LTE中多業(yè)務(wù)的下行調(diào)度算法

　　摘要：針對現(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)的長期演進(jìn)項目(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，該算法增加了時延較大的用戶被調(diào)度的幾率，提高了系統(tǒng)的公平性。

　　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)時延要求，不適合實時業(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)，考慮對頭延時(head of line，HOL)，提高了實時業(yè)務(wù)的性能，但不適于非實時業(yè)務(wù)，且是一種非公平調(diào)度算法。為了兼顧實時和非實時業(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，引入一個指數(shù)因子，結(jié)合各業(yè)務(wù)不同的QCI值和信道狀況，對有限的無線資源進(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)評估標(biāo)準(zhǔn)，第五部分闡述了下行調(diào)度的具體實現(xiàn)，第六部分繪出了仿真結(jié)果并進(jìn)行了分析，第七部分對整篇文章進(jìn)行了總結(jié)。

　　調(diào)度機(jī)制

　　目前的調(diào)度機(jī)制主要有三種：靜態(tài)調(diào)度、動態(tài)調(diào)度和半靜態(tài)調(diào)度。靜態(tài)調(diào)度就是在固定的時刻調(diào)度固定的資源，資源分配持續(xù)整個業(yè)務(wù)，它不考慮信道條件。因為在業(yè)務(wù)的整個過程均分配無線資源，所以靜態(tài)調(diào)度的最大缺點是浪費資源。而動態(tài)調(diào)度剛好相反，它根據(jù)用戶反饋的信道條件的不同，在每個TTI均動態(tài)地選擇資源進(jìn)行調(diào)度，所以這種調(diào)度機(jī)制享受了信道的時頻域全分集。但它需要大量的控制信令來完成交互，這可能阻塞數(shù)據(jù)包的發(fā)送。為了減少信令的開銷，LTE針對VoIP^[5]這樣的一類傳輸包小且有一定規(guī)則的業(yè)務(wù)，提出了半靜態(tài)調(diào)度機(jī)制。該機(jī)制通過RRC進(jìn)行初始配置，其重傳轉(zhuǎn)為動態(tài)調(diào)度。具有一次授權(quán)，周期使用的特點，大大節(jié)省LTE系統(tǒng)用于調(diào)度指示的PDCCH資源。由于LTE是針對多用戶多業(yè)務(wù)的，而用戶的業(yè)務(wù)主要分為實時業(yè)務(wù)(real time，RT)和非實時業(yè)務(wù)(Non-real time，NRT)，其中RT業(yè)務(wù)包括VoIP(Voice over Internet Phone)、Video conferencing、在線游戲等，NRT業(yè)務(wù)包括FTP、website browsing等。為了適應(yīng)各類業(yè)務(wù)的需求，該文決定采用半靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度有機(jī)結(jié)合的調(diào)度機(jī)制。

　　下行調(diào)度器概述

　　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可支持的終端等級為5個，從等級1到等級5，5為最高等級，1為最低等級，這些等級表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的傳輸能力上(這里主要說下行方向)。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CDMA-HDR系統(tǒng)中多個實時數(shù)據(jù)用戶而設(shè)計的。主要思想是在PF算法的基礎(chǔ)上充分考慮了數(shù)據(jù)包的隊列時延因子。其計算公式如下：

　　HOL包延遲超過該用戶的時延門限值的最高概率。雖然本算法相對PF算法獲得了相對低的丟包率。但它是一種非公平算法。

　　在此基礎(chǔ)上對M-LWDF算法進(jìn)行修改，引入了指數(shù)因子，該算法的思想是設(shè)定啟動優(yōu)先級加速的警戒線，當(dāng)延時因子超過警戒線時其優(yōu)先級顯著增加進(jìn)而獲得絕對的優(yōu)先級，其具體的計算公式如下：