LTE系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)資源調(diào)度算法淺析

中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第一分公司 王 靜 李盼星

1 引言

調(diào)度用來(lái)解決不同用戶(hù)之間共享系統(tǒng)可用資源的問(wèn)題，一個(gè)好的調(diào)度算法可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的QoS（Qual it y of Service，服務(wù)質(zhì)量）需求，使系統(tǒng)容量最大化。在LTE的無(wú)線(xiàn)資源調(diào)度算法中，根據(jù)實(shí)時(shí)性分類(lèi)可分為非實(shí)時(shí)調(diào)度算法和實(shí)時(shí)調(diào)度算法，非實(shí)時(shí)調(diào)度算法有RR（Round-Robin Schedul ing，輪詢(xún)調(diào)度算法）、PF(Pr opor t ional Fair Schedul ing，正比公平算法)和Max C/I（Maximum Carrier to Interf erence，最大載干比算法）等，這三種算法也是LTE網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典調(diào)度算法；實(shí)時(shí)調(diào)度算法有EDF（ear l iest deadl ine f irst）、M-LWDF(modif ied l argest weight ed del ay f ir st,可變最大加強(qiáng)時(shí)延優(yōu)先)等，適用于LTE網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。在調(diào)度算法設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮吞吐量、公平性和時(shí)延等指標(biāo)，根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)需求設(shè)計(jì)有不同側(cè)重點(diǎn)的調(diào)度算法。

本文主要對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的三種經(jīng)典調(diào)度算法（輪詢(xún)調(diào)度算法、正比公平算法、最大載干比算法）進(jìn)行分析，并通過(guò)仿真說(shuō)明了調(diào)度算法的特點(diǎn)。

2 經(jīng)典調(diào)度算法簡(jiǎn)介

2.1 最大載干比算法

最大載干比算法的原則是為具有最佳信道質(zhì)量的用戶(hù)提供服務(wù)，該算法可以獲得最大的系統(tǒng)容量，但是未考慮公平性問(wèn)題，位于小區(qū)邊緣信道質(zhì)量差的用戶(hù)可能不會(huì)獲得服務(wù)。

2.2 輪詢(xún)算法

輪詢(xún)算法是所有用戶(hù)輪流使用共享信道，不會(huì)考慮信道條件，該算法保證了用戶(hù)間的公平性，但是系統(tǒng)吞吐量較低。

2.3 正比公平算法

正比公平算法是最大載干比算法和輪詢(xún)算法的折中考慮，該算法既考慮了公平性又考慮了吞吐量，在該種調(diào)度策略下，無(wú)線(xiàn)資源會(huì)被分配給信道質(zhì)量相對(duì)最好的用戶(hù)，當(dāng)用戶(hù)的瞬時(shí)信道質(zhì)量高于平均信道質(zhì)量時(shí)會(huì)被優(yōu)先調(diào)度。

為更好的說(shuō)明三種經(jīng)典算法之間的差異，我們選取了某市區(qū)的9個(gè)基站對(duì)輪詢(xún)算法和正比公平算法進(jìn)行蒙特卡洛仿真，仿真條件設(shè)置如表1所示，話(huà)務(wù)地圖設(shè)置四種業(yè)務(wù)類(lèi)型：High Speed Int er net，Mobi l e Int er net Access，Video Conf er encing 和VoIP，設(shè)定每種業(yè)務(wù)的用戶(hù)數(shù)相同，我們對(duì)每小區(qū)用戶(hù)數(shù)分別為40、80、120、160、200、240、280、320和360時(shí)進(jìn)行仿真，得到輪詢(xún)算法和正比公平算法的小區(qū)下行吞吐量對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

表1 仿真參數(shù)

圖1 仿真結(jié)果

從圖1可以看出：（1）隨著用戶(hù)的增加，兩種算法的下行小區(qū)吞吐量都有所增加，而正比公平算法的小區(qū)吞吐量要高于輪詢(xún)算法，這是由于輪詢(xún)算法本身不考慮用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境，對(duì)所有用戶(hù)都進(jìn)行相同的資源分配，因此該算法可以使系統(tǒng)的公平性達(dá)到極限，但是在吞吐量方面會(huì)有所欠缺；而正比公平算法在考慮公平性的同時(shí)兼顧系統(tǒng)的吞吐量，因此得到的吞吐率比輪詢(xún)算法要高。（2）隨著用戶(hù)數(shù)增加，小區(qū)吞吐量升高，當(dāng)單小區(qū)用戶(hù)數(shù)到達(dá)160時(shí)（不同仿真條件下，該值會(huì)有所不同）小區(qū)吞吐量增長(zhǎng)率變緩，隨著用戶(hù)數(shù)增加，增長(zhǎng)出現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，這是由于RB資源分配已達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷，小區(qū)吞吐量也達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。

3 其他調(diào)度算法

通過(guò)對(duì)三種經(jīng)典調(diào)度算法的分析可以看到，三種調(diào)度算法各有優(yōu)劣，但是由于正比公平算法兼顧了吞吐量和公平性，因此目前在該算法基礎(chǔ)上改進(jìn)的調(diào)度算法較多，如補(bǔ)償公平正比調(diào)度算法[1]和緊急門(mén)限比例延遲公平算法[2]等。

4 結(jié)論

本文首先對(duì)最大載干比算法、輪詢(xún)算法和正比公平算法進(jìn)行了簡(jiǎn)介，然后對(duì)輪詢(xún)算法和正比公平算法進(jìn)行了蒙特卡洛仿真，仿真結(jié)果說(shuō)明相對(duì)于正比公平算法，輪詢(xún)算法對(duì)系統(tǒng)的吞吐量貢獻(xiàn)較小。本文的工作側(cè)重于對(duì)LTE系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)調(diào)度算法進(jìn)行研究，下一步工作將研究適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的跨層實(shí)時(shí)性調(diào)度算法。

[1]仇潤(rùn)鶴,馬鋆爍,龔長(zhǎng)浩.LTE上行調(diào)度中一種補(bǔ)償公平正比算法[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2012(9):79-82.

[2]劉培植,楊嵐君,闕蔚,等.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)調(diào)度算法研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(4):136-139.