LTE中多業(yè)務(wù)的下行調(diào)度算法

摘要：針對(duì)現(xiàn)有調(diào)度算法的不足，提出了一種新的基于服務(wù)質(zhì)量（QoS）的長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目（LTE）的改進(jìn)下行調(diào)度算法。根據(jù)多業(yè)務(wù)的用戶，該算法在修正的最大加權(quán)時(shí)延優(yōu)先（M-LWDF）算法的基礎(chǔ)上引入了指數(shù)因子。仿真結(jié)果表明，該算法增加了時(shí)延較大的用戶被調(diào)度的幾率，提高了系統(tǒng)的公平性。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/170162. htm

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目；服務(wù)質(zhì)量；公平性；調(diào)度

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.010

引言

LTE采用扁平的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其性能有了很大的提高。而調(diào)度處于媒體訪問(wèn)控制（Media Access Control，MAC）層的中心環(huán)節(jié)，調(diào)度算法的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。而現(xiàn)有的調(diào)度算法不能較好地滿足業(yè)務(wù)時(shí)延要求。文獻(xiàn)[1][2][3]中的三種經(jīng)典的調(diào)度算法Max C/I，RR和PF均未考慮業(yè)務(wù)時(shí)延要求，不適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。文獻(xiàn)[4]中提出的M-LWDF算法適于高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)，考慮對(duì)頭延時(shí)（head of line，HOL），提高了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的性能，但不適于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，且是一種非公平調(diào)度算法。為了兼顧實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，提高用戶調(diào)度的公平性，該文提出一種基于QoS的下行調(diào)度算法，結(jié)合M-LWDF算法的優(yōu)點(diǎn)，引入一個(gè)指數(shù)因子，結(jié)合各業(yè)務(wù)不同的QCI值和信道狀況，對(duì)有限的無(wú)線資源進(jìn)行調(diào)度。文章具體安排如下：第一部分講了調(diào)度機(jī)制，第二部分分析了調(diào)度器，第三部分研究了改進(jìn)的調(diào)度算法，第四部分給出了系統(tǒng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，第五部分闡述了下行調(diào)度的具體實(shí)現(xiàn)，第六部分繪出了仿真結(jié)果并進(jìn)行了分析，第七部分對(duì)整篇文章進(jìn)行了總結(jié)。

調(diào)度機(jī)制

由圖1可知，本調(diào)度器[7]的輸入需要考慮的因素有UE能力、eNB緩沖狀態(tài)、無(wú)線資源、QoS[8]、業(yè)務(wù)類型和CQI、ACK的反饋等等。其中UE能力是由RRC的UECapabilityEnquiry和UEInformationRequest發(fā)送給MAC層調(diào)度模塊的。LTE可支持的終端等級(jí)為5個(gè)，從等級(jí)1到等級(jí)5，5為最高等級(jí)，1為最低等級(jí)，這些等級(jí)表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的傳輸能力上（這里主要說(shuō)下行方向）。調(diào)度器根據(jù)這些輸入因素采用合適的調(diào)度算法選取合適的資源進(jìn)行調(diào)度，并根據(jù)信道的條件進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。

調(diào)度的改進(jìn)

M-LWDF[9]算法是為支持CDMAHDR系統(tǒng)中多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用戶而設(shè)計(jì)的。主要思想是在PF算法的基礎(chǔ)上充分考慮了數(shù)據(jù)包的隊(duì)列時(shí)延因子。其計(jì)算公式如下：

系統(tǒng)性能評(píng)估準(zhǔn)則及調(diào)度仿真

系統(tǒng)吞吐量

一個(gè)小區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量一般用小區(qū)總的數(shù)據(jù)速率來(lái)標(biāo)識(shí)，其單位為bps/cell。在設(shè)計(jì)調(diào)度算法時(shí)，應(yīng)使系統(tǒng)吞吐量盡可能大。系統(tǒng)吞吐量[10][11]可用（3）式表示。

該文的仿真使用C++程序，整個(gè)系統(tǒng)采用3個(gè)正六邊形的規(guī)則小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)撒入10個(gè)用戶，用戶的移動(dòng)速度8km/h。每個(gè)小區(qū)中心位置設(shè)有一個(gè)eNodeB，控制所有可用的RB，所有的用戶均共享這些RB[12]。設(shè)系統(tǒng)帶寬10MHz即50個(gè)RB。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，假定eNodeB側(cè)為無(wú)限緩存，這樣就不會(huì)出現(xiàn)由于緩存不足、包溢出，而導(dǎo)致的丟包率。表2給出了仿真的基本參數(shù)的設(shè)置。

采用系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性準(zhǔn)則來(lái)對(duì)M-LWDF算法和改進(jìn)的M-LWDF算法的小區(qū)吞吐量以及公平性進(jìn)行分析對(duì)比，圖2是對(duì)比不同算法下每個(gè)小區(qū)的小區(qū)吞吐量，圖3是對(duì)比了整個(gè)系統(tǒng)用戶的歸一化吞吐量的CDF曲線，以評(píng)價(jià)不同算法的公平性。

通過(guò)3個(gè)小區(qū)吞吐量的對(duì)比可以看出，改進(jìn)的M-LWDF算法使小區(qū)吞吐量有小幅的降低。這是因?yàn)楦倪M(jìn)的M-LWDF算法為了提高公平性，對(duì)提高等待時(shí)間較長(zhǎng)，接近時(shí)延門(mén)限值的用戶的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了加速提升，這樣被調(diào)度的信道質(zhì)量較差的用戶數(shù)有一定的升高，勢(shì)必影響系統(tǒng)的整體吞吐量和時(shí)延特性。但是同時(shí)這種優(yōu)先級(jí)的加速只針對(duì)了接近優(yōu)先級(jí)加速時(shí)延門(mén)限的這一部分用戶，信道質(zhì)量更差，速率更低的一些用戶得到調(diào)度的幾率仍然很低，所以系統(tǒng)吞吐量的下降仍然控制在可接受的范圍之內(nèi)，并未使系統(tǒng)的性能有嚴(yán)重的下降。

在公平性分析比較中，公平性準(zhǔn)則采用了表1中介紹的公平性準(zhǔn)則CDF曲線。這條標(biāo)準(zhǔn)線也在圖3中給出。該準(zhǔn)則實(shí)質(zhì)上是限制了低吞吐量用戶占總用戶數(shù)的比例，比如低平均吞吐量10%的用戶數(shù)不能超過(guò)總用戶數(shù)的10%。按照這個(gè)準(zhǔn)則，可以看出M-LWDF算法和改進(jìn)的M-LWDF算法的CDF曲線均位于標(biāo)準(zhǔn)線的右側(cè)，符合公平性準(zhǔn)則。

此外，改進(jìn)的M-LWDF算法相對(duì)于原算法來(lái)說(shuō)，低于平均吞吐量的用戶比例有所降低，系統(tǒng)的整體公平性有所提升。

針對(duì)現(xiàn)有調(diào)度機(jī)制的不完整和調(diào)度算法的不足，該文提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)度和半靜態(tài)調(diào)度相結(jié)合的調(diào)度機(jī)制和基于QoS的改進(jìn)下行調(diào)度算法。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析得出結(jié)論，該改進(jìn)算法對(duì)時(shí)延較大用戶的調(diào)度優(yōu)先級(jí)的加速起到了作用，增加了這部分用戶被調(diào)度的機(jī)會(huì)，從而提高了系統(tǒng)的公平性。但是該文沒(méi)有考慮基站側(cè)為有限緩存的情況，是今后研究的重點(diǎn)。