基于比例公平無線分組調(diào)度算法的研究與改進.pdf

1、未來的移動通信系統(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)計有效的無線分組調(diào)度算法將有助于實現(xiàn)這一目標。在無線網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)度的有效性和公平性通常是兩個相互矛盾的性能指標，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)度算法是當前無線通信領(lǐng)域的一個研究熱點。
　　 本文從分析無線網(wǎng)絡(luò)特點入手

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)計目標及性能評價標準，指出了當前面臨的一些挑戰(zhàn)。論文首先針對時變環(huán)境下時分復(fù)用的無線網(wǎng)絡(luò)分組調(diào)度機制進行了研究，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)有著自身的特點和不同的QoS要求，在設(shè)計調(diào)度算法時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)則對時

3、延十分敏感，要求算法盡量減少時延，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)上提出了改進的比例公平(M-PF)算法。該算法為每個用戶維護一個訪問時延計時器，使訪問時延接近時延上限的用戶優(yōu)先獲得調(diào)度機會。仿真結(jié)果表明，M-PF算法在實現(xiàn)嚴格長期公平基礎(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。
　　 針對語音業(yè)務(wù)的研究，文中首先對M-LWDF和EXP這兩種經(jīng)典的調(diào)度算法進行了分析，考慮到語音業(yè)務(wù)對于分組時延的具體要求（分組超時率、超時期限等），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)化的分組等待時間加入判決準則中，設(shè)置了一個優(yōu)先級區(qū)分參量，同時引入時延補償機制，通過設(shè)定一個預(yù)超時門限，提前使即將超時的分組優(yōu)先級提高，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)條件下進行了仿真，結(jié)果表明WEPF算法大大降低了用戶的分組超時率和時延抖動，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)度算法也成為時下的一項研究熱點。由于OFDM系統(tǒng)中的資源是時頻二維的，因此設(shè)計針對該系統(tǒng)的調(diào)度與資源分配方案時，與一般的基于時分或碼分復(fù)用的

6、系統(tǒng)相比也有所不同。
　　 文中最后對OFDM系統(tǒng)中的無線分組調(diào)度算法進行了研究，首先簡單介紹了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。隨后對系統(tǒng)進行數(shù)學建模，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，在公平性和吞吐量方面取得了較好的折中；同時，子載波微調(diào)技術(shù)的引入可