基于比例公平無線分組調(diào)度算法的研究與改進(jìn).pdf

1、未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要支持更高的傳輸速率，容納更多的用戶，并且保障多種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。在多用戶共享的無線網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)有效的無線分組調(diào)度算法將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在無線網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)度的有效性和公平性通常是兩個(gè)相互矛盾的性能指標(biāo)，調(diào)度算法必須根據(jù)不同用戶的QoS要求，在二者之間取得最優(yōu)折中。因此，如何設(shè)計(jì)出既能保證用戶的QoS，又能提高系統(tǒng)容量的分組調(diào)度算法是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 本文從分析無線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)入手

2、，介紹了無線分組調(diào)度技術(shù)的研究現(xiàn)狀，給出了無線分組調(diào)度算法的分類、設(shè)計(jì)目標(biāo)及性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，指出了當(dāng)前面臨的一些挑戰(zhàn)。論文首先針對(duì)時(shí)變環(huán)境下時(shí)分復(fù)用的無線網(wǎng)絡(luò)分組調(diào)度機(jī)制進(jìn)行了研究，考慮到日后用戶業(yè)務(wù)需求的多樣性，以數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)和語音類業(yè)務(wù)為例分別展開討論。由于不同的業(yè)務(wù)有著自身的特點(diǎn)和不同的QoS要求，在設(shè)計(jì)調(diào)度算法時(shí)考慮的因素也有所不同。例如，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，這就要求算法可以提供較高的數(shù)據(jù)速率，保證系統(tǒng)吞吐量；語音業(yè)務(wù)則對(duì)時(shí)

3、延十分敏感，要求算法盡量減少時(shí)延，保證短期公平性。
　　 文中首先給出了TDMA系統(tǒng)中的分組調(diào)度模型，介紹了RR、MAXC/I和PF三種適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的經(jīng)典算法，考慮到用戶的訪問時(shí)延這一因素，為了提高用戶間的短期公平，在PF算法的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的比例公平(M-PF)算法。該算法為每個(gè)用戶維護(hù)一個(gè)訪問時(shí)延計(jì)時(shí)器，使訪問時(shí)延接近時(shí)延上限的用戶優(yōu)先獲得調(diào)度機(jī)會(huì)。仿真結(jié)果表明，M-PF算法在實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格長(zhǎng)期公平基礎(chǔ)上，大大提高了系統(tǒng)的短期

4、公平性，僅在系統(tǒng)吞吐量方面較PF算法有極少的損失。
　　 針對(duì)語音業(yè)務(wù)的研究，文中首先對(duì)M-LWDF和EXP這兩種經(jīng)典的調(diào)度算法進(jìn)行了分析，考慮到語音業(yè)務(wù)對(duì)于分組時(shí)延的具體要求（分組超時(shí)率、超時(shí)期限等），依然采用PF算法的調(diào)度思想，提出了加權(quán)指數(shù)比例公平(WEPF)算法。該算法將指數(shù)化的分組等待時(shí)間加入判決準(zhǔn)則中，設(shè)置了一個(gè)優(yōu)先級(jí)區(qū)分參量，同時(shí)引入時(shí)延補(bǔ)償機(jī)制，通過設(shè)定一個(gè)預(yù)超時(shí)門限，提前使即將超時(shí)的分組優(yōu)先級(jí)提高，增加了其被調(diào)

5、度的可能。在用戶QoS要求相同和不同的假設(shè)條件下進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明WEPF算法大大降低了用戶的分組超時(shí)率和時(shí)延抖動(dòng)，提高了系統(tǒng)的綜合性能，更好的保證了服務(wù)質(zhì)量。
　　 作為下一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)，OFDM技術(shù)可以在增加頻譜利用率的同時(shí)提高系統(tǒng)的抗多徑衰落能力。因此，OFDM系統(tǒng)中的分組調(diào)度算法也成為時(shí)下的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。由于OFDM系統(tǒng)中的資源是時(shí)頻二維的，因此設(shè)計(jì)針對(duì)該系統(tǒng)的調(diào)度與資源分配方案時(shí)，與一般的基于時(shí)分或碼分復(fù)用的

6、系統(tǒng)相比也有所不同。
　　 文中最后對(duì)OFDM系統(tǒng)中的無線分組調(diào)度算法進(jìn)行了研究，首先簡(jiǎn)單介紹了OFDM技術(shù)，描述了OFDM系統(tǒng)中的資源分配方案，給出了OFDM系統(tǒng)的調(diào)度模型。隨后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，給出了三種用于該模型下的調(diào)度算法（K&H算法、McPF算法和加入子載波微調(diào)的K&H算法），比較了不同算法的性能。仿真結(jié)果表明McPF算法以損失微小的系統(tǒng)吞吐量為代價(jià)，在公平性和吞吐量方面取得了較好的折中；同時(shí)，子載波微調(diào)技術(shù)的引入可