LTE中多業務的下行調度算法

摘要：針對現有調度算法的不足，提出了一種新的基于服務質量（QoS）的長期演進項目（LTE）的改進下行調度算法。根據多業務的用戶，該算法在修正的最大加權時延優先（M-LWDF）算法的基礎上引入了指數因子。仿真結果表明，該算法增加了時延較大的用戶被調度的幾率，提高了系統的公平性。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/170162. htm

關鍵詞：長期演進項目；服務質量；公平性；調度

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.010

引言

LTE采用扁平的全IP網絡架構，其性能有了很大的提高。而調度處于媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）層的中心環節，調度算法的好壞直接影響整個系統的性能。而現有的調度算法不能較好地滿足業務時延要求。文獻[1][2][3]中的三種經典的調度算法Max C/I，RR和PF均未考慮業務時延要求，不適合實時業務。文獻[4]中提出的M-LWDF算法適于高數據速率業務，考慮對頭延時（head of line，HOL），提高了實時業務的性能，但不適于非實時業務，且是一種非公平調度算法。為了兼顧實時和非實時業務，提高用戶調度的公平性，該文提出一種基于QoS的下行調度算法，結合M-LWDF算法的優點，引入一個指數因子，結合各業務不同的QCI值和信道狀況，對有限的無線資源進行調度。文章具體安排如下：第一部分講了調度機制，第二部分分析了調度器，第三部分研究了改進的調度算法，第四部分給出了系統評估標準，第五部分闡述了下行調度的具體實現，第六部分繪出了仿真結果并進行了分析，第七部分對整篇文章進行了總結。

調度機制

由圖1可知，本調度器[7]的輸入需要考慮的因素有UE能力、eNB緩沖狀態、無線資源、QoS[8]、業務類型和CQI、ACK的反饋等等。其中UE能力是由RRC的UECapabilityEnquiry和UEInformationRequest發送給MAC層調度模塊的。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，這些等級表現在數據的傳輸能力上（這里主要說下行方向）。調度器根據這些輸入因素采用合適的調度算法選取合適的資源進行調度，并根據信道的條件進行自適應的調整。

調度的改進

M-LWDF[9]算法是為支持CDMAHDR系統中多個實時數據用戶而設計的。主要思想是在PF算法的基礎上充分考慮了數據包的隊列時延因子。其計算公式如下：

系統性能評估準則及調度仿真

系統吞吐量

一個小區的數據吞吐量一般用小區總的數據速率來標識，其單位為bps/cell。在設計調度算法時，應使系統吞吐量盡可能大。系統吞吐量[10][11]可用（3）式表示。

該文的仿真使用C++程序，整個系統采用3個正六邊形的規則小區，每個小區內隨機撒入10個用戶，用戶的移動速度8km/h。每個小區中心位置設有一個eNodeB，控制所有可用的RB，所有的用戶均共享這些RB[12]。設系統帶寬10MHz即50個RB。為了簡化系統模型，假定eNodeB側為無限緩存，這樣就不會出現由于緩存不足、包溢出，而導致的丟包率。表2給出了仿真的基本參數的設置。

采用系統吞吐量和用戶公平性準則來對M-LWDF算法和改進的M-LWDF算法的小區吞吐量以及公平性進行分析對比，圖2是對比不同算法下每個小區的小區吞吐量，圖3是對比了整個系統用戶的歸一化吞吐量的CDF曲線，以評價不同算法的公平性。

通過3個小區吞吐量的對比可以看出，改進的M-LWDF算法使小區吞吐量有小幅的降低。這是因為改進的M-LWDF算法為了提高公平性，對提高等待時間較長，接近時延門限值的用戶的優先級進行了加速提升，這樣被調度的信道質量較差的用戶數有一定的升高，勢必影響系統的整體吞吐量和時延特性。但是同時這種優先級的加速只針對了接近優先級加速時延門限的這一部分用戶，信道質量更差，速率更低的一些用戶得到調度的幾率仍然很低，所以系統吞吐量的下降仍然控制在可接受的范圍之內，并未使系統的性能有嚴重的下降。

在公平性分析比較中，公平性準則采用了表1中介紹的公平性準則CDF曲線。這條標準線也在圖3中給出。該準則實質上是限制了低吞吐量用戶占總用戶數的比例，比如低平均吞吐量10%的用戶數不能超過總用戶數的10%。按照這個準則，可以看出M-LWDF算法和改進的M-LWDF算法的CDF曲線均位于標準線的右側，符合公平性準則。

此外，改進的M-LWDF算法相對于原算法來說，低于平均吞吐量的用戶比例有所降低，系統的整體公平性有所提升。

針對現有調度機制的不完整和調度算法的不足，該文提出了一種動態調度和半靜態調度相結合的調度機制和基于QoS的改進下行調度算法。通過對仿真結果的分析得出結論，該改進算法對時延較大用戶的調度優先級的加速起到了作用，增加了這部分用戶被調度的機會，從而提高了系統的公平性。但是該文沒有考慮基站側為有限緩存的情況，是今后研究的重點。