一种V2X网络中的资源调度方法与流程

本申请涉及通信系统中的v2x技术，特别涉及一种v2x网络中的资源调度方法。

背景技术：

v2x(vehicletox)即车与外界的信息交换，是未来智能交通运输系统的关键技术。v2x在3gppran#68会议上被批准立项，主要研究基于3gpp通信协议的车辆数据传输方案。目前在现有报告中v2x应用包括车与车v2v(vehicle-to-vehicle)、车与路侧基础设施v2i(vehicle-to-infrastructure)、车与行人v2p(vehicle-to-pedestrian)和车与应用服务器v2n(vehicle-to-network)，如图1所示。v2x应用将改善驾驶安全性、减少拥堵和车辆能耗、提高交通效率和车载娱乐信息等。

v2x的基本消息类型分为cam消息和denm消息。cam消息用于向位于单跳通信范围内的邻居its终端提供本its终端的位置、速度、加速度、方向等车辆的基本状态信息，适用于前方车辆告警、摩托车接近指示等场景。所有vdc节点启动后，cam消息大体上会按照一定的周期向外发送。denm消息用于通知特定事件的发生，当定义的特定事件发生时，触发对应的denm消息，在事件取消前，对应的denm消息将周期性向外发送，适用于紧急电子刹车灯告警、逆向超车提示等场景。

v2x业务中大部分业务具有周期性广播的特征。如果enodeb能够获知ue的v2x消息的周期间隔或消息频率，enodeb可以根据ue的业务周期属性采用合适的调度方式来为ue分配更为合理的资源。另外，v2x业务具有低时延、高可靠、高移动性等要求。由于汽车行业的用户对于业务的实时处理方面的要求显著高于普通通信的用户，需要考虑如何保证不同用户的服务质量。同时，对于v2x网络中基站设备和不同终端设备需要承载多种类型的业务，不仅要考虑系统吞吐量及容量的最大化，更要保证高优先级请求得到优先和可靠处理。

在lte系统中常用的调度算法主要可分为：轮询(roundrobin，rr)算法、最大载干比(maxc/i)算法、正比公平(proportionalfair，pf)算法。

1.轮询算法

轮询算法在考虑用户之间的公平性时，一般都把轮询调度算法作为衡量的标准。这种算法没有特定的优先级排序方法，循环地调度每个用户，即从调度概率上说，每个用户占用服务资源的概率相同。使用轮询算法进行调度时，与最大载干比算法相同，并不考虑用户的以往被服务情况，即是无记忆性方式。轮询算法是一种最公平的算法，但该算法的资源利用率不高，因为当某些用户的信道条件非常恶劣时也会得到等概率的服务，因此系统的吞吐量可能比较低。

2.最大载干比算法

最大载干比算法是在选择被调度用户时，只选择载干比最大的用户，即让信道条件最好的用户占用资源传输数据，当该用户信道变差后，再选择其他信道条件最好的用户。这种算法的优先级排序根据用户信道质量的好坏，基站始终为当前时刻信道条件最好的用户服务。最大载干比算法获取的吞吐量是吞吐量的极限值，但在移动通信系统中，用户所处的位置不同，其所接收的信号强度不一样，最大载干比算法只照顾了离基站近、信道条件好的用户，而其他离基站较远的用户则无法得到相应的服务，基站的服务覆盖范围非常小。最大载干比调度算法保证了小区的最大吞吐量，但是没有考虑用户之间的公平性。

3.正比公平算法

正比公平算法的优先级排序根据用户的信道质量和过去一段时间获得的吞吐量综合考虑，能够在系统吞吐量和用户公平性之间取得一定的折中，是目前采用较多的一种算法。

上述介绍的三种算法在实际系统中应用时，一般都要进行一定的修改，例如将业务的qos要求(时延和吞吐量要求)等因素考虑在内。

具有低时延、高可靠特性的v2x业务有基于uu口传输的场景。由于基站设备和终端设备要承载多种类型的v2x业务和lte宽带接入业务，不仅要考虑系统吞吐量及容量的最大化，更要尽可能满足业务的qos要求，特别是高级别业务的服务质量(如安全类v2x业务)。对于汽车行业的用户，v2x业务的实时处理方面的要求显著高于lte宽带接入业务，且cam消息具有周期性的特征，需建立完善的优先服务策略和资源分配策略，设置不同的优先服务等级，保证高优先级的业务资源优先分配，优先通信，提高系统性能，因此研究v2x网络中调度方法是非常重要的。若v2x网络直接使用上述的三种常用调度算法的优先级排序策略，则可能无法保证系统内重要通信业务优先获得通信资源，在负载较重时重要通信信息可能无法得到即时传送，无法确保为网络中重要业务提供服务。

技术实现要素：

本申请提供一种v2x网络中的资源调度方法，能够针对v2x业务进行细致化的优先级划分，保证v2x业务的优先级需求。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种v2x网络中的资源调度方法，包括：

针对v2x业务，预先设置不同的qci等级；

网络侧获取当前待调度业务的qci等级；

对所有待调度的业务，根据业务的qci等级，确定相应业务的绝对优先级和相对优先级；

根据各个业务的绝对优先级和相对优先级，对所述所有待调度的业务进行优先级排序，并按照排序结果依次将资源分配给缓冲区有数据的业务。

较佳地，根据不同v2x业务的应用场景、时延和/或可靠性设置所述qci等级，或者，根据不同v2x业务的应用类型和/或业务紧急性设置所述qci等级。

较佳地，针对safetyv2x业务、non-safety基础v2x业务、信息服务v2x业务和娱乐信息v2x业务，设置与其业务特性一一对应的qci等级。

较佳地，根据待调度业务的qos参数、满意程度、qci等级和业务所属用户在小区中的干扰情况，确定相应业务的绝对优先级。

较佳地，业务的绝对优先级由高到低的顺序为：ccch业务、dcch业务、safetyv2x业务、non-safety基础v2x业务、qci＝5的业务、信息服务v2x业务、sps重传业务、ds重传业务、mac控制单元业务、边缘用户不满意gbr业务、中心用户不满意gbr业务、边缘用户不满意non-gbr业务、中心用户不满意non-gbr业务、边缘用户满意gbr业务、中心用户满意gbr业务、边缘用户满意non-gbr业务和中心用户满意non-gbr业务。

较佳地，根据业务满意度、qci等级和用户的信道质量确定所述相对优先级。

较佳地，在ue请求承载资源分配过程中，ue和网络侧交互当前v2x业务的qci等级。

较佳地，所述ue在bearerresourceallocationrequest消息中的requiredtrafficflowqos信元上携带业务的qci等级；和/或，

所述网络侧在activatededicatedepsbearercontextrequest消息中的epsqos信元上或modifyepsbearercontextrequest消息中的newepsqos信元上携带业务的qci等级。

较佳地，所述qci等级包括在qos参数中；

对于周期性传输的v2x业务，所述qos参数中还包括周期参数，用于指示相应的v2x业务是周期发送的；

该方法进一步包括：根据所述周期参数，对相应的v2x业务进行半持续性sps调度。

较佳地，当所述周期性传输的v2x业务为固定周期时，所述周期参数为所述v2x业务的周期间隔值；

所述根据周期参数进行sps调度包括：将所述周期间隔值作为sps调度的周期间隔。

较佳地，所述周期性传输的v2x业务为可变周期时，所述周期参数为指示周期可变的信息；

所述根据周期参数进行sps调度包括：根据所述v2x业务的qci等级确定其业务类型，并为ue配置与该业务类型对应的多个周期间隔的sidelinksps配置，在收到所述ue上报的当前周期间隔信息且业务存在待传输数据时，激活与所述当前周期间隔相对应的sidelinksps资源；或者，根据所述v2x业务的qci等级确定其业务类型，根据该业务类型确定多个周期间隔的sidelinksps配置，在收到ue上报的当前周期间隔信息后，在确定出的多个sidelinksps配置中选择与所述当前周期间隔信息对应的sidelinksps配置配置给所述ue，并在相应业务存在待传输数据时，激活配置的sidelinksps资源。

由上述技术方案可见，本申请中，针对v2x业务，预先设置不同的qci等级；网络侧获取当前待调度业务的qci等级；对所有待调度的业务，根据业务的qci等级，确定相应业务的绝对优先级和相对优先级；根据各个业务的绝对优先级和相对优先级，对所述所有待调度的业务进行优先级排序，并按照排序结果依次将资源分配给缓冲区有数据的业务。通过上述方式，一方面通过对应于v2x业务设置的不同qci等级进行v2x业务优先级的细致划分，另一方面在进行资源调度时参考qci等级进行，从而保证调度v2x业务的不同优先级需求。

附图说明

图1为v2x应用类型(v2v,v2p,v2nandv2i)的示意图；

图2为本申请中调度方法的基本流程示意图

图3为ue请求承载资源分配过程的示意图；

图4为e-rab建立过程(成功过程)的示意图；

图5为优先级因子构成的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。

图2为本申请中资源调度方法的基本流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤101，针对v2x业务，预先设置不同的qci等级。

v2x网络中存在lte宽带接入业务和v2x业务。为对v2x业务的优先级进行更加细致的划分，并与现有lte宽带接入业务进行区分，本申请中，结合v2x业务的特性和需求，在原有qos参数的基础上新增v2x业务对应的qci等级和周期参数，网络侧可以根据不同业务的qos属性(如业务优先级和周期间隔)更好地分配资源。其中，在现有lte宽带接入业务中存在qci等级，本申请中引入新的qci等级，用于说明v2x业务的业务特性和需求。

具体地，在原有qci等级的基础上新增qci等级，可以根据v2x业务特性划分不同的qci等级，并利用qci等级中体现出的优先级来规定这些业务的优先级别。例如，为实现v2x优先级的细致划分而新增的qci等级，可以结合不同v2x业务在不同应用场景和其对应的时延、可靠性等方面的要求来划分。或者，新增的qci等级也可以根据v2x应用类型来划分。

考虑到v2x业务中大部分业务具有周期性广播的特征，可以在qos参数中新增周期参数，该参数作为可选参数，当v2x业务具有周期性时，该业务的qos参数中会携带周期参数。

为了便于理解，下面对新增的qci等级进行详细说明。对于新增qci等级，可以结合不同v2x业务在不同应用场景和其对应的时延、可靠性等方面的要求来划分，并定义新的qci等级和相关参数要求。具体地，v2x业务应用场景可划分为交通安全(如紧急制动告警、盲区车辆告警、交叉路口辅助驾驶和安全功能异常告警等)、行车效率(电子不停车收费、道路交通状况提示、增强的道路导航、信号配时等)、信息服务(车辆远程诊断、交通信息服务、感兴趣业务通知)和娱乐应用(娱乐信息下载、生活资讯)。为此，本发明新增与safetyv2x业务、non-safety基础v2x业务(行车效率相关)、信息服务v2x业务、娱乐信息v2x业务对应的qci等级，如表1所示。每个新增的qci由资源类型(gbrornon-gbr)、优先级、分组延时预算、丢包率和业务举例等进行标识。ue可以根据当前v2x业务的特性和需求确定其对应的qci等级，并将其携带在qos参数中发送给核心网；核心网可以根据qci等级确定v2x业务的特性和需求，并将相应的qci等级携带在qos参数中发送给基站。

结合新增的qci等级和qos参数中的周期参数，enb的调度器按照一定的调度策略来更好地处理承载中发送的数据包，如具有高优先级的v2x业务数据包可在低优先级的业务数据包之前被调度，若qos参数中携带周期参数，说明业务具有周期性，enb的调度器可对该业务采用半持续调度方式，以减少pdcch的开销。

更进一步地，对于具有周期性的v2x业务，其周期性可能是固定的，也可能是变化的，因此，qos参数中携带周期参数指示出该业务是否具有周期性，以及周期间隔信息，即对于固定周期间隔的周期性业务，该周期参数指示具体周期值，对于可变周期间隔的周期性业务，该周期参数会指示周期是可变的，但不指示具体周期值。

enb在根据qos参数中周期参数进行调度时，如果该业务对应的qos参数中周期参数是配置的具体周期值，则enb将该具体周期值作为半持续调度的周期间隔；如果该业务对应的qos参数中周期参数指示的是周期可变，则enb可以有以下两种操作方式：

方式一，enb根据业务对应qos参数中的qci等级获知该业务的业务举例，即获知该业务的业务类型，enb可根据该业务类型为ue配置多个周期间隔的sidelinksps配置，当ue上报给enb该业务当前的周期间隔信息且该业务有待传数据时，enb根据当前周期间隔信息激活相匹配的配置周期间隔对应的sidelinksps资源，具体可以通过pdcch信道承载dci来进行激活，当然业务可以采用其他激活方式。

方式二，enb根据业务对应qos参数中的qci等级获知该业务的业务举例，即获知该业务的业务类型，enb根据该业务类型确定多个周期间隔的sidelinksps配置，在ue上报给enb该业务当前的周期间隔信息后，enb从确定出的多个sidelinksps配置中选择当前周期间隔对应的sidelinksps配置，并将选择出的配置配置给ue，当ue的该业务有待传数据时，enb激活该sidelinksps资源，具体可以通过pdcch信道承载dci来进行激活，当然业务可以采用其他激活方式。

从表1可以看出，其中通过prioritylevel参数值的设定可以定义新增v2x业务与原有lte协议支持的业务之间的优先等级，以及新增v2x业务之间的优先级别，数值越小代表优先级越高，表中通过数值来反映业务之间的相对优先级，但并不限于这些数值。表1中，白色背景的部分是原有的qci等级，灰色背景的部分是新增的qci等级。

表1qci等级示意表

对于新增的qci等级，也可以结合v2x应用来划分，如v2v、v2i、v2p、v2n等。也可以结合v2x应用和业务紧急性来划分，如紧急v2v、非紧急v2v、紧急v2i、非紧急v2i、紧急v2p、非紧急v2p、紧急v2n、非紧急v2n等。进一步地，也可以将具体相应qci等级特征的归到一个等级。另外，还可以结合v2x业务使用举例来进行归类划分，在v2x业务使用举例中包括前方撞车告警、失控告警、应急车辆告警、v2v紧急停车、协同自适应巡航控制、v2i紧急停车、排队告警、道路安全服务、自动泊车系统、开错路告警、撞车前感知告警、通过设备的v2x道路安全服务、拐弯速度告警等，可将这些业务使用举例根据优先级、时延、可靠性等方面的要求来进行归类和划分，并定义新的qci等级和相关参数要求。

在引入新的qci等级后，可以根据当前v2x业务的特性和需求确定其对应的qci等级，并且由于qci等级在设置时就是针对v2x业务进行划分的，因此，qci等级能够反映出v2x业务的不同特性和需求，对v2x业务的优先级进行更细致的划分。

步骤202，网络侧获取当前待调度业务的qci等级。

ue通过nas消息将承载对应的qos参数(其中包括qci等级)上报给网络侧，网络侧将ue上报的qos参数作为参考，为ue分配一个e-rab并建立相应的数据无线承载，并在e-rab建立请求消息中携带qos信息。

具体地，ue和网络侧可以通过ue请求承载资源分配过程，交互业务的qci等级和可选的周期参数。如图3所示，可以修改bearerresourceallocationrequest消息中的requiredtrafficflowqos信元，在该信元中增加qci等级和可选的周期参数，也就是在该信元对应的epsqualityofservice信元中增加qci等级和可选的周期参数，如表2-1所示。同样地，可以修改activatededicatedepsbearercontextrequest消息中的epsqos信元和modifyepsbearercontextrequest消息中的newepsqos信元，同样地在这些信元中增加qci等级和可选项的周期参数，即在这些信元对应的epsqualityofservice信元中增加qci等级和可选项的周期参数，如表2-2和2-3所示。

表2-1bearerresourceallocationrequest消息

表2-2activatededicatedepsbearercontextrequest消息

表2-3modifyepsbearercontextrequest消息

更详细地，在修改requiredtrafficflowqos信元/epsqos信元/newepsqos信元时，也就是修改epsqualityofservice信元(具体为协议ts24.301中第9.9.4.3节epsqualityofservice中的表9.9.4.3.1:epsqualityofserviceinformationelement)时，可以在该信元中新定义一些qci值，该qci值的数值可以使用qci的预留值，如表3所示，相对于现有信元新增的部分利用粗体显示，新定义了qci97-qci101，但也不限定该值，新定义的qci值与表1中qci等级相关联，通过qci值指示承载对应的qci等级。在epsqualityofservice信元中新增transmissionperiodicity参数，如表4和表2所示，对于具有周期性的业务，该ie将包含transmissionperiodicity。对于非周期性业务，transmissionperiodicity应忽略。

表3epsqualityofservice信元

表4epsqualityofservice信元

上述为ue与网络侧交互qci等级信息的方式。优选地，对于周期性的v2x业务，还可以在ue和网络侧之间交互周期性v2x业务的周期参数，这样，网络侧在进行调度时，可以对周期性v2x业务进行半持续性调度。

具体地，可以在e-rab建立过程中，在e-rablevelqosparameters中增加transmissionperiodicityinformation信元来携带具有周期性v2x业务的周期参数信息。

优选地，图4给出了e-rab建立成功的过程，同标准lte协议规定的e-rabsetuprequest消息不同，在该消息中的e-rablevelqosparameters中增加transmissionperiodicityinformation信元，该信元用于指示具有周期性业务的周期信息。具体地，在e-rabsetuprequest消息中的e-rabtobesetuplist中的e-rabtobesetupitemies中的e-rablevelqosparameters中增加transmissionperiodicityinformation信元，如表5至表7所示。这样，可根据是否存在transmissionperiodicityinformation信元来判断该承载的周期性属性，如果存在transmissionperiodicityinformation信元，说明该承载的业务具有周期性，enodeb在调度时将根据周期信息采用半持续调度方式。如图4所示，e-rab建立成功的过程包括：mme向enb发送e-rabsetuprequest消息，触发e-rab建立过程；enb向mme发送e-rabsetupresponse消息。

表5e-rabsetuprequest消息格式

表6e-rablevelqos参数

表7transmissionperiodicityinformation信元结构

同样，考虑到v2x业务的特性和需求，qos参数中新定义与v2x业务相关的qci等级，用于enodeb识别该流程是建立与v2x业务相关的承载，结合qos参数考虑调度策略。

步骤203，对所有待调度的业务，根据业务的qci等级，确定相应业务的绝对优先级和相对优先级。

在本申请中，优选地，业务绝对优先级主要根据业务的qos要求、满意程度、qci等级和业务所属用户在小区中干扰情况确定，具体确定业务在调度周期中的绝对优先级和各绝对优先级之间的优先级排序。根据系统需求，划分不同绝对优先级的业务，规定绝对优先级之间的优先级排序，并设置各个绝对优先级业务对于的该业务的绝对优先级值。以v2x网络为例，目前定义几类不同绝对优先级的业务，且绝对优先级由高到低顺序为：ccch业务、dcch业务、safetyv2x业务、non-safety基础v2x业务、qci＝5的业务、信息服务v2x业务、sps重传业务、ds重传业务、mac控制单元业务、边缘用户不满意gbr业务、中心用户不满意gbr业务、边缘用户不满意non-gbr业务、中心用户不满意non-gbr业务、边缘用户满意gbr业务、中心用户满意gbr业务、边缘用户满意non-gbr业务和中心用户满意non-gbr业务。并为这些业务设置相应的绝对优先级的数值。

为了更好的满足用户不同数据业务的qos需求，引入业务相对优先级。根据业务满意度、qci特性和用户的信道质量情况来确定相对优先级。对于边缘用户不满意gbr业务、中心用户不满意gbr业务、边缘用户不满意non-gbr业务、中心用户不满意non-gbr业务、边缘用户满意gbr业务、中心用户满意gbr业务、边缘用户满意non-gbr业务和中心用户满意non-gbr业务这8类绝对优先级，在相同绝对优先级下，再按照相对优先级进行排序。除上述这8类绝对优先级之外，其他的业务在相同绝对优先级下，再按照先进先出排序。

相对优先级计算公式为：

其中：priority(i,t)为t时刻逻辑信道i的业务相对优先级，spectrumwide_band(i,t)为t时刻逻辑信道i的业务所属用户的归一化宽带传输效率，为逻辑信道i的业务对应qci等级的归一化因子。sat(i,t)表示业务i在子帧t的满意度，当sat(i,t)<1时为不满意业务，否则为满意业务。

gbr业务和non-gbr业务可以采用不同的公式来计算满意度。

对于gbr业务，满意度只需考虑gbr要求，公式如下：

其中：为t时刻业务i的逻辑信道的mac层的有效数据速率(bps)，为平滑因子，r(i,t)为t时刻业务i的逻辑信道的mac层的有效瞬时速率；rgbr(i)为业务i的逻辑信道的gbr体现在mac层的有效数据速率。

对于non-gbr业务，需要保证时延不超过一定门限才能满足其qos要求，满意度公式如下：

其中：t_delayi为通过业务i的qci等级对应的pdb折算的rlc端到端的时延要求。wt(i,t)为截至到子帧t业务i的最先到达的数据包的等待时间，timer_threshold为non-gbr业务在rlc层允许的时延门限。也就是说，当non-gbr业务的最先到达的数据包的等待时间大于t_delayi-timer_threshold时，认为non-gbrgbr业务不满意，否则认为满意。

在实际系统中应用时，会对相对优先级计算公式进行定点化处理，和具体实现有关，本申请对此不再详述。

步骤204，根据各个业务的绝对优先级和相对优先级，对所有待调度的业务进行优先级排序，并按照排序结果依次将资源分配给缓冲区有数据的业务。

可以根据各个业务的绝对优先级和相对优先级，计算出优先级因子，再按照优先级因子进行业务的优先级排序。优先级因子可以由业务绝对优先级和业务相对优先级两部分构成。为了便于理解，以优先级因子为16bit来说明(如图5所示)，但在实际应用中，并不局限于16比特，可根据具体情况进行调整。对于长度为16bit的优先级因子，业务绝对优先级使用其高8bit，业务相对优先级使用其低8比特。

待调度的业务按照上述的方法确定了业务的绝对优先级和相对优先级，并组成优先级因子。将所有待调度业务的优先级因子进行大小排序，依次将资源块分配给缓冲区有数据的业务。资源分配方式根据qos参数中周期属性信息考虑是否采用半持续调度方式来分配资源。如果待调度业务是周期性业务，即该业务对应的qos参数中携带周期参数，则可采用半持续调度的方式为其分配资源。

至此，本申请中的资源调度方法流程结束。通过上述处理，引入新的qci等级，并根据当前v2x业务的特性和需求确定其对应的qci等级，并且由于qci等级在设置时就是针对v2x业务进行划分的，因此，qci等级能够反映出v2x业务的不同特性和需求，对v2x业务的优先级进行更细致的划分。进而在进行资源调度时，根据qci等级确定业务的绝对优先级和相对优先级，并根据绝对优先级和相对优先级进行优先级排序，再进行资源分配。因此，能够使v2x业务在资源调度过程中区分不同的优先级，并根据该优先级进行资源调度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。