摘　要：

摘　要：調(diào)度問題的根源在于對資源的競爭和分配，分組調(diào)度算法的優(yōu)劣也直接影響HSxPA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)男阅�。本文首先闡明HSxPA概念，接著厘清HSxPA中分組調(diào)度算法的幾個種類，最后對幾種主要的分組調(diào)度算法進(jìn)行評析。

關(guān)鍵詞：

關(guān)鍵詞：HSxPA　分組調(diào)度算法　數(shù)據(jù)

1　HSxPA概述

     HSPA（High Speed Packet Access，HSPA）高速分組接入，其中x指D（Downlink）或U（Uplink）即下行或上行，HSxPA即指HSDPA和HSUPA。HSDPA是Node B（Node Base Station，Node B）基站到UE（User Equipment，UE）用戶終端的下行鏈路上的分組數(shù)據(jù)的接入，HSUPA指UE到Node B的上行鏈路上的分組數(shù)據(jù)的傳輸。

     HSDPA為WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）寬帶碼分多址的R5版下行鏈路提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，傳輸速率可達(dá)8-10 Mbit/s，理論最大值可達(dá)14.4Mbps 。HSDPA主要采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼（Adaptive Modulation Coding, AMC）、混合自動重傳請求（Hybrid Automatic Repeat reQuest ，HARQ）、快速分組調(diào)度等技術(shù)。HSDPA中的調(diào)度功能主要是由NodeB中新增的MAC-hs功能實(shí)體完成的。

     HSUPA為WCDMAR6版的上行鏈路提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，傳輸速率最高可達(dá)到5.76Mbit/s。主要混合自動重傳請求HARQ、快速分組調(diào)度及2ms短幀等技術(shù)，原有的分組調(diào)度功能是在RNC（Radio Network Control，RNC）無線網(wǎng)絡(luò)控制器上實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在轉(zhuǎn)換到NodeB上。另外，E-E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH等五條信道和 MAC-e實(shí)體是HSUPA的新引入。NodeB中新增的MAC-e實(shí)體使HSUPA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速調(diào)度成為可能。

2　分組調(diào)度算法的主要種類

     在HSxPA系統(tǒng)，分組調(diào)度算法直接決定分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，它的任務(wù)是確定合理的調(diào)度規(guī)則，等待接受服務(wù)的多個UE按特定的規(guī)則排序，然后系統(tǒng)按這個排序進(jìn)行調(diào)度，其中特定的規(guī)則就是分組調(diào)度所采用的算法。主要的分組調(diào)度算法有以下幾類：輪循、最大載干比、比例公平、功率偏移計(jì)算及修正最大加權(quán)時(shí)延優(yōu)先調(diào)度算法。

     輪循（Round Robin，RR），就是Node B輪流地為UE提供分組數(shù)據(jù)服務(wù)。RR算法嚴(yán)格計(jì)算每一個UE的調(diào)度概率，不會因?yàn)樾诺拉h(huán)境或數(shù)據(jù)塊大小以及慢衰落等情況而改變它對公平機(jī)會的趨于絕對的追求。因此，在考察其他算法在公平性上的性能，通常想當(dāng)然與RR算法進(jìn)行比較。

     最大載干比（MAX-C/I），Node B先調(diào)度具有最佳信道條件的UE，不去考慮最先服務(wù)的UE的數(shù)據(jù)塊大小，如果有剩余資源或該UE服務(wù)停止，才為信道條件稍差的UE提供服務(wù)。Node B總為具有最好下行信號質(zhì)量的UE服務(wù)，所以HSxPA系統(tǒng)可以獲得最大吞吐率。

　　最大功率偏移(MAX Power Offset ，PO)，PO指UE數(shù)據(jù)信道上可用功率與控制信道上功率的比值，需要說明的是，PO值的設(shè)置取決于小區(qū)的覆蓋范圍，小區(qū)的不同位置決定了Node B用不同的功率，原則上來講，距離越遠(yuǎn)如小區(qū)邊緣地帶，PO值會越大，相反小區(qū)中心位置則不需要那么大的功率值。MAX PO法即選取具有最大功率偏移值的用戶作為優(yōu)先服務(wù)的對象。

     比例公平調(diào)度（Proportional Fair，PF），Node B調(diào)度具有最大公平因子的一個或多個終端，該算法的系統(tǒng)吞吐量和服務(wù)公平性在RR和MAX-C/I之間。

     修正最大加權(quán)時(shí)延優(yōu)先(Modified Largest Weighted Delay First，M-LWDF)算法，其主要策略是將分組數(shù)據(jù)包時(shí)延和與其相關(guān)的無線信道的質(zhì)量加入優(yōu)先級排列中，其用戶優(yōu)先級主要考慮包的隊(duì)列時(shí)延。

3　主要分組調(diào)度算法的評析

3.1　RR算法

　　RR算法對小區(qū)中的各個用戶輪流進(jìn)行調(diào)度，在某個時(shí)隙對一個用戶進(jìn)行調(diào)度，在下個時(shí)隙則調(diào)度另一個用戶。如果有n個用戶，那么每個用戶接受服務(wù)的機(jī)會均等，概率都等于1/n，即系統(tǒng)可分配的資源公平地分配給每個UE。RR算法不考慮無線環(huán)境，即使無線環(huán)境差，系統(tǒng)也會為數(shù)據(jù)塊大的UE服務(wù)，過于關(guān)注UE的公平性，系統(tǒng)及UE的吞吐率較低。

3.2　MAX-C/I算法

     效用函數(shù)(Utility Function，UF)的 “效用”用來衡量UE對系統(tǒng)提供的服務(wù)的滿意程度，這是調(diào)度問題中比較普遍的優(yōu)化方法，每一個UE都用效用函數(shù)來描述系統(tǒng)資源分配的效用值。效用函數(shù)的特性是，當(dāng)系統(tǒng)分配的資源高于某一個閾值時(shí)，則UE的滿意度會最高，當(dāng)系統(tǒng)分配的資源低于某一個閾值時(shí)，其滿意度幾乎為零。

     Max C／I算法根據(jù)預(yù)服務(wù)的UE所接收信號的C/I的估計(jì)值進(jìn)行排序，然后把這個排序作為優(yōu)先調(diào)度的準(zhǔn)則，進(jìn)行分配無線資源。具有C／I最大值的用戶將一直占用信道，不管傳輸數(shù)據(jù)塊有多大，直到其數(shù)據(jù)塊全部發(fā)送完畢，或者出現(xiàn)具有更大C／I值的用戶才停止服務(wù)。具有較低的C／I值的用戶只有選擇等待。

     每個UE的效用函數(shù)為：Uj(Rj)= Rj，目標(biāo)函數(shù)取為：，調(diào)度是為了追求目標(biāo)函數(shù)的極值。顯然這是一種貪婪的分組調(diào)度算法，如果在每個調(diào)度時(shí)刻都選擇使得目標(biāo)函數(shù)O增量最大的UE，那么最終得到的用戶目標(biāo)函數(shù)O就是最大的。

     Max C／I算法在每一個調(diào)度周期都會選擇C／I值最大的UE，也就是說它首先要考慮的是保證系統(tǒng)吞吐量的最大化，而不是UE的公平機(jī)會，那么Max C／I算法至少是不夠周全的。

3.3　MAXPO算法

     MAX PO算法的原理是在調(diào)度之前，先將調(diào)度用戶列表中的用戶按報(bào)告的PO的大小進(jìn)行排序，然后再按順序?yàn)楸碇械挠脩舴峙滟Y源。Max PO算法雖然在公平性方面優(yōu)于Max C／I算法，但調(diào)度中的所有用戶，仍然采用“貪婪”原則進(jìn)行資源分配。所謂的“貪婪”原則，即每選中一個被調(diào)度的UE，就盡量滿足該UE的請求。在后面的仿真對比中，會利用Max PO算法與HSDPA 算法加以比較和分析。

3.4　PF算法

     在現(xiàn)有非實(shí)時(shí)性調(diào)度算法中，PF算法得到了廣泛的應(yīng)用，PF在每次調(diào)度判決之前，對每個用戶的優(yōu)先函數(shù)進(jìn)行排列，對用戶優(yōu)先函數(shù)最高的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度。在任意時(shí)刻t用戶i的優(yōu)先函數(shù)Pi(t)的公式為：

        其中，表示用戶i在時(shí)隙t時(shí)數(shù)據(jù)最大傳輸速率，是用戶i的數(shù)據(jù)平均吞吐量。PF算法為了使用戶長期獲得公平的服務(wù)時(shí)間，并提高用戶的吞吐量，一般認(rèn)為系統(tǒng)所接收到的信噪比在時(shí)間上服從獨(dú)立同分布，而且系統(tǒng)所接收到的信噪比和系統(tǒng)速率之間成線性關(guān)系。但是，PF算法對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)如視頻和語音等并不適用。對于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流，它們有著嚴(yán)格的時(shí)延限制，所以通常用分組丟棄率Pr表示其服務(wù)質(zhì)量：

                                                            (3-2)

     其中，，Ti表示用戶i的超時(shí)丟棄時(shí)間，Wi表示用戶i的分組排隊(duì)時(shí)間，di表示用戶i的分組丟棄率的最大值。為將PF算法引入實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對PF算法的優(yōu)先級函數(shù)中加入了分組時(shí)延：

     其中，是設(shè)定的算法的等待時(shí)延的門限值，C是一個大于1的定值，由公式可見，

其分組丟棄率有所減少是因?yàn)榉纸M時(shí)延大于的實(shí)時(shí)用戶將得到更多的調(diào)度傳輸。但是，由于信道容量、分組長度、分組到達(dá)速率等會隨著時(shí)間改變，算法的性能會受這樣因素共同決定了其參數(shù)和C的取值，所以很難取得最佳的參數(shù)值同時(shí)滿足非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)用戶的服務(wù)質(zhì)量。

3.5　M-LWDF算法

     在支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的調(diào)度算法中，M-LWDF算法應(yīng)用較多，其UE優(yōu)先級的函數(shù)公式為：

      式3-4中，是用戶的平均傳輸速率，此算法的優(yōu)先函數(shù)兼顧了分組丟棄率和隊(duì)首時(shí)延及用戶信道條件，能夠?yàn)橛脩籼峁┍容^高的服務(wù)質(zhì)量。但該算法不能解決實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶之間的資源分配問題，且不能對每個用戶實(shí)際的吞吐量作出保證。因此，無法保證這兩類用戶獲得服務(wù)的公平性。

4　結(jié)論

     綜上所述，分組調(diào)度算法還存在著不足，從而影響HSxPA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸性能，因此對分組調(diào)度算法的研究，主要目標(biāo)應(yīng)在保證不同用戶Qos的前提下，力求在系統(tǒng)吞吐量及服務(wù)公平機(jī)會這兩種主要性能上做到最大化。