及所述csi计算；

发送模块，用于将所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号以及所述最优发射功率发送至所述待调度用户，以使所述待调度用户接入所述目标节点和所述目标子信道，并采用对应的最优发射功率进行各个业务的数据传输。

进一步的，上述无线资源分配装置，还包括：

更新模块，用于根据所述最优发射功率更新q表。

本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一所述的方法。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的方法。

本发明对于每个待调度用户的业务的数据进行传输时，以减少业务的平均传输时延和降低网络功耗为目标，结合业务的不同性能需求、缓存队列的qsi以及用户的csi，对待调度用户进行功率控制、子信道分配和接入节点选择，可以保障高实时性业务的积压数据在较短时间内得到传输，让时延不敏感的业务以牺牲一定时延性能为代价，换取更高的能量效率性能表现，在实现网络的稳定性前提下，使网络的能量效率性能趋近最优值，有效地促进绿色能源网络的建设。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的无线资源分配方法的流程图；

图2为本发明第一实施例中的无线资源分配方法的示意图；

图3为本发明第二实施例中的无线资源分配方法的流程图；

图4为本发明第三实施例中的无线资源分配方法的流程图；

图5为本发明实施例中的无线资源分配装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

请参阅图1，为本发明人第一实施例中的无线资源分配方法，包括步骤s11～s14。

步骤s11，在每个资源分配的时隙，根据时延特性将网络能感知的各个业务进行分类，并依次为每一种业务配置业务控制参数，其中，延时性高的业务对应的控制参数小于延时性低的业务。

本实施例应用于计算机设备中，该计算机设备例如为服务器。该计算机设备包括无线资源管理器，该无线资源管理器进行无线资源分配。该无线资源管理器执行资源分配进程在时间上以一个时隙为最小粒度，在每个时隙进行资源分配。网络中业务控制功能实体能感知l种具有不同时延特性的业务类型，基带处理器缓冲区可为每个用户请求的每种业务建立缓存队列，切片l所有附着用户共kl个。表示为{1,2,...,kl}。本实施例中，无线资源管理器根据业务时延特性的不同将业务进行分类，例如，按照延时性要求从高至低的顺序，第一种业务定义为虚拟现实业务，第二种业务定义为视频流业务，第三种业务定位为电子邮件业务，如此类推。

无线资源管理器在每个时隙的起始时刻，依次为能感知的每一种业务配置业务控制参数，例如vl(k)为用户k所需业务l的业务控制参数。该控制参数用于均衡业务的平均传输时延和网络能量效率性能。本实施例中，该控制参数设置为非负数，对于高实时性要求的业务，其业务控制参数设置为一个较小的数值，对于非实时性的业务，可将其业务控制参数设置为一个较大的数值；较小的业务控制参数可以保证更低的业务平均传输时延，较大的业务控制参数可以实现更高的能量效率性能。

在初始化设置时，无线资源管理器对于虚拟现实等高实时性要求的业务，将其对应的业务控制参数设置为一个较小的数值，以保证业务平均传输时延较低，对于电子邮件等背景级业务，可将其对应的业务控制参数设置为一个较大的数值，以保证网络实现高能量效率性能。

可以理解的，具体实施时，可根据当前对网络性能要求的变化而在下一资源分配时隙对业务控制参数进行重配置，具体而言，如果网络运营商对某一业务l的时延性能要求增加了，可适当将该业务的控制参数vl减少以实现更低的平均传输时延，同理，如果对请求业务l的用户的能量效率性能要求增加，可适当将vl增大以实现网络更高的能量效率性能。

步骤s12，确定当前时隙内所有可用的子信道的集合和待调度的待调度用户，以及获取所述待调度用户在所述当前时隙的csi。

无线资源管理器遍历网络运营商对本无线接入点规划可分配的所有子信道，确定出当前时隙内所有可用子信道的数量并进行序列编号，确定所有可用子信道的集合。所述可用的子信道是指可以分配给任何用户的子信道，也即处于空闲状态的子信道。当前时隙上所有可用的子信道集合定义为{1,2,...,n}，其中自然数n为当前时隙内所有可用子信道的总数量。

无线资源管理器在每个时隙实时监听所有附着用户的请求业务，当监测到当前时隙需要为用户建立关于请求业务的缓存队列时，无线资源管理器首先从基带处理器缓存区获取每个用户的每种业务对应缓存队列的qsi，根据该qsi确定所有在当前时隙上需要进行调度的待调度用户。然后通过上行控制信道获取所有待调度用户在当前时隙上报自身在当前时隙的csi。资源管理器收集所有待调度用户在当前无线资源分配时隙的csi值，即所有待调度用户通过上行控制信道向无线资源管理器上报自身在当前时隙的csi值。其中，缓存队列的qsi是指缓存队列中待传输业务数据的积压数量，csi为用户在可用子信道上的信道增益。

具体地，当用户k在当前无线资源分配时隙t起始时刻请求业务l时，k为用户标识；无线资源管理器访问基带处理器的缓存区，获取用户k关于请求业务对应缓存队列在时隙t的qsi值qk(t)，如果没有qk(t)的观察值返回，则建立qk(t)并赋值qk(t)＝0，反之，不进行任何操作。

如果在当前时隙内有用户去附着网络或有用户的业务数据已经传输完毕，无线资源管理器则从基带处理器缓存区删除这些用户相应业务对应的缓存队列；之后，遍历所有用户所有业务的缓存队列，如果观察到某个用户关于每种业务对应的缓存队列都没被建立，则确认该用户在当前时隙为非调度用户，反之，该用户在当前时隙为调度用户。

步骤s13，根据q表从所述子信道的集合中选择目标子信道，以及根据所述q表确定接入的目标节点，并计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输所述待调度用户的每个业务时所需的最优发射功率，所述最优发射功率根据所述待调度用户的业务对应的控制参数及所述csi计算。

本实施例采用的是q学习进行资源的调度，在q学习中，每个用户对应设置有一个q表，记录着用过的资源调度方案所对应的q值，而根据记录的q值，选择当前采用的资源调度方案，即根选出资源调度方案的子信道为n和接入节点为m。

具体实施时，无线资源管理器根据q表计算选择各个节点和子信道的概率，并确定概率最大的一组节点和子信道为待接入的目标节点和目标子信道，其中目标子信道为该集合中的一个子信道。其概率计算公式如下：

其中，pk’,m,n为用户k′选择接入节点m和子信道n的概率，qk′,m',n'为q表中用户k′选择接入节点m和子信道n对应的的q值，r为温度参数，用于控制q值对选择概率的影响。

根据待调度用户的csi和业务的控制参数计算在接入节点m和子信道n上传输每个待调度用户业务数据时，所需的最优发射功率。业务的最优发射功率根据待调度用户的csi和业务的控制参数计算。具体的，在本发发明的一实施例中，计算待调度用户的各业务的最优发射功率的步骤包括：

步骤s1，标记接入节点为m和目标子信道为n上，即

步骤s2，根据所述业务给定的初始功率pk′,n，计算接收系数uk′和对应mse系数ek′，公式如下：

步骤s3，计算对应偏置参数代入凸优化问题，其中所述凸优化问题为：

步骤s4，利用凸优化工具对所述凸优化问题进行求解，并更新功率pk′,n；

步骤s5，重复步骤s2～s4直到目标函数收敛或预设条件不满足时得到的功率pk′,n即为所述业务的最优发射功率，所述预设条件为：

其中，hk',m,n为待调度用户k′在接入节点m和子信道n的csi向量，vk,m,n为无线接入点m解码用户k在信道n上的接收信号使用的mmse向量，σ²为子信道上对应的高斯白噪声功率，vk’为所述业务的控制参数，pk,n为用户k在信道n上的发射功率，为用户的最大发射功率，cpum表示节点m的计算能力，ck为用户k消耗的计算资源，为用户k’的业务qos保障对应的sinr门限。示性函表示当成立时，取值1，否则为0。

步骤s14，将所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号以及所述最优发射功率发送至所述待调度用户，以使所述待调度用户接入所述目标节点和所述目标子信道，并采用对应的最优发射功率进行各个业务的数据传输。

无线资源管理器执行资源分配进程在时间上以一个时隙为最小粒度，时刻监听每个用户的业务请求，无线资源分配算法按周期运行，即每个时隙更新一次无线接入点的资源分配策略，每个子信道在时域上占据一个时隙。

如图2所示，本发明实施例利用集中式大规模云计算处理，将传统的基站分离为离用户更近的无线远端射频单元(remoteradioheads,rrh)，和多个基带处理单元(basebandunit,bbu)集中到一起形成的bbu池。rrh用于满足热点区域海量数据业务的高速传输需求，通过前传链路(fronthaul)连接到bbu池，进行集中的协作无线信号处理(collaborationradiosignalprocessing,crsp)和协同无线资源管理(cooperativeradioresourcemanagement,crmm)。hpn用于全网的控制信息分发。此外，bbu池和hpn之间的数据和控制接口分别为s1和x2，其继承于现有的3gpp标准协议。

crsp和crmm功能不仅可以在bbu池中执行，也可以部署到用户终端ue和rrh中实现。此时，ue演进成f-ue，rrh演进成f-ap。如果用户终端应用只需在本地处理或者需求缓存内容已经存储在邻近的f-ap或f-ue，则可不必相连bbu池进行数据通信。这种通信方法缓解了fronthaul和bbu池的开销负担，并降低了传输时延。

无线资源管理器在执行用户调度和业务优先级确定进程时，首先无线资源管理器从基带处理器缓存区获取每个用户的每种业务对应缓存队列的qsi，确定所有在当前时隙上需要进行调度的用户，然后通过上行控制信道获取所有待调度用户在当前时隙上报的csi。

继而，无线资源管理器根据q表选择接入节点m和子信道n，然后，根据待调度用户的csi和各业务的控制参数计算该调度用户的各个业务的最优发射功率，从而得到该调度用户的各业务的资源调度决策，并将资源调度决策通过下行控制信道发送给所有相对应的待调度用户。待调度用户获得资源调度决策后根据这资源调度决策接入对应接入节点m和子信道n，并采用各个业务的最优发射功率进行业务数据的上传。最后，对每个用户的每个业务对应缓存队列的qsi进行更新。

本实施例对于每个待调度用户的业务的数据进行传输时，以减少业务的平均传输时延和降低网络功耗为目标，结合业务的不同性能需求、缓存队列的qsi以及用户的csi，对待调度用户进行功率控制、子信道分配和接入节点选择，可以保障高实时性业务(如：现实增强业务、视频流业务)的积压数据在较短时间内得到传输，让时延不敏感的业务(如：电子邮件业务)以牺牲一定时延性能为代价，换取更高的能量效率性能表现，在实现网络的稳定性前提下，使网络的能量效率性能趋近最优值，有效地促进绿色能源网络的建设。

进一步的，如图3所示，在本发明第二实施例中，所述计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输每个所述业务时所需的最优发射功率的步骤之后还包括：

步骤s15，根据所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号和所述最优发射功率更新q表。

具体的，更新q表的步骤包括：

根据求解获得的功率pk′,n，计算对应动作所带来的奖励wk',m,n，根据wk',m,n更新q表，其中，奖励定义为：

其中，为用户最小速率需求，q表更新公式如下：

qk',m,n←(1-α)qk',m,n+αwk',m,n。

每采用一个动作需进行q表的更新，这个动作对应着一种资源调度方案，因此需要更新q表里该方案对应的q值，用于调整未来进行方案选择时，各个动作被选择的权重。

进一步的，如图4所示，在本发明的第三实施例中，上述步骤s14之后还包括：

步骤s16，对所述待调度用户的每种业务对应缓存队列的qsi进行更新。

对于在时隙t上分配到子信道上的待调度用户k'，其业务n对应的缓存队列的qsi更新方法如下：

qk'(t+1)＝max[qk'(t)-rk'(t),0]+ak'(t)；

qk’(t)为t时刻的qsi值，qk’(t+1)，为t+1时刻的qsi值，ak'(t)为当前时隙t上用户k'的新数据到达速率，rk’(t)为当前时隙t上用户k'的数据传输速率。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种无线资源分配装置，包括：

配置模块10，用于在每个资源分配的时隙，根据时延特性将网络能感知的各个业务进行分类，并依次为每一类业务配置业务控制参数，其中，延时性高的业务对应的控制参数小于延时性低的业务；

确定及获取模块20，用于确定当前时隙内所有可用的子信道的集合和待调度的待调度用户，以及获取所述待调度用户在所述当前时隙的csi，所述csi为用户在可用子信道上的信道增益；

计算模块30，用于根据q表从所述子信道的集合中选择目标子信道，以及根据所述q表确定接入的目标节点，并计算在所述目标节点和所述目标子信道上传输所述待调度用户的每个业务时所需的最优发射功率，所述最优发射功率根据所述待调度用户的业务对应的控制参数及所述csi计算；

发送模块40，用于将所述目标节点的编号、所述目标子信道的编号以及所述最优发射功率发送至所述待调度用户，以使所述待调度用户接入所述目标节点和所述目标子信道，并采用对应的最优发射功率进行各个业务的数据传输。

进一步的，上述无线资源分配装置，还包括：

更新模块50，用于根据所述最优发射功率更新q表。

本实施例中的无线资源分配装置其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一所述的方法。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的方法。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。