[发明专利]调度器、发送器、接收器、网络节点及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通信系统的调度器、发送器、接收器和网络节点。

此外，本发明还涉及相应的方法、计算机程序和计算机程序产品。

背景技术

在当前的无线网络中已知的主要性能问题之一是用户经常觉察到的高分组时延。高时延的主要原因在于数据分组在其被传输之前被长时间缓存。一般地，无线网络中的时延与链路利用率之间存在折衷，并且无线网络经常被设计成具有高利用率和低丢包率，这往往导致高分组时延。

与设计欠佳的实现方案相比，通过优良设计的传输协议和主动队列管理，可以控制延迟与利用率之间的折衷，并且可以实现较高效的工作点。如何管理数据分组的队列确定了被输入至传输协议的拥塞控制算法的分组延迟、分组丢失以及用于队列中的分组的可能的显式拥塞标记。因此，在设计对于传输协议和队列管理两者的新的解决方案方面投入了相当多的持续努力。

在基站中，常见的是，针对每个用户的分组在单独的队列中排队，并且调度器确定在每次传输机会中应该传输来自哪个队列的分组。这意味着分组的排队时间仅依赖于队列中的来自同一用户的分组数目和队列的服务速率。仅服务速率依赖于其他用户。这种情况下队列管理和调度的良好设计是无线网络中的高效低时延通信的重要前提。

调度算法可以被看作轮询、最大吞吐量和各种公平排队算法的变体。一般地，网络确定调度的标准，用户仅看到最终的延迟和吞吐量。然而，网络通常支持业务的多个优先级类别，这使得用户能够选择提供足够好的质量的类别，并且一些类别允许资源被预留。

队列管理决定在每个队列中可以存储多少分组以及当队列满时丢弃哪些分组。队列长度和丢包率被传输协议解读为用来控制发送速率的隐式反馈信号。因此，主动队列管理可以以应当使网络更好地工作的方式提供这样的反馈。主动队列管理还可以通过用显式拥塞通知比特对分组进行标记来提供显式反馈信号。迄今为止，互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)规范已经规定，这样的显式拥塞通知(Explicit Congestion Notification,ECN)标记应当以与丢弃分组相同的方式处理。

另外，还努力通过将其余路径的拥塞水平暴露给IETF的拥塞暴露(Congestion Exposure,CONEX)工作组中的上游网元来使得拥塞能够被显式地用于业务管理。这将启动业务管理解决方案，其使得具有不同速率需求的业务能够以在某种意义上从网络效应最大化观点来看以最优的方式共享网络资源。在提出的最优化问题公式中，拥塞信号传达网络用户之间共享的资源的影子价格。因此，网络反馈与拥塞控制算法之间的最终均衡会得到最优解决方案。然而，当同一网络中的不同传输协议使用不同的拥塞信号时，这不可行。因此，需要仔细进行对具有与分组丢失不同的语义的ECN的部署。

用于传输协议中的端到端拥塞控制机制的最近大多数提议依靠分组延迟作为拥塞的信号，原因是分组延迟给出了比分组丢失精细得多的反馈。

在3GPP中，存在关于用户平面拥塞管理的系统增强的持续研究项目。提出了很多解决方案来扩展当前的演进分组系统(Evolved Packet System,EPS)核心网和无线接入网(Radio Access Network,RAN)功能以管理严重的拥塞事件。严重的拥塞事件是与正常的网络状况下的拥塞和业务管理相当不同的范畴，其中拥塞反馈是实现作为本发明的目的高吞吐量的工具。依赖于IETF解决方案还能够实现支持良好的端到端性能。

二十多年来主动队列管理(Active Queue Management,AQM)一直是活跃的研究领域，并且提出了众多解决方案。发现使用AQM策略保持队列短并且借助于使用单独的队列保持不同流的隔离都是重要的。将随机公平排队和codel AQM组合的解决方案已在Linux中实现，并且在IETF中以名称fq_codel被推广。随机公平排队使用散列函数将流随机分发至通过轮询调度进行服务的不同队列中。Codel是AQM算法，其使用时间戳来度量通过队列的分组延迟，并且根据观察到的延迟来从队列的前面概率性地丢弃或标记分组。

研究团体提出的其他解决方案尝试通过允许应用有限地选择低延迟类别来处理应用对延迟和传输速率的双重需求。

CONEX能够支持向上游网络节点发送关于下游拥塞即其余路径上的拥塞的信号。根据大部分提出的信令解决方案，将分别用信号发送ECN标记和分组丢失。这是使得基于ECN标记的拥塞控制能够脱离基于分组丢失的拥塞控制并且因此允许新的拥塞控制算法的演进的前提。