緊急度感知的混合業(yè)務(wù)分組調(diào)度策略

吳大鵬，龔長(zhǎng)河，劉喬壽，王汝言

（重慶郵電大學(xué)光通信與網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400065）

緊急度感知的混合業(yè)務(wù)分組調(diào)度策略

吳大鵬，龔長(zhǎng)河，劉喬壽，王汝言

（重慶郵電大學(xué)光通信與網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400065）

長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)在分組交換域內(nèi)承載業(yè)務(wù)，延遲和分組丟棄敏感的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）難以得到滿(mǎn)足。根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)差異、業(yè)務(wù)對(duì)延遲的敏感度等約束條件，提出了一種基于虛擬隊(duì)列的分組延遲預(yù)測(cè)方法，進(jìn)而根據(jù)分組延遲的預(yù)測(cè)結(jié)果確定其對(duì)系統(tǒng)資源需求的緊急程度，隨后根據(jù)分組緊急度對(duì)緩存中的分組采用分類(lèi)調(diào)度策略，以最大化系統(tǒng)資源利用率。結(jié)果表明，本文提出的調(diào)度策略能夠有效地提高實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS，改善網(wǎng)絡(luò)的性能。

實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)；調(diào)度優(yōu)先級(jí)；服務(wù)質(zhì)量；緊急度

0 引 言

以正交頻分多路復(fù)用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）以及多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）為核心技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)（long term evolution，LTE）系統(tǒng)能夠顯著提高傳統(tǒng)蜂窩無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的承載能力，大幅度提升用戶(hù)的移動(dòng)通信體驗(yàn)［1－2］。由于LTE系統(tǒng)采用分組域承載各類(lèi)業(yè)務(wù)，因此，分組調(diào)度算法對(duì)LTE系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）保障至關(guān)重要。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定LTE系統(tǒng)主要支持兩類(lèi)業(yè)務(wù)，分別為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。眾所周知，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)延遲的敏感程度較低，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò)提供嚴(yán)格的延遲保障［3］。因此，對(duì)于資源相對(duì)有限的LTE系統(tǒng)，分組調(diào)度過(guò)程需要針對(duì)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型確定其傳輸?shù)木o迫程度，以更加合理地利用系統(tǒng)資源。針對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS保障問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員提出了相關(guān)解決方案，主要包括比例公平算法、指數(shù)公平算法、最大權(quán)重延遲優(yōu)先算法，以上算法的共同特點(diǎn)是每個(gè)業(yè)務(wù)流依照特定的判斷標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定調(diào)度優(yōu)先級(jí)，即直接根據(jù)影響用戶(hù)QoS的多個(gè)因素來(lái)確定調(diào)度優(yōu)先級(jí)。正比公平性［4－7］（proportional fair，PF）算法由美國(guó)高通公司提出，該算法在對(duì)資源進(jìn)行分配時(shí)主要考慮用戶(hù)信道條件與公平性?xún)蓚€(gè)方面因素的影響。然而，由于未考慮隊(duì)列分組延遲的影響，其無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)QoS的要求。為了支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了最大權(quán)值延遲優(yōu)先［8－9］（modified－longest weighted delay first，M－LWDF）算法，除了上述兩方面因素外，所提出的方法還考慮了緩沖區(qū)隊(duì)頭分組延遲和最大分組延遲，以更加有效地支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。但M－LWDF算法吞吐量性能的提升是以犧牲用戶(hù)之間的公平性為代價(jià)的。文獻(xiàn)［10］對(duì)PF算法進(jìn)行了改進(jìn)，利用隊(duì)頭分組延遲和業(yè)務(wù)允許最大延遲產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)度權(quán)重，進(jìn)而調(diào)節(jié)其調(diào)度優(yōu)先級(jí)，在分組投遞率方面獲得了一定的提升，但無(wú)法兼顧用戶(hù)的公平性與系統(tǒng)吞吐量。文獻(xiàn)［11］把用戶(hù)瞬時(shí)速率、平均速率、分組丟棄率、隊(duì)頭分組等待延遲、最大允許延遲等參數(shù)相結(jié)合來(lái)確定分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，但是直接把這幾個(gè)參數(shù)組合在一起來(lái)確定調(diào)度優(yōu)先級(jí)缺乏一定的理論依據(jù)，反而使得用戶(hù)的各項(xiàng)性能遠(yuǎn)不如其他算法，用戶(hù)QoS得不到保障。文獻(xiàn)［12］中以視頻業(yè)務(wù)延遲為參數(shù)估計(jì)用戶(hù)優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而為其分配系統(tǒng)資源，但該算法的性能提升是以犧牲吞吐量為代價(jià)的，且算法復(fù)雜度較高。綜上所述，每一種調(diào)度策略都有各自的特點(diǎn)，本文提出的調(diào)度策略理論依據(jù)充足，在兼顧公平性與吞吐量的同時(shí)，有效地保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)延遲性能的需求。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種帶有延遲估計(jì)的分組調(diào)度機(jī)制，系統(tǒng)根據(jù)物理隊(duì)列中分組的歷史狀態(tài)信息，利用虛擬隊(duì)列預(yù)測(cè)緩存中分組的等待延遲，在此基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)當(dāng)前所承載的各類(lèi)分組的傳輸狀態(tài)，即緊急程度，進(jìn)而，根據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)的特征確定分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。以在混合業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，有效地為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供延遲性能保障，同時(shí)，在兼顧用戶(hù)的公平性與系統(tǒng)吞吐量的前提下，達(dá)到降低分組丟棄率的目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源分配最優(yōu)化。

1 延遲預(yù)測(cè)

如前所述，LTE系統(tǒng)采用分組域承載各類(lèi)業(yè)務(wù)，不同分組的排隊(duì)延遲、傳輸延遲等均不相同。對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)為其確定了最大允許延遲。為了避免浪費(fèi)有限的系統(tǒng)資源，系統(tǒng)將主動(dòng)丟棄超過(guò)給定延遲閾值的分組。顯然，根據(jù)不同分組的延遲狀態(tài)，其等待傳輸機(jī)會(huì)的緊急程度不同。越接近丟棄閾值的分組其緊急程度越高，若無(wú)法及時(shí)地為這些分組分配系統(tǒng)資源，則此類(lèi)分組將由于無(wú)法得到調(diào)度而被丟棄，從而導(dǎo)致分組丟棄概率上升，系統(tǒng)性能下降。

為了根據(jù)分組的傳輸狀態(tài)合理地為其分配系統(tǒng)資源，本文提出了一種帶有虛擬隊(duì)列的延遲預(yù)測(cè)方法，如圖1所示，虛線部分表示虛擬隊(duì)列，其作用是把緩存中未進(jìn)入隊(duì)列等待調(diào)度的分組放在虛擬隊(duì)列中模擬調(diào)度，進(jìn)而根據(jù)物理隊(duì)列中分組歷史狀態(tài)信息來(lái)估計(jì)虛擬隊(duì)列中分組的等待延遲，最終確定其調(diào)度優(yōu)先級(jí)?？梢?jiàn)，采用上述方法可根據(jù)分組傳輸狀態(tài)獲知緩存中分組的等待延遲，提高延遲較大分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，從而避免這些分組超過(guò)最大允許延遲而被丟棄，達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

圖1 虛擬隊(duì)列

根據(jù)現(xiàn)有物理隊(duì)列中分組的歷史狀態(tài)信息，虛擬隊(duì)列可獲知分組到達(dá)隊(duì)列時(shí)間間隔及到達(dá)時(shí)間。到達(dá)時(shí)間間隔與每個(gè)分組到達(dá)時(shí)間以及分組數(shù)量密切相關(guān)，虛擬隊(duì)列記錄每個(gè)分組到達(dá)物理隊(duì)列的時(shí)間，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)相鄰兩個(gè)分組到達(dá)的時(shí)間間隔，并計(jì)算分組到達(dá)間隔的平均值

式中，tk，i表示分組hi到達(dá)物理隊(duì)列k的時(shí)間；nk表示隊(duì)列k中分組的數(shù)量。

LTE系統(tǒng)在每個(gè)傳輸時(shí)間間隔（transmission time interval，TTI）按照分組的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行調(diào)度。顯然，分組等待延遲與單個(gè)TTI內(nèi)所調(diào)度的分組數(shù)量密切相關(guān)。在調(diào)度分組之前，系統(tǒng)需要通過(guò)信道質(zhì)量指示（channel quality indicator，CQI）來(lái)估計(jì)用戶(hù)x的信道狀態(tài)，進(jìn)而確定其在隊(duì)列k中分組的平均吞吐量。因此，物理隊(duì)列中第i個(gè)分組hi的調(diào)度時(shí)間Rk，i為

式中，EUx表示用戶(hù)x的平均吞吐量；TI表示隊(duì)列I中分組到達(dá)間隔時(shí)間；EUx×TI描述了在一個(gè)TTI內(nèi)可以調(diào)度的分組數(shù)量表示向上取整。由于分組等待的間隔數(shù)量為整數(shù)，因此式（2）需要向上取整。

由式（2）可以獲知用戶(hù)m中分組hn將在第VRk，n個(gè)時(shí)間間隔得到調(diào)度，即

此外，分組等待延遲的估計(jì)值與其到達(dá)虛擬隊(duì)列的時(shí)間直接相關(guān)，該參數(shù)主要由前一個(gè)分組到達(dá)時(shí)間與物理隊(duì)列的到達(dá)時(shí)間間隔所決定

進(jìn)而，可獲知分組等待延遲

其主要由分組等待調(diào)度的時(shí)間間隔、分組到達(dá)隊(duì)列時(shí)間以及監(jiān)測(cè)到分組時(shí)所記錄的時(shí)間來(lái)決定，其中tok表示監(jiān)測(cè)到分組時(shí)所記錄的時(shí)間。

2 分組分類(lèi)

對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，延遲是最敏感的參數(shù)。顯然，平均延遲是判斷分組緊急狀態(tài)的重要衡量指標(biāo)，因此本文采用該參數(shù)確定分組的緊急狀態(tài)。根據(jù)每個(gè)分組的等待延遲估計(jì)值可以得到同種業(yè)務(wù)下分組的平均等待延遲，其由各個(gè)業(yè)務(wù)分組等待延遲總和的平均值確定

然而，單純地根據(jù)分組的延遲無(wú)法確定其緊急狀態(tài)，如前所述，LTE系統(tǒng)中不同業(yè)務(wù)對(duì)延遲的敏感度不同，因此，針對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)，本文分別統(tǒng)計(jì)其隊(duì)頭分組的平均延遲，然后把用戶(hù)m中分組hi的等待延遲dm，n與所屬業(yè)務(wù)類(lèi)別的平均延遲進(jìn)行比較，當(dāng)Dm，n＜dm，n時(shí)，則將該分組定義為緊急分組，否則為非緊急分組。

顯然，緊急分組比非緊急分組更接近延遲閾值，若此類(lèi)分組長(zhǎng)期得不到調(diào)度將處于“餓死”狀態(tài)，甚至直接被丟棄，導(dǎo)致用戶(hù)QoS無(wú)法得到保障。因此，系統(tǒng)需要首先根據(jù)分組的緊急程度確定其調(diào)度優(yōu)先級(jí)，然后為其分配資源進(jìn)行調(diào)度，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)按照下式確定：

式中，Tn，max表示業(yè)務(wù)允許最大延遲；dm，n表示分組等待延遲；W表示該分組的緊急度。即分組等待延遲越大，越接近業(yè)務(wù)允許最大延遲，使得分組緊急度越高。

但是，單純地用緊急度來(lái)定義分組的優(yōu)先級(jí)并不合理，其主要原因在于LTE中規(guī)定了語(yǔ)音業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)大于視頻業(yè)務(wù)流，為了避免低優(yōu)先級(jí)分組與高優(yōu)先級(jí)分組競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源，在分組調(diào)度優(yōu)先級(jí)確定過(guò)程中需要特別考慮語(yǔ)音業(yè)務(wù)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。當(dāng)業(yè)務(wù)緊急度相同時(shí)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)最大允許延遲較小，接近丟棄閾值的時(shí)間較短，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)應(yīng)高于視頻類(lèi)業(yè)務(wù)。因此，本文進(jìn)一步采用業(yè)務(wù)允許最大延遲作為輔助衡量參數(shù)以確定調(diào)度優(yōu)先級(jí)，達(dá)到提高語(yǔ)音業(yè)務(wù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)的目的。引入分組緊急度是為了提高接近丟棄閾值分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。由此可知，緊急分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)需要綜合考慮分組緊急度與業(yè)務(wù)允許最大延遲來(lái)制定，如式（8）所示，緊急度越高的分組調(diào)度優(yōu)先級(jí)越大，反之則越小，而業(yè)務(wù)允許最大延遲越大，調(diào)度優(yōu)先級(jí)越小，反之則越大。

例如延遲敏感的VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)最大允許延遲為20ms［10］，視頻業(yè)務(wù)最大允許延遲為100ms，按照本文所提出的方式，在緊急度相同的情況下，語(yǔ)音分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)就得到了提高。

按照上述方式，在系統(tǒng)為緊急度較高的分組分配資源之后，緊急度較低的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)才能得到調(diào)度，為了兼顧系統(tǒng)吞吐量以及用戶(hù)公平性，本文引入瞬時(shí)速率和平均速率來(lái)確定非緊急分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，瞬時(shí)速率是為了保證系統(tǒng)吞吐量而引入的參數(shù)，瞬時(shí)速率越大，則分組調(diào)度優(yōu)先級(jí)越大，反之則越小。平均速率是為了保證公平性而引入的參數(shù)，若用戶(hù)在當(dāng)前時(shí)刻之前所得到的調(diào)度機(jī)會(huì)較多，則其平均速率將隨之增加，為了保證各個(gè)用戶(hù)之間的公平性，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)應(yīng)相應(yīng)地降低，從而為其他調(diào)度機(jī)會(huì)較少的用戶(hù)預(yù)留系統(tǒng)資源。其調(diào)度優(yōu)先級(jí)為

式中，Rm（t）表示用戶(hù)m的瞬時(shí)速率，可由自適應(yīng)調(diào)制和編碼模塊（adaptive modulation and coding，AMC）通過(guò)CQI反饋信息獲知（t）表示用戶(hù)的歷史平均速率，其定義如下：

3 分組調(diào)度

本文所提出的分組調(diào)度策略基本過(guò)程如圖2所示。所提出的策略包含4個(gè)階段，分別為虛擬隊(duì)列建立及延遲預(yù)測(cè)階段、平均延遲獲知節(jié)點(diǎn)、分組分類(lèi)階段、調(diào)度優(yōu)先級(jí)確定及資源分配階段。

圖2 分組調(diào)度過(guò)程

步驟1 建立一個(gè)虛擬隊(duì)列，通過(guò)對(duì)物理隊(duì)列中分組歷史狀態(tài)信息的統(tǒng)計(jì)，可由式（5）預(yù)測(cè)出分組延遲；

步驟2 通過(guò)式（6）獲知分組平均延遲；

步驟3 首先根據(jù)預(yù)測(cè)的分組延遲以及平均延遲對(duì)分組進(jìn)行分類(lèi)，高于平均延遲的為緊急分組，反之，歸類(lèi)為非緊急分組，然后根據(jù)式（7）定義分組緊急度；

步驟4 通過(guò)式（8）與式（9）對(duì)緊急分組以及非緊急分組定義調(diào)度優(yōu)先級(jí)，該策略首先為緊急分組分配資源，待緊急分組調(diào)度完后，非緊急分組才開(kāi)始獲得調(diào)度機(jī)會(huì)。

4 數(shù)值分析

4．1 仿真場(chǎng)景

本部分采用LTE系統(tǒng)仿真平臺(tái)［13］對(duì)所提出的分組調(diào)度策略進(jìn)行驗(yàn)證。仿真場(chǎng)景設(shè)置為單小區(qū)，視頻業(yè)務(wù)用戶(hù)數(shù)為50%，語(yǔ)音業(yè)務(wù)用戶(hù)數(shù)為50%，且用戶(hù)以3km／h的速度移動(dòng)。其他仿真參數(shù)如表1所示。

表1 參數(shù)設(shè)置

本文用如下公平標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷系統(tǒng)的公平性：

式中，k表示用戶(hù)的數(shù)量；xi表示用戶(hù)i的平均速率。

4．2 數(shù)值仿真結(jié)果

本部分將本文所提出的分組調(diào)度機(jī)制（packet scheduling scheme using virtual queue，PSS－VQ）與典型分組調(diào)度算法進(jìn)行了比較，以驗(yàn)證本文提出的機(jī)制對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS滿(mǎn)足度及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。其中，文獻(xiàn)［10］提出的延遲感知的分組機(jī)制（delay－aware packet scheduling，DAPS）策略在PF算法的基礎(chǔ)上考慮了延遲參數(shù)，以確定用戶(hù)的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景下具有較好的性能。

視頻業(yè)務(wù)的分組丟棄率如圖3所示，由結(jié)果可知，視頻業(yè)務(wù)的分組丟棄率隨著用戶(hù)數(shù)增加而增加，當(dāng)用戶(hù)數(shù)量超過(guò)20后，PSS－VQ與DAPS上升較緩慢，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，PSS－VQ較M－LWDF與DAPS算法的視頻分組丟棄率降低了15%左右。

圖3 視頻業(yè)務(wù)的分組丟棄率

視頻業(yè)務(wù)的平均延遲如圖4所示，結(jié)果表明視頻業(yè)務(wù)的平均延遲隨著用戶(hù)數(shù)量的增加而呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，PSS－VQ較其他幾種分組調(diào)度算法延遲性能優(yōu)勢(shì)明顯，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，平均延遲降低7%左右。

視頻業(yè)務(wù)的公平性如圖5所示，從圖可知，視頻業(yè)務(wù)的公平性隨著用戶(hù)數(shù)的增加而降低，但是PSS－VQ降低幅度最小，從用戶(hù)數(shù)達(dá)到30過(guò)后優(yōu)勢(shì)較明顯，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，公平性提高了9%左右。

圖4 視頻業(yè)務(wù)的平均延遲

圖5 視頻業(yè)務(wù)的公平性

視頻業(yè)務(wù)吞吐量如圖6所示，結(jié)果表明視頻業(yè)務(wù)的PSS－VQ相對(duì)M－LWDF有所提高，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，PSS－VQ較其他兩種算法性能提高了10%左右。

圖6 視頻業(yè)務(wù)的吞吐量

M－LWDF、PSS－VQ、DAPS都不同程度考慮到延遲對(duì)視頻業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的影響，但是這3種算法在視頻業(yè)務(wù)性能上有所差異。本文提出的PSS－VQ根據(jù)隊(duì)列狀態(tài)信息預(yù)測(cè)分組的緊急程度，將等待傳輸?shù)姆纸M進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)判斷準(zhǔn)則為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分配資源。該策略提高了接近延遲閾值分組的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，避免這類(lèi)分組超過(guò)延遲閾值被丟棄，降低了分組丟棄率，同時(shí)提高了用戶(hù)公平性。此外，在考慮知道調(diào)度優(yōu)先級(jí)判斷準(zhǔn)則時(shí)，引入了瞬時(shí)速率因素，提高了系統(tǒng)吞吐量。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)的分組丟棄率如圖7所示，結(jié)果表明隨著用戶(hù)數(shù)量的增加，語(yǔ)音業(yè)務(wù)的分組丟棄率不斷增加，當(dāng)用戶(hù)數(shù)小于40時(shí)，所有的分組調(diào)度策略分組丟棄率性能相似，當(dāng)用戶(hù)數(shù)繼續(xù)增加時(shí)PSS－VQ的分組丟棄率較其他兩種分組調(diào)度策略增加緩慢，其分組丟棄率方面性能最優(yōu)。當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，分組丟棄率降低了30%左右。

圖7 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的分組丟棄率

語(yǔ)音業(yè)務(wù)的平均延遲如圖8所示，由結(jié)果可知，當(dāng)用戶(hù)數(shù)小于20時(shí)，3種策略性能相仿，隨著用戶(hù)數(shù)量的增加，語(yǔ)音業(yè)務(wù)的平均延遲不斷增加，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，PSS－VQ較M－LWDF、DAPS提升了15%左右，優(yōu)勢(shì)明顯。

圖8 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的平均延遲

語(yǔ)音業(yè)務(wù)的公平性如圖9所示，由結(jié)果可知，3種調(diào)度策略的公平性都在小范圍內(nèi)變化，公平性性能差異不大。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)的吞吐量如圖10所示，由結(jié)果可知，所有的分組調(diào)度策略中語(yǔ)音用戶(hù)的吞吐量都在小范圍內(nèi)波動(dòng)，各種分組調(diào)度策略就語(yǔ)音業(yè)務(wù)的平均吞吐量性能相仿。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)屬于對(duì)延遲特別敏感的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。M－LWDF、DAPS調(diào)度策略考慮到了延遲對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的性能影響，都加入了與延遲相關(guān)的加權(quán)因子，其性能差異較小。PSS－VQ調(diào)度策略提高了語(yǔ)音業(yè)務(wù)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)，在延遲、分組丟棄率性能方面提高顯著，其中，當(dāng)用戶(hù)數(shù)達(dá)到55時(shí)，平均延遲提高了15%左右，分組丟棄率降低30%左右。LTE系統(tǒng)中語(yǔ)音業(yè)務(wù)是通過(guò)VoIP承載，話音編碼器按固定的周期分組輸出，VoIP分為激活期和靜默期。只有在激活期的才有話音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，靜默期無(wú)數(shù)據(jù)輸出，因此，語(yǔ)音業(yè)務(wù)的吞吐量和公平性性能變化不大。

圖9 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的公平性

圖10 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的吞吐量

4．3 算法時(shí)間復(fù)雜度分析

對(duì)于所提出的PSS－VQ算法，在計(jì)算各個(gè)業(yè)務(wù)分組平均延遲時(shí)的復(fù)雜度為O（n），在計(jì)算分組等待延遲時(shí)的復(fù)雜度為O（1），在計(jì)算調(diào)度優(yōu)先級(jí)時(shí)的復(fù)雜度為O（1）。因此，從整個(gè)算法流程來(lái)看，PSS－VQ算法的時(shí)間復(fù)雜度為O（n）。

而文獻(xiàn)［10］中DAPS算法的時(shí)間復(fù)雜度為O（nlog2n），經(jīng)典的M－LWDF算法的時(shí)間復(fù)雜度為O（n）。因此，PSSVQ算法的時(shí)間復(fù)雜度與經(jīng)典的M－LWDF算法相同，DAPS算法的時(shí)間復(fù)雜度明顯高于PSS－VQ算法。

5 結(jié) 論

針對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的特殊性，本文提出了帶有延遲預(yù)測(cè)的分組調(diào)度機(jī)制。其核心思想是利用虛擬隊(duì)列預(yù)測(cè)分組等待延遲，以確定分組的緊急度，進(jìn)而根據(jù)不同的分組調(diào)度準(zhǔn)則來(lái)確定其調(diào)度優(yōu)先級(jí)。同時(shí)，在確定調(diào)度優(yōu)先級(jí)的過(guò)程中，充分考慮了語(yǔ)音業(yè)務(wù)及視頻業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，以更加合理地為不同業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)資源。結(jié)果表明，采用本文所提出的分組調(diào)度方法能夠有效地保障語(yǔ)音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)的QoS。

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E－mail：wudapengphd＠gmail．com

龔長(zhǎng)河（1988－），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE分組調(diào)度。

E－mail：lr1pgch＠163．com

劉喬壽（1979－），男，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)榉涸诰W(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)。

E－mail：liuqs＠cqupt．edu．cn

王汝言（1969－），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)榉涸诰W(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、多媒體信息處理。

E－mail：wangry＠cqupt．edu．cn

Hybrid business packet scheduling policy of emergency degree aware

WU Da－peng，GONG Chang－h(huán)e，LIU Qiao－shou，WANG Ru－yan
（Key Laboratory of Optical Communication and Networks，Chongqing Univercity of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

The long－term evolution system carries traffic in the packet－switched domain．The quality of service（QoS）of delay and packet loss－sensitive real－time services is difficult to be satisfied．According to the service priorities difference and the constraint condition of delay sensitivity，a virtual－queue－based packet delay prediction strategy is proposed．In the strategy，the packet urgency is determined by the predictable packet delay，and then the packets are classified according to the packet urgency．Compared with other scheduling strategies，results show that the scheduling strategy can improve the QoS of the real－time business effectively，and the network performance can be improved effectively．

real－time services；scheduling priority；quality of service（QoS）；emergency degree

TP 393．04

A

10．3969／j．issn．1001－506X．2015．06．26

吳大鵬（1979－），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)榉涸跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量管理。

1001－506X（2015）06－1399－06

2014－04－25；

2014－09－28；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2014－10－17。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／11．2422．TN．20141017．1606．006．html

國(guó)家自然科學(xué)基金（61371097）；重慶市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（CSTC2013JJB40001，CSTC2013JJB40006）；重慶郵電大學(xué)青年自然科學(xué)基金（A2012－93）資助課題