一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法及装置
阅读说明：本技术 一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法及装置 (5G fairness scheduling method and device considering time delay under eMB scene ) 是由 肖清华 朱东照 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法,通过识别各业务的时延开关量,并持续扫描轮空次数而赋于更高优先级的调度。对于eMMB不同场景下的速率申请,如果速率要求较容易满足,则在考虑公平性的前提下提供尽力而为的服务。由此,便能在满足eMMB高吞吐量的同时,也能保证各业务的时延需求,以及调度的公平性。此外,本申请还提供了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置、计算机设备及计算机可读存储介质,其技术效果与上述方法的技术效果相对应。(The application discloses a 5G fairness scheduling method considering time delay under an eMB scene, which is used for endowing higher priority scheduling by identifying the time delay switching value of each service and continuously scanning the round-robin times. For rate applications in different scenarios of the embb, if the rate requirements are easier to satisfy, best-effort services are provided under the premise of considering fairness. Therefore, the high throughput of the eMB can be met, and meanwhile, the time delay requirements of all services and the scheduling fairness can be guaranteed. In addition, the application also provides a 5G fairness scheduling device, computer equipment and a computer readable storage medium which take time delay into consideration under the eMB scene, and the technical effect of the scheduling device corresponds to that of the method.)
技术领域
本申请涉及移动通信技术领域，特别涉及一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。
背景技术
ITU(International Telecommunication Union，国际电信联盟)定义了5G网络的三大业务应用场景，即eMMB(Enhanced Mobile Broadband，增强型移动宽带)、uRLLC(UltraReliable and Low Latency Communication，超可靠超低时延通信)和mMTC(MassiveMachine Type Communication，大规模机器类型通信)。其中，eMMB满足个人及企业用户大带宽、大吞吐量的业务需求；uRLLC满足低时延、低抖动的业务需求。实际业务调度更多地专注其中一个场景，但所谓收之桑榆，失之东隅，如何兼顾多场景，比如在应用最广泛的eMMB场景下满足高吞吐量的同时，也尽可能满足uRLLC低时延的要求，便是一个非常值得考虑的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决目前的资源调度方案无法同时满足eMMB场景下的高吞吐量要求和uRLLC场景下的低时延要求的问题。其具体方案如下：
第一方面，本申请提供了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法，包括：
计算每个业务在当前时刻的时延偏离度，若时延偏离度小于等于该业务的时延预警系数与时延容忍的乘积，则将该业务的时延开关量设置为1，否则设置为0；
计算每个业务的吞吐量与全部业务的吞吐量的比值，以作为该业务的调度优先级的初始值，并记录全部业务的比值的最大值；
对每个业务进行跟踪，若存在轮空次数超过轮空预警阈值的业务，则将该业务从业务集合划分至轮空集合，将轮空集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的比值的最大值，划分后的业务集合记为第一集合；
计算全部业务的申请速率的数学期望值，对于第一集合中的每个业务，若理想申请速率小于全部业务的申请速率的数学期望值，则将该业务从第一集合划分至适度尽力而为集合，划分后的第一集合记为第二集合；计算全部业务的调度优先级的数学期望值，将适度尽力而为集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的调度优先级的数学期望值；
计算步进优先级；
从第二集合中筛选出满足第一条件的业务，作为第三集合，第一条件为：该业务的申请速率大于等于该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第三集合中的每个业务，调度优先级的数值不做更新；
从第二集合中筛选出满足第二条件的业务，作为第四集合，第二条件为：该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值大于该业务的申请速率；确定第四集合中全部业务的调度优先级的最大值；对于第四集合中的每个业务，若时延开关量为0，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值与步进优先级的和，并将时延开关量设置为0；
从第二集合中筛选出满足第三条件的业务，作为第五集合，第三条件为：该业务的理想申请速率大于该业务的申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第五集合中的每个业务，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为调度优先级的当前数值与步进优先级的和，若时延开关量为0，则调度优先级的数值不做更新；
利用5G调度器根据全部业务的调度优先级对业务进行调度。
可选的，所述计算全部业务的申请速率的数学期望值，包括：
按照第一公式计算全部业务的申请速率的数学期望值，第一公式如下：
其中，为全部业务的申请速率的数学期望值，为第i个业务的申请速率，n为业务总数。
可选的，所述计算全部业务的调度优先级的数学期望值，包括：
按照第二公式计算全部业务的调度优先级的数学期望值，第二公式如下：
其中，为全部业务的调度优先级的数学期望值，为第i个业务的调度优先级，n为业务总数。
可选的，所述计算步进优先级，包括：
计算全部业务的调度优先级的数学期望值与业务总数的商，以作为步进优先级。
第二方面，本申请提供了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置，包括：
时延开关量设置模块，用于计算每个业务在当前时刻的时延偏离度，若时延偏离度小于等于该业务的时延预警系数与时延容忍的乘积，则将该业务的时延开关量设置为1，否则设置为0；
初始值设置模块，用于计算每个业务的吞吐量与全部业务的吞吐量的比值，以作为该业务的调度优先级的初始值，并记录全部业务的比值的最大值；
第一更新模块，用于对每个业务进行跟踪，若存在轮空次数超过轮空预警阈值的业务，则将该业务从业务集合划分至轮空集合，将轮空集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的比值的最大值，划分后的业务集合记为第一集合；
第二更新模块，用于计算全部业务的申请速率的数学期望值，对于第一集合中的每个业务，若理想申请速率小于全部业务的申请速率的数学期望值，则将该业务从第一集合划分至适度尽力而为集合，划分后的第一集合记为第二集合；计算全部业务的调度优先级的数学期望值，将适度尽力而为集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的调度优先级的数学期望值；
步进优先级计算模块，用于计算步进优先级；
筛选模块，用于从第二集合中筛选出满足第一条件的业务，作为第三集合，第一条件为：该业务的申请速率大于等于该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第三集合中的每个业务，调度优先级的数值不做更新；
第三更新模块，用于从第二集合中筛选出满足第二条件的业务，作为第四集合，第二条件为：该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值大于该业务的申请速率；确定第四集合中全部业务的调度优先级的最大值；对于第四集合中的每个业务，若时延开关量为0，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值与步进优先级的和，并将时延开关量设置为0；
第四更新模块，用于从第二集合中筛选出满足第三条件的业务，作为第五集合，第三条件为：该业务的理想申请速率大于该业务的申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第五集合中的每个业务，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为调度优先级的当前数值与步进优先级的和，若时延开关量为0，则调度优先级的数值不做更新；
调度模块，用于利用5G调度器根据全部业务的调度优先级对业务进行调度。
可选的，所述第二更新模块用于：
按照第一公式计算全部业务的申请速率的数学期望值，第一公式如下：
其中，为全部业务的申请速率的数学期望值，为第i个业务的申请速率，n为业务总数。
可选的，所述第二更新模块用于：
按照第二公式计算全部业务的调度优先级的数学期望值，第二公式如下：
其中，为全部业务的调度优先级的数学期望值，为第i个业务的调度优先级，n为业务总数。
可选的，所述步进优先级计算模块用于：
计算全部业务的调度优先级的数学期望值与业务总数的商，以作为步进优先级。
第三方面，本申请提供了一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如上所述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法。
本申请所提供的一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法，通过识别各业务的时延开关量，并持续扫描轮空次数而赋于更高优先级的调度。对于eMMB不同场景下的速率申请，如果速率要求较容易满足，则在考虑公平性的前提下提供尽力而为的服务。由此，便能在满足eMMB高吞吐量的同时，也能保证各业务的时延需求，以及调度的公平性。最终达到以下效果：尽可能规避业务轮空的情形，保证业务时延在允可范围内，并且根据业务申请速率的差异性，最大化地提升整个系统的吞吐量，满足eMMB场景下的业务需求。
此外，本申请还提供了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置、计算机设备及计算机可读存储介质，其技术效果与上述方法的技术效果相对应，这里不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法实施例一的流程图；
图2为本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法实施例二的流程图；
图3为本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法与其它算法的吞吐量对比图；
图4是本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法与其它算法的时延对比图；
图5是本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法与其它算法的调度公平性对比图；
图6为本申请所提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的目的是为了在eMMB场景下更多地提升系统吞吐量，并满足各业务的时延需求，在保障公平性的前提下，能够自动根据业务的不同速率进行调度优先级的匹配，而提供了一种eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。
下面对本申请提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法实施例一进行介绍，参见图1，实施例一包括：
S11、计算每个业务在当前时刻的时延偏离度，若时延偏离度小于等于该业务的时延预警系数与时延容忍的乘积，则将该业务的时延开关量设置为1，否则设置为0；
S12、计算每个业务的吞吐量与全部业务的吞吐量的比值，以作为该业务的调度优先级的初始值，并记录全部业务的比值的最大值；
S13、对每个业务进行跟踪，若存在轮空次数超过轮空预警阈值的业务，则将该业务从业务集合划分至轮空集合，将轮空集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的比值的最大值，划分后的业务集合记为第一集合；
S14、计算全部业务的申请速率的数学期望值，对于第一集合中的每个业务，若理想申请速率小于全部业务的申请速率的数学期望值，则将该业务从第一集合划分至适度尽力而为集合，划分后的第一集合记为第二集合；计算全部业务的调度优先级的数学期望值，将适度尽力而为集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的调度优先级的数学期望值；
作为一种具体的实施方式，按照第一公式计算全部业务的申请速率的数学期望值，第一公式如下：
其中，为全部业务的申请速率的数学期望值，为第i个业务的申请速率，n为业务总数。
作为一种具体的实施方式，按照第二公式计算全部业务的调度优先级的数学期望值，第二公式如下：
其中，为全部业务的调度优先级的数学期望值，为第i个业务的调度优先级，n为业务总数。
S15、计算步进优先级；
具体的，计算全部业务的调度优先级的数学期望值与业务总数的商，以作为步进优先级。
S16、从第二集合中筛选出满足第一条件的业务，作为第三集合，第一条件为：该业务的申请速率大于等于该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第三集合中的每个业务，调度优先级的数值不做更新；
S17、从第二集合中筛选出满足第二条件的业务，作为第四集合，第二条件为：该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值大于该业务的申请速率；确定第四集合中全部业务的调度优先级的最大值；对于第四集合中的每个业务，若时延开关量为0，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值与步进优先级的和，并将时延开关量设置为0；
S18、从第二集合中筛选出满足第三条件的业务，作为第五集合，第三条件为：该业务的理想申请速率大于该业务的申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第五集合中的每个业务，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为调度优先级的当前数值与步进优先级的和，若时延开关量为0，则调度优先级的数值不做更新；
S19、利用5G调度器根据全部业务的调度优先级对业务进行调度。
下面开始详细介绍本申请提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法实施例二。
实施例二中，包括n个业务，每个业务的申请速率为，理想速率为，当前业务时延为，相应的时延容忍为。
实施例二的整体实施过程如图2所示，主要包括以下步骤：包括如下步骤：时延开关量识别，轮空扫描，适度尽力而为集监控，差异化跟踪，调度实施。下面分别对各个步骤进行展开介绍。
S21、时延开关量识别；
S21-1、设定第1业务数据表，第1业务数据表包括业务名称，当前速率，理想速率，时延，时延容忍，以及轮空次数等；
S21-2、设定业务的时延预警系数，对于当前时刻中的每个业务，计算时延偏离度，若满足，则将该业务的时延开关量置1，否则置0。
S22、轮空扫描；
S22-1、对于中的每个业务，设定其初始调度优先级；计算当前所有业务的总吞吐量，计算，计算，其中， 表示最大值函数；
S22-2、设定当前所有业务的轮空预警阈值；对所有业务进行跟踪，调度每轮空一次，相应业务的计数器加1；若当前，则将该业务纳入到轮空集，计算。
S23、适度尽力而为集监控；
S23-1、计算申请速率的数学期望值；对集合中的每个业务，若满足及，则将该业务纳入到适度尽力而为集MBE中，；
S23-2、计算所有业务优先级的数学期望值，更新MBE集合中的各业务的优先级。
S24、差异化跟踪；
S24-1、计算步进优先级；
S24-2、对于业务集；；
在中筛选出满足Case1条件的集合，保持中的业务优先级不变，即；
在中筛选出满足Case2条件的集合，计算其中业务优先级的最大值；
对的每项业务，若其时延开关量为0，则更新其优先级=；对的每项业务,若其过延开关量为1，则更新其优先级=，并将超时开关量置0；在中筛选出满足Case3条件的集合；对的每项业务，若其时延开关量为0，则保持中的业务优先级不变；对的每项业务,若其时延开关量为1，则更新其优先级=，并将超过开关量置0。
S25、调度实施；
对已经更新过优先级的业务集，根据更新后的送入5G调度器进行调度。
下面以n=6为例对本实施例的调度过程进行具体说明，5G系统当前时刻所开展的业务情况如表1：
表1
基础数据如表2所示：
表2
本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法包括以下步骤：
步骤1：时延开关量识别；
对于当前时刻中的每个业务，计算时延偏离度，满足的业务集为，将这些业务的超时开关量置1，的时延开关量置0。
步骤2：轮空扫描；
步骤2-1：对于中的每个业务，计算总吞吐量，计算，再计算；
步骤2-2：满足的轮空集，计算。
步骤3：适度尽力而为集监控；
步骤3-1，计算申请速率的数学期望值；对集合中的每个业务，满足及的适度尽力而为集；
步骤3-2：计算所有业务优先级的数学期望值，更新MBE集合中的各业务的优先级。
步骤4：差异化跟踪；
步骤4-1：计算步进优先级；
步骤4-2：对于业务集；
在中筛选出满足Case1条件的集合，保持中的业务优先级不变，即；
在中筛选出满足Case2条件的集合，计算其中业务优先级的最大值；
中的时延开关量为0，则更新其优先级=；
中的时延开关量为1，则更新其优先级=，并将其时延开关量置0；
在中筛选出满足Case3条件的集合；的时延开关量为1，则更新其优先级=，并将其时延开关量置0。
步骤5：调度实施；
对已经更新过优先级的业务集，根据更新后的送入5G调度器进行调度。
将本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法、吞吐量优先的LTE公平调度方法（简称TFFG方法）、RR，以及M-LWDF等四种方法进行MATLAB平台仿真，随机撒入一定的用户，并配置随机的业务，5G基站gNB负载总体保持在50%左右，强制对其中的几个业务进行轮空，所得的吞吐量，时延和公平性分别参见附图3至5所示。
如图3所示，本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法会尽可能对满足要求的业务进行优先调度，进而提高了系统吞吐量，而TFFG则采取的是一刀切的方式，吞吐量提升是明显的，但会带来时延的提高和公平性的降低。M-LWDF是一种修改后的最大权重算法，虽然也会考虑时延，但在吞吐量体现上相对并不太明显，RR吞吐量效能最低；
如图4所示，本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法的时延控制效果最好，主要原因在于引入了时延控制阈值，对于时延开关量置1的业务及时进行调度，降低了整体的业务时延，效果远好于TFFG和M-LWDF方法；
如图5所示，几个算法的公平性RR还是更胜一筹，本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法其次，接下来是M-LWDF和TFFG，TFFG极致地调度高吞吐量用户在系统总资源受限的情况下会产生较大的副作用，即低速率业务被抢占，调度的公平性自然就降低了，相对来说，本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法能兼顾吞吐量与时延。
下面对本申请实施例提供的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置进行介绍，下文描述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置与上文描述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法可相互对应参照。
如图6所示，本实施例的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度装置，包括：
时延开关量设置模块61，用于计算每个业务在当前时刻的时延偏离度，若时延偏离度小于等于该业务的时延预警系数与时延容忍的乘积，则将该业务的时延开关量设置为1，否则设置为0；
初始值设置模块62，用于计算每个业务的吞吐量与全部业务的吞吐量的比值，以作为该业务的调度优先级的初始值，并记录全部业务的比值的最大值；
第一更新模块63，用于对每个业务进行跟踪，若存在轮空次数超过轮空预警阈值的业务，则将该业务从业务集合划分至轮空集合，将轮空集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的比值的最大值，划分后的业务集合记为第一集合；
第二更新模块64，用于计算全部业务的申请速率的数学期望值，对于第一集合中的每个业务，若理想申请速率小于全部业务的申请速率的数学期望值，则将该业务从第一集合划分至适度尽力而为集合，划分后的第一集合记为第二集合；计算全部业务的调度优先级的数学期望值，将适度尽力而为集合中业务的调度优先级的数值更新为全部业务的调度优先级的数学期望值；
步进优先级计算模块65，用于计算步进优先级；
筛选模块66，用于从第二集合中筛选出满足第一条件的业务，作为第三集合，第一条件为：该业务的申请速率大于等于该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第三集合中的每个业务，调度优先级的数值不做更新；
第三更新模块67，用于从第二集合中筛选出满足第二条件的业务，作为第四集合，第二条件为：该业务的理想申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值大于该业务的申请速率；确定第四集合中全部业务的调度优先级的最大值；对于第四集合中的每个业务，若时延开关量为0，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为第四集合中全部业务的调度优先级的最大值与步进优先级的和，并将时延开关量设置为0；
第四更新模块68，用于从第二集合中筛选出满足第三条件的业务，作为第五集合，第三条件为：该业务的理想申请速率大于该业务的申请速率大于等于全部业务的申请速率的数学期望值；对于第五集合中的每个业务，若时延开关量为1，则将调度优先级的数值更新为调度优先级的当前数值与步进优先级的和，若时延开关量为0，则调度优先级的数值不做更新；
调度模块69，用于利用5G调度器根据全部业务的调度优先级对业务进行调度。
在一些具体的实施例中，所述第二更新模块用于：
按照第一公式计算全部业务的申请速率的数学期望值，第一公式如下：
其中，为全部业务的申请速率的数学期望值，为第i个业务的申请速率，n为业务总数。
在一些具体的实施例中，所述第二更新模块用于：
按照第二公式计算全部业务的调度优先级的数学期望值，第二公式如下：
其中，为全部业务的调度优先级的数学期望值，为第i个业务的调度优先级，n为业务总数。
在一些具体的实施例中，所述步进优先级计算模块用于：
计算全部业务的调度优先级的数学期望值与业务总数的商，以作为步进优先级。
此外，本申请还提供了一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如上文所述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法。
最后，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上文所述的eMMB场景下兼顾时延的5G公平性调度方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。